臭氧層（大氣層的平流層中臭氧濃度高的層次）

更新時間:2025-12-16 20:27:01 閱讀：評論：0

臭氧層（大氣層的平流層中臭氧濃度高的層次）

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臭氧層是大氣層的平流層中徠臭氧臫頭條濃度高的層次。濃度最大的部分位于20—25公里的高度處。若把臭氧層的臭氧校訂到標準情況，則其厚度平均僅為3毫米左右。臭氧含量隨緯度、季節(jié)和天氣等變化而不同。紫外輻射在高空被臭氧吸收，對大氣有增溫作用，同時保護了地球上的生物免受遠紫外輻射的傷害，透過的少量紫外輻射，有殺菌作用，對生物大有裨益。

中文名

臭氧層

英文名

The ozone layer

主要作用

有效地防止紫外線大量攝入地面

制造

主要是紫外線制造

基本簡介

命名

人類真正認識臭氧是在150多年以前，德國化學家先貝因(Schanbein)博士首次提出在水電解及火花放電中產生的臭味，同在自然界閃電后產生的氣味相同，先貝因博士認為其氣味難聞，由此將其命名為臭氧。臭氧層顧名思義，帶有微臭，在閃電的時候，有可能會聞到一股怪味，這便是閃電過后產生的。

形成

自然界中的臭氧，大多分布在距地面20Km--50Km的大氣中，我們稱之為臭氧層。臭氧層中的臭氧主要是紫外線制造出來的。大家知道，太陽光線中的紫外線分為長波和短波兩種，當大氣中(含有21%)的氧氣分子受到短波紫外線照射時，氧分子會分解成原子狀態(tài)。氧原子的不穩(wěn)定性極強，極易與其他物質發(fā)生反應。如與氫(H2)反應生成水(H2O)，與碳(C)反應生成二氧化碳(C02)。同樣的，與氧分子(O2)反應時，就形成了臭氧(O3)。臭氧形成后，由于其比重大于氧氣，會逐漸的向臭氧層的底層降落，在降落過程中隨著溫度的變化(上升)，臭氧不穩(wěn)定性愈趨明顯，再受到長波紫外線的照射，再度還原為氧。臭氧層就是保持了這種氧氣與臭氧相互轉換的動態(tài)平衡。

數據

在這么廣大的區(qū)域內，臭氧估計小于大氣的十萬分之一。如果在0℃的溫度下，把地球大氣層中所有的臭氧全部壓縮到一個標準大氣壓，則它也只能形成約3毫米厚的一層氣體。那么，地球表面是否有臭氧存在呢?回答是肯定的。太陽的紫外線大概有近1%部分可達地面。尤其是在大氣污染較輕的森林、山間、海岸周圍的紫外線較多，存在比較豐富的臭氧。

臭氧層

人類真正認識臭氧是在150多年以前，德國化學家先貝因（Schanbein）博士首次提出在水電解及火花放電中產生的臭味，同在自然界閃電后產生的氣味相同，先貝因博士認為其氣味類似于希臘文的（意為“難聞”），由此將其命名為臭氧）。臭氧層顧名思義，帶有微臭，在閃電的時候，有可能會聞到一股怪味，這便是閃電帶下來的。

自然界中的臭氧，大多分布在距地面20Km--50Km的大氣中，我們稱之為臭氧層。臭氧層中的臭氧主要是紫外線制造出來的。大家知道，太陽光線中的紫外線分為長波和短波兩種，當大氣中（含有21%）的氧氣分子受到短波紫外線照射時，氧分子會分解成原子狀態(tài)。氧原子的不穩(wěn)定性極強，極易與其他物質發(fā)生反應。如與氫（H2）反應生成水（H2O)，與碳（C）反應生成二氧化碳（C02）。同樣的，與氧分子（O2）反應時，就形成了臭氧（O3）。臭氧形成后，由于其比重大于氧氣，會逐漸的向臭氧層的底層降落，在降落過程中隨著溫度的變化（上升），臭氧不穩(wěn)定性愈趨明顯，再受到長波紫外線的照射，再度還原為氧。臭氧層就是保持了這種氧氣與臭氧相互轉換的動態(tài)平衡。

在這么廣大的區(qū)域內到底有多少臭氧呢？估計小于大氣的十萬分之一。如果把大氣中所有的臭氧集中在一起，僅僅有三公分薄的一層。那么，地球表面是否有臭氧存在呢？回答是肯定的。太陽的紫外線大概有近1%部分可達地面。尤其是在大氣污染較輕的森林、山間、海岸周圍的紫外線較多，存在比較豐富的臭氧。

此外，雷電作用也產生臭氧，分布于地球的表面。正因為如此，雷雨過后，人們感到空氣的清爽，人們也愿意到郊外的森林、山間、海岸去吮吸大自然清新的空氣，享受自然美景的同時，讓身心來一次爽爽快快的“洗浴”，這就是臭氧的功效，所以有人說，臭氧是一種干凈清爽的氣體。臭氧有極強的氧化性，少量的臭氧會使人感到精神振奮；但過強的氧化性也使其具有殺傷作用。一些過敏體質的人，長時間暴露在臭氧含量超過180微克/立方米的環(huán)境，會出現皮膚刺癢、呼吸不暢、咳嗽及鼻炎等癥狀。

破壞原因

1.當氟氯碳化物漂浮在空氣中時，由于受到陽光中紫外線的影響，開始分解釋出氯原子出來。

2.這些氯原子的活性極大，常喜歡與其它物質結合。因此當它遇到臭氧的時候，便開始產生化學變化！

3.臭氧被迫分解成一個氧原子（O）及一個氧分子（O2），而氯原子就與氧原子相結合。

4.可是當其它的氧原子遇到這個氯氧化和的分子，就又把氧原子搶回來，組成一個氧分子（O2），而恢復成單身的氯原子就又可以去破壞其它的臭氧了.

