概述
臭氧由太陽輻射使
氧分子分解後,一個氧原子和另一個氧分子結合而成,通常生成於
日照強烈的赤道上空。大氣層中的
臭氧總量計約33億噸,但在整個大氣層中所占比重極小--如果將之平鋪在
地表,將不過3mm的厚度--只有一粒
綠豆的高度。
大氣中的臭氧吸收了大部分對生命有破壞作用的太陽紫外線,對地球生命形成了天然的保護作用。太陽紫外線中波長小於290
納米的部分被平流層臭氧分子全部吸收,但波長為290-320納米,也就是通常所說的UV-B波段的紫外線也有90%被
臭氧分子吸收,從而大大減弱了它到達地面的強度。如果平流層臭氧的含量減少,則地面受到的UV-B段紫外輻射的強度將會增加。可以毫不誇張地說,地球上的一切生命就像離不開水和氧氣一樣離不開大氣臭氧層,大氣臭氧是地球上一切生靈的保護傘。
臭氧有吸收
太陽紫外輻射的特性,臭氧層會保護我們不受到陽光紫外線的傷害,所以對地球生物來說是很重要的保護層。不過,隨著人類活動,特別是
氟氯碳化物(CFCs)和
海龍(halons)等人造化學物質被大量使用,很容易就會破壞臭氧層,使大氣中的臭氧總量明顯減少,在南北兩極上空下降幅度最大。在南極上空,約有2000多萬平方千米的區域為臭氧稀薄區,其中14-19千米上空的臭氧減少達50%以上,科學家們形象地將之稱為“臭氧空洞”。臭氧水平的持續降低,將會使人類受到過量的太陽紫外輻射,導致
皮膚癌等疾病的發病率顯著增加。
人們已經認識到
氟利昂等人造物質對臭氧層造成破壞,所以,國際組織通力合作來降低這些破壞性化合物的使用量,24個國家於1987年簽訂了限制使用氟利昂等化學品的條約。荷蘭、墨西哥和美國三位科學家研究的結果,確認了人造物質對臭氧層的破壞,因而獲得了1995年的
諾貝爾化學獎。
這幾年來,它們在大氣里的含量也的確降低了一點。這張照片是用特殊方法拍攝的,因為我們用肉眼是看不到哪裡的臭氧被破壞了。在這張照片裡,藍色的深淺代表臭氧的含量,顏色愈深,臭氧的含量愈少。從照片中我們清楚地看到臭氧最少的地方在南極上空,這就是我們平常說的南極臭氧空洞。科學家們一直關注著南極上空的這個空洞,因為它在不停地變化著。這張圖片中的空洞還算不大。
除了南北兩極之外,在
青藏高原上空也發現了臭氧分布稀薄區。人類對臭氧層的保護已顯得更為緊迫。
臭氧是引起氣候變化的主要因子,同時又是重要的氧化劑,在
大氣光化學過程中起著重要作用。臭氧吸收了6太陽光中的大部分的紫外線並將其轉換為熱能從而加熱大氣,也能吸收9-10微米的熱紅外線,使大氣層加熱。
正是由於臭氧的這一特性,使得地球上空15~50公里的大氣層中存在著升溫層(逆溫層),因此,臭氧對平流層的溫度結構和大氣運動起決定性的作用,而大氣的溫度結構對於大氣的循環具有重要的影響,臭氧濃度的變化不僅影響到平流層大氣的溫度和運動,也影響了全球的熱平衡和全球的氣候變化。除此之外,在對流層中,臭氧因對紅外線的吸收作用而被稱為
溫室氣體之一。
形成原因
經過跟蹤、監測,科學家們找到了
臭氧層損耗即臭氧空洞的形成原因。一種大量用作製冷劑、噴霧劑、發泡劑等化工製劑的
氟氯烴是導致臭氧減少的“罪魁禍首”。另外,寒冷也是臭氧層變薄的關鍵,這就是為什麼首先在地球南北極最冷地區出現臭氧空洞的原因了。
人類活動排入大氣中的一些物質進入平流層與那裡的臭氧發生化學反應,就會導致臭氧耗損,使
臭氧濃度減少。
人為消耗臭氧層的物質主要是:廣泛用於冰櫃和空調製冷、泡沫塑膠發泡、電子器件清洗的氯氟烷烴(CFxCl4-x,又稱Freon),以及用於特殊場合滅火的溴氟烷烴(CFXBr4-x,又稱Halons哈龍)等化學物質。
