臭氧層耗竭是指高空25千米附近臭氧密集層中臭氧被損耗、破壞而稀薄的現象。即臭氧層破壞。 臭氧濃度較高的大氣層約在10～50公里範圍內，在25公里處濃度最大，形成了平均厚度為3毫米的臭氧層，它能吸收太陽紫外輻射，給地球提供了防護紫外線的禁止，並將能量貯存在上層大氣，起了調節氣候的作用。臭氧層的破壞會使過量的紫外輻射到達地面，造成健康危害；使平流層溫度發生變化，導致地球氣候異常，影響植物生長、生態的平衡等後果。
基本介紹
- 中文名：臭氧層耗竭
- 外文名：ozone layer depletion
- 學科：環境科學
- 臭氧平均濃度：僅約0.4×10^-6
簡介,臭氧層耗竭的原因,機理,氟氯烴化合物,其他化合物,危害,
簡介
大氣中臭氧平均濃度僅約0.4×10^-6，且90%存在於平流層內。它幾乎吸收了全部300納米以下波長的紫外線輻射，保護著地球上的萬物生靈。同時，它對紫外線輻射的吸收構成了平流層的重要熱源，從而制約著平流層的溫度場結構和動力學過程，並對全球氣候的形成及變化起著決定性的作用。20世紀80年代以來,隨著人類活動的加劇，南極冬春之交平流層下部臭氧層已形成了臭氧空洞（ozonelayer vacant hole）；北極臭氧層稀薄。挪威、加拿大、阿拉斯加、日本、瑞士、中國等北半球的觀測結果也證實有明顯的臭氧層耗竭。
臭氧層耗竭的原因
近半個世紀以來，工農業高速發展，人為活動產生大量氮氧化物排入大氣，超音速飛機在臭氧層高度內飛行、宇航飛行器的不斷發射都排出大量氮氧化物和其他痕量氣體進入臭氧層; 此外，人們大量生產氯氟烴化合物(即氟利昂)，如CFCl3(氟利昂-11)、CF2Cl2(氟利昂-12)、CCl2FCClF2(氟利昂-113)、CClF2CClF2(氟利昂-114)等，用作致冷劑、除臭劑、頭髮噴霧劑等，其中用量最多的是氟利昂-11和氟利昂-12。據統計，1973年全世界共生產這兩種氟利昂約480萬噸，絕大部分釋入低層大氣後，進入臭氣層中。氟利昂在對流層中很穩定，能長時間滯留在大氣中不發生變化，逐漸擴散到臭氧層中，與臭氧發生化學反應; 而使臭氧消除，降低臭氧層中的濃度。這種使臭氧逐漸耗竭的現象已引起人們的極大關注。臭氧的消除主要是由於氮氧化物中的NO、氯氟烴經光解產生的活性氯自由基(Cl·)、氯氧自由基(ClO·)等與臭氧發生反應，而使臭氧層中臭氧的濃度逐漸降低。最近發現，南極上空已出現了“臭氧洞”。有人估計臭氧層中臭氧濃度減少1%，會使地面增加2%的紫外輻射量，導致皮膚癌的發病率增加2～5% (現美國新患者年達30～40萬人)。最近美國等國家已禁止使用氯氟烴噴霧劑，並嚴格控制其它氯氟烴的生產與使用。最近有人估算如按1977年的水平繼續使用氯氟烴，則將使臭氧減少5～9%。為更確切地弄清臭氧耗竭及由此產生的紫外輻射效應問題，國際地圈-生物圈規劃(IGBP)和國際科聯環境問題特別委員會(SCOPE)將對此作為全球性變化的研究課題進行研究。
機理
氟氯烴化合物
儘管耗竭的機理仍在不斷的爭論和探索中，但人們普遍認為主要是由人類活動產生的大量氮氧化物、氟氯烴化合物及其他痕量氣體進入臭氧層所造成，氟氯烴化合物是致使其耗竭的禍首（尤其是氟里昂）。它們可長期、穩定地存在於高空，經光解產生活性氯自由基（C1·）及氯氧自由基（C10·），再起催化劑作用使臭氧（O3）不斷耗損。
其他化合物
耗竭的另一重要機制是超音速飛機排出的一氧化氮、二氧化氮起催化劑作用的一系列反應。人類文明製造的鹵代烴、哈龍、四氯化碳、甲基氯仿等許多用作製冷劑、發泡劑、清洗劑、霧化劑的化合物，都對臭氧（O3）具有破壞作用。
危害
臭氧層破壞後，地面將受到過量的紫外線輻射，危害人類健康；使平流層溫度發生變化，導致地球氣候異常，影響植物生長、生態平衡等。研究指出,若臭氧總量減少1%，惡性腫瘤的發病率將提高2%；白內障患者將增加0.2%～0.6%。如果臭氧層破壞的勢頭仍繼續發展下去，能破壞人體免疫系統及大多數生命物質—蛋白質化學鍵的紫外線（B）大量入射地表，一些生物物種將瀕於滅絕；生態系統中複雜的食物鏈、網將被打亂；農業生產受損；氣候趨於惡化；人類生存與發展的自然環境將面臨災難性的變化。為此，國際地圈一生物圈計畫（IG-BP）等一些科學組織正開展深入的研究。美國、加拿大、瑞典已率先禁用氟里昂。聯合國自20世紀80年代中期起，先後召開了一系列的專門會議，通過了《保護大氣臭氧層維也納公約》（1985）、《關於耗損臭氧層物質的蒙特婁議定書》（1989）等一系列協定。大氣中的臭氧含量僅一億分之一，但在離地面20至30公里的平流層中，存在著臭氧層，其中臭氧的含量占這一高度空氣總量的十萬分之一。臭氧層的臭氧含量雖然極其微少，卻具有非常強烈的吸收紫外線的功能，可以吸收太陽光紫外線中對生物有害的部分（UV－B）。由於臭氧層有效地擋住了來自太陽紫外線的侵襲，才使得人類和地球上各種生命能夠存在、繁衍和發展。 