破壞影響

綜述

臭氧層被大量損耗后，吸收紫外輻射的能力大大減弱，導致到達地球表面的紫外線B明顯增加，給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來多方面的的危害，已受到人們普遍關注的主要有對人體健康、陸生植物、水生生態(tài)系統(tǒng)、生物化學循環(huán)、材料、以及對流層大氣組成和空氣質量等方面的影響。

對健康的影響

陽光紫外線UV-B的增加對人類健康有嚴重的危害作用。潛在的危險包括引發(fā)和加劇眼部疾病、皮膚癌和傳染性疾病。對有些危險如皮膚癌已有定量的評價，但其他影響如傳染病等仍存在很大的不確定性。實驗證明紫外線會損傷角膜和眼晶體，如引起白內障、眼球晶體變形等。據分析，平流層臭氧減少1%，全球白內障的發(fā)病率將增加0.6-0.8%，全世界由于白內障而引起失明的人數將增加10,000到15,000人；如果不對紫外線的增加采取措施，到2075年，UV-B輻射的增加將導致大約1800萬例白內障病例的發(fā)生。

紫外線UV-B段的增加能明顯地誘發(fā)人類常患的三種皮膚疾病。這三種皮膚疾病中，巴塞爾皮膚瘤和鱗狀皮膚瘤是非惡性的。利用動物實驗和人類流行病學的數據資料得到的最新的研究結果顯示，若臭氧濃度下降10%，非惡性皮膚瘤的發(fā)病率將會增加26%。另外的一種惡性黑瘤是非常危險的皮膚病，科學研究也揭示了UV-B段紫外線與惡性黑瘤發(fā)病率的內在聯系，這種危害對淺膚色的人群特別是兒童期尤其嚴重；

人體免疫系統(tǒng)中的一部分存在于皮膚內，使得免疫系統(tǒng)可直接接觸紫外線照射。動物實驗發(fā)現紫外線照射會減少人體對皮膚癌、傳染病及其他抗原體的免疫反應，進而導致對重復的外界刺激喪失免疫反應。人體研究結果也表明暴露于紫外線B中會抑制免疫反應，人體中這些對傳染性疾病的免疫反應的重要性還不十分清楚。但在世界上一些傳染病對人體健康影響較大的地區(qū)以及免疫功能不完善的人群中，增加的UV-B輻射對免疫反應的抑制影響相當大。

已有研究表明，長期暴露于強紫外線的輻射下，會導致細胞內的DNA改變，人體免疫系統(tǒng)的機能減退，人體抵抗疾病的能力下降。這將使許多發(fā)展中國家本來就不好的健康狀況更加惡化，大量疾病的發(fā)病率和嚴重程度都會增加，尤其是包括麻疹、水痘、皰疹等病毒性疾病，瘧疾等通過皮膚傳染的寄生蟲病，肺結核和麻瘋病等細菌感染以及真菌感染疾病等；

對植物的影響

臭氧層損耗對植物的危害的機制尚不如其對人體健康的影響清楚，但研究表明，在已經研究過的植物品種中，超過50%的植物有來自UV-B的負影響，比如豆類、瓜類等作物，另外某些作物如土豆、番茄、甜菜等的質量將會下降；植物的生理和進化過程都受到UV-B輻射的影響，甚至與當前陽光中UV-B輻射的量有關。植物也具有一些緩解和修補這些影響的機制，在一定程度上可適應UV-B輻射的變化。不管怎樣，植物的生長直接受UV-B輻射的影響，不同種類的植物，甚至同一種類不同栽培品種的植物對UV-B的反應都是不一樣的。在農業(yè)生產中，就需要種植耐受UV-B輻射的品種，并同時培養(yǎng)新品種。對森林和草地，可能會改變物種的組成，進而影響不同生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性分布。

UV-B帶來的間接影響，例如植物形態(tài)的改變，植物各部位生物質的分配，各發(fā)育階段的時間及二級新陳代謝等可能跟UV-B造成的破壞作用同樣大，甚至更為嚴重。這些對植物的競爭平衡、食草動物、植物致病菌和生物地球化學循環(huán)等都有潛在影響。這方面的研究工作尚處起步階段。

對生態(tài)的影響

世界上30%以上的動物蛋白質來自海洋，滿足人類的各種需求。在許多國家，尤其是發(fā)展中國家，這一百分比往往還要高。因此很有必要知道紫外輻射增加后對水生生態(tài)系統(tǒng)生產力的影響。此外，海洋在與全球變暖有關的問題中也具有十分重要的作用。海洋浮游植物的吸收是大氣中二氧化碳的一個重要去除途徑，它們對未來大氣中二氧化碳濃度的變化趨勢起著決定性的作用。海洋對CO2氣體的吸收能力降低，將導致溫室效應的加劇。