大氣化學
大氣化學過程解釋,認為臭氧層中可以產生某種大氣化學反應,將3個
氧原子含量的臭氧(O3)分解為分子氧(O2)和
原子氧(O),從而破壞了臭氧層;
化學機理
南極臭氧洞的成因,推測有四種:
1.人為影響,人類活動產生的含氯化合物進入大氣層
4.火山活動
化學過程
消耗臭氧層的物質,在大氣的
對流層中是非常穩定的,可以停留很長時間,如CF2C12在對流層中壽命長達120年左右。因此,這類物質可以擴散到大氣的各個部位,但是到了
平流層後,就會在太陽的紫外輻射下發生
光化反應,釋放出活性很強的游離氯原子或溴原子,參與導致
臭氧損耗的一系列化學反應:
CFxCl4-x+hv→·CFxCl3-x+·Cl
·Cl+O3→·ClO+O2
·ClO+O→O2+·Cl
這樣的反應循環不斷,每個
游離氯原子或溴原子可以破壞約10萬個O3分子,這就是氯氟
烷烴或溴氟烷烴破壞臭氧層的原因。
國際組織《
關於耗損臭氧層物質的蒙特婁議定書》規定了15種氯氟烷烴、 3種
哈龍、40種含氫氯氟烷烴、34種含氫溴氟烷烴、
四氯化碳(CCl4)、甲基氯仿(CH3CCl3)和
甲基溴(CH3Br)為控制使用的消耗臭氧層物質,也稱受控物質。其中含氫氯氟烷烴(如,HCFCl2)類物質是氯氟烷烴的一種過渡性替代品,因其含有H,使得它在底層大氣易於分解,對O3層的破壞能力低於氯氟烷烴,但長期和大量使用對O3層危害也很大。
在工程和生產中作為溶劑的
四氯化碳(CCl4)和甲基氯仿(CH3CCl3),同樣具有很大的破壞臭氧層的
潛值,所以也被列為受控物質。
溴氟烷烴主要是哈龍:哈龍1211(CF2BrCl)、哈龍1310(CF3Br)、哈龍2420(C2F4Br2),這些物質一般用作特殊場合的滅火劑。此類物質對臭氧層最具破壞性,比氯氟烷烴高3~10倍,1994年已開發國家已經停止這3種哈龍的生產。
NO對臭氧層破壞作用的機理為:
O3+NO→O2+NO2,
O+NO2→O2+NO,
總反應式為:O+O3→2O2。
太陽活動
太陽活動影響解釋,認為當太陽活動峰年(即太陽活動強烈的時期)前後,
宇宙射線明顯增強,促使雙電子氮化物(如NO2)與O3發生化學反應,使得奇電子氮化物(如NO3)增加,O3轉換為O2,從而破壞了臭氧層;
科學解釋
一般認為,在人為因素中,工業上大量使用氟里昂氣體是破壞臭氧層的主要原因之一。通常,氟里昂是比較穩定的物質,然而,當它被
大氣環流帶到平流層(16公里~30公里)時,由於受太陽
紫外線的照射,容易形成游離的
氯離子。這些氯離子非常活潑,容易與臭氧起化學反應,把臭氧(O3)變成氧分子(O2)和氧原子(O),從而使
臭氧總量減少,形成了臭氧洞。
本來,在離地20公里~30公里的大氣層內,是臭氧集中分布的地帶,稱作
臭氧層,太陽輻射透過這層大氣時,大量的臭氧吸收了波長較短的紫外線輻射(0.20微米~0.30微米
波段),大大減弱了到達地面太陽輻射中的紫外線強度。然而,若臭氧層的臭氧含量大大減少,則吸收太陽紫外線輻射的能力減弱,到達地面的
太陽輻射強度會增大。
從醫學上來說,較短波的紫外線輻射殺傷能力最大,能殺死細胞,破壞生物細胞內的
遺傳物質,如
染色體、
脫氧核糖核酸等,嚴重時會導致生物的遺傳病,產生突變體,導致人類的
皮膚癌。強烈的紫外線還可以穿透海洋10米~30米,使海洋
浮游植物的
初級生產力降低四分之三左右,抑制
