臭氧与臭氧洞

１ 臭 氧 层 是 生 命 的保 护 伞
二 氧 化 碳 备 受人 们 关 注 ， 是 由 于 近 百 年 来 大 气 中 这 二氧 化 碳 的浓 度 已经 有 了很 大 的 变 化 ， 它 是 能 引 起 全 而
我 保 护 能 力 且 又 常 在 野 外 ， 力 不 仅 易 于 丧 失 ， 且 丧 视 而 失 的 结果 意 味着 丧 失 生 存 能 力 ； 烈 的 紫外 线 还 会 使 农 强 作 物 和 植 物 受 到 损 害 ， 浮 游 生 物 ， 鱼 苗 、 、 幼 体 使 如 虾 蟹
后 美 国科 学 家 用 卫 星 资 料 也 证 实 了 这 一 结 果 ［ 引。 在 春 季 ， 极 地 区 臭 氧 总 量 急 剧 减 少 ， 出 现 低 于全 球 平 均 南 会 ／ ｖ
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值 ３ ％ ～４ ％ 的 闭 合 低 值 区 （ 常 这 个 值 设 定 为 ２ ０ ０ Ｏ 通 ２
１ ２月 中旬 恢 复 正 常 ， 不 再 有 臭 氧 洞 了 （ ２ 见 彩 插 就 图 ，
二 ）６ Ｅ］。
在南 极 臭 氧洞 期 间 ， 并 不 是南 半 球 所有 地 方 臭 氧 也 都 同样 地 减 少 ，臭氧 低 值 中心 常 常偏 向于 西南 极 的 南极 半 岛一 侧 ， 自 １ ９ 且 ９ ２年 以来 ， 极 臭 氧 洞 都 曾一 度 短 暂 南
有 哪 些 活 动 和 贡献 呢 ？
氧 每减 少 １ ， 肤 癌 发 病 率 将 增 加 ２ ～４ ， 内 障 ％ 皮 ％ ％ 白
患 者 将增 加 ０ ３ ～ ０ ６ 。二 是 破 坏 地 球 生 态 平 衡 。 ．％ ．％ 臭 氧 层 的减 薄 也 会 使 动 物产 生 白 内障 ， 生 动 物 没 有 自 野
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２１ ０ １年 空前 的 北极 臭氧 损 耗 ， 引发 了人 们 对 臭 氧和 臭 氧 洞 的 新 关 注 。 本 文 回顾 了南 极 臭氧 洞 的 由 来 及 变 化 ； 讨 论 了南 极 臭 氧 洞产 生 的 原 因 以及 南 北 极 臭 氧变 化 的 差 异 ； 出 目前 只 是 在 南极 春 季 出现 了 臭 氧 洞 ， 极 并 没有 出 现 指 北 过 臭氧 洞 。在 当前 大 气 环 境 被污 染 的 情 况 下 ， 地 大 气 臭 氧 亏 损 的 程 度 将 更 多 地 随 大 气 环 流 ， 别 是 极 地 涡 旋 中 的 极 特 低 温 状 况 而 发 生变 化 。 人 类 只有 一 个 地 球 。 为保 护 大 气 臭 氧层 ， 际社 会做 出 了 巨大 的 努 力 ， 国也 有 自己 的贡 献 。 国 中
１ ０ＤＵ的极 端 低 值 。 由于 臭 氧 亏 损 使 到 达 地 面 的紫 外 ５ 辐射 强 度 剧 增 ， 会 带来 至 今 未 知 的严 峻 的生 态 后果 。 将
在 南 极臭 氧 洞 期 间 ， 半 球 中 纬 度 地 区 ， 其 是 澳 南 尤
形 成 以臭 氧 为 主 要 成 分 的光 化 学 烟 雾 。美 国 环 保 局 估 计 ， 高 空 臭 氧 层 耗 减 ２ ％ ， 市 光 化 学 烟 雾 频 率 将 增 如 ５ 城 加 ３ ％ 。 四是 臭 氧 本 身 也是 一 种 温 室 气 体 ， 浓 度 及 在 ０ 其 大气 中 的分 布 也会 对 地 球 大 气 温 室效 应 发 生 影 响 。 在接 近 地 面 的 对 流 层 中 ， 氧 含 量 并 不 多 ， 其 是 臭 尤
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南极 臭氧 洞 并 不是 全 年 都 存 在 的 ， 只在 南 极 春 季 出