海洋浮游植物并非均勻分布在世界各大洋中，通常高緯度地區(qū)的密度較大，熱帶和亞熱帶地區(qū)的密度要低10到100倍。除可獲取的營養(yǎng)物，溫度，鹽度和光外，在熱帶和亞熱帶地區(qū)普遍存在的陽光UV-B的含量過高的現象也在浮游植物的分布中起著重要作用。

浮游植物的生長局限在光照區(qū)，即水體表層有足夠光照的區(qū)域，生物在光照區(qū)的分布地點受到風力和波浪等作用的影響。另外，許多浮游植物也能夠自由運動以提高生產力以保證其生存。暴露于陽光UV-B下會影響浮游植物的定向分布和移動，因而減少這些生物的存活率。

研究人員已經測定了南極地區(qū)UV-B輻射及其穿透水體的量的增加，有足夠證據證實天然浮游植物群落與臭氧的變化直接相關。對臭氧洞范圍內和臭氧洞以外地區(qū)的浮游植物生產力進行比較的結果表明，浮游植物生產力下降與臭氧減少造成的UV-B輻射增加直接有關。一項研究表明在冰川邊緣地區(qū)的生產力下降了6-12%。由于浮游生物是海洋食物鏈的基礎，浮游生物種類和數量的減少還會影響魚類和貝類生物的產量。據另一項科學研究的結果，如果平流層臭氧減少25%，浮游生物的初級生產力將下降10%，這將導致水面附近的生物減少35%。

研究發(fā)現陽光中的UV-B輻射對魚、蝦、蟹、兩棲動物和其它動物的早期發(fā)育階段都有危害作用。最嚴重的影響是繁殖力下降和幼體發(fā)育不全。即使在現有的水平下，陽光紫外線B已是限制因子。紫外線B的照射量很少量的增加就會導致消費者生物的顯著減少。

盡管已有確鑿的證據證明UV-B輻射的增加對水生生態(tài)系統(tǒng)是有害的，還只能對其潛在危害進行粗略的估計。

對循環(huán)的影響

陽光紫外線的增加會影響陸地和水體的生物地球化學循環(huán)，從而改變地球--大氣這一巨系統(tǒng)中一些重要物質在地球各圈層中的循環(huán)，如溫室氣體和對化學反應具有重要作用的其他微量氣體的排放和去除過程，包括二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氧硫化碳（COS）及O3等。這些潛在的變化將對生物圈和大氣圈之間的相互作用產生影響。對陸生生態(tài)系統(tǒng)，增加的紫外線會改變植物的生成和分解，進而改變大氣中重要氣體的吸收和釋放。當紫外線B光降解地表的落葉層時，這些生物質的降解過程被加速；而當主要作用是對生物組織的化學反應而導致埋在下面的落葉層光降解過程減慢時，降解過程被阻滯。植物的初級生產力隨著UV-B輻射的增加而減少，但對不同物種和某些作物的不同栽培品種來說影響程度是不一樣的。

在水生生態(tài)系統(tǒng)中陽光紫外線也有顯著的作用。這些作用直接造成UV-B對水生生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)、氮循環(huán)和硫循環(huán)的影響。UV-B對水生生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的影響主要體現于UV-B對初級生產力的抑制。在幾個地區(qū)的研究結果表明，現有UV-B輻射的減少可使初級生產力增加，由南極臭氧洞的發(fā)生導致全球UV-B輻射增加后，水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產力受到損害。除對初級生產力的影響外，陽光紫外輻射還會抑制海洋表層浮游細菌的生長，從而對海洋生物地球化學循環(huán)產生重要的潛在影響。陽光紫外線促進水中的溶解有機質（DOM）的降解，使得所吸收的紫外輻射被消耗，同時形成溶解無機碳（DIC）、CO以及可進一步礦化或被水中微生物利用的簡單有機質等。UV-B增加對水中的氮循環(huán)也有影響，它們不僅抑制硝化細菌的作用，而且可直接光降解象硝酸鹽這樣的簡單無機物種。UV-B對海洋中硫循環(huán)的影響可能會改變COS和二甲基硫（DMS）的海-氣釋放，這兩種氣體可分別在平流層和對流層中被降解為硫酸鹽氣溶膠。

對材料的影響

因平流層臭氧損耗導致陽光紫外輻射的增加會加速建筑、噴涂、包裝及電線電纜等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化變質。特別是在高溫和陽光充足的熱帶地區(qū)，這種破壞作用更為嚴重。由于這一破壞作用造成的損失估計全球每年達到數十億美元。無論是人工聚合物，還是天然聚合物以及其它材料都會受到不良影響。當這些材料尤其是塑料用于一些不得不承受日光照射的場所時，只能靠加入光穩(wěn)定劑或進行表面處理以保護其不受日光破壞。陽光中UV-B輻射的增加會加速這些材料的光降解，從而限制了它們的使用壽命。研究結果已證實短波UV-B輻射對材料的變色和機械完整性的損失有直接的影響。

