[科普中國(guó)]-臭氧空洞

概述

臭氧由太陽(yáng)輻射使氧分子分解后，一個(gè)氧原子和另一個(gè)氧分子結(jié)合而成，通常生成于日照強(qiáng)烈的赤道上空。大氣層中的臭氧總量計(jì)約33億噸，但在整個(gè)大氣層中所占比重極小--如果將之平鋪在地表，將不過(guò)3mm的厚度--只有一粒綠豆的高度。

大氣中的臭氧吸收了大部分對(duì)生命有破壞作用的太陽(yáng)紫外線，對(duì)地球生命形成了天然的保護(hù)作用。太陽(yáng)紫外線中波長(zhǎng)小于290納米的部分被平流層臭氧分子全部吸收，但波長(zhǎng)為290-320納米，也就是通常所說(shuō)的UV-B波段的紫外線也有90%被臭氧分子吸收，從而大大減弱了它到達(dá)地面的強(qiáng)度。如果平流層臭氧的含量減少，則地面受到的UV-B段紫外輻射的強(qiáng)度將會(huì)增加?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，地球上的一切生命就像離不開水和氧氣一樣離不開大氣臭氧層，大氣臭氧是地球上一切生靈的保護(hù)傘。

臭氧有吸收太陽(yáng)紫外輻射的特性，臭氧層會(huì)保護(hù)我們不受到陽(yáng)光紫外線的傷害，所以對(duì)地球生物來(lái)說(shuō)是很重要的保護(hù)層。不過(guò)，隨著人類活動(dòng)，特別是氟氯碳化物(CFCs)和海龍(halons)等人造化學(xué)物質(zhì)被大量使用，很容易就會(huì)破壞臭氧層，使大氣中的臭氧總量明顯減少，在南北兩極上空下降幅度最大。在南極上空，約有2000多萬(wàn)平方千米的區(qū)域?yàn)槌粞跸”^(qū)，其中14-19千米上空的臭氧減少達(dá)50%以上，科學(xué)家們形象地將之稱為“臭氧空洞”。臭氧水平的持續(xù)降低，將會(huì)使人類受到過(guò)量的太陽(yáng)紫外輻射，導(dǎo)致皮膚癌等疾病的發(fā)病率顯著增加。

臭氧空洞指的是因空氣污染物質(zhì)，特別是氧化氮和鹵化代烴等氣溶膠污染物的擴(kuò)散、侵蝕而造成大氣臭氧層被破壞和減少的現(xiàn)象。1

人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到氟利昂等人造物質(zhì)對(duì)臭氧層造成破壞，所以，國(guó)際組織通力合作來(lái)降低這些破壞性化合物的使用量，24個(gè)國(guó)家于1987年簽訂了限制使用氟利昂等化學(xué)品的條約。荷蘭、墨西哥和美國(guó)三位科學(xué)家研究的結(jié)果，確認(rèn)了人造物質(zhì)對(duì)臭氧層的破壞，因而獲得了1995年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

這幾年來(lái)，它們?cè)诖髿饫锏暮恳驳拇_降低了一點(diǎn)。這張照片是用特殊方法拍攝的，因?yàn)槲覀冇萌庋凼强床坏侥睦锏某粞醣黄茐牧?。在這張照片里，藍(lán)色的深淺代表臭氧的含量，顏色愈深，臭氧的含量愈少。從照片中我們清楚地看到臭氧最少的地方在南極上空，這就是我們平常說(shuō)的南極臭氧空洞?？茖W(xué)家們一直關(guān)注著南極上空的這個(gè)空洞，因?yàn)樗诓煌５刈兓?。這張圖片中的空洞還算不大。

除了南北兩極之外，在青藏高原上空也發(fā)現(xiàn)了臭氧分布稀薄區(qū)。人類對(duì)臭氧層的保護(hù)已顯得更為緊迫。

臭氧是引起氣候變化的主要因子，同時(shí)又是重要的氧化劑，在大氣光化學(xué)過(guò)程中起著重要作用。臭氧吸收了6太陽(yáng)光中的大部分的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能從而加熱大氣，也能吸收9-10微米的熱紅外線，使大氣層加熱。

正是由于臭氧的這一特性，使得地球上空15～50公里的大氣層中存在著升溫層（逆溫層），因此，臭氧對(duì)平流層的溫度結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動(dòng)起決定性的作用，而大氣的溫度結(jié)構(gòu)對(duì)于大氣的循環(huán)具有重要的影響，臭氧濃度的變化不僅影響到平流層大氣的溫度和運(yùn)動(dòng)，也影響了全球的熱平衡和全球的氣候變化。除此之外，在對(duì)流層中，臭氧因?qū)t外線的吸收作用而被稱為溫室氣體之一。

形成原因經(jīng)過(guò)跟蹤、監(jiān)測(cè)，科學(xué)家們找到了臭氧層損耗即臭氧空洞的形成原因。一種大量用作制冷劑、噴霧劑、發(fā)泡劑等化工制劑的氟氯烴是導(dǎo)致臭氧減少的“罪魁禍?zhǔn)住薄?另外，寒冷也是臭氧層變薄的關(guān)鍵，這就是為什么首先在地球南北極最冷地區(qū)出現(xiàn)臭氧空洞的原因了。