现 。通 常南 极 臭 氧 在 ７月 下 旬 开 始 减 少 ， ８月 中旬 后 就
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逐 年 扩 大 ；９ ８年 后 则 稍有 缓 和 ； ９ ０年 以 后 ， １８ １９ 南极 “ 臭 氧洞 ” 象 再 次 加 剧 ， 持 时 间 也 加 长 （ ４ 见 彩 插 现 维 图 ，
二 ） 。 ［
２０ ０ ０年 和 ２ ０ ０ ６年 南 极 臭 氧 洞 最 大 时 面 积 超 过 ２ ９
２ 春 季 南 极 臭 氧 洞 的 由来
自２ ０世 纪 ７ ０年 代 末 以 来 ， 球 臭 氧 总 量 是 下 降 全
百 万 ｋ ， 不 多 有 ３个 中 国那 么 大 ， ｍ２ 差 占据 了整 个 南 极 洲 ， 中心 地 区 的 臭氧 总 量 与正 常值 相 比耗 损 了 ７ ％ 左 其 ０ 右 ； 在南 极 臭 氧 洞最 小 的 ２ ０ 而 ０ ２年 ， 氧 洞 的 面 积 不 到 臭 ３百万 ｋ ［３ 只 有 近 １ ｍ ９ ， ０年来 平均 值 的 １ ７ 图 ５ ［ ３ ／（ ）１ 。 ｏ
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ＤＵ） 与 周 围地 区 相 比 ，就 显 得 南 极 洲 上 空 出 现 一 个 臭 ，
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氧低 值 的 “ 洞 ” 这 就 是 南 极 臭 氧 洞 （ １ 见 彩 插 空 ， 图 ，
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拦 ， 结 果 将 是 地球 生 灵 的灭 绝 。 其
臭 氧 主 要 分 布 在 平 流 层 中 ， 球 臭 氧 层 减 薄 的 危 全 害， 主要 表 现 在 四个 方 面 ： 是 对 人 类 健 康 的 影 响 。臭 一
臭 氧 异 常 能 给 我 们 哪 些 启 示 ？ 中 国 在 保 护 臭 氧 层 方 面
北极 臭 氧 空 洞 引 发 科 学 家 担 心 ， 积 大 如 美 国 大 陆 ” 面 、
统 和 大气 环境 有 重 要 影 响 ， 中 对生 物 特 别 有 害 的 ｕＶ－ 其
Ｂ辐 射 大 部 分 （ ５ ） 吸 收 。 可 以形 象 地 说 ， 氧 层 是 ９％ 被 臭
“ 地球 上 的人 们 将 遭 受 前 所 未 有 的 紫 外 线 辐 射 ， 肤 癌 皮 的 发病 几 率 亦 将 大 大 提 高” 报 道 铺 天盖 地 ， 说 纷纭 。 等 众 究竟 南 极 臭 氧洞 是 怎 么一 回事 ？南 极臭 氧 洞 生 成 和
异 常 的 原 因 是 什 么 ？ 北 极 真 的 出 现 臭 氧 洞 了 吗 ？北 极
地 区未 出 现 臭 氧 洞 的原 因 是 什 么 ？ 南 极 臭 氧 洞 和 北 极
地 球 生 命 的 保护 伞 。若 没 有 臭 氧 层 ， 们 赖 以生 存 的 地 我
球 就 会 在 对 生 物 有 致 命 杀 伤 的太 阳 紫 外 线 面 前 毫 无 遮
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２４ ・
自 然 杂 志 第３ 卷第 １ ４ 期
在近地面 ， 臭氧 是 一 种对 生态 系 统 有 害 的污 染 物 。也 就 是 说 ， 高 空 的平 流 层 中 ， 氧 是 “ ” ； 在 近 地 面 的 在 臭 好 的 而 对流层 中， 臭氧 是 “ ” 。 坏 的
专 题 综 述
地 伸展 到 有 人类 居 住 的 南 美 洲 南 端 。其 中 ， 阿根 廷 乌斯
怀 亚 （ ｈ ａａ ４ ４ ， ８ １ ） 次 观 测 到 了 低 于 Ｕｓ ｕ ｉ ，５ 。 ８Ｓ ６ 。 ９Ｗ 多