在聚合物的組成中增加現有光穩(wěn)定劑的用量可能緩解上述影響，但需要滿足下面三個條件：①在陽光的照射光譜發(fā)生了變化即UV-B輻射增加后，該光穩(wěn)定劑仍然有效；②該光穩(wěn)定劑自身不會隨著UV-B輻射的增加被分解掉；③經濟可行。利用光穩(wěn)定性更好的塑料或其他材料替代現有材料是一個正在研究中的問題。然而，這些方法無疑將增加產品的成本。而對于許多正處在用塑料替代傳統(tǒng)材料階段的發(fā)展中國家來說，解決這一問題更為重要和迫切。

對空氣的影響

平流層臭氧的變化對對流層的影響是一個十分復雜的科學問題。一般認為平流層臭氧的減少的一個直接結果是使到達低層大氣的UV-B輻射增加。由于UV-B的高能量，這一變化將導致對流層的大氣化學更加活躍。首先，在污染地區(qū)如工業(yè)和人口稠密的城市，即氮氧化物濃度較高的地區(qū)，UV-B的增加會促進對流層臭氧和其它相關的氧化劑如過氧化氫（H2O2）等的生成，使得一些的城市地區(qū)臭氧超標率大大增加。而與這些氧化劑的直接接觸會對人體健康、陸生植物和室外材料等產生各種不良影響。在那些較偏遠的地區(qū)，即NOx的濃度較低的地區(qū)，臭氧的增加較少甚至還可能出現臭氧減少的情況。但不論是污染較嚴重的地區(qū)還是清潔地區(qū)，H2O2和OH自由基等氧化劑的濃度都會增加。其中H2O2濃度的變化可能會對酸沉降的地理分布帶來影響，結果是污染向郊區(qū)蔓延，清潔地區(qū)的面積越來越少。

其次，對流層中一些控制著大氣化學反應活性的重要微量氣體的光解速率將提高，其直接的結果是導致大氣中重要自由基濃度如OH基的增加。OH自由基濃度的增加意味著整個大氣氧化能力的增強。由于OH自由基濃度的增加會使甲烷和CFC替代物如HCFCs和HFCs的濃度成比例的下降，從而對這些溫室氣體的氣候效應產生影響。

而且，對流層反應活性的增加還會導致顆粒物生成的變化，例如云的凝結核，由來自人為源和天然源的硫（如氧硫化碳和二甲基硫）的氧化和凝聚形成。盡管對這些過程了解的還不十分清楚，但平流層臭氧的減少與對流層大氣化學及氣候變化之間復雜的相互關系正逐步被揭示。

作用

大氣臭氧層主要有三個作用。其一為保護作用，臭氧層能夠吸收太陽光,臭氧層阻擋紫外線中的波長306.3nm以下的紫外線，主要是一部分UV—B(波長290～300nm)和全部的UV—C(波長<=290nm),保護地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。只有長波紫外線UV-A和少量的中波紫外線UV-B能夠輻射到地面，長波紫外線對生物細胞的傷害要比中波紫外線輕微得多。所以臭氧層猶如一件保護傘保護地球上的生物得以生存繁衍。其二為加熱作用，臭氧吸收太陽光中的紫外線并將其轉換為熱能加熱大氣，由于這種作用大氣溫度結構在高度50km左右有一個峰，地球上空15～50km存在著升溫層。正是由于存在著臭氧才有平流層的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧氣，所以也就不存在平流層。大氣的溫度結構對于大氣的循環(huán)具有重要的影響，這一現象的起因也來自臭氧的高度分布。其三為溫室氣體的作用，在對流層上部和平流層底部，即在氣溫很低的這一高度，臭氧的作用同樣非常重要。如果這一高度的臭氧減少，則會產生使地面氣溫下降的動力。因此，臭氧的高度分布及變化是極其重要的。流層中的臭氧吸收掉太陽放射出的大量對人類、動物及植物有害波長的紫外線輻射（240－329納米，稱為UV-B波長），為地球提供了一個防止紫外輻射有害效應的屏障。但另一方面，臭氧遍布整個對流層，卻起著溫室氣體的不利作用。在平流層中臭氧耗損，主要是通過動態(tài)遷移到對流層，在那里得到大部分具有活性催化作用的基質和載體分子，從而發(fā)生化學反應而被消耗掉。臭氧主要是與HOX、NOX、ClOX和BrOX中含有的活潑自由基發(fā)生同族氣相反應。

破壞現狀

臭氧（O3）是氧元素的同素異形體，它的化學性質十分活潑，很容易跟其他物質發(fā)生化學反應。實際上，在臭氧層內，臭氧的形成是眾多物質參與，一系列化學反應達到化學平衡的結果。臭氧在遇到H、OH、NO、Cl、Br時，就會被催化，加速分解為O2。氯氟烴之所以被認為是破壞臭氧層的物質就是因為它們在在太陽輻射下分解出Cl和Br原子。

1984年，英國科學家首次發(fā)現南極上空出現臭氧洞。1985年，美國的“雨云-7號”氣象衛(wèi)星測到了這個臭氧洞。

1985年，英國科學家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發(fā)現：在過去10-15年間,每到春天南極上空的臭氧濃度就會減少約30%，有近95%的臭氧被破壞。從地面上觀測，高空的臭氧層已極其稀薄，與周圍相比像是形成一個“洞”,直徑達上千公里，“臭氧洞”由此而得名。衛(wèi)星觀測表明，此洞復蓋面積有時比美國的國土面積還要大。到1998年臭氧空洞面積比1997年增大約15%，幾乎相當于三個澳大利亞大。前不久，日本環(huán)境廳發(fā)表的一項報告稱，1998年南極上空臭氧空洞面積已達到歷史最高記錄，為2720萬平方公里，比南極大陸還大約1倍。