人類活動(dòng)排入大氣中的一些物質(zhì)進(jìn)入平流層與那里的臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致臭氧耗損，使臭氧濃度減少。

人為消耗臭氧層的物質(zhì)主要是：廣泛用于冰箱和空調(diào)制冷、泡沫塑料發(fā)泡、電子器件清洗的氯氟烷烴（CFxCl4-x，又稱Freon），以及用于特殊場(chǎng)合滅火的溴氟烷烴（CFXBr4-x，又稱Halons哈龍）等化學(xué)物質(zhì)。

對(duì)南極臭氧洞形成原因的解釋有三種，即大氣化學(xué)過(guò)程解釋，太陽(yáng)活動(dòng)影響和大氣動(dòng)力學(xué)解釋。

大氣化學(xué)大氣化學(xué)過(guò)程解釋，認(rèn)為臭氧層中可以產(chǎn)生某種大氣化學(xué)反應(yīng)，將3個(gè)氧原子含量的臭氧（O3）分解為分子氧（O2）和原子氧（O），從而破壞了臭氧層；

化學(xué)機(jī)理

南極臭氧洞的成因，推測(cè)有四種：

1.人為影響，人類活動(dòng)產(chǎn)生的含氯化合物進(jìn)入大氣層

2.與太陽(yáng)活動(dòng)周期有關(guān)的自然現(xiàn)象

3.區(qū)域性天氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程

4.火山活動(dòng)

化學(xué)過(guò)程

消耗臭氧層的物質(zhì)，在大氣的對(duì)流層中是非常穩(wěn)定的，可以停留很長(zhǎng)時(shí)間，如CF2C12在對(duì)流層中壽命長(zhǎng)達(dá)120年左右。因此，這類物質(zhì)可以擴(kuò)散到大氣的各個(gè)部位，但是到了平流層后，就會(huì)在太陽(yáng)的紫外輻射下發(fā)生光化反應(yīng)，釋放出活性很強(qiáng)的游離氯原子或溴原子，參與導(dǎo)致臭氧損耗的一系列化學(xué)反應(yīng)：

CFxCl4-x+hv→·CFxCl3-x+·Cl

·Cl+O3→·ClO+O2

·ClO+O→O2+·Cl

這樣的反應(yīng)循環(huán)不斷，每個(gè)游離氯原子或溴原子可以破壞約10萬(wàn)個(gè)O3分子，這就是氯氟烷烴或溴氟烷烴破壞臭氧層的原因。

國(guó)際組織《關(guān)于耗損臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》規(guī)定了15種氯氟烷烴、 3種哈龍、40種含氫氯氟烷烴、34種含氫溴氟烷烴、四氯化碳（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）和甲基溴（CH3Br）為控制使用的消耗臭氧層物質(zhì)，也稱受控物質(zhì)。其中含氫氯氟烷烴（如,HCFCl2）類物質(zhì)是氯氟烷烴的一種過(guò)渡性替代品，因其含有H，使得它在底層大氣易于分解，對(duì)O3層的破壞能力低于氯氟烷烴，但長(zhǎng)期和大量使用對(duì)O3層危害也很大。

在工程和生產(chǎn)中作為溶劑的四氯化碳（CCl4）和甲基氯仿（CH3CCl3），同樣具有很大的破壞臭氧層的潛值，所以也被列為受控物質(zhì)。

溴氟烷烴主要是哈龍：哈龍1211（CF2BrCl）、哈龍1310（CF3Br）、哈龍2420（C2F4Br2），這些物質(zhì)一般用作特殊場(chǎng)合的滅火劑。此類物質(zhì)對(duì)臭氧層最具破壞性，比氯氟烷烴高3～10倍，1994年發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)停止這3種哈龍的生產(chǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，核爆炸、航空器發(fā)射、超音速飛機(jī)將大量的氮氧化物注入平流層中，也會(huì)使臭氧濃度下降。

NO對(duì)臭氧層破壞作用的機(jī)理為：

O3+NO→O2+NO2，

O+NO2→O2+NO,

總反應(yīng)式為：O+O3→2O2。

太陽(yáng)活動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)影響解釋，認(rèn)為當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)峰年（即太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)期）前后，宇宙射線明顯增強(qiáng)，促使雙電子氮化物（如NO2）與O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得奇電子氮化物（如NO3）增加，O3轉(zhuǎn)換為O2，從而破壞了臭氧層；

科學(xué)解釋大氣動(dòng)力學(xué)解釋認(rèn)為，初春，極夜結(jié)束，太陽(yáng)輻射加熱空氣，產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，將對(duì)流層臭氧濃度低的空氣輸入平流層，使得平流層臭氧含量減小，容易出現(xiàn)臭氧洞。

一般認(rèn)為，在人為因素中，工業(yè)上大量使用氟里昂氣體是破壞臭氧層的主要原因之一。通常，氟里昂是比較穩(wěn)定的物質(zhì)，然而，當(dāng)它被大氣環(huán)流帶到平流層（16公里～30公里）時(shí)，由于受太陽(yáng)紫外線的照射，容易形成游離的氯離子。這些氯離子非?；顫姡菀着c臭氧起化學(xué)反應(yīng)，把臭氧（O3）變成氧分子（O2）和氧原子（O），從而使臭氧總量減少，形成了臭氧洞。

