二氧化碳和臭氧

大气家族中还有一些含量很少而且变化不定的气体成分，如二氧化碳、臭氧、氮氧化物、甲烷、二氧化硫等等，这些微量气体与人类的关系相当密切，这里介绍最引人注目的两种。

二氧化碳是煤炭、石油、天然气等化工燃料燃烧时的副产品，人类和动植物在新陈代谢过程中也呼出大量二氧化碳。大气中的二氧化碳，对于来自太阳的短波辐射几乎是透明的，因而地表能受到太阳辐射而增温；另一方面，二氧化碳对从地表射向太空的长波辐射，特别是对红外辐射有强烈的吸收作用。二氧化碳这种使短波进入而阻止长波逸出的单向阀门作用，有些类似温室玻璃的作用，所以习惯上称为“温室效应”，更确切些则应称为“大气效应”。在全球变暖的气候研究中，这些具有温室效应的气体被统称为“温室气体”。

二氧化碳的温室效应使它在控制全球气候方面有举足轻重的作用。另一方面，它是绿色植物光合作用产生碳水化合物中碳的来源，从而提供了所有动植物生活的基础。

二氧化碳在大气中的平均含量约为万分之三（按体积算），但这个含量一直在变化着。自1850年以来，由于人类活动，大气中的二氧化碳含量从290ppm（ppm表示百万分之一）增至360ppm。其中有确切记录的是根据1957～1958国际地球物理年计划而建立的两个大气二氧化碳监测站的监测结果，一个站是夏威夷群岛的冒纳罗亚高山站，另一个是南极站。由这两个站的监测记录可以看出，大气中的二氧化碳含量在有规律地逐年增长，刚开始的增长率为0.7ppm/年，而70年代末期已达到1.4ppm/年，80年代末则达到极大值为1.8ppm/年。

对于二氧化碳含量的增长，一般都归因于工业化程度提高和使用化石燃料增加的结果。但现在也有证据表明，世界范围内由于人工采伐、农田扩大等原因使森林面积减少，从而使碳的贮存库减少，这也是大气中二氧化碳含量增加的一个重要因素。

对二氧化碳含量增长所带来的后果，人们也进行了种种模拟估算。当二氧化碳含量比现在增加一倍时，估算的结果是，使极冰融化，水位升高，从而使一些海拔较低的大陆被淹没，世界气候将变暖，导致干旱地区扩大，严重影响农业生产。由此而引起的气候问题已引起人们的普遍关注。

臭氧是一种无色而有特殊臭味的气体。在近地层中，汽车尾气、森林火灾、火山爆发、自然闪电、人工放电以及核爆炸等，均会产生臭氧。但大气中臭氧的主要来源还是太阳紫外线辐射的作用。

在高层大气中，氧分子经太阳紫外线辐射的作用而离解为氧原子，这种氧原子在第三种分子的介入下与氧分子碰撞而结合成臭氧分子。

由于太阳紫外辐射离地面越高处越强，大气密度离地面越高处越小，因此，就形成了20～25公里高度上的臭氧含量出现极大值，这就是臭氧层。一般臭氧层的界限可取为15～50公里高度。

臭氧在大气中的含量很少。形象些说，如果把单位面积上的大气柱变换到约8000米的高度，那么臭氧层则仅占3毫米厚。尽管臭氧层如此薄，但它的作用却不容忽视。

臭氧能够强烈吸收太阳紫外辐射，使得波长短于0.3微米的紫外辐射几乎不能到达地面。这种太阳紫外辐射对生物有很大的影响，它的数量过多，会危害人和动物的生命，妨碍植物生长，所以，如果大气中一旦失去了臭氧层，则一切生物都将被太阳紫外辐射所伤害。

如前所述，近年来超音速飞机的频繁飞行、农业肥料和工业氟利昂冷冻剂的大量使用都将使臭氧减少，从而破坏大气臭氧层，这种自毁家园的行为已受到广泛的重视。另一方面，一种气象战的想法也由此产生，即用人工方法使臭氧层暂时产生一个空隙，让太阳紫外辐射穿过空隙投射到敌方进行杀伤。

这种想法不幸被言中，20世纪80年代人们发现南极地区上空存在“臭氧洞”。在南极大陆上，自70年代中期起每年春季（9～10月前后）高空大气中的臭氧含量急剧减少，减少量甚至达臭氧正常含量的50%以上。从空间分布看，形成一个类似于低谷的大洞，“臭氧洞”由此而得名。人类不能自毁家园，所以世界各国行动起来，签署了《气候变化框架公约》，经过一系列努力和磋商，最终在1997年12月达成协议，通过了《京都议定书》，确定发达国家必须减排温室气体，到2010年要比1990年减少5.2%，这是人类保护地球环境的良好开端。