中国 的南 极 中山 站 位 于 东 南 极 大 陆 边 缘 （ ９ ２ 、 ６ 。２ Ｓ ７ 。２Ｅ） 常 处 于极 地涡 旋 和 春季 南 极 臭 氧洞 的边 缘 ， ６２ ， 对 南 极 臭 氧 洞 变 化 的反 应 十 分 敏 感 。 由 图 ３给 出 的南 极 中山 站 １ ９ － ２ ０ ９ ３ ０ ０年 大 气臭 氧总 量 平 均 变 化 ［ 可 以看 ］ 出 ， 春季 （ — １ 在 ９ ０月 ） 山站 处 于南 极 臭 氧 洞 的 下 方 ， 中 经 常 出 现低 于 ２ ０ＤＵ 的臭 氧 总 量 低 值 ； 在 其 他 月 则 大 ２ 而 多 在 ２ ０ Ｄｕ 以上 ， ５ 在其 上 空 没有 臭 氧 洞 。
的 ， 其 是 在南 极 地 区 下 降最 明 显【＿ １ ８ 尤 １。 ９ ４和 １ ８ ９ ５年 ，
日本 和 英 国科 学 家［— 先 后 报 道 ， 季 南 极 站 观 测 到 的 ２３ ３ 春
大气 臭 氧 总 量 值 与 １ ０年 前 相 比减 少 了 ３ ％ ～ ４ ％ ， ０ ０ 随
体， 主要 分布 在 平 流 层 ， 常 最 大 浓 度 出现 在 离 地 ２ ～ 通 ０
态 平 衡 。三 是 通 过 光 化 学 烟 雾 恶 化 近 地 面 大 气 环 境 。
高 层 大 气 中 臭 氧层 减 薄 使 到 达 地 面 的 紫 外 线 增 强 ， 强 增
的紫 外 线 使 城 市 中 汽车 尾 气 的氮 氧 化 物 分 解 ， 近 地 面 在
和 贝 类 大 量 死 亡 ， 成 某 些 生 物 灭 绝 ， 而 影 响 全 球 生 造 进
球 变 暖 的 主要 温 室气 体 。那 么 ， 什 么 人 们 那 么关 心 臭 为 氧 的 变化 呢？ 要 了 解 这 个 问题 ， 应 该 先 从 臭 氧 说 起 。 就 和 氧气 不 同 ， 氧 是 由 ３个 氧 原 子 组 成 的 一 种 痕 量 气 臭
２ ｍ 的 地 方 。 臭 氧 是 一 种 化 学 性 质 很 不 稳 定 和 氧 化 ５ｋ 性 很 强 的 物质 ， 在 平 流 层 中 的 生 成 和分 解 与 太 阳 辐 射 它 有 密切 关 系 。被 称 之 为 痕 量 气 体 的 臭 氧 在 大 气 中 含 量
很 少 ， 标 准 情 况 下 ， 果 把 大 气 中 的臭 氧 收 集 起 来 ， 在 如 全
０ ０ ． １ｍｍ ， ３ ｍｍ 就 是 ３ ０ＤＵ。 ０
二 氧 化 碳 增 加 、 百 年 全 球 变 暖 一 样 ， 人 们 广 泛 关 注 近 是
的热 点 问题 。在报 刊 杂 志 及 电视 等 媒 体 上 ， 经 常 出现 也
诸 如 “ 气 臭 氧 层 耗 竭 ” “ 球 生 命 保 护 伞 臭 氧 层 出 现 大 ，地 漏洞 ” “ 极 臭 氧 洞 日益 加 大 ”等 大 字 标 题 。 特 别 是 ，南
９ 月 １月 ０ １月 １ １月 ２
出现 较 为 明显 的 臭 氧洞 ， 下 旬 到如 ９月 １ Ｏ月 上 旬培 氧 洞 的 臭 ９ ６
面 积 最 大 ， ０月 底 后 臭 氧 急 剧 增 加 ，臭 氧 洞 逐 渐 填 塞 ， １
图 ５ ２０ ０ ２年 的 南 极 臭 氧 洞 异 常 ｌｆ ＿Ｊ １ ］
２１ ０ １年 春 季 ， 极 地 区 出 现 臭 氧 低 值 区 ， 氧 损 耗 创 下 北 臭
可别 小 看 这 区 区 的 ３ ｍｍ， 是 这 平 均 ３ ｍｍ 的 臭 就 氧 层 ， 量 吸 收 了来 自太 阳 的 紫 外 辐 射个 臭 氧 空 洞 已 经 形 成 ” “ 上 最 大 一 首 、史
全 球 大气 臭 氧 减 少 、 极 春 季 出 现 臭 氧 洞 ，与 全 球 南
球 平 均 累积 厚 度 仅 为 ３ ｍｍ 左 右 ， 只 相 当于 两个 ５分 即 硬 币 的 厚 度 。臭 氧 总 量 通 常 用 多 布 森 单 位 （ Ｄｕ） 度 来 量， １个 多 布 森单 位 指 的是 ， 准状 况 下 臭 氧 累 积 厚 度 为 标