浮遊動物生長。人們一旦了解了臭氧洞的危害和形成原因,相信會對臭氧洞演變的預測和防止提出新的理論和方法。
在臭氧層內各地分布不均勻,世界三極地區即
南極、
北極和
青藏高原氣候寒冷,臭氧層微薄。某處臭氧層中臭氧含量的減少等於在屋頂上開了天窗,如果減少到正常值的50%以上,人們形象地說這是個臭氧洞。
臭氧洞可以用一個三維的結構來描述,即臭氧洞的面積、深度及延續時間。 南極臭氧洞2000年9月3日南極上空的
臭氧層空洞面積達到2830萬平方公里,超出中國面積兩倍以上,相當於美國領土面積的3倍。這是迄今觀測到的最大的臭氧層洞。圖中覆蓋在南極上空如同蘭色水滴的就是就是衛星觀測到的臭氧洞。
南極是一個非常寒冷的地區,終年被冰雪覆蓋,四周環繞著海洋。1985 年,英國科學家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發現:1977-1984年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。1985年前南極臭氧洞大小和深度,大約以兩年為消長周期。
現狀
美國國家宇航局(NASA)的科學家前不久宣布,到2000年10月,南極上空臭氧洞的面積大約為2900萬平方英里,這是迄今為止觀測到臭氧空洞的最大面積。從NASA發布的圖片上可以看到,臭氧洞像一個大的藍水滴,完全罩在南極的上空,並延伸到南美的南端。臭氧空洞增大的速度是驚人的,特別是近南極上空的臭氧空洞有惡化的趨勢。根據全球總臭氧觀測的結果表明,在過去10-15年間,每到春天南極上空平流層的臭氧都會發生急劇的大規模耗損。1987年10月,南極上空的臭氧濃度下降到了1957-1978年間的一半,臭氧洞面積則擴大到足以覆蓋整個歐洲大陸。
從那以後,臭氧濃度下降的速度還在加快,有時甚至減少到只剩30%,臭氧洞的面積也在不斷擴大。1994年10月觀測到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。臭氧洞的深度和面積等仍在繼續擴展,1995年觀測到的
臭氧洞的天數是77天,到1996年幾乎南極平流層的臭氧全部被破壞,臭氧洞發生天數增加到80天。1997年至今,科學家進一步觀測到臭氧洞發生的時間也在提前,1998年臭氧洞的持續時間超過100天,是
南極臭氧洞發現以來的最長記錄,而且臭氧洞的面積比1997年增大約15%,幾乎可以相當三個澳大利亞的面積。這一跡象表明,南極臭氧洞的損耗狀況正在惡化之中。臭氧在大氣中從地面到70千米的高空都有分布,其最大濃度在
中緯度24千米的高空,向極地緩慢降低,最小濃度在極地17千米的高空。20世紀50年代末到70年代就發現
臭氧濃度有減少的趨勢。1985年英國南極考察隊在
南緯60°地區觀測發現臭氧層空洞,引起世界各國極大關注。臭氧層的臭氧濃度減少,使得太陽對地球表面的紫外輻射量增加,對
生態環境產生破壞作用,影響人類和其他生物有機體的正常生存。關於
臭氧層空洞的形成,在世界上占主導地位的是人類活動化學假說:人類大量使用的氯氟烷烴化學物質(如製冷劑、發泡劑、清洗劑等)在大氣
對流層中不易分解,當其進入
平流層後受到強烈紫外線照射,分解產生氯游離基,游離基同臭氧發生
化學反應,使臭氧濃度減少,從而造成臭氧層的嚴重破壞。為此,於1987年在世界範圍內簽訂了限量生產和使用氯氟烷烴等物質的蒙特婁協定。另外還有
太陽活動說等說法,認為南極
臭氧層空洞是一種自然現象。關於臭氧層空洞的成因,尚有待進一步研究。
