一、臭氧层空洞的概念
臭氧层对保护地球上的生命界以及调节地球气候都具有极为重要的作用。然而，近些年来，由于在平流层内运行的飞行器日益增多，以及人类活动过程中产生的“消耗臭氧层物质（简称ODS）”如氧化氮和氯氟烃（简称CFC）等进入平流层，使臭氧层遭到十分严重的破坏，以致在南极上空出现了“臭氧空洞”。
臭氧层空洞是指因空气污染物，特别是氧化氮和卤化代烃等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气平流层中的臭氧层被破坏和减少的现象。大气臭氧层的损耗是当前世界上又一个普遍关注的全球性大气环境问题，它同样直接关系到生物圈的安危和人类的生存。
1985年，科学家发现南极上空的臭氧浓度有减少的现象，尤其是每年10月更为明显，有2000多万平方千米的区域为臭氧稀薄区，其中14～19千米上空的臭氧浓度只有正常浓度的1／4左右，此照片是用特殊方法拍摄的，因为人的肉眼是看不到哪里的臭氧被破坏了。在这张照片里，颜色的深浅代表臭氧的含量，颜色越深，臭氧含量越少（图3-2）。从照片中可以清楚地看到臭氧最少的地方在南极上空，这就是我们平常所说的南极臭氧空洞。科学家们一直关注着南极上空的这个空洞，因为它在不停地变化着。研究发现，臭氧层空洞与南极寒冷气候有关，臭氧层空洞时大时小，一般在每年的9月和10月期间会达到高峰。
图3-2 南极臭氧空洞示意图
二、臭氧层空洞的形成机理
经过长期的跟踪、监测，科学家们找到了臭氧层损耗即臭氧空洞的形成原因。人类大量生产和使用的制冷剂、喷雾剂、发泡剂等化工制剂的氟氯烃是导致臭氧减少的“罪魁祸首”。日常生活中含有消耗臭氧层物质（ODS）或生产中使用这些物质的物品主要有：冰箱、空调等制冷设备，塑料泡沫（大量存在于沙发、一次性发泡餐盒、汽车内饰发泡件、保温喷涂），溴氟烷烃灭火剂（Halons哈龙），气雾剂（摩丝、杀虫剂、外用药喷雾剂），氯氟烷烃（CFCs）清洗剂，膨胀烟丝等。荷兰、墨西哥和美国的3位科学家研究的结果，确认了人造化学物质对臭氧层的破坏，因而获得了1995年的诺贝尔化学奖。
通常，氟氯烃是比较稳定的物质，然而，当它被大气环流带到平流层时，在受太阳紫外线的强烈照射下发生光化反应，释放出活性很强的游离氯原子。这些氯原子与臭氧发生一系列化学反应，将其分解成氧气和一氧化氯（图3-3）。这样的反应循环往复，且氯在平流层中可以存在好几年，每个游离氯原子可以破坏约10万个臭氧分子，从而使臭氧总量减少，形成了臭氧洞。这就是氯氟烃破坏臭氧层的化学过程。
该反应只能在平流层中发生是因为反应过程中需要较强紫外线照射，这样氧分子才能分解成为氧原子，氟利昂等物质才可以释放出氯自由基。
图3-3 臭氧形成和破坏机理示意图
南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的，可是在一个世纪里就被破坏了60％。南极臭氧破坏是季节性的，主要发生在8—11月，破坏最严重的时候是10月上旬，在某些海拔高度，臭氧被完全破坏，致使南极上空某些地区的总臭氧量减少了2／3。由于这种严重的破坏，从太空看南极上空臭氧总量图片时，出现了“臭氧层空洞”。在大多数的年份里，“臭氧层空洞”最大面积比南极洲面积还要大。图3-4为1979年10月和1992年10月人造卫星所拍摄的南极臭氧层图谱，由此可见，南极上空臭氧浓度明显減少。
进一步的观测表明，臭氧层的耗损不仅发生在南极，在北极上空和其他中纬度地区也都出现了程度不同的臭氧层耗损现象。我国大部分属于中纬度地区，臭氧总量也已经在减少，我国科学家已观测到我国青藏高原存在一个臭氧低值中心。
图3-4 1979年10月和1992年10月人造卫星拍摄的南极上空臭氧浓度
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