臭氧层空洞及其控制策略

2.2.5　臭氧层空洞及其控制策略

臭氧层是包裹在地球外围的一层气体层，是地球的一道天然屏障。生物如果长期受紫外线的曝晒，就无法生存，而臭氧却可以吸收紫外线，所以太阳光在通过臭氧层时，99%以上的紫外线都被臭氧吸收掉了，而无害的成分可以畅通无阻地直达地面。有趣的是，剩下的少量紫外线非但不再有害，反而变成了对地球生物有益的东西，能够起到杀菌防病、促进人体内维生素D的形成、增强人体对钙的吸收、防止佝偻病的发生等作用。可是，现在的研究与观测却发现，如今的臭氧层出现了空洞。联合国气象机构甚至发现在距地球17～22公里的大气层中间，部分区域（特别是南极上空）的臭氧层几乎已经全遭破坏，“完全消失”。

1.大气臭氧层破坏的危害

臭氧层损耗对环境造成的影响是很严重的。如果平流层的臭氧总量减少1%，预计到达地面的有害紫外线将增加2%。有害紫外线的增加，会产生以下一些危害。

（1）对近地面大气环境的影响

到达地面的紫外线增加使空气中汽车尾气的氮氧化物分解，在较高温度下产生以臭氧为主要成分的光化学烟雾，近地面过高浓度的臭氧，会使大气环境的质量大大降低。

（2）对人类健康的影响

高浓度臭氧会使人的呼吸道和眼睛等器官受到不同程度的伤害，主要表现在：皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，增加传染病的发病率。紫外线对促进在皮肤上合成维生素D，对骨组织的生成、保护均起有益作用。但紫外线（λ＝200～400nm）中的紫外线B（λ＝280～320nm）过量照射可以引起白内障等眼部疾病，此外，紫外线还会使皮肤过早老化，甚至引发皮肤癌。

（3）对动植物的影响

过量紫外线会使植物的光合作用受到抑制，抵抗环境污染物的能力变差，影响粮食作物的产量和质量；过量紫外线会使处于海洋生态食物链最底部的浮游生物（包括鱼苗，蟹、虾幼体，贝类）大量死亡，破坏海洋生态系统，导致大量海洋生物死亡，扰乱和破坏水生生态系统。

（4）对其他方面的影响

过量紫外线会加速建筑物、雕塑、绘画、塑料、橡胶制品的老化，降低其质量，缩短使用寿命。另外，氟利昂、CH₄、N₂O等引起臭氧层破坏的痕量气体的增加，也会引起温室效应。

2.臭氧的形成机理

（1）破坏臭氧层的物质

人们把破坏大气臭氧层、危害人类生存环境的物质称为“消耗臭氧层物质”，简称ODS。国际组织《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》及其《议定书修正》规定了15种氯氟烷烃（CFCs）、3种溴氟烷烃（BFCs）、40种含氢氯氟烷烃（HCFCs）、34种含氢溴氟烷烃（HBFCs）、四氯化碳（CCl₄）、甲基氯仿（CH₃CCl₃）和甲基溴（CH₃Br）为控制使用的ODS，也称受控物质。

以下简要列举几种对臭氧层破坏有影响的化合物及其主要来源：CFCl₃，来源于火箭的燃料、气溶胶及制冷剂；CF₂Cl₂，来源于发泡剂及溶剂；CHClF₂，来源于制冷剂；CF₂ClCFCl₂和CH₃CCl₃，来源于溶剂；CCl₄，来源于生产CFC及粮食熏烟处理；CF₃Br，来源于灭火器；NOx，来源于工业活动副产品；CO₂，来源于化石性燃料、燃烧副产品；CH₄，来源于农业工业及采矿活动的副产品。

（2）臭氧层空洞的形成机理

平流层中的O₃产生机理主要是太阳光将氧分子分解成氧原子，氧原子与氧分子反应生成臭氧：

　　O＋O₂→O₃

平流层中O₃的消除反应主要是指O₃的分解：

　　O₃＋O→2O₂

以上反应使得平流层中的臭氧量处于一种动态平衡之中，形成厚度约为20千米的臭氧层，起到吸收高能紫外线、保护地球上生物的作用。

消耗臭氧层的物质一般情况下比较稳定，不易分解，可当这些物质在平流层中达到一定浓度时，就会发生光解等反应，形成NO_x（NO、NO₂），HO_x（HO、HO₂），ClO（Cl、ClO）等破坏臭氧平衡、清除臭氧的物质。以下化学反应式具体说明了NO_x和ClO两种物质消耗臭氧的机理。

（1）NO/NO₂型破坏

　　　NO＋O₃→NO₂＋O₂

　　　NO₂＋O→NO＋O₂

总反应：

　　　O₃＋O→2O₂

（2）Cl/ClO型破坏

　　　Cl＋O₃→ClO＋O₂

　　　ClO＋O→Cl＋O₂

总反应：

　　　O₃＋O→2O₂

3.臭氧层空洞的控制策略

目前要控制臭氧层空洞，最主要的是控制氟利昂等物质的使用。然而，氟利昂等物质应用非常广泛，要全面淘汰，必须首先找到氟利昂等的替代物质和替代技术。在特殊情况下需要使用，也应努力回收，尽可能地重新利用。目前，世界上已开发了一些替代氟利昂的含氟替代物（含氢氯氟烃和含氢氟烷烃等）及其合成方法，可用作发泡剂、制冷剂和清洗溶剂等，但这类替代物也会损害臭氧层或产生温室效应，只不过损害程度稍轻。目前也正在积极开发研究非氟利昂类型的替代物质和技术方法，如水清洗技术、氨制冷技术等。

为了推动氟利昂替代物质和技术的开发和推广，许多国家采取了一系列措施。一类是传统的环境管制措施，如禁用、限制、配额和技术标准，并对违反规定的厂家实施严厉处罚。欧盟国家和一些经济转轨国家广泛采用了这类措施。一类是经济手段，如征收税费、以资助替代物质和技术开发等。美国对生产和使用消耗臭氧层物质实行了征税和交易许可证等措施。另外，许多国家的政府、企业和民间团体还发起了自愿行动，采用各种环境标志，鼓励生产者和消费者生产和使用不带有消耗臭氧层物质的材料和产品，其中“绿色冰箱”标志得到了非常广泛的应用。

1985年8月，美国、日本、加拿大等20多个国家签署了《保护臭氧层国际公约》。为了实施议定书的规定，1990年6月在伦敦召开的议定书缔约国第二次会议上，决定设立多边基金，对发展中国家淘汰有关物质提供资金援助和技术支持。到1995年底，多边基金共集资4.5亿美元，在发展中国家共安排了1100多个项目。

目前，向大气层排放的消耗臭氧层物质已经逐年减少，从1994年起，对流层中消耗臭氧层物质浓度开始下降。但是，由于氟利昂相当稳定，可以存在50～100年，即使议定书完全得到履行，臭氧层也才有可能在2050年以后完全复原。

生活小贴士　　　　

爱护臭氧层要从我做起！

爱护臭氧层的消费者：购买带有“无氯氟化碳”标志的产品，如无氟冰箱。

爱护臭氧层的“一家之主”：合理处理废旧冰箱和电器，在废弃电器之前，除去其中的氯氟化碳和氯氟烃制冷剂。

爱护臭氧层的农民：不用含甲基溴的杀虫剂，选用其他替代品。