基本介紹
- 中文名：臭氧耗竭
- 外文名：ozone depletion
- 學科：環境科學
- 機理：動平衡態遭到破壞
- 現狀：不斷加劇
- 影響：健康影響、環境影響
問題背景,臭氧層形成,化學過程,全球臭氧耗竭,潛在影響,
問題背景
1985年10月，英國科學考察隊在南極觀察站發現上空出現巨大的臭氧空洞（臭氧濃度極低區），從而引起了公眾對臭氧耗竭問題的關注。臭氧是一種自然產生的氣體，它在地球大氣平流層中，聚集在一起形成“臭氧層”。它的作用不可低估，它保護了地球免遭紫外線輻射，大約90%的來自太陽的紫外線輻射被臭氧層吸收。有人強調，臭氧層對於地球生命的重要性就像空氣和水一樣。如果沒有臭氧層的保護，到達地面的紫外線輻射就會達到使人死亡的程度，整個地球生命就會像失去空氣和水一樣遭到毀滅。
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)，用做製冷劑、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，絕大部分釋放到低層大氣後，進入臭氧層中。由於氮氧化物中的一氧化氮和氟氯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。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%。
臭氧層形成
臭氧(O3)是氧的同素異形體。氣態臭氧呈藍色，有特殊臭味。在地表以上0~60 mile的大氣圈內，不同高處都有臭氧存在。但是，其中百分之九十以上的臭氧集中分布在距地球表面6~30mile的平流層（大氣圈的上部）內，通常人們稱之為臭氧層。
臭氧層中的O3，是分子氧(O2)在高空太陽輻射的作用下，首先分離出原子氧(O)，然後O又和O2結合而形成的。正常情況下，臭氧層中O3的形成和分解的速率大體相等，因此，O3的總量處於一種基本平衡的狀態。地球周圍的臭氧層，僅占整個大氣圈的百分之一，但是它能夠有選擇地吸收對人類和生物有害的紫外線和其它短波太陽輻射能，而讓對入類和生物無害的0.3μm以上的長波輻射順利通過，所以能保護人類和生物免受過多紫外線和短波輻射的傷害，使地球上的生物得以生存、繁衍。這是地球演化過程中形成的一個奇妙的平衡。
化學過程
臭氧通常處於動平衡態，即臭氧是處在不斷產生和分解的過程中。
臭氧（O3）是通過紫外光對氧分子（O2）的作用產生的：光子將氧分子分解成兩個非常活潑的氧原子（O），後者同氧分子迅速結合形成臭氧。臭氧分子通過同一個氧原子反應形成氧氣或是在吸收UV-B後形成一個氧原子和一個氧分子而分解。在給定的通常條件下，其淨結果是，臭氧處於一種動平衡態，即之形成的速率與它消亡的速率相等。
臭氧形成：
臭氧分解：
在不同季節和不同高度處，臭氧濃度會發生很大變化。太陽輻射的強度會隨27天和11年的太陽活動周發生很大變化。這將會影響臭氧生成的速率，因為它的生成幾乎完全取決於入射太陽輻射。由於同溫層中強日光的作用，來自CFCs和聚四氟乙烯分解而產生的少量氯或溴，會大大加速臭氧的破壞，從而打破了臭氧的動平衡。當一個氯原子（Cl）同一個臭氧分子反應後會形成一氧化氯（ClO），而剩下一個氧分子。當這個一氧化氯原子團遇到一個游離氧原子，這個氧原子就牢牢附著在這個原子團，並逃離出來形成一個新的氧分子。氯又是自由狀態，於是重操舊業，開始臭氧的破壞。所以，每個氯原子在它鈍化或是通過其他過程的參與，從同溫層去掉之間，它能破壞多達10萬個臭氧分子。
催化的臭氧破壞：
這一系列反應的結果是，提高了向臭氧破壞方向的發展。更重要的是，氯起著一種催化劑作用。因此，一個氯原子可以破壞成千上萬個臭氧分子。聚四氯乙烯中的溴也發生類似反應。
全球臭氧耗竭
近年業已發現，臭氧耗竭的範圍比早先預計的要大。自從1969年開始記錄以來，已記錄到臭氧層的全球耗竭平均為2%。
最為驚人的是，每年的春天，在南極洲的上空會出現一個臭氧濃度的嚴重耗竭區，這個區被稱為臭氧層中的“空洞”。在夏初，當這個“空洞”閉合之後，南極洲地區以外，臭氧層會出現某種程度的稀釋，與此同時，臭氧向回移，開始填充這個空洞。到了夏季，臭氧濃度又恢復到接近通常水平。
臭氧的減少明顯開始於1979年，直到1988年，每年這個“空洞”都在不斷加深。1987年，南極洲上空臭氧水平機會下降了50%。1988年這個空洞的範圍有一個大的恢復，有人認為這是由於太陽活動周接近其最大，使臭氧的產生提高。南極上空的臭氧趨勢也受到全球大氣環流型2年活動周的影響，它表明，1988年測量的“空洞”是自1982年以來空洞深度最淺的。
潛在影響
臭氧層能吸收有害的紫外線輻射（UV-B）並阻止其大部分到達地球表面。到達地表的UV-B的量為高度和每年暴露的函式，一般是距赤道越近，這個數量也越大。平均說，臭氧濃度減少1%，造成的紫外線輻射將增加1倍，導致的皮膚癌發病率將提高3%，除非採取防護措施。
澳大利亞早已是世界上皮膚癌發病率最高的國家之一。每年有3萬維多利亞人接受皮膚癌的治療，每年死亡200-250人。為預防皮膚癌的上升，我們應該通過穿防護衣，避免在日下活動。