臭氧層

美、日、英、俄等國家聯合觀測發(fā)現，近年來，北極上空臭氧層也減少了20%。在被稱為是世界上“第三極”的青藏高原，中國大氣物理及氣象學者的觀測也發(fā)現，青藏高原上空的臭氧正在以每10年2.7%的速度減少。根據全球總臭氧觀測的結果表明，除赤道外,1978-1991年總臭氧每10年間就減少1%-5%。盡管人們已簽署了《蒙特利爾協(xié)定書》，但每年春天，在地球的兩個極地的上空仍再次形成臭氧層空洞，北極的臭氧層損失20%到30%，南極的臭氧層損失51%以上。

破壞危機

臭氧層耗竭，會使太陽光中的紫外線大量輻射到地面。紫外線輻射增強，對人類及其生存的環(huán)境會造成極為不利的后果。有人估計，如果臭氧層中臭氧含量減少10%，地面不同地區(qū)的紫外線輻射將增加19%~22%，由此皮膚癌發(fā)病率將增加15%~25%.另據美國環(huán)境局估計，大氣層中臭氧含量每減少1%，皮膚癌患者就會增加10萬人，患白內障和呼吸道疾病的人也將增多。系外線輻射增強，對其他生物產生的影響和危害也令人不安。有人認為，臭氧層被破壞，將打亂生態(tài)系統(tǒng)中復雜的食物鏈，導致一些主要生物物種滅絕。臭氧層的破壞，將使地球上三分之二的農作物減產，導致糧食危機。紫外線輻射增強，還會導致全球氣候變暖。

紀念日

綜述

1995年1月23日，聯合國大會通過決議，確定從1995年開始，每年的9月16日為“國際保護臭氧層日”。旨在紀念1987年9月16日簽署的《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，要求所有締約國根據“議定書”及其修正案的目標，采取具體行動紀念這一特殊的日子。

確立歷史背景

臭氧層

臭氧層破壞是當前面臨的全球性環(huán)境問題之一，自70年代以來就開始受到世界各國的關注。聯合國環(huán)境規(guī)劃署自1976年起陸續(xù)召開了各種國際會議，通過了一系列保護臭氧層的決議。尤其在1985年發(fā)現了在南極周圍臭氧層明顯變薄，即所謂的“南極臭氧洞”問題之后，國際上保護臭氧層的呼聲更加高漲。

1976年4月，聯合國環(huán)境署理事會決定召開一次“評價整個臭氧層”國際會議之后，于1977年3月在美國華盛頓召開了有32個國家參加的“專家會議”。會議通過了第一個“關于臭氧層行動的世界計劃”。這個計劃包括監(jiān)測臭氧和太陽輻射、評價臭氧耗損對人類健康的影響、對生態(tài)系統(tǒng)和氣候的影響，以及發(fā)展用于評價控制措施的費用及益處的方法等，并要求聯合國環(huán)境署建立一個臭氧層問題協(xié)調委員會。這個計劃提出了對受控物質生產和使用的控制。

1980年，協(xié)調委員會提出了臭氧耗損嚴重威脅著人類和地球生態(tài)系統(tǒng)這一評價結論。

1981年，聯合國環(huán)境署理事會建立了一個工作小組，其任務是籌備保護臭氧層的全球性公約。

經過4年的艱苦工作，1985年3月在奧地利首都維也納通過了有關保護臭氧層的國際公約----《保護臭氧層維也納公約》，該公約從1988年9月起生效。這個公約只規(guī)定了交換有關臭氧層信息和數據的條款，但對控制消耗臭氧層物質的條款卻沒有約束力。《公約》的宗旨和原則是正確的，促進了各國就保護臭氧層這一問題的合作研究和情報交流。

在《保護臭氧層維也納公約》的基礎上，為了進一步對氯氟烴類物質進行控制，在審查世界各國氯氟烴類物質生產、使用、貿易的統(tǒng)計情況的基礎上，通過多次國際會議協(xié)商和討論，于1987年9月16日在加拿大的蒙特利爾會議上，通過了《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，并于1989年1月1日起生效。

“蒙特利爾議定書”規(guī)定，參與條約的每個成員組織（國家或國家集團）將凍結并依照縮減時間表來減少5種氟利昂的生產和消耗；凍結并減少3種溴代物的生產的消耗。

5組氟利昂的大部分消耗量，將從1989年7月1日起，凍結在1986年使用量的水平上；從1993年7月1日起，其消耗量不得超過1986年使用量的80%；從1998年7月1日起，減少到1986年使用量的50%。

“蒙特利爾議定書”實施后的調查表明，根據議定書規(guī)定的控制進程并不理想。

1989年3-5月，聯合國環(huán)境署連續(xù)召開了保護臭氧層倫敦會議與“公約”和“議定書”締約國第一次會議——赫爾辛基會議，進一步強調保護臭氧層的緊迫性，并于1989年5月2日通過了《保護臭氧層赫爾辛基宣言》，鼓勵所有尚未參加《保護臭氧層維也納公約》及《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》的國家盡早參加；同意在適當考慮發(fā)展中國家特別情況下，盡可能地但不遲于2000年取消受控氯氟烴類物質的生產和使用；盡可能早地控制和削減其它消耗臭氧的物質；加速替代產品和技術的研究與開發(fā)；促進發(fā)展中國家獲得有關科學情報、研究成果和培訓，并尋求發(fā)展適當資金機制促進以最低價格向發(fā)展中國家轉讓技術和替換設備。