1985年，英國科學家觀測到南極上空出現臭氧層空洞，並證實其同氟利昂（CFCs）分解產生的氯原子有直接關係。這一訊息震驚了全世界。到“1994年，南極上空的臭氧層破壞面積已達2400萬平方公里，北半球上空的臭氧層比以往任何時候都薄，歐洲和北美上空的臭氧層平均減少了10%－15%，西伯利亞上空甚至減少了35%。科學家警告說，地球上臭氧層被破壞的程度遠比一般人想像的要嚴重得多。 氟利昂等消耗臭氧物質是臭氧層破壞的元兇，氟利昂是本世紀20年代合成的，其化學性質穩定，不具有可燃性和毒性，被當作製冷劑、發泡劑和清洗劑，廣泛用於家用電器、泡沫塑膠、日用化學品、汽車、消防器材等領域。80年代後期，氟利昂的生產達到了高峰，產量達到了144萬噸。在對氟利昂實行控制之前，全世界向大氣中排放的氟利昂已達到了2000萬噸。由於它們在大氣中的平均壽命達數百年，所以排放的大部分仍留在大氣層中，其中大部分仍然停留在對流層，一小部分升入平流層。在對流層相當穩定的氟利昂，在上升進入平流層後，在一定的氣象條件下，會在強烈紫外線的作用下被分解，分解釋放出的氯原子同臭氧會發生連鎖反應，不斷破壞臭氧分子。科學家估計一個氯原子可以破壞數萬個臭氧分子。 控制臭氧層破壞的途徑和政策 在現代經濟中，氟利昂等物質套用非常廣泛，要全面淘汰，必須首先找到氟利昂等的替代物質和替代技術。在特殊情況下需要使用，也應努力回收，儘可能重新利用。目前，世界上一些氟利昂的主要生產廠家參與開發研究了替代氟利昂的含氟替代物（含氫氯氟烴HCFC和含氫氟烷烴HCF等）及其合成方法，有可能用作發泡劑、製冷劑和清洗溶劑等，但這類替代物也損害臭氧層或產生溫室效應。同時，也在開發研究非氟利昂類型的替代物質和方法，如水清洗技術、氨製冷技術等。 為了推動氟利昂替代物質和技術的開發和使用，逐步淘汰消耗臭氧層物質，許多國家採取了一系列政策措施，一類是傳統的環境管制措施，如禁用、限制、配額和技術標準，井對違反規定實施嚴厲處罰。歐盟國家和一些經濟轉軌國家廣泛採用了這類措施。一類是經濟手段，如徵收稅費，資助替代物質和技術開發等。美國對生產和使用消耗臭氧層物質實行了徵稅和可交易許可證等措施。另外，許多國家的政府、企業和民間團體還發起了自願行動，採用各種環境標誌，鼓勵生產者和消費者生產和使用不帶有消耗臭氧層物質的材料和產品，其中綠色冰櫃標誌得到了非常廣泛的套用。 1985年，在聯合國環境規劃署的推動下，制定了保護臭氧層的《維也納公約》。1987年，聯合國環境規劃署組織制定了《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》，對8種破壞臭氧層的物質（簡稱受控物質）提出了削減使用的時間要求。這項議定書得到了163個國家的批准。1990年、1992年和1995年，在倫敦、哥本哈根、維也納召開的議定書締約國會議上，對議定書又分別作了3次修改，擴大了受控物質的範圍，現包括氟利昂（也稱氟氯化碳CFC）、哈倫（CFCB）、四氯化碳（CCL4）、甲基氯仿（CH3CCl3）、氟氯烴（HCFC）和甲基溴（CH3Br）等，並提前了停止使用的時間。根據修改後的議定書的規定，已開發國家到1994年1月停止使用哈倫，1996年1月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿；開發中國家到2010年全部停止使用氟利昂、哈倫、四氯化碳、甲基氯仿。中國於1992年加入了《蒙特婁議定書》。 為了實施議定書的規定，1990年6月在倫敦召開的議定書締約國第二次會議上，決定設立多邊基金，對開發中國家淘汰有關物質提供資金援助和技術支持。1991年建立了臨時多邊基金，1994州年轉為正式多邊基金。到1995年底，多邊基金共集資4.5億美元，在開發中國家共安排了1100多個項目。 到1995年，經濟已開發國家已經停止使用大部分受控物質，但經濟轉軌國家沒有按議定書要求削減受控物質的使用量。開發中國家按規定到2010年停止使用，受控物質使用量目前仍處於增長階段。中國由於經濟持續高速增長，家用電器、泡沫塑膠、日用化學品、汽車、消防器材等產品都大幅度增長，受控物質使用量比1986年增長了一倍以上，成為世界上使用受控物質最多的國家之一。 從各項國際環境條約執行情況而言，這項議定書執行的是最好的。目前，向大氣層排放的消耗臭氧屋物質已經逐年減少，從1994年起，對流層中消耗臭氧層物質濃度開始下降。預計到2000年，平流層中消耗臭氧層物質的濃度將達到最大限度，然後開始下降。但是，由於氟利昂相當穩定，可以存在50至100年，即使議定書完全得到履行，臭氧層的耗損也只能在2050年以後才有可能完全復原。另據1998年6月世界氣象組織發表的研究報告和聯合國環境規劃署作出的預測，大約再過20年，人類才能看到臭氧層恢復的最初跡象，只有到21世紀中期臭氧層濃度才能達到本世紀60年代的水平。