本來(lái)，在離地20公里～30公里的大氣層內(nèi)，是臭氧集中分布的地帶，稱作臭氧層，太陽(yáng)輻射透過(guò)這層大氣時(shí)，大量的臭氧吸收了波長(zhǎng)較短的紫外線輻射（0.20微米～0.30微米波段），大大減弱了到達(dá)地面太陽(yáng)輻射中的紫外線強(qiáng)度。然而，若臭氧層的臭氧含量大大減少，則吸收太陽(yáng)紫外線輻射的能力減弱，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)增大。

從醫(yī)學(xué)上來(lái)說(shuō)，較短波的紫外線輻射殺傷能力最大，能殺死細(xì)胞，破壞生物細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)，如染色體、脫氧核糖核酸等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生物的遺傳病，產(chǎn)生突變體，導(dǎo)致人類的皮膚癌。強(qiáng)烈的紫外線還可以穿透海洋10米～30米，使海洋浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力降低四分之三左右，抑制浮游動(dòng)物生長(zhǎng)。人們一旦了解了臭氧洞的危害和形成原因，相信會(huì)對(duì)臭氧洞演變的預(yù)測(cè)和防止提出新的理論和方法。

在臭氧層內(nèi)各地分布不均勻，世界三極地區(qū)即南極、北極和青藏高原氣候寒冷，臭氧層微薄。某處臭氧層中臭氧含量的減少等于在屋頂上開了天窗，如果減少到正常值的50%以上，人們形象地說(shuō)這是個(gè)臭氧洞。

臭氧洞可以用一個(gè)三維的結(jié)構(gòu)來(lái)描述，即臭氧洞的面積、深度及延續(xù)時(shí)間。 南極臭氧洞2000年9月3日南極上空的臭氧層空洞面積達(dá)到2830萬(wàn)平方公里，超出中國(guó)面積兩倍以上，相當(dāng)于美國(guó)領(lǐng)土面積的3倍。這是迄今觀測(cè)到的最大的臭氧層洞。圖中覆蓋在南極上空如同蘭色水滴的就是就是衛(wèi)星觀測(cè)到的臭氧洞。

南極是一個(gè)非常寒冷的地區(qū)，終年被冰雪覆蓋，四周環(huán)繞著海洋。1985 年，英國(guó)科學(xué)家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測(cè)站發(fā)現(xiàn)：1977-1984年每到春天南極上空的臭氧濃度就會(huì)減少約 30%，有近 95% 的臭氧被破壞。1985年前南極臭氧洞大小和深度，大約以兩年為消長(zhǎng)周期。2

現(xiàn)狀美國(guó)國(guó)家宇航局（NASA）的科學(xué)家前不久宣布，到2000年10月，南極上空臭氧洞的面積大約為2900萬(wàn)平方英里，這是迄今為止觀測(cè)到臭氧空洞的最大面積。從NASA發(fā)布的圖片上可以看到，臭氧洞像一個(gè)大的藍(lán)水滴，完全罩在南極的上空，并延伸到南美的南端。臭氧空洞增大的速度是驚人的，特別是近南極上空的臭氧空洞有惡化的趨勢(shì)。根據(jù)全球總臭氧觀測(cè)的結(jié)果表明，在過(guò)去10-15年間，每到春天南極上空平流層的臭氧都會(huì)發(fā)生急劇的大規(guī)模耗損。1987年10月，南極上空的臭氧濃度下降到了1957-1978年間的一半，臭氧洞面積則擴(kuò)大到足以覆蓋整個(gè)歐洲大陸。

從那以后，臭氧濃度下降的速度還在加快，有時(shí)甚至減少到只剩30%，臭氧洞的面積也在不斷擴(kuò)大。1994年10月觀測(cè)到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。臭氧洞的深度和面積等仍在繼續(xù)擴(kuò)展，1995年觀測(cè)到的臭氧洞的天數(shù)是77天，到1996年幾乎南極平流層的臭氧全部被破壞，臭氧洞發(fā)生天數(shù)增加到80天。1997年至今，科學(xué)家進(jìn)一步觀測(cè)到臭氧洞發(fā)生的時(shí)間也在提前，1998年臭氧洞的持續(xù)時(shí)間超過(guò)100天，是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來(lái)的最長(zhǎng)記錄，而且臭氧洞的面積比1997年增大約15%，幾乎可以相當(dāng)三個(gè)澳大利亞的面積。這一跡象表明，南極臭氧洞的損耗狀況正在惡化之中。臭氧在大氣中從地面到70千米的高空都有分布，其最大濃度在中緯度24千米的高空，向極地緩慢降低，最小濃度在極地17千米的高空。20世紀(jì)50年代末到70年代就發(fā)現(xiàn)臭氧濃度有減少的趨勢(shì)。1985年英國(guó)南極考察隊(duì)在南緯60°地區(qū)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞，引起世界各國(guó)極大關(guān)注。臭氧層的臭氧濃度減少，使得太陽(yáng)對(duì)地球表面的紫外輻射量增加，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞作用，影響人類和其他生物有機(jī)體的正常生存。關(guān)于臭氧層空洞的形成，在世界上占主導(dǎo)地位的是人類活動(dòng)化學(xué)假說(shuō)：人類大量使用的氯氟烷烴化學(xué)物質(zhì)（如制冷劑、發(fā)泡劑、清洗劑等）在大氣對(duì)流層中不易分解，當(dāng)其進(jìn)入平流層后受到強(qiáng)烈紫外線照射，分解產(chǎn)生氯游離基，游離基同臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使臭氧濃度減少，從而造成臭氧層的嚴(yán)重破壞。為此，于1987年在世界范圍內(nèi)簽訂了限量生產(chǎn)和使用氯氟烷烴等物質(zhì)的蒙特利爾協(xié)定。另外還有太陽(yáng)活動(dòng)說(shuō)等說(shuō)法，認(rèn)為南極臭氧層空洞是一種自然現(xiàn)象。關(guān)于臭氧層空洞的成因，尚有待進(jìn)一步研究。