2008年形成的南極臭氧空洞的面積到9月第二個星期就已達2700萬平方公里,而2007年的臭氧空洞面積只有2500萬平方公里。2000年,南極上空的臭氧空洞面積達創記錄的2800萬平方公里,相當於4個澳大利亞。科學家目尚不清楚2008年的臭氧空洞面積是否會打破這個記錄。
科學家認為,臭氧空洞面積較小的主要原因在於氣候,而不是因為破壞臭氧層的化學氣體排放減少。英國南極考察科學家阿蘭·羅傑說,南極上空臭氧空洞縮小在歷史記錄上應被看作是個別現象。因此,臭氧層空洞面積有可能進一步擴大。
大氣圈的臭氧入不敷出,濃度降低。科學家在1985年首次發現: 1984年9、10月間,南極上空的臭氧層中,臭氧的濃度較20世紀70年代中期降低40%,已不能充分阻擋過量的紫外線,造成這個保護生命的特殊圈層出現“空洞”,威脅著南極海洋中浮游植物的生存。據
世界氣象組織的報告:1994年發現
北極地區上空平流層中的臭氧含量,也有減少,在某些月份比20世紀60年代減少了25-30%。而南極上空臭氧層的空洞還在擴大,1998年9月創下了面積最大達到2500萬Km2的歷史記錄。
臭氧層為什麼會出現“空洞”?許多科學家認為,是使用氟利昂作製冷劑及在其他方面使用的結果。氟利昂由碳、
氯、
氟組成,其中的
氯離子釋放出來進入大氣後,能反覆破壞臭氧分子,自己仍保持原狀,因此儘管其量甚微,也能使臭氧分子減少到形成“空洞”。我國科學家新近提出,僅僅是氟利昂的作用還不夠,
太陽風射來的
粒子流在
地磁場的作用下向地磁兩極集中,並破壞了那裡的臭氧分子,這才是主要原因。(
楊學祥,1999)而無論如何,人為地將氯離子送進大氣,終是一種有害行為。
本世紀70年代,當時英國的科學家通過觀測首先發現,在地球南極上空的
大氣層中,臭氧的含量開始逐漸減少,尤其在每年的9-10月(這時相當於南半球的春季)減少更為明顯。美國的“雲雨7號”衛星進一步探測表明,臭氧減少的區域位於南極上空,呈橢圓形,1985年已和美國整個國土面積相似。這一切就好像天空塌陷了一塊似的,科學家把這個現象稱為
南極臭氧洞。南極臭氧洞的發現使人們深感不安,它表明包圍在地球外的臭氧層已經處於危機之中。於是科學家在南極設立了研究中心,進一步研究臭氧層的破壞情況。1989年,科學家又赴北極進行考察研究,結果發現北極上空的臭氧層也已遭到嚴重破壞,但程度比南極要輕一些。
臭氧是大氣中的微量氣體之一,其主要濃集在平流層中20-25km的高空,即大氣的臭氧層。臭氧層對保護地球上的生命界以及調節地球的氣候都具有極為重要的作用。然而,近些年來,由於在平流層內運行的飛行器日益增多,人類活動產生的一些
痕量氣體如NO。和
氯氟烴等進入平流層,使臭氧層遭到破壞,以致於在南極上空出現了“臭氧空洞”。
導致大氣中臭氧減少和耗竭的物質,主要是平流層內超音速飛機排放的大量NO。以及人類大量生產與使用的氯氟烴化合物(氟利昂),如CFCl3(氟利昂-11)、CF2Cl2(
氟利昂-12)等。1973年,全球這兩種氟利昂的產量達480萬、,其大部分進入
低層大氣,再進入臭氧層。氟利昂在對流層內性質穩定,但進入臭氧層後,易與臭氧發生反應而消耗臭氧,以致降低臭氧層中O3濃度。
2011年,據
國家衛星氣象中心監測數據顯示,風雲三號衛星臭氧總量探測儀在北極上空監測到一個明顯的臭氧低值區,在該低值區內臭氧總量是正常情況下平均值的一半左右,部分地區的臭氧總量達到了臭氧洞的標準(220DU)。雖然沒有形成南極上空那樣規模的臭氧洞,但由於北半球人口密度遠高於南半球,臭氧低值區覆蓋的範圍內紫外線對人類健康的影響比南極臭氧洞更重要。導致北極臭氧洞形成的主要原因是春季極寒冷的
