臭氧层可屏蔽太阳辐射线，以使地表免遭其害。如果失去这一保护，生物圈将会发生什么情况呢？

1990年当臭氧层变薄时，到达地表的有害紫外辐射量将增加——生物学家还无法预计其恶果。目前，科学家们已知道，春季在南极上空臭氧层形成的空洞主要是由于氟氯碳（CFCs）分解产生含氯化合物的结果。氟氯碳化合物不会自然产生，它在大气中的寿命有数年。有些迹象表明，小臭氧空洞正在北极上空形成。过去十年里，CFCs化合物使平流层中的臭氧减损达百分之几。

在未来二、三十年中，当太阳活动在1991年到1992年达到高峰时，到达高空带电粒子数的增加会激发化学反应，以抵消由CFCs引起的臭氧浓度的减小。但大气学家预计，之后臭氧浓度将有明显下降，而穿入大气的紫外辐射量相应增加。这是因为当太阳活动减少时，这些自然过程同样会受CFCs和其它“人为”化合物的影响。

人们关心此事有两个原因，并且两者都与大气中臭氧吸收太阳的紫外辐射有关。第一，如果臭氧较少，紫外线在被吸收前穿入较深的地球大气中，那么，就会改变大气的热平衡，低层变暖，高层变冷。这种变化将使温室效应更加严重，从而导致地球气候和天气形式的更大变化。第二，它还会直接威胁地表生命。因为臭氧层能吸收那些对生命细胞有害的波长的紫外线，正是这种紫外线导致人类的大部分皮肤癌。尽管现在还没有一个人怀疑平流层臭氧在1990年将会减少，但生态学家还必须给出未来地球生命的大致轮廓。

自然环境中所有紫外线都来自太阳。按地表温度测量的太阳发射能谱约为600开尔文，大部分能量处于可见区，但有百分之六位于波长小于400纳米（nm）的紫外区。几乎所有波长小于300 nm的辐射在到达地面前就被地球大气吸收。波长小于200 nm的“末端”紫外（也称短波或真空紫外）也完全被大气中的氮和氧吸收，其结果使得辐射将某些双原子氧分子分开，单原子氧又与其它双原子氧分子结合形成三原子氧分子（臭氧）。臭氧就会吸收波长位于200 nm到300 nm的远紫外线，到达地面的波长位于300 nm到400 nm的辐射称为近紫外。

远紫外对生命伤害最大，因为它强烈影响着核酸和蛋白质。但太阳产生的远紫外辐射比近紫外少得多，目前仅有少量波长位于290 nm到300 nm的辐射到达地面，而且还必须在强阳光的情况下。覆盖远紫外和近紫外任意边界的、波长位于290 nm到320 nm的辐射有时称为生物活性紫外，正是这种辐射引起大部分太阳灼烧和皮肤癌。该辐射在臭氧层变薄时，将更容易穿入地面，臭氧浓度甚至稍有减少，到达地面的生物活性紫外线量即会加倍。结果臭氧减损继续发生，地平面的生物活性紫外线可能会大量增加。

相反，今天大部分到达地面的紫外线位于近紫外区，大约一半太阳能以这一波段的形式输出到地面。因此，无论大气中发生什么情况，都不会有多于目前量两倍的紫外线到达地表。近紫外区的能量对生物影响非常小，通常认为是“无害”的。有些实验表明，很高剂量的近紫外线也可以伤人，但该剂量远比我们从太阳接到的高得多。

太阳辐射损伤生命细胞并不是整个能量的缘故，而是因为生命重要分子仅吸收光谱中特殊波长的能量。所有原子和分子只吸收（发射）明确波长的辐射，这就给出通过气体云的光一个特征“指纹”线，以确定气体组成。太阳紫外光谱中每个“点”对活性或非活性材料都有特殊的效应。例如，在可见区，叶绿素在440 nm和720 nm吸收最有效，利用太阳能进行光合作用。同样，人体皮肤的最有效吸收在以297.3 am为中心的一个窄小波长范围内。但此时细胞并不能利用太阳能——相反，紫外线会损伤细胞分子，导致太阳灼烧。

研究人员用紫外线进行的生物工作主要是细菌特别是内脏菌大肠杆菌及组织培养两个方面。汞蒸气灯作为紫外光源，这些主要用于消毒（如外科仪器的消毒）的灯并不能模拟全部穿入大气的紫外辐射光谱。但所有迹象表明，如果远紫外线完全照到生物圈上，情况可能更糟——伤害渔业、农业，并引发人类皮肤癌的流行。

大部分研究紫外线对生命的影响用的是窄波段紫外线，在该波长下的辐射可被氨基酸、蛋白质和DNA吸收。254 nm辐射的每种杀菌量正好等于打开这些分子中某些化学键所需的能量。这种情况仅在一定波长下发生，因为量子规则允许一个分子仅能吸收（或发射）一定量的能量，并与两原子间的化学键强度有关。吸收具有该能量的光子以打开化学键，但具有另外能量的光子却不能被吸收。一个DNA破坏的细胞不会正常工作，因为它的基因代码将不规则生长；破坏蛋白质，在某种意义上说并不重要，但却是致命的：因为蛋白质操纵着细胞的工作，它可将DNA代码翻译成行为。

细胞具有进化机制以抵消生物活性紫外线造成的损伤，它们可以修复辐射引起的伤害。最简单的机制——光复活修复包括单一酶、光分解和近紫外或蓝光的能量吸收。其它机制在黑暗处才能工作。然而，这种机制会延迟器官的生长，这可能是因为损伤会减缓RNA（把DNA代码翻译成蛋白质“工作者”的分子）的复制。