2008年形成的南極臭氧空洞的面積到9月第二個(gè)星期就已達(dá)2700萬(wàn)平方公里，而2007年的臭氧空洞面積只有2500萬(wàn)平方公里。2000年，南極上空的臭氧空洞面積達(dá)創(chuàng)記錄的2800萬(wàn)平方公里，相當(dāng)于4個(gè)澳大利亞?？茖W(xué)家目尚不清楚2008年的臭氧空洞面積是否會(huì)打破這個(gè)記錄。

科學(xué)家認(rèn)為，臭氧空洞面積較小的主要原因在于氣候，而不是因?yàn)槠茐某粞鯇拥幕瘜W(xué)氣體排放減少。英國(guó)南極考察科學(xué)家阿蘭·羅杰說(shuō)，南極上空臭氧空洞縮小在歷史記錄上應(yīng)被看作是個(gè)別現(xiàn)象。因此，臭氧層空洞面積有可能進(jìn)一步擴(kuò)大。

大氣圈的臭氧入不敷出，濃度降低?？茖W(xué)家在1985年首次發(fā)現(xiàn)： 1984年9、10月間，南極上空的臭氧層中，臭氧的濃度較20世紀(jì)70年代中期降低40%，已不能充分阻擋過(guò)量的紫外線，造成這個(gè)保護(hù)生命的特殊圈層出現(xiàn)“空洞”，威脅著南極海洋中浮游植物的生存。據(jù)世界氣象組織的報(bào)告：1994年發(fā)現(xiàn)北極地區(qū)上空平流層中的臭氧含量，也有減少，在某些月份比20世紀(jì)60年代減少了25-30%。而南極上空臭氧層的空洞還在擴(kuò)大，1998年9月創(chuàng)下了面積最大達(dá)到2500萬(wàn)Km2的歷史記錄。

臭氧層為什么會(huì)出現(xiàn)“空洞”？許多科學(xué)家認(rèn)為，是使用氟利昂作制冷劑及在其他方面使用的結(jié)果。氟利昂由碳、氯、氟組成，其中的氯離子釋放出來(lái)進(jìn)入大氣后，能反復(fù)破壞臭氧分子，自己仍保持原狀，因此盡管其量甚微，也能使臭氧分子減少到形成“空洞”。我國(guó)科學(xué)家新近提出，僅僅是氟利昂的作用還不夠，太陽(yáng)風(fēng)射來(lái)的粒子流在地磁場(chǎng)的作用下向地磁兩極集中，并破壞了那里的臭氧分子，這才是主要原因。（楊學(xué)祥，1999）而無(wú)論如何，人為地將氯離子送進(jìn)大氣，終是一種有害行為。

本世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)英國(guó)的科學(xué)家通過(guò)觀測(cè)首先發(fā)現(xiàn)，在地球南極上空的大氣層中，臭氧的含量開始逐漸減少，尤其在每年的9-10月(這時(shí)相當(dāng)于南半球的春季)減少更為明顯。美國(guó)的“云雨7號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)一步探測(cè)表明，臭氧減少的區(qū)域位于南極上空，呈橢圓形，1985年已和美國(guó)整個(gè)國(guó)土面積相似。這一切就好像天空塌陷了一塊似的，科學(xué)家把這個(gè)現(xiàn)象稱為南極臭氧洞**。**南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)使人們深感不安，它表明包圍在地球外的臭氧層已經(jīng)處于危機(jī)之中。于是科學(xué)家在南極設(shè)立了研究中心，進(jìn)一步研究臭氧層的破壞情況。1989年，科學(xué)家又赴北極進(jìn)行考察研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)北極上空的臭氧層也已遭到嚴(yán)重破壞，但程度比南極要輕一些。