極渦內生成了極地平流層雲,在太陽紫外線的作用下釋放出破壞臭氧的鹵素原子
衛星同期監測到的北半球臭氧總量分布,可以看出:一般情況下在三月份北極地區的臭氧含量很高,大部分地區範圍在400DU以上,其中接近或大於500DU的區域占很大比例。而2012年3月份北極圈內的大部分地區臭氧總量降到了200~300DU,部分地區達到了臭氧洞的標準。
此結論與國外科學家的最新地面觀測結果基本一致。德國物理學家馬庫斯·雷克斯表示,北極30個臭氧監測站獲得的初始數據顯示,冬季臭氧濃度下降的情況比以往更嚴重。他說,在春天來臨之前,“第一個北極臭氧洞也許已經形成,這種發展速度非常驚人,可能將被載入史冊。目前下定論還為時尚早,不過請靜候我們的進一步訊息”。據專家說,臭氧濃度較低的地區可能向南最遠已經延伸到紐約上空,他們發出警告說,皮膚癌風險或將提升。
北極上空2011年春天臭氧減少狀況超出先前觀測記錄,首次像南極上空那樣出現臭氧空洞,
這個臭氧空洞主要因北極地區罕見長時間寒冬而形成。
這項研究由來自美國、加拿大、芬蘭、丹麥、日本等9個國家的研究人員完成,研究報告發表於英國《自然》雜誌網路版。
2014年,美國國家海洋和大氣管理局與宇航局共同對南極洲上空的臭氧空洞進行了持續的觀察,臭氧空洞在9月11日達到了年度峰值。2014年臭氧空洞最大時有2410萬平方公里,幾乎與2013年的峰值相當。它還遠未達到曾經創下的單日最高紀錄,衛星在2000年觀測到的面積達到了2990萬平方公里。這一狀況在1998年到2006年間最糟糕,現在臭氧空洞似乎正在逐漸恢復。
威脅
對人類生存
10多年來,經科學家研究;大氣中的臭氧每減少1%,照射到地面的紫外線就增加2%,人的皮膚癌患病率就增加3%,還受到白內障、免疫系統缺陷和發育停滯等疾病的襲擊。居住在距南極洲較近的智利南端海倫娜岬角的居民,已嘗到苦頭,只要走出家門,就要在衣服遮不住的膚面,塗上防曬油,戴上太陽眼鏡,否則半小時後,皮膚就曬成鮮艷的粉紅色,並伴有癢痛;羊群則多患白內障,幾乎全盲。據說那裡的兔子眼睛全瞎,獵人可以輕易地拎起兔子耳朵帶回家去,河裡捕到的鮮魚也都是盲魚。
推而廣之,若臭氧層全部遭到破壞,太陽紫外線就會殺死所有陸地生命,人類也遭到“滅頂之災”,地球將會成為無任何生命的不毛之地。可見,
臭氧層空洞已威脅到人類的生存了。
1987年,主要工業國簽署了《
蒙特婁公約》,要求逐步停止使用危害臭氧層的化學物質。而且已有更健康的第三代製冷劑出現了,這就是氨。氨是自然存在的物質,由氫和氮
元素組成,對環境影響微乎其微。
對生物圈
由於臭氧層中臭氧的減少,照射到地面的太陽光紫外線增強,其中波長為240~329納米的紫外線對生物細胞具有很強的殺傷作用,對生物圈中的
生態系統和各種生物,包括人類,都會產生不利的影響。
臭氧層破壞以後,人體直接暴露於
紫外輻射的機會大大增加,這將給人體健康帶來不少麻煩。首先,紫外輻射增強使患呼吸系統傳染病的人增加;受到過多的紫外線照射還會增加皮膚癌和白內障的發病率。此外,強烈的紫外輻射促使皮膚老化。
臭氧層破壞對植物產生難以確定的影響。近十幾年來,人們對200多個品種的植物進行了增加紫外照射的實驗,其中三分之二的植物顯示出敏感性。一般說來,紫外輻射增加使植物的葉片變小,因而減少俘獲陽光的有效面積,對光合作用產生影響。對大豆的研究初步結果表明,紫外輻射會使其更易受雜草和病蟲害的損害。臭氧層厚度減少25%,可使大豆減產20~25%。
