大气臭氧层主要承担着保护地球生物的重要职责。它能够吸收太阳光中波长306.3nm以下的紫外线，尤其是大部分UV—B（波长290～300nm）和全部UV—C（波长<290nm），从而防止地球上的人类和动植物遭受短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量中波紫外线UV-B能够到达地面，由于长波紫外线对生物细胞的伤害比中波紫外线轻微，因此臭氧层如同一个天然的屏障，保护着地球上的生命得以生存和繁衍。
除了保护作用，臭氧层还具有加热作用。它能够吸收太阳光中的紫外线并转化为热能，从而加热大气。这种作用使得大气温度在高度50km左右形成一个峰值，地球上空15～50km处存在一个升温层。正是因为存在臭氧，才有了平流层的存在。而地球以外的行星由于缺乏臭氧和氧气，也就没有平流层。大气温度结构对大气循环有重要影响，这也是由于臭氧的高度分布所导致的。
此外，臭氧在对流层上部和平流层底部也扮演着温室气体的角色。在这些低温高度，臭氧的存在对于维持地面温度同样至关重要。如果这一高度的臭氧减少，将可能引起地面气温下降。因此，臭氧的高度分布及变化对于维持地球气候稳定具有极其重要的作用。
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