题目内容
太阳是银河系中极为普通的一颗恒星,剧烈的热核反应使之不断地向外辐射能量。太阳辐射的能量绝大部分集中在紫外波段,可见光波段和红外光波段,它们的能量分别占总辐射量的9%、44%和47%。地球的大气层中,基本不变的成分为氧、氮、氩等,占大气总量的99.96%,可变气体成分主要有CO2、水汽和臭氧等,这些气体的含量极小,但对大气物理状况的影响极大。大气臭氧层一般是指高度在离地面10~15Km的大气层,其中臭氧的浓度很低,将它折合成标准状况,其总累积厚度也不过0.3cm,其含量虽小,但对地球的气候和生物影响很大。
(1)大气压强P随距地面高度Z(m)的增大而减小,经验公式为PZ=
,其中P0为地表的气压值,e=2.718。若臭氧层集中在24km的高空处,设在该高度处的温度为—50℃。试估算臭氧层的厚度。
(2)简要说明臭氧层对地球生物圈的意义。
(3)臭氧层的生消可以简化成如下的反应方程:高层大气中的一个重要的光化学反应是氧分子吸收太阳辐射中波长λ<0.24μm的光子,离解为氧原子,即O2+hν(λ<0.24μm) O+O,由此可形成一系列的反应,其中最重要的是氧原子和氧分子在第三体(M)的参与下形成臭氧,其反应方程式为 。这里的M主要是氧分子或氮分子,它们是在反应过程中同时满足能量守恒和动量守恒所必须的。臭氧在λ<0.18μm的辐射作用下,能离解成氧分子和氧原子,其反应方程式为 。
(4)人类的活动所产生的一些气体,能对大气中的臭氧起到破坏作用。使其含量减少,将造成严重后果,直接威胁到人类的生活和生存。近些年来,屡有在南极或北极,甚至在西藏出现臭氧空洞的报道,引起人们极大的关注。简要说明人类活动产生的那些气体对大气臭氧层能起破坏作用。
(1)5cm
(2)适量的紫外线对人体有益,可促进骨骼的钙化,预防佝偻病,紫外线还能提高机体的抗菌能力。但过量照射紫外线会破坏生物蛋白和基因物质,造成细胞死亡;会使皮肤产生红斑、色素沉积、皮肤病发病率增加;可伤害眼睛,引起眼急性角膜炎、白内障、和失明。臭氧层对紫外线有吸收作用,能阻挡高能量的紫外线辐射到地表,对地球的生物起到保护作用,因此,臭氧层的存在对地球的生物至关重要。
![]()
(3)O2+O+M O3+M O3+ hν(λ<0.18μm) O2+O
(4)人类活动中产生的气体:如喷气飞机排放大量的NO,一些农药、杀虫剂等能产生N2O,作为制冷剂在制冷系统中的广泛使用的氟里昂,这些氮氧化物和氟里昂等对臭氧层都起着破坏作用。
解析:
本题介绍了臭氧层的有关知识,给出了臭氧的生成和消耗、计算臭氧层厚度等信息,要求学生能够从题示信息中提取出与解题相关的信息,排除掉一些无关叙述。另外,还要求学生能够对复杂问题进行简化,从而进行科学的估算。由题目提供的公式:PZ=
,可求得Z=24km高空处的气压PZ=
=
= P0· e-3=0.05P0,据气态方程
,又有
,因为D0或D<<Z,即有:
。由此可得:D=
。