紫外輻射的增加對
水生生態系統也有潛在的危險。紫外線的增強還會使城市內的煙霧加劇,使橡膠、塑膠等有機材料加速老化,使油漆
褪色等。
臭氧除了能夠對氣候變化產生影響,從而影響環境和生態外,還對人類健康產生強烈的直接影響。由實驗及實際觀測推論會造成以下的影響。
對人類
1.增加皮膚癌:臭氧減少1%,皮膚癌患者增加4%-6%,主要是黑色素癌;
2.損害眼睛,增加白內障患者;
3.削弱免疫力,增加傳染病患者。
對生態影響
1.農產品減產及其品質下降。試驗200種作物對紫外線輻射增加的敏感性,結果2/3有影響,尤其是大米、小麥、棉花、大豆、水果和洋白菜等人類經常食用的作物。估計臭氧減少1%,大豆減產1%。
2.減少漁業產量。紫外線輻射可殺死10米水深內的單細胞海洋浮游生物 。實驗表明,臭氧減少10%,紫外線輻射增加20%,將會在15天內殺死所有生活在10米水深內的鰻魚幼魚。
3.破壞森林。
據研究,臭氧減少影響人類健康及生態系統的主要機制是紫外線輻射的增加會破壞脫氧核糖核酸(DNA),以改變遺傳信息及破壞蛋白質。除了影響人類健康和生態外,因臭氧減少而造成的紫外輻射增多還會造成對工業生產的影響,如使塑膠及其他高分子聚合物加速老化。
臭氧洞的出現 ,全球臭氧含量的減少 ,會使大氣吸收紫外線的能力大大減弱 ,導致到達地球表面的紫外 線特別是 UV - B 明顯增加 ,這將給人類健康和生態環境造成一系列災難性影響 . 研究表明 ,長期接受過量 紫外線輻射 ,會引起人體細胞中脫氧核糖核酸 ( DNA) 的改變 , 形成腺嘧啶二聚物 , 從而阻止 DNA 雙螺體分 離 ,使細胞自身修復機能減弱 ,人體免疫機能減退 . 強紫外線輻射會誘發人體皮膚癌變 ,使眼球晶狀體混濁 , 產生白內障以至失明 . 據分析 ,平流層臭氧減少 1 % ,輻射到地面的紫外線數量就會增加 1. 5 % - 3. 0 % ,全球 皮膚癌發病率將增加 5 % - 7 % ,白內障發病率將增加 0. 6 % - 0. 8 %. 臭氧減少 2. 5 % ,每年死於皮膚癌的人 數將增加 1. 5 萬人 , 由於白內障而引起失明的人數將增加10 000 - 15 000人 . 如果不限制 CFCS 的生產和消 費 ,按臭氧層破壞速率推算 ,到 2075 年時 ,地球臭氧總量將比 1985 年再耗減 25 % ,全世界人口中將有皮 膚癌患者 1. 54 億人 ,死於皮膚癌者 320 萬人 ,眼睛患白內障者1 800萬人 . 紫外輻射增加造成人體免疫機能的抑制 ,還會使許多疾病的發病率和病情的嚴重程度大大增加。
擴張趨勢
不僅在南極,在北極上空也出現了臭氧減少的現象,美、日、英、俄等國家聯合觀測發現,北極上空臭氧層也減少了 20%,已形成了面積約為南極臭氧空洞三分之一的
北極臭氧空洞。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現,青藏高原上空的臭氧正在以每 10 年 2.7% 的速度減少,已經成為大氣層中的第三個臭氧空洞。
臭氧空洞的面積在2012年9月擴大到2080萬平方公里,這比2000年時觀測到的2960萬平方公里大幅縮小,2000年的數值是迄今觀測到的最高值。南極上空臭氧層空洞已經縮至25年來最小,但強調這並不代表臭氧層正在恢復。