臭氧是大氣中的微量氣體之一，其主要濃集在平流層中20-25km的高空，即大氣的臭氧層。臭氧層對(duì)保護(hù)地球上的生命界以及調(diào)節(jié)地球的氣候都具有極為重要的作用。然而，近些年來(lái)，由于在平流層內(nèi)運(yùn)行的飛行器日益增多，人類活動(dòng)產(chǎn)生的一些痕量氣體如NO。和氯氟烴等進(jìn)入平流層，使臭氧層遭到破壞，以致于在南極上空出現(xiàn)了“臭氧空洞”。

導(dǎo)致大氣中臭氧減少和耗竭的物質(zhì)，主要是平流層內(nèi)超音速飛機(jī)排放的大量NO。以及人類大量生產(chǎn)與使用的氯氟烴化合物（氟利昂），如CFCl3（氟利昂-11）、CF2Cl2（氟利昂-12）等。1973年，全球這兩種氟利昂的產(chǎn)量達(dá)480萬(wàn)、，其大部分進(jìn)入低層大氣，再進(jìn)入臭氧層。氟利昂在對(duì)流層內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定，但進(jìn)入臭氧層后，易與臭氧發(fā)生反應(yīng)而消耗臭氧，以致降低臭氧層中O3濃度。

2011年，據(jù)國(guó)家衛(wèi)星氣象中心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星臭氧總量探測(cè)儀在北極上空監(jiān)測(cè)到一個(gè)明顯的臭氧低值區(qū)，在該低值區(qū)內(nèi)臭氧總量是正常情況下平均值的一半左右，部分地區(qū)的臭氧總量達(dá)到了臭氧洞的標(biāo)準(zhǔn)(220DU)。雖然沒(méi)有形成南極上空那樣規(guī)模的臭氧洞，但由于北半球人口密度遠(yuǎn)高于南半球，臭氧低值區(qū)覆蓋的范圍內(nèi)紫外線對(duì)人類健康的影響比南極臭氧洞更重要。導(dǎo)致北極臭氧洞形成的主要原因是春季極寒冷的極渦內(nèi)生成了極地平流層云，在太陽(yáng)紫外線的作用下釋放出破壞臭氧的鹵素原子

衛(wèi)星同期監(jiān)測(cè)到的北半球臭氧總量分布，可以看出：一般情況下在三月份北極地區(qū)的臭氧含量很高，大部分地區(qū)范圍在400DU以上，其中接近或大于500DU的區(qū)域占很大比例。而2012年3月份北極圈內(nèi)的大部分地區(qū)臭氧總量降到了200～300DU，部分地區(qū)達(dá)到了臭氧洞的標(biāo)準(zhǔn)。

此結(jié)論與國(guó)外科學(xué)家的最新地面觀測(cè)結(jié)果基本一致。德國(guó)物理學(xué)家馬庫(kù)斯·雷克斯表示，北極30個(gè)臭氧監(jiān)測(cè)站獲得的初始數(shù)據(jù)顯示，冬季臭氧濃度下降的情況比以往更嚴(yán)重。他說(shuō)，在春天來(lái)臨之前，“第一個(gè)北極臭氧洞也許已經(jīng)形成，這種發(fā)展速度非常驚人，可能將被載入史冊(cè)。目前下定論還為時(shí)尚早，不過(guò)請(qǐng)靜候我們的進(jìn)一步消息”。據(jù)專家說(shuō)，臭氧濃度較低的地區(qū)可能向南最遠(yuǎn)已經(jīng)延伸到紐約上空，他們發(fā)出警告說(shuō)，皮膚癌風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑻嵘?/p>

北極上空2011年春天臭氧減少狀況超出先前觀測(cè)記錄，首次像南極上空那樣出現(xiàn)臭氧空洞，

這個(gè)臭氧空洞主要因北極地區(qū)罕見長(zhǎng)時(shí)間寒冬而形成。

這項(xiàng)研究由來(lái)自美國(guó)、加拿大、芬蘭、丹麥、日本等9個(gè)國(guó)家的研究人員完成，研究報(bào)告發(fā)表于英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版。

2014年，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局與宇航局共同對(duì)南極洲上空的臭氧空洞進(jìn)行了持續(xù)的觀察，臭氧空洞在9月11日達(dá)到了年度峰值。2014年臭氧空洞最大時(shí)有2410萬(wàn)平方公里，幾乎與2013年的峰值相當(dāng)。它還遠(yuǎn)未達(dá)到曾經(jīng)創(chuàng)下的單日最高紀(jì)錄，衛(wèi)星在2000年觀測(cè)到的面積達(dá)到了2990萬(wàn)平方公里。這一狀況在1998年到2006年間最糟糕，現(xiàn)在臭氧空洞似乎正在逐漸恢復(fù)。

威脅對(duì)人類生存10多年來(lái)，經(jīng)科學(xué)家研究；大氣中的臭氧每減少1%，照射到地面的紫外線就增加2%，人的皮膚癌患病率就增加3%，還受到白內(nèi)障、免疫系統(tǒng)缺陷和發(fā)育停滯等疾病的襲擊。居住在距南極洲較近的智利南端海倫娜岬角的居民，已嘗到苦頭，只要走出家門，就要在衣服遮不住的膚面，涂上防曬油，戴上太陽(yáng)眼鏡，否則半小時(shí)后，皮膚就曬成鮮艷的粉紅色，并伴有癢痛；羊群則多患白內(nèi)障，幾乎全盲。據(jù)說(shuō)那里的兔子眼睛全瞎，獵人可以輕易地拎起兔子耳朵帶回家去，河里捕到的鮮魚也都是盲魚。

