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。1985年，英國(guó)科學(xué)家根據(jù)30年的觀(guān)測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)1980-1984年間南極上空每年9、10月臭氧的含量大幅度下降。這一現(xiàn)象后來(lái)被美國(guó)科學(xué)家進(jìn)一步證實(shí)，形象地稱(chēng)之為出現(xiàn)了“臭氧洞”。

用從地面到高空垂直柱中臭氧的總層厚來(lái)反映大氣中臭氧含量的方法叫做柱濃度法。正常大氣中臭氧的柱濃度約為300多布森單位(1個(gè)多布森單位是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下千分之一厘米的臭氧層厚度)當(dāng)臭氧的柱濃度小于200多布森單位.臭氧濃度減少的區(qū)域，臭氧極其稀薄，與周?chē)啾群孟袷切纬闪艘粋€(gè)“洞”，直徑達(dá)上千公里，“臭氧空洞”因此而得名。

第一個(gè)發(fā)現(xiàn)南極臭氧空洞是兩位日本科學(xué)家，1982年9月。他倆在南極昭和站觀(guān)察活動(dòng)中偶然發(fā)現(xiàn)并報(bào)道這一現(xiàn)象。但當(dāng)時(shí)很少有人注意到這一件事。

之后不久，英國(guó)南極站的科學(xué)家約瑟·法曼等在哈雷灣站也觀(guān)察到每年9月(南極的早春)南極上空臭氧急劇減少。1985年英國(guó)南極探測(cè)局公布哈雷灣站1980年初以來(lái)在南極春季觀(guān)察到臭氧層空洞這一消息。

這個(gè)空洞面積非常大?；旧吓c美國(guó)領(lǐng)土面積相當(dāng)，于每年9月上旬出現(xiàn)，然后迅速地減少一半左右，并形成一個(gè)“臭氧空洞”，持續(xù)到11月又逐漸恢復(fù)。這一報(bào)道引起全世界的震驚，人們擔(dān)心這是臭氧層破壞或解體的先兆。

1986年，美國(guó)公布了通過(guò)“雨云二號(hào)”衛(wèi)星得到的數(shù)據(jù)。證實(shí)了自1979年到1984年10月在南極上空的確出現(xiàn)了總臭氧含量持續(xù)減少的情況，這樣顯著的變化已經(jīng)超出了由氣候變化引起的變化范圍。直到這個(gè)時(shí)候，南極上空的臭氧空洞才受到全球的關(guān)注。

那么到底是誰(shuí)破壞了臭氧層?絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，“元兇”是由人類(lèi)活動(dòng)排放到大氣里的氯氟烴。這種物質(zhì)世界上本來(lái)沒(méi)有，是20世紀(jì)30年代中人類(lèi)使用致冷劑、發(fā)泡劑、滅火劑等制造出來(lái)的一種化合物。

氯氟烴的性能極其穩(wěn)定，在低層不易分解，上升到平流層后，在強(qiáng)烈紫外線(xiàn)作用下分解產(chǎn)生氯原子，從臭氧中奪取一個(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?shī)Z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(lái)去重復(fù)上述破壞臭氧分子的過(guò)程。

這種過(guò)程可以重復(fù)上萬(wàn)次，使臭氧的濃度不斷降低，最后便形成了臭氧層空洞?？梢?jiàn)，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。

可是，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)極渦旋和低溫條件，環(huán)極渦旋把南極大陸封閉起來(lái)，從北方來(lái)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(lái)越高，更加速了對(duì)臭氧的破壞。

南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)，大大激發(fā)了各國(guó)科學(xué)家研究南極“臭氧洞”的興趣，對(duì)南極臭氧洞的形成機(jī)理也提出了各種解釋?zhuān)渲兄饕写髿鈩?dòng)力學(xué)、太陽(yáng)活動(dòng)和大氣化學(xué)過(guò)程三種解釋。

1、大氣動(dòng)力學(xué)解釋

南極的冬季是極夜，收不到太陽(yáng)輻射，南半球的行星波活動(dòng)較弱，使南極平流層的大氣與周?chē)貐^(qū)的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量交換很少，處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，而大氣本身卻以長(zhǎng)波輻射的形式不斷往外放出熱量，在南極平流層形成環(huán)極渦旋(極地渦旋)。

