臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外线照射之后又分为氧气分子和氧原子，形成一个继续的过程臭氧氧气循环，如此产生臭氧层。
大气臭氧层主要有三个作用。第一便为保护作用，臭氧层能够阻挡太阳光及来自宇宙各处的射线中波长306.3nm以下的紫外线，主要是一部分UV—B(波长290～300nm)和全部的UV—C(波长<290nm)，保护地球上的生命免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件保护伞保护地球上的生物得以生存繁衍 。
第二为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用大气温度结构在高度50km左右有一个峰值，使得地球上空15～50km存在着升温层。所以正是由于臭氧的存在才有平流层的存在。大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。
第三为温室气体作用，在对流层上部和平流层底部，即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。
臭氧层具有使地球上的生物免遭紫外线杀伤的非凡的本领。因为它能把太阳辐射来的高能紫外线的99％吸收掉。假如没有它的保护，让所有高能紫外线全部落到地面的话，那么，日光晒焦的速度将比烈日之下的夏季快50倍，几分钟之内，地球上的一切林木都会被烤焦，所有的飞禽走兽都将被杀死，生机勃勃的地球，就会变成一片荒凉的焦土。臭氧层还能阻挡地球热量不致很快地散发到太空中去，使地球大气的温度保持恒定。
高空中的氧气受宇宙射线的激发会产生原子氧；原子氧与氧分子作用便生成了臭氧分子，正是这一过程，吸收了太阳的辐射能；臭氧比空气重，当它生成后就在空气中下降；由于臭氧不稳定，容易分解为氧气，并放出原子氧，原子氧和氧气再上升到高空……就这样，臭氧和氧气不停地相互转化，既吸收了高能紫外线的能量，又保持住了地球的热量。
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