推而廣之，若臭氧層全部遭到破壞，太陽(yáng)紫外線就會(huì)殺死所有陸地生命，人類也遭到“滅頂之災(zāi)”，地球?qū)?huì)成為無(wú)任何生命的不毛之地。可見，臭氧層空洞已威脅到人類的生存了。

1987年，主要工業(yè)國(guó)簽署了《蒙特利爾公約》，要求逐步停止使用危害臭氧層的化學(xué)物質(zhì)。而且已有更健康的第三代制冷劑出現(xiàn)了，這就是氨。氨是自然存在的物質(zhì)，由氫和氮元素組成，對(duì)環(huán)境影響微乎其微。

對(duì)生物圈由于臭氧層中臭氧的減少，照射到地面的太陽(yáng)光紫外線增強(qiáng)，其中波長(zhǎng)為240~329納米的紫外線對(duì)生物細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷作用，對(duì)生物圈中的生態(tài)系統(tǒng)和各種生物，包括人類，都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

臭氧層破壞以后，人體直接暴露于紫外輻射的機(jī)會(huì)大大增加，這將給人體健康帶來(lái)不少麻煩。首先，紫外輻射增強(qiáng)使患呼吸系統(tǒng)傳染病的人增加；受到過(guò)多的紫外線照射還會(huì)增加皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率。此外，強(qiáng)烈的紫外輻射促使皮膚老化。

臭氧層破壞對(duì)植物產(chǎn)生難以確定的影響。近十幾年來(lái)，人們對(duì)200多個(gè)品種的植物進(jìn)行了增加紫外照射的實(shí)驗(yàn)，其中三分之二的植物顯示出敏感性。一般說(shuō)來(lái)，紫外輻射增加使植物的葉片變小，因而減少俘獲陽(yáng)光的有效面積，對(duì)光合作用產(chǎn)生影響。對(duì)大豆的研究初步結(jié)果表明，紫外輻射會(huì)使其更易受雜草和病蟲害的損害。臭氧層厚度減少25%，可使大豆減產(chǎn)20~25%。

紫外輻射的增加對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)也有潛在的危險(xiǎn)。紫外線的增強(qiáng)還會(huì)使城市內(nèi)的煙霧加劇，使橡膠、塑料等有機(jī)材料加速老化，使油漆褪色等。

臭氧除了能夠?qū)夂蜃兓a(chǎn)生影響，從而影響環(huán)境和生態(tài)外，還對(duì)人類健康產(chǎn)生強(qiáng)烈的直接影響。由實(shí)驗(yàn)及實(shí)際觀測(cè)推論會(huì)造成以下的影響。

對(duì)人類1．增加皮膚癌：臭氧減少1%，皮膚癌患者增加4%－6%，主要是黑色素癌；

2．損害眼睛，增加白內(nèi)障患者；

3．削弱免疫力，增加傳染病患者。

對(duì)生態(tài)影響1．農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)及其品質(zhì)下降。試驗(yàn)200種作物對(duì)紫外線輻射增加的敏感性，結(jié)果2/3有影響，尤其是大米、小麥、棉花、大豆、水果和洋白菜等人類經(jīng)常食用的作物。估計(jì)臭氧減少1%，大豆減產(chǎn)1%。

2．減少漁業(yè)產(chǎn)量。紫外線輻射可殺死10米水深內(nèi)的單細(xì)胞海洋浮游生物 。實(shí)驗(yàn)表明，臭氧減少10%，紫外線輻射增加20%，將會(huì)在15天內(nèi)殺死所有生活在10米水深內(nèi)的鰻魚幼魚。

3．破壞森林。

據(jù)研究，臭氧減少影響人類健康及生態(tài)系統(tǒng)的主要機(jī)制是紫外線輻射的增加會(huì)破壞脫氧核糖核酸（DNA），以改變遺傳信息及破壞蛋白質(zhì)。除了影響人類健康和生態(tài)外，因臭氧減少而造成的紫外輻射增多還會(huì)造成對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響，如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。