以上大部分信息来自细菌和病毒的研究，并没有对整个植物和动物作对比研究。但几位研究人员还研究了组织培养。海藻、真菌、欧龙马草和开花植物的组织、果蝇和某些脊椎动物表明存在可在黑暗中工作的修复机制，但其中几种却没有光复活修复机制。

该研究中最令人吃惊的是开花植物具有另外的RNA修复机制，尽管很少有人知道它。从有限的研究数据可以看出，适应自然界的植物——当暴露于过量紫外线下时，产生较少的叶子，不能同其它植物一样进行有效光合作用，并且所结果实也较少。

人体细胞也含有可修复紫外线损伤的生化机制，这可从人类很少患有癌症，干皮色素病及主要缺乏修复机制的遗传病上清楚地看到。暴露于紫外辐射会使嘧啶二聚物集结在患者皮肤上，从而使得皮肤对光敏感，导致多种皮肤癌。这类癌症几乎是致命的。

大部分陆栖动物的细胞并没有修复机制，它们有自己有效的方法以防止有害的太阳辐射进入其生命组织。首先，它们有非生命物的天然屏障，如腹足纲的软体动物壳、昆虫的外甲、爬行动物的鳞以及皮革或毛发等。色素，如黑色素，是许多脊椎动物皮肤的第二条防卫线。行为又是另一种防卫形式。许多小有机体从不到地面上，其中大多数（如蚯蚓和蜗牛）是夜间活动的，这就可以防止皮肤干燥，避免被捕食，而且可使软体动物免遭太阳辐射。

远紫外线的增加更加直接地威胁着植物：因为它们需要光合作用，所以必须接受太阳辐射。植物能够适应目前辐射水平，部分原因是由于它们具有生化修复机制，同时还由于它们具有变化生长方式的能力——如当辐射增强时，它们会长出又小又少的叶子。实验表明，当暴露在略微增加的紫外辐射下时，有些植物长较小的叶子，并且生出较厚的、可以反射的蜡状角质层。我们目前还无法说出植物对远紫外线的忍耐极限，但可以预计，其抵抗能力有所增加。

紫外辐射对生活在海洋中的生物也是有害的。除几个例外，大部分海洋生物依赖于光合作用，这仅发生在阳光穿入的水面中。因此，食物链最重要的组成都集中在紫外线最有可能增加的地区。

任何特殊波段可穿入水的深度依赖于许多因素，如辐射的入射角、表面波形和水中悬浮物的数量等。近紫外（300 nm到400 nm）穿入海水比较容易，而末端紫外（波长小于200 nm）就完全不能穿入水中，远紫外介于二者之间。对于蒸馏水，百分之十的波长为400 nm的辐射穿透深度为30米，而320 nm的辐射穿透深度仅10米。

在深度5米的净水（新鲜水或盐水）中的有机生物吸收投在表面的，波长为320 nm ~ 400 nm的紫外线最大量为75%，320 nm的为60%，300 nm的为50%（紫外线在泥水或富集浮游生物的水中不会穿迻很深）。紫外辐射的增加会使临界层接受剂量加深5米，而且穿透深度也会加宽。

基于这一观点，大约一半海洋鱼类、所有近海岸动植物（包括珊瑚礁）和大部分港湾生物区、环礁湖和新鲜水生态系统都可能受到紫外线的威胁。由于这些有机体已暴露于一些紫外线中，因此，我们可以推断，它们至少具有应付目前辐射水平的能力。但它们是否足以应付任何紫外线的增加还是个问题。

—名澳大利亚研究人员对紫外线穿入南极水进行了研究。悉尼大学的比尔 · 伍德测量了形成南极食物链的基础——浮游生物水藻的紫外效应。伍德认为，浮游生物的繁殖会严重减少，由此引起鱗虾、鲸、海豹及其它海洋动物数量减少。他还认为，过分暴露于紫外线下会伤害企鹅和海洋哺乳动物的眼睛。

综上所述，我们可以看出，生物活性紫外线（不可避免地伴有一些远紫外线）入射量的加倍增长将给地球生态系统带来惨重损失，但我们目前还无法知道这种情况何时会发生。由于选取样品困难很大，因此我们还无法定义环境紫外线及损害程度的基准，仅能从可靠的官方数据预计，有机体遭受的损害归因于紫外线的增加、美国环保部门指出，平流层中臭氧浓度减少1%，会使地表紫外线量增加2%，白人的皮肤癌增加目前已确证，由于释放氟氯碳气体（CFCs），北半球温带地区平流层臭氧已减损3%。按这一数据，每年在美国会有八万例新皮肤癌患者，这相当于过去几十年的总和。实际上，皮肤癌如同在今天的南极一样，已成为北半球的常见病，每年大约有百分之一人口患皮肤癌。

这些皮肤癌中大部分是没有危险的——仅有少数为致命的。然而，其它迹象表明，由于臭氧的减损，仅在美国就会在未来90年中有近一百万人死于皮肤癌恶性黑瘤。即使CFC的释放减少到目前水平的20%，这种定论还是有争议的。但目前还没有确定相应的收成、农牧及自然环境的损害。

然而，我们可以给出一个可能发生的特例，如果由于紫外线的增加树木长出又少又小的叶子，那么，大量紫外线就会穿过森林覆盖到达地层，从而对许多新树种造成新的直接威胁。

这种效应可能会由于其它环境问题如酸雨、其它空气污染和地球变暖等的损害而变得不易察觉。破坏环境的机制是很多的，但至少对于臭氧层破坏的治理，一个简单而无害的方法是已知的——那就是停止生产CFCs。

［New Scientist ，1988年12月10日］