对农作物的研究表明,过量的紫外线辐射会使植物的生长和光合作用受到抑制,使农作物减产。紫外线辐射也使处于食物链底层的浮游生物的生产力下降,从而损害整个水生生态系统。有报告指出,由于臭氧层空洞的出现,南极海域的藻类生长已受到了很大影响。紫外线辐射也可能导致某些生物物种的突变。有人甚至认为,当臭氧层中的臭氧量减少到正常量的1/5时,将是地球生物死亡的临界点。
另外,有害紫外线还会引起建筑物、绘画等的老化,缩短其使用寿命;过量的紫外线能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解;紫外线辐射的增强,反而会使近地面对流层中的臭氧浓度增加,尤其是在人口和机动车量最密集的城市中心,发生光化学烟雾污染的几率大大增加。
1.紫外线对人体皮肤的伤害
紫外线对人体皮肤的影响最为明显。皮肤对紫外线的吸收与其波长有关。波长越短,透入皮肤的深度越小,照射后黑色素沉着较弱;波长越长,透入皮肤的深度越大,照射后黑色素沉着较强。由于受光化学反应的作用,能级较高的光子流能引起细胞内的核蛋白和一些酶的变性。
皮肤被紫外线照射后,会发生一系列的生物效应反应,这些反应如同一把双刃剑。一方面,日光对人体是有益的。例如促进维生素D的合成、杀菌消毒、治疗某些皮肤病等;另一方面,它可以对人体造成伤害,如引起急性皮肤病晒斑,这在医学上又称为日光性水肿或日光性皮炎,多发生在暴晒后6~24小时。皮肤因过度暴露在阳光下而出现边界清楚的红斑,有灼热或刺痛感,一般约2~3天内痊愈。若大面积受晒也可出现红肿、水疱,甚至大疱,可有明显的疼痛,一般6~7天可以消退,严重时甚至出现全身不适,如畏寒、发热、头痛、乏力、恶心、呕吐等。此外,暴晒后可导致皮肤晒黑、皮肤增生、增厚等现象。
对于长期暴露在日光下工作的人群,如农民、建筑工人、渔民等,可发生慢性皮肤反应,最主要的是皮肤老化。由于长期反复日光照射或紫外线照射,可致皮肤结构及功能逐渐衰退。长期受到紫外线的照射,可使皮肤的色泽变黄、干燥、弹性下降,毛细血管扩张,色素沉着或角化过度,粉刺甚至皱纹,有时被轻微碰撞即可出现淤斑。
流行病学调查及动物实验均提示:长期接受中波及长波紫外线照射的人较易发生皮肤癌,特别是中波紫外线致癌性比长波紫外线致癌性约高出1000倍。此外,紫外线能够加速人体皮肤的老化。在欧美等国,人们习惯于日光浴,每逢节假日都喜欢到海滩晒太阳,要把白色的皮肤晒得变红或呈红褐色才感到满足,因此这些地区皮肤癌的患病率比较高。
美国一个科学小组指出,北美洲上空平流层臭氧含量在最近5年内减少了约百万分之一,皮肤癌发病率则有明显的增加。据不完全统计,目前美国每年皮肤癌症患者就达50万人,其中恶性肿瘤病例25000人,死亡约5000人。有人估计,如果臭氧层中臭氧含量减少10%,地球上的紫外线辐射将增加19%~22%。皮肤癌发病率将增加15%~25%,仅美国死于皮肤癌的人将增加150万人。
近年来,全世界皮肤癌患者呈上升趋势,这也许是由于人们更热衷于阳光浴、衣服越来越薄和越来越短,使越来越多的皮肤暴露在阳光下,受到过量紫外线照射的缘故。
我国皮肤癌发病情况与亚洲、非洲一些国家(如泰国、菲律宾、越南、几内亚、乌干达等)相似。有学者指出,近年来我国皮肤癌患者有增多趋势,这可能与紫外线增强有关。
2.紫外线可致白内障等眼疾
科学家对动物的研究发现,紫外线会引发眼部病变。美国环境保护署的科学家估计:如果平流层中臭氧减少5%,直接射到地面的紫外线量就增加7.5%~15%,这样仅仅美国就会增加白内障患者500万人。
白内障是全球最常见的眼部疾病手术,每年全球有1600万人因白内障致盲,其中约有300万人是由于紫外线照射而导致白内障盲的。老年白内障和老年黄斑变性是造成视力下降和失明的主要原因。
晶状体混浊称为白内障。老化、遗传、代谢异常、外伤、辐射、中毒和局部营养不良等可引起晶状体囊膜损伤,使其渗透性增加,丧失屏障作用,或导致晶状体代谢紊乱,使晶状体蛋白发生变性,形成混浊。