1990年6月20-29日，聯合國環(huán)境規(guī)則署在倫敦召開了關于控制消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書締約國第二次會議。57個締約國中的53個國家的環(huán)境部長或高級官員及歐共體代表參加了會議。此外，還有40個非締約國的代表參加了會議。這次大會又通過了若干補充條款，修正和擴大了對有害臭氧層物質的控制范圍，受控物質由原來的2類8種擴大到7類上百種。規(guī)定締約國在2000年或更早的時間里淘汰氟利昂和哈龍。到1995年，四氯化碳將減少85%；到2000年將全部淘汰。到2000年，三氯乙烷將減少70%；2005年以前全部淘汰。

氮的氧化物同樣也會破壞臭氧層。

臭氧層與生命

1995年諾貝爾化學獎授于對臭氧層的濃度平衡機制研究卓有成效的3位大氣化學家，克魯岑、羅蘭和莫里那。從1840年Soh”nbein發(fā)現臭氧氣體至今已157年，在這漫長的歲月中，隨著科學及測量技術的不斷進步，人類對臭氧層的認識日益深入，其中有著名的Chapman臭氧層光化學理論（1930年）及羅蘭-莫里那理論（1974年）。1985年，法曼發(fā)現南極臭氧層有嚴重損失，1995年初，美國太空總署發(fā)布了衛(wèi)星遙感測量結果，證實了羅蘭-莫里那理論，使人們認識到臭氧層對于生命、全球氣候以及人類的未來至關重要。

在地球的大氣層中，臭氧（O?）的含量極少，僅占空氣的幾百萬分之一，主要集中在離地面10～50km的平流層，臭氧和氧氣是氧元素的同素異構體，呈淡藍色，因有一種魚腥臭味，故名臭氧。1930年首次提出了高空臭氧形成和破壞的理論，認為，臭氧的形成及破壞均與太陽中紫外輻射有關。

氧及臭氧層的出現是生物進化發(fā)展的一個非常重要的轉折點。據考，約25億年前，地球不存在氣體氧或很少，因而太陽中的紫外輻射可直接到達地球表面，太陽輻射的總能量中，紫外區(qū)段占到近1.5%。高能量的紫外輻射對化學進化乃至生命誕生的化學反應起到很重要的作用，尤其是240～290納米的紫外區(qū)段對今天的生命本質物質——核酸和蛋白質有嚴重的破壞作用，假如沒有臭氧層擋住紫外輻射，地球陸地上將荒蕪一片，任何形式的生命在陸地上斷難存在，這或許是生命誕生于原始海洋中的原因之一，有些科學家就曾提出，在原始海洋中的一定深度——足以過濾大多數紫外輻射，留下充分的紫外輻射來促成生命前驅的化學反應。

另外，有資料表明，生命在34億年前就已發(fā)生，那時的生命只能存在于海洋中，以防止紫外輻射的灼傷致死。其次，其進化速度與后來的生物相比甚為緩慢，因為海洋環(huán)境較之陸地環(huán)境穩(wěn)定而均一得多。然而，海洋中的有機物畢竟是有限的，棲息于海洋中的原始生物生息發(fā)展最終會因食物匱乏而面臨滅頂這災，在這嚴重的選擇壓力下，能進行光合作用自己制造營養(yǎng)的自養(yǎng)生物誕生了，它們固定太陽能，用CO2合成營養(yǎng)，同時放出O2。由于自養(yǎng)生物不斷發(fā)展，地球大氣中O2的濃度不斷升高，當時地球上的原始生物，絕大多數是厭氧的，然而為了生存，有許多形式的生命被迫接受了O2。這樣，O2的大量出現，改變了生物進化的過程，第一，接受了O2的生物由原來的無氧呼吸變成了有氧呼吸，呼吸效率因此而提高了大約19倍，得到迅速而蓬勃的發(fā)展；第二，大量氧氣吸收紫外輻射在地球中層大氣形成了臭氧層，為海棲生物登陸發(fā)展提供了前所未有的“安全”環(huán)境，確實，當初簡單的動物正是有氧后出現并得到進化發(fā)展的。在這漫長的二十幾億年的發(fā)展中，生命不知經歷了多少次的興衰。然而其間無論是舊種的滅絕，還是新種的誕生，除極少數生命早期遺留下來的厭氧種外，其余無一例外都是需氧的，尤其是產氧的綠色植物的繁榮發(fā)展，使臭氧層與生物相互依賴到了如今。然而，臭氧層越來越受到人類活動的威脅。1985年，英國的約瑟夫·法曼在《自然》雜志上發(fā)表了他在南極做了近30年的臭氧觀測結果，南極的臭氧濃度在幾年間劇降了50%。高空臭氧本身存在自然的生成和破壞的動態(tài)平衡機制，然而隨著人類工業(yè)文明的高度發(fā)展，這種平衡正在被人類所打破，尤其是本世紀以來，人造的氯氟碳化物，如CFC-11及CFC-12（俗稱氟城昂）等，被廣泛用作氣霧劑、煙霧劑的壓縮氣體、泡沫充填材料及冰箱等的制冷介質。這些氯氟碳化物會在產品使用過程中或壽命結束后，被排放到大氣中。由于此類物質性質極穩(wěn)定，唯一的損失途徑是紫外輻射照射下分解。當它們飄至臭氧層上空，高能的紫外輻射破壞其碳氯鍵，釋放出氯原子。氯原子像催化劑一樣，使臭氧破壞而消耗，即Cl+O?→ClO+O?，ClO+O→Cl+O?。據計算，平均一個氟原子可以消耗10萬個臭氧分子。對臭氧層有嚴重影響的還有氮氧化物，最明顯的是NO。NO的來源主要是微生物的活動及飛機和汽車發(fā)動機產生的。此外，甲烷也被認為是對臭氧層破壞有重要影響的物質。據科學家估算，高空臭氧每減少1%，就會有額外2%的紫外輻射到達地球表面。這些紫外輻射會嚴重損傷動植物，并使人類皮膚癌的患病率大大提高。