臭氧洞的出現(xiàn) ,全球臭氧含量的減少 ,會(huì)使大氣吸收紫外線的能力大大減弱 ,導(dǎo)致到達(dá)地球表面的紫外 線特別是 UV - B 明顯增加 ,這將給人類健康和生態(tài)環(huán)境造成一系列災(zāi)難性影響 . 研究表明 ,長(zhǎng)期接受過(guò)量 紫外線輻射 ,會(huì)引起人體細(xì)胞中脫氧核糖核酸 ( DNA) 的改變 , 形成腺嘧啶二聚物 , 從而阻止 DNA 雙螺體分 離 ,使細(xì)胞自身修復(fù)機(jī)能減弱 ,人體免疫機(jī)能減退 . 強(qiáng)紫外線輻射會(huì)誘發(fā)人體皮膚癌變 ,使眼球晶狀體混濁 , 產(chǎn)生白內(nèi)障以至失明 . 據(jù)分析 ,平流層臭氧減少 1 % ,輻射到地面的紫外線數(shù)量就會(huì)增加 1. 5 % - 3. 0 % ,全球 皮膚癌發(fā)病率將增加 5 % - 7 % ,白內(nèi)障發(fā)病率將增加 0. 6 % - 0. 8 %. 臭氧減少 2. 5 % ,每年死于皮膚癌的人 數(shù)將增加 1. 5 萬(wàn)人 , 由于白內(nèi)障而引起失明的人數(shù)將增加10 000 - 15 000人 . 如果不限制 CFCS 的生產(chǎn)和消 費(fèi) ,按臭氧層破壞速率推算 ,到 2075 年時(shí) ,地球臭氧總量將比 1985 年再耗減 25 % ,全世界人口中將有皮 膚癌患者 1. 54 億人 ,死于皮膚癌者 320 萬(wàn)人 ,眼睛患白內(nèi)障者1 800萬(wàn)人 . 紫外輻射增加造成人體免疫機(jī)能的抑制 ,還會(huì)使許多疾病的發(fā)病率和病情的嚴(yán)重程度大大增加。3

擴(kuò)張趨勢(shì)不僅在南極，在北極上空也出現(xiàn)了臭氧減少的現(xiàn)象，美、日、英、俄等國(guó)家聯(lián)合觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，北極上空臭氧層也減少了 20%，已形成了面積約為南極臭氧空洞三分之一的北極臭氧空洞。在被稱為是世界上“第三極”的青藏高原，中國(guó)大氣物理及氣象學(xué)者的觀測(cè)也發(fā)現(xiàn)，青藏高原上空的臭氧正在以每 10 年 2.7% 的速度減少，已經(jīng)成為大氣層中的第三個(gè)臭氧空洞。

臭氧空洞的面積在2012年9月擴(kuò)大到2080萬(wàn)平方公里，這比2000年時(shí)觀測(cè)到的2960萬(wàn)平方公里大幅縮小，2000年的數(shù)值是迄今觀測(cè)到的最高值。南極上空臭氧層空洞已經(jīng)縮至25年來(lái)最小，但強(qiáng)調(diào)這并不代表臭氧層正在恢復(fù)。

氣象廳解釋說(shuō)，一方面，在國(guó)際社會(huì)努力下，破壞臭氧層的氯氟烴濃度正緩慢減少；另一方面，氣象條件發(fā)揮了更重要的影響，主要是南極的低溫區(qū)域比往年減小，難以形成所謂的“極區(qū)平流層云”，這也抑制了大氣層中部分化合物與臭氧分子發(fā)生反應(yīng)，減少了它們對(duì)臭氧層的破壞。

日本氣象廳臭氧層信息中心說(shuō)，臭氧層位于地球大氣層的平流層，可以阻止有害紫外線進(jìn)入大氣層。但是氯氟烴等氣體排放正破壞南北兩極上空的臭氧層。每年8月和9月，南極氣溫降低，上空就會(huì)出現(xiàn)臭氧層空洞。而是可能與2012年南極7月份和8月份氣溫相對(duì)往年較高有關(guān)。今后有可能再次出現(xiàn)更大的臭氧空洞，南極臭氧層要恢復(fù)到1980年之前的水平，需等到本世紀(jì)中葉。

巨大空洞正在縮小

據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，臭氧層空洞的歷史最大值發(fā)生在2000年9月6日，面積達(dá)2990萬(wàn)平方公里，這個(gè)數(shù)據(jù)相當(dāng)于美國(guó)、加拿大和墨西哥國(guó)土面積的總和。到2012年，他們記錄到的臭氧空洞當(dāng)年最大值，發(fā)生在9月22日，面積為2120萬(wàn)平方公里，已縮小了41%。而2012年南極臭氧層空洞的平均面積最小值為1790萬(wàn)平方公里，這也是過(guò)去20年來(lái)的第二小值。我們終于看到了相對(duì)樂(lè)觀的結(jié)果。

“人類制造的化學(xué)品中的氯元素是導(dǎo)致臭氧層形成空洞的罪魁禍?zhǔn)祝壳霸谀蠘O平流層中仍存在著相當(dāng)可觀的氯。”美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德航天中心的大氣學(xué)家保羅·紐曼說(shuō)，“自然界本身的氣流震蕩模式造成今年大氣中平流層的溫度高于常年。正是這樣的升溫現(xiàn)象造成了臭氧層空洞的縮小?！?/p>

據(jù)觀測(cè)，大氣中的臭氧耗損物質(zhì)濃度已經(jīng)停止上升，并呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。從這樣的情況看，大氣中的臭氧濃度將不再降低。但由于臭氧耗損物質(zhì)分解緩慢，紐曼認(rèn)為，可能要到2065年南極臭氧層才能恢復(fù)到當(dāng)年的水平。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，臭氧層的恢復(fù)仍要?dú)w功于國(guó)際協(xié)定對(duì)耗損臭氧的化學(xué)品生產(chǎn)的管制。4

