胡良民 阎卫阳（河南大学环境与规划学院） 　　臭氧层是大气中臭氧相对集中的层面，一般是指１０千米～５０千米高度之间的大气层，因受太阳紫外线的光化作用，其臭氧含量的百分率比较高，尤其是在２０千米～２５千米的高度处。由于太阳辐射的紫外线和大气中的氧气、氧原子的含量有随大气高度增减而变化的规律，在平流层内便形成了臭氧的聚集区。 大气中的臭氧除了具有随高度分布的规律外，而且还随纬度和季节的不同以及昼夜交替而变化。 在臭氧层里，其实臭氧的浓度是很稀的，即使在浓度最大处，所含臭氧量也不过大约１０ppm。若将大气臭氧总量订正到海平面上，它只有０．１５厘米～０．４５厘米（平均为０．３厘米）的厚度。大气中的臭氧的含量虽然很少，但是它在地球环境中所起的作用却非常重要。第一，它是地球生物的保护伞。因为臭氧层阻挡了太阳辐射中的大部分紫外线，使地面生物免受紫外线的伤害，而少量穿透大气层到达地面的紫外线对人类和生物则是有益的。第二，它是引起气候变化的重要因素。臭氧对太阳紫外线辐射的吸收是平流层的主要热源，平流层臭氧浓度及其随高度的分布直接影响平流层的温度结构，从而对大气环流和地球气候的形成起着重要作用，因此，平流层臭氧浓度的变化是大气的重要扰动因子。 　　一、臭氧层破坏的现状 　　由于臭氧有其特殊的性质，并易受各种因素的影响，所以臭氧层又是十分脆弱的。卫星观测资料表明，自２０世纪７０年代以来，全球臭氧总量明显减少，１９７９年～１９９０年，全球臭氧总量大致下降了３％。南极附近臭氧量减少尤为严重，大约低于全球臭氧平均值３０% ～４０% ，出现了“南极臭氧洞”。自１９８５年发现“臭氧洞”以来倒１９８７年它变得既宽又深，１９８８年虽然有所缓解，但１９８９年以后到９０年代的前几年里，每年南半球春季都出现很强的“臭氧洞”，１９９４年到１９９６年南极臭氧洞还在扩大。最近从安装在俄罗斯和美国卫星上的探测器发回的数据获悉，“南极臭氧洞”面积已达２４００平方千米，最薄处只有１００多布森单位（100dobson，相当于1毫米厚度）。 以上情况表明，臭氧层这个地球生命的保护伞，正在遭到严重的破坏，研究其原因和机制并提出切实可行的保护措施，已成为全世界共同面临的重大问题。 　　二、臭氧层破坏的原因 　　关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，从而给地球生态和人类带来一系列问题。 　　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，这就是目前臭氧问题的症结所在。 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。 　　三、臭氧层破坏的影响 　　臭氧层破坏对人类健康的影响 由于臭氧层的破坏，太阳紫外线中以往极少能到达地面的短波紫外线也将增加，使得皮肤病和白内障患者将会增加。据统计，臭氧层减少１％可使有害的波长为２８０～３２０纳米的紫外线增加２％，其结果是皮肤病的发病率将提高 ２％～４％。 现在，距南极洲较近的居民已饱尝臭氧层空洞带来的痛苦，如居住在智利南端的海伦娜岬角的居民，只要走出家门，就一定要在衣服遮不住的肤面涂上防晒油，再戴上太阳镜，否则半小时后皮肤就被晒成鲜艳的粉红色，并伴有搔痒病。 　　臭氧层破坏对生物的影响 虽然植物已发展了对抗ＵＶ—８高水平的保护性机制，但实验研究表明，它们对波长为２８０～３２０纳米水平增加的应变能力差异甚大。迄今为止，已对２００多种不同的植物进行了波长为２８０～３２０纳米的紫外线敏感性试验，发现其中２／３产生了反应。敏感的物种如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜，都发现生长缓慢，有些花粉不能萌发。它能损伤植物激素和叶绿素，从而使光合作用降低。 　　臭氧层破坏对全球气候的影响 平流层中臭氧对气候调节具有两种相反的效应：如果平流层中臭氧浓度降低，在这里吸收掉的紫外线辐射就会相应减少，平流层自身会变冷，这样释放出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。 另一方面，因辐射到地面的紫外线辐射量增加，会使地球增温变暖。如果整个平流层中臭氧浓度的减少是均匀的，则上述两种效应可以互相抵消，但是如果平流层的不同区域的臭氧层浓度降低不一致，两种效应就不会相互抵消。现在的状况是，平流层臭氧层减少呈不均匀减少趋势，这种变化的净效应如何，还有待科学研究进一步证实。 　　四、保护臭氧层的对策 　　自２０世纪７０年代提出臭氧层正在受到耗蚀的科学论点以来，联合国环境规划署意识到，保护臭氧层应作为全球环境问题，需要全球合作行动，并将此问题纳人议事日程，召开了多次国际会议，为制订全球性的保护公约和合作行动作了大量的工作。 １９７７年，通过了《臭氧层行动世界计划》，并成立“国际臭氧层协调委员会”。 １９８５年和１９８７年分别签署了《保护臭氧层维也纳公约》和《消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。议定书最初的控制时间表是分阶段地减少特定氟利昂的生产和消费量。到２０世纪末减至１９８６年水平的一半。 但是，如果预测大气中包括破坏臭氧物质（有机氯化合物）、全氯浓度今后的动态，则可知即使氟利昂的排 放减半，破坏臭氧层物质依然会持续增加，它们对臭氧层的威胁也会不断增加。因而，为了控制这种趋势，使大气臭氧层的状态恢复到臭氧空洞出现之前的状态，必须全面禁止破坏臭氧层物质的使用。因此1990年６月在伦敦召开的蒙特利尔议定书缔约国会议上，对原议定书进行了大幅度强化控制的修改，提出到2000年要全面禁止特定氟利昂的使用。同时将四氯饿和三氯乙烷增列为新的破坏臭氧层物质，提出这些物质也要在2000年～2005年之间全面禁止使用。 　　另一方面，由于分子内部含有氢的同类物质（ＨＣＦ）在对流层中的寿命比较短，只有很少部分能够到达平流层，所以作为“替代氟利昂”进行替代品开发。 但对这些物质，也应当限制其向大气的排放，故决定从１９９６年开始冻结和阶段性削减生产，直至２０２０年基本取消，代之以对臭氧层完全无害的物质。鉴于全世纪对环境保护的日益重视，１９９５年在维也纳公约签署的１０周年之际，１５０多个国家参加的维也纳 臭氧层国际会议规定，将发达国家全面停止使用ＣＦＣ的期限提前到２０００年；发展中国家则在２０１６年冻结使用，２０４０年淘汰。我国积极参与了国际保护臭氧层合作，并制订了《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》。