雷电造成的臭氧带来了夏日雨后的空气清新

  臭氧是由三个氧原子形成的单质,氧的同素异形体。常态下臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体,液态时呈暗蓝色,固态则呈蓝黑色。

  1840年,德国化学家舍恩拜因在电解稀硫酸时,发现当氧气通过放电弧,会有一种特殊臭味的气体释出,因此将它命名为臭氧。

  自然界中的臭氧主要分布在大气中,靠近地面的大气中臭氧很少,随大气层升高,臭氧含量也增大,臭氧主要(约91%)集中在离地面垂直高度15~40千米处的臭氧层,其中20~30千米处浓度最大。

  臭氧能刺激黏膜,吸入过量是不安全的,不过吸入极少量的臭氧对人体是有益的。

  臭氧带来清新感

  夏日雷雨过后,人们会感到室外的空气格外清新。首先当然是雨水带来的清洁作用,夏季的雷雨一般来势凶猛,短时间内的强降雨不仅带来了凉爽,还将空气中飘浮着的粉尘冲刷到地面,使得空气变得更加干净。

  另一个原因就是雷雨总是夹杂着闪电,当空气中的一些氧气分子被闪电击中,变成了臭氧。浓的臭氧很臭,但浓度适量的稀薄臭氧却会给人以清新的感觉。雷雨过后,空气中会弥漫着少量的臭氧,让人们感到空气变得清新了。

  臭氧如何产生

  在一个很多机器运转的电机房里,紧闭门窗,很快就能闻到一股刺鼻的臭味。在这里,电动机是孕育臭氧的摇篮。电动机里面的电压很高,当它运转时,里面的电刷总是产生一阵阵电火花。电火花周围的氧气受到激发,氧分子就会分解成氧原子,并聚合形成臭氧。

  和电动机产生臭氧的原理差不多,雷雨天气里出现的臭氧,也是这样来的。我们知道,当一块带正电的云和一块带负电的云相遇时,会发生放电现象,放电时电流击穿空气产生电弧,便是我们所看到的闪电。

  云携带的电荷很高,每朵云之间的电位差也很大,有时往往相差几亿到几十亿伏,这样一来,它们之间就会产生巨大的电火花,把周围的部分氧气变成臭氧。

  植物不能直接产生臭氧,但是有些植物(比如刺槐、柏树和松树等)能释放出一种叫做萜烯的化学物质,这种化学物质与空气中的氧气发生反应后能产生臭氧。因此,松林等一些树林里的空气显得特别清新怡人和臭氧浓度高也有关系。

  臭氧由三个氧原子构成,不管通过什么方式,只要有一个负的氧离子和一个氧气分子的结合,就能产生臭氧,所以在负氧离子浓度高的地方就比较容易产生臭氧。比如在森林、在海边、在瀑布边,臭氧的浓度都比其它地方高。

  呼吸浓度过高或者长时间呼吸浓度较高的臭氧对人的身体有害,尤其是对眼睛、呼吸道等有侵蚀和损害作用,因此臭氧浓度也不是越高越好。

  人们对臭氧的感知浓度仅是0.02~0.04ppm(1ppm=1毫克/立方米),大约在0.02ppm时就有空气清爽的感觉,高于1.5ppm时会对人的呼吸系统产生影响,因此国际上一般把0.1ppm设为安全浓度。由于臭氧有强烈刺激性,在远未达到安全浓度时人们就会感到不适而避开,因此一般不会出现臭氧中毒的现象。

  地球的保护层

  臭氧是由大气中的氧经紫外线的光化学作用产生的,因此高空臭氧层能吸收太阳辐射的大部分紫外线。科学研究表明,大气中的臭氧每减少1%,照射到地面的紫外线就会增加2%。强烈的紫外线辐射会增加人类罹患皮肤癌、白内障等疾病的风险,可能造成免疫系统缺陷和发育停滞。还会使农作物大量减产,威胁某些鱼类和海洋生物的生存。因此臭氧层也可以说是地球的保护层。

  臭氧能被某些化学物质(如氮的氧化物和氯)催化而分解,这会使臭氧层变薄。地球表面的臭氧层也并不是均匀分布的,并且会随着季节发生变化。

  如果某处臭氧层中的臭氧含量减少到220DU(多布森单位,用来描述大气中臭氧的密度,正常情况下约为300~400DU)以下,此时臭氧层已极其稀薄,与周围相比,像是形成了一个“洞”,科学家们就形象地称之为“臭氧洞”。世界的“三极”地区,即南极、北极和青藏高原上空是最容易发生臭氧层变稀薄的地区,南极更是臭氧洞频繁光顾的区域。

  臭氧含量和天气也有一定的关系。例如:暖锋云系出现之前臭氧总量开始下降,在地面暖锋出现之前出现最低臭氧总量,在气旋的暖区内则一直保持低的臭氧总量;冷锋过境的时候,臭氧总量迅速增加,在气旋后部约100~300千米处臭氧含量达最大值。亚洲中纬度地区,当西伯利亚气团侵入时,臭氧总量明显增加;反之,当赤道气团来临时,其总量减小。

  氧化杀菌

  臭氧的化学性有不稳定和强氧化性,是比氧更强的氧化剂,具有消毒和杀菌的作用,也可用作强漂白剂。可用于饮用水消毒、食物净化、空气净化、除臭、果蔬保鲜等。

  臭氧的消毒原理是:臭氧在常温、常压下分子结构不稳定,很快自行分解成氧气和单个氧原子,后者具有很强的活性,对细菌有极强的氧化作用,臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的酶,从而破坏其细胞膜,将它杀死,多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子,不存在有毒残留物,故称无污染消毒剂,它不但对各种细菌(包括肝炎病毒、大肠杆菌、绿脓杆菌及杂菌等)有极强的杀灭能力,而且对杀死霉素也很有效。

  臭氧为气体,扩散性好,杀菌消毒时无死角,浓度分布均匀。臭氧能快速分解成氧气和单原子氧,单原子氧又可自身结合成氧分子,没有二次污染的问题,被公认为是绿色消毒剂。

  一些科学家断定,若自然界没有臭氧,人类会遭受很多额外的灾害,所以对臭氧的评价是“天赐的净化剂”。