臭氧層除了屏蔽大量太陽中的紫外輻射外，還參與了大氣環(huán)流。臭氧的減少，不僅直接給地球上的生命帶來慘重的損失，而且使地球大氣低層變暖、高層變冷，加重溫室效應，從而導致地球氣候和大氣形式的更大變化。

大氣臭氧研究在國際組織的協(xié)調下顯得十分活躍。相信在21世紀人類定會為保護臭氧層做出卓有成效的努力。

相當于催化臭氧分解成為氧氣，又讓人類提高了生活水平。

人類不斷向地球排放二氧化碳等廢氣，把大氣弄臟了，使地球像在大熱天里穿了一件臟棉襖，體溫不斷地升高。過往我們在冬天穿大棉襖，戴棉手襪，只穿一件毛衣也不覺得冷，這就是臭氧層被破壞的表現。由于各種廢氣的排放，使臭氧層產生了“空洞。臭氧層的作用很大：臭氧層能夠吸收太陽光中的波長300μm以下的紫外線，保護地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。所以臭氧層猶如一件宇宙服保護地球上的生物。

北極臭氧

北極疑似出現臭氧層？

科學家們總是在不斷的探尋，帶給我們許多新的自然資訊。科學家發(fā)現，北極地區(qū)同溫層云的出現頻率越來越頻繁，它將引發(fā)破壞臭氧層的化學變化。

近幾十年來，北極地區(qū)的臭氧總量是減少的，盡管這一帶曾出現驚險空前的臭氧低值區(qū)，但是未達到“洞”的標準。那么，北極是否會出現臭氧洞?極地臭氧洞的出現會帶來哪些新問題?

南極科考隊員正在釋放一個熱氣球，以檢測當地大氣層中的臭氧層和溫室氣體排放量。

北極臭氧層

“低值區(qū)”未必就是“洞”

與南極的臭氧相比，北極的臭氧似乎更有幾分神秘感。特別是2011年春季，北極地區(qū)出現臭氧低值區(qū)，臭氧損耗創(chuàng)下歷史新高。

一時間，“北極首個臭氧空洞已經形成”、“史上最大北極臭氧空洞引發(fā)科學家擔心，面積大如美國大陸”等報道鋪天蓋地，眾說紛紜。

陸龍驊是中國氣象科學研究院研究員，多年從事極地氣象研究，曾5次赴南北極科學考察，對于極地地區(qū)的臭氧做了大量的研究。雖然此前國內外都有媒體報道“北極首現臭氧洞”，但他認為“很多媒體對此的報道并不確切”。

“從目前觀測資料來講，只有南極上空出現臭氧洞，北極上空及青藏高原上空出現過臭氧低值區(qū)，在某一地區(qū)相對其他地區(qū)來講臭氧總量的含量要相對較低，但從氣候平均值來看，沒有低于220多普森單位(DU)。嚴格意義來講，除了南極以外其他地區(qū)還沒有發(fā)現臭氧洞的存在。”中國科學院研究員高登義研究員表示。

陸龍驊認為，“臭氧洞是有嚴格科學定義的，并不是所有的臭氧低值區(qū)都能稱為臭氧洞。”以南極春季出現的臭氧洞為例，“南極臭氧洞”至少有三個特點：一是臭氧數值低，應在220DU以下;二是低值區(qū)(低于220DU)范圍大，常超過百萬平方公里;三是低值持續(xù)時間長，常為2到4個月左右。

由此，他認為，從嚴格的科學意義上來講，不能說“北極首個臭氧洞已經形成”，迄今為止，在北極還并未出現過臭氧洞。

北極出“洞”并非不可能

“關于南極臭氧洞的成因，目前全世界各國科學家普遍接受的解釋是，南極臭氧洞是由臭氧消耗物質在南極特殊的氣象條件下形成的。”中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心副研究員王維和介紹說。

南極臭氧洞是大氣動力、光化學和平流層冰晶云等因素相互作用和影響的產物;也與大氣環(huán)流,特別是平流層極地渦旋的活動密切相關。用大氣動力學、太陽活動及大氣化學等單個因素都無法圓滿地解釋南極臭氧洞形成的原因。

