臭氧层

臭氧层是指大气层[1]的平流层[2]中臭氧[3]浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线[4]。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。自然界中的臭氧层大多分布在离地20—50千米的高空。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造。2011年11月1日，日本气象厅发布的消息说，该机构今年以来测到的南极上空臭氧层空洞[5]面积的最大值超过去年，已相当于过去10年的平均水平。

其一臭氧层在地球上空形成一把"保护伞"，它将太阳光中99％的紫外线过滤掉，这对于地球上生命的生存十分重要。过量的紫外线会使人和动物免疫力下降，最明显的表现是皮肤癌的发病率增高，甚至于使动物和人眼睛失明。植物的和微生物会因为承受不了紫外线的强烈照射而死亡。在海洋中直接受到侵害的是浮游生物，海洋中的浮游生物可以大量吸收温室气体。如此，会形成恶性循环。浮游生物的死亡又会产生连锁反应，使海洋中的其它生物相继死亡，并最终将影响到人类的活动。

地球上的一切生物离开太阳光就没有生命。太阳光是由可见光、紫外线、红外线三部分组成。进入大气层的太阳光（包括紫外线）有55％可穿过大气层照射到大地与海洋，其中40％为可见光，它是绿色植物光合作用的动力；5％是波长100～400纳米的紫外线，而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线，长波紫外线能够杀菌。但是波长为200～315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。当它穿过平流层时，绝大部分被臭氧层吸收。因此，臭氧层就成为地球一道天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。

其二为加热作用，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，地球上空15～50km存在着升温层。正是由于存在着臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。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。其三为温室气体的作用，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。

于臭氧层变化及破坏的原因，一般认为，太阳活动引起的太阳辐射强度变化，大气运动引起的大气温度场和压力场的变化以及与臭氧生成有关的化学成分的移动、输送都将对臭氧的光化学平衡产生影响，从而影响臭氧的浓度和分布。而化学反应物的引人，则将直接地参与反应而对臭氧浓度产生更大的影响。人类活动的影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排放方面。大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗和破坏。在所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，如氧化亚氮（N2O）、水蒸汽（H2O）、四氯化碳（CH4）、甲烷（CH4）和现在最受重视的氯氟烃（CFC）等。这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的，但在平流层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。这种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加.

臭氧的平衡在自然状态下，大气层中的臭氧是处于动态平衡状态的，当大气层中没有其它化学物质存在时，臭氧的形成和破坏速度几乎是相同的。即：然而大气中有一些气体，例

如亚硝酸、甲基氧、甲烷、四氯化碳，以及同时含有氯与氟（或溴）的化学物质，如CFC 和哈龙等，它们能长期滞留在大气层中，并最终从对流层进人平流层，在紫外线辐射下，形成含氟、氯。氮、氢、溴的活性基因，剧烈地与臭氧起反应而破坏臭氧。这类物质进人平流层的量虽然很少，但因起催化剂作用，自身消耗甚少，而对臭氧的破坏作用十分严重，导致臭氧平衡的打破，浓度下降.

氯氟烷烃与臭氧层氯氟烷烃是一类化学性质稳定的人工源物质，在大气对流层中不易分解，寿命可长达几十年甚至上百年。但它进人平流层后，受到强烈的紫外线照射，就会分解产生氯游离基CI·，氯游离基与臭氧分子O3作用生成氧化氯游离基。ClO·和氧分子O2消耗掉臭氧进而氧化氮游离基再与臭氧分子作用生成氯游离基，如此，氯游离基不断产生，又不断与臭氧分子作用，使一个CFC分子可以消耗掉成千上万个臭氧分子。其主要反应式如下（以CFC-11为例）：CFCl3→·CFCl2＋CI·CI·＋O3→CIO·＋O2 ClO·＋O3→Cl·＋2O3 作为臭氧层破坏元凶而被人们高度重视的CFC，有5种物质为“特定氟里昂”，它们主要用作致冷剂、发泡剂、清洗剂等。其产品一直在增加，直到知道利用CFC作气溶胶的潜在危险后才开始下降，通过实施控制措施，特定氟里昂的生产量由1986年的113万吨减少为1991年的68万吨，削弱了40％。

漠化物与臭氧层世界气象组织认为，溴比氯对整个平流层中臭氧的催化破坏作用可能更大。南极地区臭氧的减少至少有2％是溴的作用所致。有人指出，在对极地臭氧的破坏中，BrO与ClO反应可能起重要作用：BrO＋ClO→Cl·＋O2 Br·+O3→BrO＋O2 Cl·＋O3→ClO＋O2 整个反应使2Q→3O2。对极地平流层的BrO和ClO的观察支持这种观点，并由此认为南极地区臭氧破坏的20％～30％是由溴引起的，而且认为，溴对北半球臭氧的破坏可能更加严重。所以溴化物的量虽少，作用却不可低估。

氮氧化物与臭氧层氮氧化物系列中的N2O（氧化亚氮),化学性质稳定，至今还不清楚它对生物的直接影响，因而还未列为大气污染物。但是，N2O同氯氟烃一样能破坏平流层臭氧，同二氧化碳一样，也是一种温室气体，并且其单个分子的温室效应能力是CO2分子的100倍。5．南极臭氧洞的形成原因关于南极臭氧洞的形成和发展，人们曾认为主要是由于CFC 单个因素的破坏，但是，用CFC的光化学反应不可能解释臭氧洞；的准两年周期波动和11年左右的周期变化。在南极地区的大规模大气物理和化学综合观测以及相应的化学动力学理论和实验研究，较好地回答了为什么主要在北半球中纬度地区排放的CFC对南极地区臭氧的破坏最大这一问题。在南极地区，每年4月～10月盛行很强的南极环极涡旋，它经常把冷气团阻塞在南极达几个星期，使南极平流层极冷（一84℃以下），因而形成了平流层冰晶云。实验证明，在这种特定的条件下，破坏臭氧的两个过程（即Cl＋O3→ClO＋O2和ClO ＋O→Cl＋O2）将因原子氯的活性大大增加而变得更为有效，这就使南极春天平流层臭氧浓度大幅度下降。在北极地区，虽然也存在环极涡旋，但其强度较弱，且持续时间较短，不能有效地阻止极地气团与中纬度气团的交换，再加上气体交换造成的臭氧向极区输送便使北极臭氧洞不像南极明显。

1978年1月23日，瑞典取缔可能破坏臭氧层的湿剂喷灌。

1987年，美国和联合国许多成员签署了1996年停止生产CFC的国际公约，《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。

1999年12月3日《蒙特利尔议定书》北京修正案通过。中国订法，要在2010年停止使用各种受控物质。

2003年8月3日，科学家宣布臭氧层破坏速度可能减慢，停止生产CFC生效三颗卫星和三个地面测试站都认为臭氧层破坏速度在近十年减慢很多。