保護(hù)政策在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中，氟里昂等物質(zhì)應(yīng)用非常廣泛，要全面淘汰，必須首先找到氟里昂等的替代物質(zhì)和替代技術(shù)。在特殊情況下需要使用，也應(yīng)努力回收，盡可能重新利用。世界上一些氟里昂的主要生產(chǎn)廠家參與開發(fā)研究了替代氟里昂的含氟替代物（含氫氯氟烴HCFC和含氫氟烷烴HCF等）及其合成方法，有可能用作發(fā)泡劑、制冷劑和清洗溶劑等，但這類替代物也損害臭氧層或產(chǎn)生溫室效應(yīng)。同時(shí)，也在開發(fā)研究非氟里昂類型的替代物質(zhì)和方法，如水清洗技術(shù)、氨制冷技術(shù)等。

為了推動(dòng)氟里昂替代物質(zhì)和技術(shù)的開發(fā)和使用，逐步淘汰消耗臭氧層物質(zhì)，許多國(guó)家采取了一系列政策措施。一類是傳統(tǒng)的環(huán)境管制措施，如禁用、限制、配額和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，井對(duì)違反規(guī)定實(shí)施嚴(yán)厲處罰，歐盟國(guó)家和一些經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌國(guó)家廣泛采用了這類措施。一類是經(jīng)濟(jì)手段，如征收稅費(fèi)、資助替代物質(zhì)和技術(shù)開發(fā)等。美國(guó)對(duì)生產(chǎn)和使用消耗臭氧層物質(zhì)實(shí)行了征稅和可交易許可證等措施。另外，許多國(guó)家的政府、企業(yè)和民間團(tuán)體還發(fā)起了自愿行動(dòng)，采用各種環(huán)境標(biāo)志，鼓勵(lì)生產(chǎn)者和消費(fèi)者生產(chǎn)和使用不帶有消耗臭氧層物質(zhì)的材料和產(chǎn)品，其中綠色冰箱標(biāo)志得到了非常廣泛的應(yīng)用。

為了實(shí)施議定書的規(guī)定，1990年6月在倫敦召開的議定書締約國(guó)第二次會(huì)議上，決定設(shè)立多邊基金，對(duì)發(fā)展中國(guó)家淘汰有關(guān)物質(zhì)提供資金援助和技術(shù)支持。1991年建立了臨時(shí)多邊基金，1994州年轉(zhuǎn)為正式多邊基金。到1995年底，多邊基金共集資4.5億美元，在發(fā)展中國(guó)家共安排了1100多個(gè)項(xiàng)目。

到1995年，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)停止使用大部分受控物質(zhì)，但經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌國(guó)家沒(méi)有按議定書要求削減受控物質(zhì)的使用量。發(fā)展中國(guó)家按規(guī)定到2010年停止使用，受控物質(zhì)使用量仍處于增長(zhǎng)階段。中國(guó)由于經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)，家用電器、泡沫塑料、日用化學(xué)品、汽車、消防器材等產(chǎn)品都大幅度增長(zhǎng)，受控物質(zhì)使用量比1986年增長(zhǎng)了一倍以上，成為世界上使用受控物質(zhì)最多的國(guó)家之一。

從各項(xiàng)國(guó)際環(huán)境條約執(zhí)行情況而言，這項(xiàng)議定書執(zhí)行的是最好的。向大氣層排放的消耗臭氧屋物質(zhì)已經(jīng)逐年減少，從1994年起，對(duì)流層中消耗臭氧層物質(zhì)濃度開始下降。預(yù)計(jì)到2000年，平流層中消耗臭氧層物質(zhì)的濃度將達(dá)到最大限度，然后開始下降。但是，由于氟利昂相當(dāng)穩(wěn)定，可以存在50至100年，即使議定書完全得到履行，臭氧層的耗損也只能在2050年以后才有可能完全復(fù)原。另?yè)?jù)1998年6月世界氣象組織發(fā)表的研究報(bào)告和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署作出的預(yù)測(cè)，大約再過(guò)20年，人類才能看到臭氧層恢復(fù)的最初跡象，只有到21世紀(jì)中期臭氧層濃度才能達(dá)到本世紀(jì)60年代的水平。4

北極上空北極上空出現(xiàn)臭氧空洞，5

這個(gè)臭氧空洞主要因北極地區(qū)罕見長(zhǎng)時(shí)間寒冬而形成

。北極地區(qū)15公里至23公里的高空臭氧嚴(yán)重減少，最大幅度減少發(fā)生在18公里至20公里的位置，減少幅度超過(guò)80%。研究人員連續(xù)27天觀測(cè)到極低的總柱狀臭氧值?！暗陀?50多布森單位的最大區(qū)域大約200萬(wàn)平方公里，大概5倍于德國(guó)或加州?！?/p>

尚不清楚這個(gè)臭氧空洞是否已對(duì)人體健康構(gòu)成任何風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員認(rèn)為，北極首次出現(xiàn)臭氧空洞由極地渦旋引發(fā)，但不是因?yàn)楦洌且驗(yàn)槔涞臅r(shí)間更長(zhǎng)，致使能夠破壞臭氧的含氯化合物更活躍，以至于觀測(cè)到比往年冬天厲害得多的臭氧減少。