氣象廳解釋說,一方面,在國際社會努力下,破壞臭氧層的氯氟烴濃度正緩慢減少;另一方面,氣象條件發揮了更重要的影響,主要是南極的低溫區域比往年減小,難以形成所謂的“極區平流層雲”,這也抑制了大氣層中部分化合物與臭氧分子發生反應,減少了它們對臭氧層的破壞。
日本
氣象廳臭氧層信息中心說,臭氧層位於地球大氣層的平流層,可以阻止有害紫外線進入大氣層。但是氯氟烴等氣體排放正破壞南北兩極上空的臭氧層。每年8月和9月,南極氣溫降低,上空就會出現臭氧層空洞。而是可能與2012年南極7月份和8月份氣溫相對往年較高有關。今後有可能再次出現更大的臭氧空洞,南極臭氧層要恢復到1980年之前的水平,需等到本世紀中葉。
巨大空洞正在縮小
據
美國國家航空航天局(NASA)和美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的衛星數據顯示,臭氧層空洞的歷史最大值發生在2000年9月6日,面積達2990萬平方公里,這個數據相當於美國、加拿大和墨西哥國土面積的總和。到2012年,他們記錄到的臭氧空洞當年最大值,發生在9月22日,面積為2120萬平方公里,已縮小了41%。而2012年南極臭氧層空洞的平均面積最小值為1790萬平方公里,這也是過去20年來的第二小值。我們終於看到了相對樂觀的結果。
“人類製造的化學品中的氯元素是導致臭氧層形成空洞的罪魁禍首,目前在南極平流層中仍存在著相當可觀的氯。”美國國家航空航天局戈達德航天中心的大氣學家保羅·紐曼說,“自然界本身的氣流震盪模式造成今年大氣中平流層的溫度高於常年。正是這樣的升溫現象造成了臭氧層空洞的縮小。”
據觀測,大氣中的臭氧耗損物質濃度已經停止上升,並呈現逐漸降低的趨勢。從這樣的情況看,大氣中的臭氧濃度將不再降低。但由於臭氧耗損物質分解緩慢,紐曼認為,可能要到2065年南極臭氧層才能恢復到當年的水平。不過總體來說,臭氧層的恢復仍要歸功於國際協定對耗損臭氧的化學品生產的管制。
保護政策
在現代經濟中,氟里昂等物質套用非常廣泛,要全面淘汰,必須首先找到氟里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。世界上一些氟里昂的主要生產廠家參與開發研究了替代氟里昂的含氟替代物(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,也在開發研究非氟里昂類型的替代物質和方法,如水清洗技術、氨製冷技術等。
為了推動氟里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。
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。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。
北極上空
北極上空出現臭氧空洞,
這個臭氧空洞主要因北極地區罕見長時間寒冬而形成
。北極地區15公里至23公里的高空臭氧嚴重減少,最大幅度減少發生在18公里至20公里的位置,減少幅度超過80%。研究人員連續27天觀測到極低的總柱狀臭氧值。“低於250
多布森單位的最大區域大約200萬平方公里,大概5倍於德國或加州。”
尚不清楚這個臭氧空洞是否已對人體健康構成任何風險。
研究人員認為,北極首次出現臭氧空洞由
極地渦旋引發,但不是因為更冷,而是因為冷的時間更長,致使能夠破壞臭氧的含氯化合物更活躍,以至於觀測到比往年冬天厲害得多的臭氧減少。