白内障分先天性和后天性。先天性白内障多在出生前后即已存在,小部分在出生后逐渐形成,多为遗传性疾病,有内生性与外生性两类,内生性者与胎儿发育障碍有关,外生性者是母体或胎儿的全身病变对晶状体造成损害所致。先天性白内障分为前极白内障、后极白内障、绕核性白内障及全白内障。前两者无需治疗,后两者需行手术治疗。白内障是眼睛失明的罪魁祸首,眼睛晶体的蛋白质破裂、缠连并堆积色素,从而晶体混浊最终导致失明。尽管由于年龄不同,白内障程度因人而异,但阳光照射,尤其是有害紫外线的辐射,却是造成白内障的主要危险因素。
眼睛是对紫外线最为敏感的部位。研究表明,波长为230纳米的紫外线可全部为角膜上皮吸收,波长为280纳米的紫外线对角膜损伤力最大。波长为290~400纳米的近紫外线能对晶状体造成损伤,是老年性白内障的致病因素之一。
紫外线一年四季都存在,所以,紫外线对眼睛健康带来的危险全年都存在。据调查,我国冬天紫外线最强的地方是西藏,紫外线系数为8,其次是昆明、海口和广州,紫外线系数都为4~7。去过这几个城市的人们都知道那里的冬天阳光明媚,需要戴太阳镜来抵挡紫外线。北京及上海的紫外线系数为2~4,属于中低等紫外线强度。即便是这样,也需要做好眼睛的防紫外线的工作。大多数人会认为这些地方,特别是北方城市的冬日阳光很温和并且常有多雾的天气,所以只需要在夏季或者阳光明媚的日子防护紫外线就可以了。但事实上,在冬季,清冽的风常带来晴空万里的景象,这时的紫外线辐射更加强烈。冬天雪地和冰面上的紫外线和夏季的海滨相同,即便是多云的天气,紫外线系数仍旧很高。所以,在冬天也应该抵挡紫外线,保护眼睛。
3.紫外线对生物的影响
臭氧层的破坏,会导致到达地球表面的紫外线变强。过量紫外线对生物最严重的影响在于,紫外线能够破坏生命的遗传物质DNA、RNA和蛋白质分子结构,进而诱发大量的生物变异,导致生物圈的退化或重大变迁。其后果是难以预料的。大量紫外线照射进来,会严重损害动植物的基本结构,降低生物产量,使气候和生态环境发生变异,特别对人类健康造成重大损害。如果整个臭氧层遭到完全破坏,那么紫外线就会不受任何阻挡地到达地面,届时太阳紫外线就会杀死所有陆地生命,人类也遭到“灭顶之灾”,地球将会成为无任何生命的不毛之地。
紫外线辐射增强,将打乱生态系统中复杂的食物链,导致一些主要的生物物种灭绝。大量紫外线辐射还可能降低海洋生物的繁殖能力,扰乱昆虫的交配习惯并能毁坏植物,特别是农作物,使地球上的农作物减产2/3,导致粮食危机。
紫外线对于植物的危害也是已被证实的科学事实。对于植物,它的破坏作用是影响其生长速度、影响其正常结构的发育、影响其功能的发挥——光合作用,对于作物来说就是降低了产量。
近十几年来,人们对200多个品种的植物进行了增加紫外照射的实验,其中2/3的植物显示出敏感性。一般说来,紫外辐射增加使植物的叶片变小,因而减少俘获阳光的有效面积,对光合作用产生影响。
对某些农作物的研究表明,有害紫外线辐射增加会引起某些植物物种和化学组成发生变化,影响农作物在光合作用中捕获光能的能力,造成植物获取的营养成分减少,生长速度减慢。研究过的植物中,紫外线对其中的50%有不良影响,尤其是像豆类、瓜类、卷心菜一类的植物更是如此。西红柿、土豆、甜菜、大豆等农作物,由于有害紫外线辐射的增加,还会改变细胞内的遗传基因和再生能力,使它们的质量下降。
紫外线辐射的增加对林业也有影响。通过对10个种类的针叶树幼苗进行研究,结果表明其中3个品种受有害紫外线辐射的影响而产生不良后果,其所受影响的程度也与预测方案相吻合。
植物的生理和进化过程都受到有害紫外线辐射的影响,并与有害紫外线辐射的量有关。植物也具有一些缓和和修补这些影响的机制,在一定程度上可以适应有害紫外线辐射的变化。不管怎样,植物的生长直接受有害紫外线辐射的影响,不同种类的植物,甚至同一种不同栽培品种的植物对有害紫外线的反应都是不一样的。在农业生产中,就需要种植耐受有害紫外线辐射的品种,并同时培养新品种,进而影响不同生态系统的生物多样性分布。
