臭氧在1849年首次被人類發(fā)現(xiàn),臭氧層問題是美國化學(xué)家羅蘭和穆連于1974年首先提出來的.他們認(rèn)為,在對(duì)流層大氣中極穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)氯氟烴（CFC）被輸送到平流層后,在那里分解產(chǎn)生的原子氯（CI）就將有可能破壞臭氧層.20世紀(jì)70年代末開始,科學(xué)家們開始每年春天在南極考察臭氧層.1994年,人們首次觀察到了至今為止最大的臭氧空洞,它的面積相當(dāng)于一個(gè)歐洲,有24O0萬千萬千米.
臭氧（03）是氧氣（O2）的一種異構(gòu)體,在大氣中的含量僅占一億分之一,其濃度因海拔高度而異.臭氧層可以說是地球的保護(hù)層,它主要圍繞在地球外部離地面20—25公里高度的地方,起到吸收太陽紫外線中對(duì)生物有害部分UV－B（UV－B是紫外線的一段波長,為280—315nm）的作用.同時(shí),由于紫外線是平流層的熱能來源,臭氧分子是平流層大氣的重要組成部分,所以臭氧層在平流層的垂直分布對(duì)平流層的溫度結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動(dòng)起著決定性的作用,發(fā)揮著調(diào)節(jié)氣候的重要功能.南極上空的臭氧層是在20億年的漫長歲月中形成的,可是僅在一個(gè)世紀(jì)里就被破壞了60％.
氟利昂作為氯氟烴物質(zhì)中的一類,是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,且極難被分解、不可燃、無毒的物質(zhì),被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域.清潔溶劑、制冷劑、保溫材料、噴霧劑、發(fā)泡劑等中都使用了氟利昂.氟利昂在使用中被排放到大氣后,其穩(wěn)定性決定它將長時(shí)間滯留于此達(dá)數(shù)十年至100年.由于氟利昂不能在對(duì)流層中自然消除,只能緩慢地從對(duì)流層流向平流層,在那里被強(qiáng)烈的紫外線照射后分解.分解后產(chǎn)生的原子氯將會(huì)破壞臭氧層.研憲表明,臭氧層被破壞后,紫外線會(huì)通過大氣層長驅(qū)直入.強(qiáng)烈的紫外線照射會(huì)抑制人的免疫力,會(huì)使白內(nèi)障和皮膚癌患者增加.如果臭氧層的總量減少1％的話, UV-B就將增加2％,其結(jié)果是使皮膚癌發(fā)病率提高2－4％.此外,紫外線的增強(qiáng)還會(huì)影響農(nóng)作物的生長,并通過對(duì)海洋中的藻類產(chǎn)生的影響破壞整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng).據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全世界氟利昂的年使用量超過1O0萬噸,迄今為止向大氣中排放的氟利昂總量達(dá)2000萬噸,大部分仍停留在對(duì)流層中,只有10％左右到達(dá)了平流層.
什么是臭氧層空洞?它為何出現(xiàn)在南極上空?要了解這些問題,我們必須先從臭氧層入手.
臭氧層是地球大氣層中臭氧含量比較大的層次,臭氧的分子式是O3,它是由一個(gè)氧原子和一個(gè)氧分子結(jié)合而成.在低層大氣中,由于紫外線輻射很弱,缺乏氧原子,生成臭氧的機(jī)會(huì)很少.隨著高度增加,太陽紫外線輻射增強(qiáng),氧分子在紫外線輻射作用下發(fā)生分解,氧原子增加,生成臭氧的機(jī)會(huì)就多.大致在距地面10千米以上臭氧的含量逐漸增加,在20－30千米的高空,氧原子和氧分子的含量都比較多,這一高度臭氧的含量最大,形成明顯的臭氧層.在此高度以上,紫外線輻射更加強(qiáng)烈,大部分氧分子被分解為氧原子,出現(xiàn)氧原子過多而氧分子過少的狀況,結(jié)合成臭氧的機(jī)會(huì)就少,所以臭氧的含量也逐漸減少,大致在50千米以上高空,臭氧的含量就極少了.
臭氧的含量雖少,卻極其重要,因?yàn)檫@薄薄的臭氧層,能把太陽紫外線中波長短于290納米,能殺死地球上包括人類在內(nèi)所有生命的短波紫外線統(tǒng)統(tǒng)吸收掉,使地球上的生物免受紫外線的傷害.但臭氧層不吸收波長較長的太陽紫外線,這些紫外線對(duì)人類和生物則是有益的.因?yàn)樗鼈兡軞⑺兰?xì)菌,并能促成人體內(nèi)合成維生素D,以防止佝僂病的產(chǎn)生.所以臭氧層如同一把保護(hù)傘,保護(hù)著地球上的生命.
臭氧層空洞,是指南極上空大范圍的高密度臭氧分子遭到破壞而出現(xiàn)的衰竭現(xiàn)象.臭氧層的破壞,給地球環(huán)境和人體健康帶來極大危害.
首先,臭氧減少,射向地面的紫外線增多,會(huì)損害人和動(dòng)物的免疫能力,易爆發(fā)流行性傳染病,皮膚發(fā)生癌變,使眼睛出現(xiàn)白內(nèi)障以至失明,還使發(fā)育停滯.其次,短波紫外線會(huì)破壞植物的葉綠素,影響植物的光合作用,使農(nóng)作物減產(chǎn).
那么到底是誰破壞了臭氧層?絕大多數(shù)科學(xué)家以為,“元兇”是由人類活動(dòng)排放到大氣里的氯氟烴.這種物質(zhì)世界上本來沒有,使20世紀(jì)30年代人類使用制冷劑、發(fā)泡劑、滅火劑等制造出來的一種化合物.它的性能極其穩(wěn)定,在低層不易分解,上升到平流層后,在強(qiáng)烈紫外線作用下分解產(chǎn)生氯原子,從臭氧眾奪取一個(gè)氧原子,成為一氧化氯,臭氧分子就變成了普通的氧分子.而一氧化氯是不穩(wěn)定的,空氣中游離的氧原子可以奪取其中的氧原子而成為普通的氧分子,氯原子則再次游離出來去重復(fù)上述破壞臭氧分子的過程.這種過程可以重復(fù)上萬此,使臭氧的濃度不斷降低,最后便形成了臭氧層空洞.可見,人為排入大氣中的氯氟烴是一個(gè)名副其實(shí)的臭氧殺手.可見,氯氟烴的源地是在北半球,且北半球大氣中氯氟烴的濃度比南半球還略高,為什么臭氧層空洞卻發(fā)生在南極呢?這與南極特異的氣候有關(guān).因?yàn)槟蠘O大陸緯度高,海拔高,冰川反射率強(qiáng),具有特殊的環(huán)極旋渦和低溫條件,環(huán)極旋渦把南極大陸封閉起來,從北方來的富含臭氧的氣流不能進(jìn)入它的上空.低溫使南極上空大氣中有眾多的冰晶云,云中的冰晶不斷吸收氯氟烴氣體,濃度越來越高,更加速了對(duì)臭氧的破壞