環(huán)極渦旋的范圍和形狀同南極臭氧洞相似，并且環(huán)極渦旋的平衡狀態(tài)在每年的春季被破壞，這與南極臭氧洞的出現(xiàn)和閉合好似有某種聯(lián)系。

大量觀(guān)測(cè)事實(shí)也表明：近年來(lái)南極平流層春季溫度與臭氧總量的迅速下降存在著線(xiàn)性關(guān)系。南極平流層溫度每下降1℃，臭氧總量就會(huì)下降3%。因此有人認(rèn)為，南極臭氧洞是由大氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程造成的自然現(xiàn)象。

2、太陽(yáng)活動(dòng)解釋

有人發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)黑子數(shù)與臭氧總量的變化存在顯著相關(guān)，并且臭氧總量的3年滑動(dòng)平均值與太陽(yáng)活動(dòng)一樣也有11年的周期。

南極地區(qū)是臭氧對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)響應(yīng)最敏感的地區(qū)，除了太陽(yáng)紫外線(xiàn)輻射大大增強(qiáng)對(duì)臭氧的影響外，逐漸增多的大量的帶電粒子也會(huì)對(duì)南極臭氧洞的形成發(fā)生影響。

也有人認(rèn)為隨著太陽(yáng)活動(dòng)峰年時(shí)，宇宙射線(xiàn)明顯增強(qiáng)，使大氣中的NO2和其他奇電子氮化合物的含量增加，會(huì)通過(guò)光化學(xué)過(guò)程破壞南極的臭氧層。

3、大氣化學(xué)過(guò)程解釋

早在20世紀(jì)30年代，Chapman就提出光化學(xué)反應(yīng)是大氣中臭氧生成和破壞的主要因素。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)政治界、企業(yè)界和科學(xué)界，還圍繞著氟里昂(CFCs)等人造化學(xué)物質(zhì)能否導(dǎo)致地球大氣臭氧層減薄，展開(kāi)過(guò)一場(chǎng)臭氧戰(zhàn)。

1970年，Crutzen發(fā)表了大氣中的NOx參與了損耗臭氧的催化反應(yīng)的研究結(jié)果，隨后來(lái)自超音速飛機(jī)尾氣排放的氮氧化物對(duì)平流層臭氧損耗也被關(guān)注;

1974年，Molina等發(fā)表了平流層是CFCs匯的文章，指出CFCs最終對(duì)平流層臭氧的危害遠(yuǎn)高于NOx，同年也有人發(fā)表了相似的研究成果。

這些研究工作對(duì)平流層臭氧的損耗化學(xué)理論奠定了重要的基礎(chǔ)。持這種觀(guān)點(diǎn)的人認(rèn)為，正是人類(lèi)活動(dòng)排放到大氣中的大量的含氯化合物(主要是氟里昂類(lèi)物質(zhì))參與的光化學(xué)反應(yīng)破壞了南極大氣臭氧層。

但到20世紀(jì)80年代初，對(duì)這些工作的重視程度不夠，特別是1984年有人發(fā)表了用一維模式模擬30°N的大氣臭氧層受CFCs損耗的模擬結(jié)果，錯(cuò)誤地認(rèn)為大氣臭氧層受CFCs的損耗情況不是很?chē)?yán)重，不足以引起臭氧層的長(zhǎng)期變化。

上述三種原因盡管都能在一定范圍內(nèi)和一定程度上解釋南極臭氧洞的形成，但它們各有片面性。大氣動(dòng)力學(xué)及太陽(yáng)活動(dòng)原因都不能解釋為什么臭氧洞只在20世紀(jì)70年代末才出現(xiàn);也不能解釋已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的全球性的大氣臭氧總量下降，以及南極平流層冬、春季低溫與臭氧總量減少的因果關(guān)系。單純的大氣化學(xué)原因能解釋以上兩個(gè)問(wèn)題，卻無(wú)法說(shuō)明臭氧洞只出現(xiàn)在南極的春季，也無(wú)法解釋近年來(lái)南極臭氧洞的異常變化。

1、對(duì)人類(lèi)的影響

過(guò)量的太陽(yáng)紫外線(xiàn)輻射對(duì)人類(lèi)健康最直接的危害是：降低人體免疫系統(tǒng)功能.增加傳染疾病的發(fā)病率;損害眼睛(角膜和晶體)，增加白內(nèi)障患者的發(fā)病率。