有害紫外线辐射带来的间接影响,例如植物形态的改变,植物各部位生物质的分配,各发育阶段的时间及二级新陈代谢等可能跟有害紫外线造成的破坏作用同样大,甚至更为严重。这些对植物的竞争平衡、食草动物、植物致病菌和生物地球化学循环等都有潜在影响。
此外,紫外线的增强还会影响海洋中的藻类的生长速度,从而间接地影响整个水生生态系统,对水生生态系统潜在的威胁。
例如有害紫外线的过量辐射对20米深度以内的海洋生物造成危害,会使浮游生物、幼鱼、幼蟹、虾和贝类大量死亡,会造成某些生物减少或灭绝,由于海洋中的任何生物都是海洋食物链中重要的组成部分,因此某些种类的减少或灭绝,会引起海洋生态系统的破坏。有害紫外线辐射的增加也会损害浮游植物,由于浮游植物可吸收大量二氧化碳,其产量减少,使得大气中存留更多的二氧化碳,使温室效应加剧。
4.多云时紫外线强更易患皮肤癌
夏季在太阳下暴晒,受到紫外线辐射,很容易罹患皮肤癌。但德国研究人员的测量结果表明,在有云彩时,地面的紫外线强度可能更强。
位于北海的叙尔特岛是德国夏季最受欢迎的海滨度假胜地之一,阳光、海水、沙滩,风景如画。德国基尔大学的尼尔斯·沙德连续两个夏天在岛上进行了定期测量,并记录日光的辐射强度。与他共同研究地面上日光照射强度与云彩关系这一课题的气象学教授安德烈亚斯·马克说:“有些云彩出现时,地面上的光照强度反倒比没有云彩时更高,这出乎人们的意料。”
马克还说,他们在叙尔特岛海滨浴场测量出迄今为止在多云条件下最大的光照强度值,结果是令人惊讶的——每平方米1400瓦相当于14只100瓦的灯泡照在1平方米的面积上。而在万里无云的大晴天的正午,叙尔特岛的地面光照强度最多只有每平方米900瓦。
科学家认为,光照强度增高与高空中一团团雪白的积云有关。马克指出:“这种云彩叫高积云,在距离地面约5000到6000米的高空,尽管云层布满天空,却是一团一团分离的,中间有很多漏洞,阳光可直接穿过它们照到地面。另外,一团团的云彩还可像反光镜一样,把更多的光线反射到地面。”
这种现象会出现在地球上任何地方。专家认为,由于亚热带地区的夏天经常出现高积云,人们夏天过度享受日光浴,罹患皮肤癌的危险就会很大。但在热带地区,问题倒不严重。因为在热带地区的夏天,天空中主要是雷雨云,乌云密布,遮住了阳光,没有反射一说。
四、酸雨污染的危害
酸雨中所含的硫和氮是植物生长不可或缺的营养元素,弱酸性降水可溶解地壳中的矿物质,供动、植物吸收。然而,如果降水的酸度过高,例如pH值降到5以下,就会产生严重危害。我们所说的酸雨污染的危害也主要是指的酸度超过了适当的范畴而给世界带来的恶劣影响。
酸雨污染的危害极大,它可以破坏植被,直接使大片森林死亡,农作物枯萎,还会对植物的新生芽叶造成伤害,从而影响其发育生长。在土壤盐基饱和度低的地区或土层薄的岩石地区,酸雨降落到地面后得不到中和,就会使土壤、湖泊、河流酸化。酸雨会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素,使土壤贫瘠化,导致陆地生态系统的退化。酸雨可使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中,毒害鱼类,造成水生生态失衡,并对饮用者的健康产生有害影响。酸雨会加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程,酸雨腐蚀建筑材料、金属结构、油漆等,古建筑、雕塑像也会受到损坏。当然,酸雨污染还会影响人体的健康。
酸雨污染已经对包括我国在内的整个世界构成了巨大的危害。
1.酸雨对森林的危害
酸雨会对森林植物产生很大危害。酸雨损伤树叶,阻碍植物的光合作用、使树叶枯黄脱落。全欧洲约有14%的森林受酸雨危害,德国高达50%。德国人常自豪地称自己的国家为“黑森林王国”,可是由于酸雨肆虐,现在黑森林已变成了黄森林,墨绿的树叶泛黄脱落,好多树冠完全脱光,只剩下光秃秃的枝,在凄风苦雨中呻吟挣扎。所以,德国人把酸雨称作“绿色的鼠疫”。美国的世界观察研究所在一份研究报告中指出,因酸雨引起的世界范围的森林毁灭,就木材的损失估计,每年超过100亿美元。