“南極臭氧洞的出現與人類活動關系密切。春季南極臭氧洞的出現，有兩個條件，二者缺一不可。”陸龍驊表示。

大氣中存在人類活動排放的氟利昂和濱化烴等消耗臭氧層物質(人為因素)，是春季南極臭氧洞形成的基礎條件;春季南極平流層極地渦旋中的低溫(自然因素)，是南極春季臭氧洞形成的必要條件。只有在平流層冰晶云表面吸附了大氣污染物質，才能通過光化學反應大量消耗臭氧，在南極春季形成臭氧洞。

陸龍驊指出，依據南極臭氧洞形成的兩個條件，可以解釋為什么到目前為止，只是在南極上空春季出現了臭氧洞，在北極和青藏高原上空并沒有出現臭氧洞。盡管北極更加接近人類活動地區(qū)，北極大氣中污染物濃度也比較高，但是北極地區(qū)不滿足或者很難滿足形成臭氧洞的平流層極渦中低溫的必要條件。

南極地區(qū)是一塊由海洋包圍的冰雪大陸，而北極卻是一片由大陸包圍的冰雪海洋。海陸分布的差異，對氣候和大氣環(huán)流產生了很大影響。在陸龍驊看來，北極春季沒有臭氧洞，與北極春季平流層溫度高于南極春季、平流層冰晶云等很少出現，以及北極地區(qū)大氣臭氧的本底值較高有關。

陸龍驊表示，雖然當前北極并未形成真正意義上的臭氧“空洞”，但是在1997年和2011年北極臭氧的化學虧損基本上達到了生成臭氧洞的邊緣，這引起大家的高度重視。如果由于氣候變化，使北極平流層溫度更低，時間持續(xù)更長，那么在極端情況下，出現北極臭氧洞的可能性也不能排除。

臭氧層

事實上，最近幾年發(fā)現，在北極地區(qū)或北半球中高緯地區(qū)，偶爾也會出現臭氧小洞。這種現象大都出現在冬季，且在北大西洋和北歐出現的次數比北太平洋和北美地區(qū)多，此外在我國青藏高原也曾出現過。臭氧小洞與天氣系統(tǒng)有關，是動力原因產生的，“小洞”的空間尺度大都在1000千米以下，維持時間很短，大多僅1到數天。臭氧小洞的產生原因與春季南極臭氧洞不同，而且其時間、空間尺度也無法與春季南極臭氧洞相比，不能相提并論，不能簡單地稱之為臭氧洞。

事記

1987年9月8－16日，中國派代表出席了在加拿大蒙特利爾市召開的《保護臭氧層公約關于含氯氟烴議定書全權代表大會》。1989年3月5－7日，中國在倫敦“臭氧層和氯氟烴類物質的部長級會議”上，闡明了中國對待環(huán)境問題的原則立場和保護臭氧層的積極態(tài)度，指出發(fā)達國家應承擔臭氧層破壞的主要責任。

1989年9月11日中國簽署加入《關于保護臭氧層的維也納公約》。[1]

1991年6月，中國加入了《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》倫敦修正案，承諾淘汰CFC及Halon等生產與消費的義務。

1993年1月12日國務院批準《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案》。

1995年5月29日化工部發(fā)出《關于加強氯氟烴擴產建設管理的通知》，嚴格控制氯氟烴的擴產建設。

1995年6月12－14日，在西安召開的《中國淘汰消耗臭氧層物質行業(yè)戰(zhàn)略國際研討會》上，研討了“中國化工生產行業(yè)淘汰ODS戰(zhàn)略”，提出生產和消費行業(yè)在保護臭氧層活動中有同等權利得到多邊基金資助的意見。

1997年5月國家環(huán)保局與公安部消防局聯合組建第一個行業(yè)整體淘汰ODS特別工作組。

1997年11月在多邊基金執(zhí)委會第23次會議上，執(zhí)委會批準“中國消防行業(yè)哈龍整體淘汰計劃”，總金額6200萬美元。

1997年12月3日，國家環(huán)境保護局與公安部聯合發(fā)布了《關于實施哈龍滅火劑生產配額許可證管理的通知》，對哈龍生產實施配額許可證管理。

1998年3月國家環(huán)保局與國家石化局聯合組建化工行業(yè)整體淘汰ODS特別工作組，共同開發(fā)CFC生產行業(yè)計劃。

1999年3月在多邊基金執(zhí)委會第27次會議上，“關于中國化工行業(yè)整體淘汰CFC計劃”獲得批準。

1999年5月31日，國家環(huán)境保護總局與原國家石油和化學工業(yè)局聯合發(fā)布了《關于實施全氯氟烴產品（CFCs）生產配額許可證管理的通知》，對CFC生產實施配額許可證管理。

在2004年11月召開的第44次執(zhí)委會上，中國與執(zhí)委會達成了《關于中國CFCs/CTC/Halon加速淘汰的協(xié)議》[2]。

2005年12月31日，最后2家哈龍1211生產線停止生產，標志著中國已經完成了哈龍1211生產的全部淘汰。

到2007年，哈龍行業(yè)計劃通過10年實施，哈龍1211生產裝置已全部拆除，哈龍1301的生產量降低了每年100噸以下。

到2007年7月1日，CFC生產行業(yè)計劃通過8年實施，除了保留一條生產線滿足MDI用途外，其他CFC生產全部停止，CFC生產裝置即將全部拆除。