據(jù)報(bào)道我國(guó)青藏高原白內(nèi)障的發(fā)病率明顯升高;靠近南極的澳大利亞皮膚癌患者大量增加。

2、對(duì)農(nóng)作物的影響

過(guò)量的紫外線(xiàn)照射會(huì)破壞植物綠葉中的葉綠素，影響植物的光合作用。同時(shí)還會(huì)改變細(xì)胞的遺傳基因和再生能力，使農(nóng)作物生長(zhǎng)受到限制，質(zhì)量降低。產(chǎn)量大幅度降低。

3、對(duì)水生生物的影響

水生生物大多貼近水面生長(zhǎng)，這些處于水生食物鏈最底部的小型浮游植物最易受到臭氧損耗的影響。從而危及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于底層的浮游動(dòng)物，紫外線(xiàn)輻射具有很強(qiáng)的穿透能力，能穿透水下20米。

過(guò)量的紫外線(xiàn)殺死水中的微生物、削弱浮游植物的光合作用，破壞水生生物食物鏈，引起水生生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，降低水體的自然凈化能力，導(dǎo)致水生生物大批死亡。

4、對(duì)城市環(huán)境的影響

平流層中臭氧濃度降低紫外輻射增強(qiáng)，會(huì)使近地面對(duì)流層中的臭氧濃度增加，地表的臭氧對(duì)人體和植物有很大的危害。尤其是在人口和機(jī)動(dòng)車(chē)量最密集的城市中心，使光化學(xué)煙霧污染的機(jī)率增加。

光化學(xué)煙霧是城市污染新問(wèn)題，它最早發(fā)生于美國(guó)的洛杉礬。主要是汽車(chē)排放的氮氧化物NOx(主要是NO和NO2)，在強(qiáng)烈的太陽(yáng)紫外線(xiàn)的照射下形成的產(chǎn)物凝集成煙霧，影響空氣的可見(jiàn)度，刺激人的眼睛和呼吸器官。

1985年，由聯(lián)合國(guó)環(huán)境署發(fā)起21個(gè)國(guó)家的政府代表簽署了《保護(hù)臭氧層維也納公約》，首次在全球建立了共同控制臭氧層破壞的一系列原則方針。

1987年9月，36個(gè)國(guó)家和10個(gè)國(guó)際組織的140名代表和觀(guān)察員在加拿大蒙特利爾集會(huì)，通過(guò)了大氣臭氧層保護(hù)的重要?dú)v史性文件《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》。

由于進(jìn)一步的科學(xué)研究顯示大氣臭氧層損耗的狀況更加嚴(yán)峻，1990年通過(guò)《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》倫敦修正案，1992年通過(guò)了哥本哈根修正案，其中受控物質(zhì)的種類(lèi)再次擴(kuò)充，完全淘汰的日程也一次次提前。締約國(guó)家和地區(qū)也在增加。到目前為止。締約方已達(dá)165個(gè)之多，反映了世界各國(guó)政府對(duì)保護(hù)臭氧層工作的重視和責(zé)任。

聯(lián)合國(guó)環(huán)境署還規(guī)定從1995年起，每年的9月16日為”國(guó)際保護(hù)臭氧層日”，以增加世界人民保護(hù)臭氧層的意識(shí)。提高參與保護(hù)臭氧層行動(dòng)的積極性。

我國(guó)政府和科學(xué)家們非常關(guān)心保護(hù)大氣臭氧層這一全球性的重大環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)早于1989年就加入了《保護(hù)臭氧層維也納公約》，先后積極派團(tuán)參與了歷次的《保護(hù)臭氧層維也納公約》和《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》締約國(guó)會(huì)議，并于1991年加入了修正后的《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》。

我國(guó)還成立了保護(hù)臭氧層領(lǐng)導(dǎo)小組，開(kāi)始編制并完成了《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》。根據(jù)這一方案，我國(guó)已于1999年7月1日凍結(jié)了氟利昂的生產(chǎn)。并將于2010年前全部停止生產(chǎn)和使用所有消耗臭氧層物質(zhì)。

即使我們?nèi)绱伺Φ貜浹a(bǔ)地球上空的“臭氧洞”。但由于臭氧層損耗物質(zhì)從大氣中除去十分困難.預(yù)計(jì)采用哥本哈根修正案，也要在2050年左右平流層氯原子濃度才能下降到臨界水平以下。到那時(shí)，我們上空的“臭氧洞”可望開(kāi)始恢復(fù)。