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來源：互聯(lián)網(wǎng)

臭氧空洞（Ozone hole），指因空氣污染物質(zhì)（如氧化氮、鹵化代烴等）擴散、侵蝕而造成大氣臭氧層被破壞，致使大氣中臭氧含量減少的現(xiàn)象。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%，為首次觀測到大范圍空洞。1985年，英國科學家喬·法曼（Joe Farman）、布萊恩·加德納（Brian Gardiner）和喬納森·尚克林（Jonathan Shanklin）首次證實了臭氧空洞的存在。1994年，世界氣象組織發(fā)現(xiàn)北極地區(qū)上空臭氧含量也有減少。2003年12月，在青藏高原上空也出現(xiàn)了微型臭氧空洞或臭氧極低值事件。

臭氧空洞的形成源于臭氧層的損耗。大量使用制冷劑、噴霧劑、發(fā)泡劑等化工制品（如氯氟碳化合物等）是導致臭氧減少的主要原因。當人類活動排放的污染物質(zhì)進入大氣后，會與大氣中的臭氧發(fā)生化學反應，從而導致臭氧濃度下降。臭氧層異常損耗后影響極大，直接關(guān)系到生物圈的穩(wěn)定以及人類的生存。隨著臭氧層中臭氧濃度的下降，地面接收到的太陽光中的紫外線強度增強，對生物細胞具有極強的破壞力。長期暴露在這樣的紫外線下可能增加人類罹患皮膚癌和白內(nèi)障的健康風險，對生物圈中的生態(tài)系統(tǒng)和各種生物都會產(chǎn)生不利的影響。

1987年9月，美國及其他44個國家共同簽署《蒙特利爾議定書》以減緩臭氧的消耗，并于2022年9月特別設(shè)立“國際臭氧層保護日”。1990年6月，在倫敦召開《蒙特利爾議定書》締約國第二次會議，擬設(shè)立多邊基金，提供資金和技術(shù)以支持發(fā)展中國家淘汰有關(guān)物質(zhì)的處理。2023年2月9日，歐洲化學品管理局公布一項關(guān)于全氟和多氟烷基物質(zhì)限制的提案，標志著全球在限制有害化學物質(zhì)使用方面又邁出重要的一步。2023年11月，在權(quán)威學術(shù)期刊《自然-通訊》發(fā)表的一篇論文顯示，南極洲上空的臭氧空洞在過去20年間一直在不斷地擴大。2025年9月，世界氣象組織發(fā)布的公報表示，地球的臭氧層在恢復當中。

發(fā)現(xiàn)歷程及命名

1984年，英國科學家首次發(fā)現(xiàn)南極上空出現(xiàn)了臭氧空洞。1985年，英國科學家喬·法曼、布萊恩·加德納和喬納森·尚克林在頂級學術(shù)期刊《自然》上發(fā)表研究成果，首次為臭氧空洞的存在提供了確鑿的證據(jù)。同年10月，美國航空航天局（NASA）證實了該發(fā)現(xiàn)，《華盛頓郵報》在報道美國宇航局的發(fā)現(xiàn)時，首次提出“臭氧 hole”一詞。

概念

定義

臭氧空洞并不是真正意義上的“洞”，而是指某一區(qū)域臭氧濃度顯著低于周圍地區(qū)的現(xiàn)象，通常指因空氣污染物質(zhì)（如氧化氮、鹵化代烴等）擴散和侵蝕，造成大氣中臭氧層被破壞，致使臭氧含量顯著減少的現(xiàn)象。另一種說法認為，臭氧空洞是地球大氣上空平流層的臭氧從20世紀70年代開始，以每十年4%的速度遞減的一種現(xiàn)象。

界定標準

中國氣象局認為，如果一個地方臭氧層中臭氧含量的減少到正常值的50%以上，即可被稱為“臭氧空洞”。

哥白尼大氣監(jiān)測服務(wù)（CAMS）認為，臭氧空洞是總臭氧柱值小于220多布森單位（DU）的區(qū)域。

形成

物質(zhì)基礎(chǔ)

臭氧空洞形成的物質(zhì)基礎(chǔ)包括臭氧及污染物質(zhì)（如氟氯化碳、氮氧化合物），其中，臭氧是臭氧空洞的基礎(chǔ)條件；污染物質(zhì)是臭氧空洞形成的主要誘因。

臭氧

臭氧（Ozone），是氧氣的一種同素異形體，在太陽輻射的作用下，氧分子分解后，由一個氧原子與另一個氧分子結(jié)合而成，化學式是O3，摩爾質(zhì)量為47.998g/摩爾，濃度較低時為無色氣體，濃度較高時呈現(xiàn)淡藍色，液態(tài)為深藍色，固態(tài)為紫黑色。臭氧層主要由臭氧組成，臭氧濃度減少會導致臭氧層出現(xiàn)空洞。高空的臭氧層，能夠吸收對人類有害的紫外線波段，保護地球上的生命。

空氣污染物質(zhì)

氟利昂（freon）是幾種氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的總稱（例如二氯二氟甲烷等）。常溫下為無色氣體或易揮發(fā)液體，略有香味，低毒，具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)和熱穩(wěn)定性，不易分解，不燃不爆。氟利昂的生產(chǎn)方法簡單易操作，且成本低廉，應用廣泛，會對地球大氣層的臭氧造成了巨大的破壞。氟利昂在大氣中能夠穩(wěn)定存在數(shù)百年之久。當它們進入平流層后，在強烈的紫外線照射下，會分解產(chǎn)生氯原子，這些氯原子具有極強的化學活性，能夠與臭氧分子發(fā)生反應，導致臭氧分子被分解。這種反應是一個連鎖反應過程，一個氯原子能夠破壞數(shù)萬個臭氧分子。因此，氟利昂的大量排放會導致臭氧層的嚴重損耗。

一氧化二氮（Dinitrogen 氧化物），又名氧化亞氮，一種重要的氮氧化物，俗稱“笑氣”，能使人感到愉悅，致人發(fā)笑，化學式為N2O，在室溫下為無色氣體，具有微甜的氣味。一氧化二氮是大氣污染物，在一定條件下能支持燃燒。除了濕地等自然來源外，還來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)及燃料的燃燒，它會參與臭氧耗損循環(huán)，導致臭氧層的破壞、溫室效應增加。

二氧化氮（氮 Dioxide），又名過氧化氮，化學式為NO?，一種呈V形平面結(jié)構(gòu)的無機過氧化物分子，通常以紅棕色氣體或黃褐色液體的形式存在，氣相狀態(tài)下以二聚體即四氧化二氮的結(jié)構(gòu)存在。二氧化氮有刺激性氣味，味微甜微苦，有毒性、刺激性與腐蝕性，是一種極其危險的化學物質(zhì)。二氧化氮是一種主要的大氣污染物，除雷電、火山爆發(fā)等自然來源外，主要由汽車尾氣、工業(yè)生產(chǎn)排放，會破壞臭氧層等。

形成原理

臭氧空洞的形成主要受大氣化學作用影響，導致臭氧損耗。低溫、太陽輻射和臭氧損耗物質(zhì)的存在，是臭氧空洞出現(xiàn)的必要條件。在距地面10~50公里的平流層，冬季盛行西風。強大的繞極西風將極區(qū)與中緯度地區(qū)隔離開，使得富含氧氣的空氣和熱量均無法進入極區(qū)，形成異常寒冷的極區(qū)平流層。

在極低溫條件下，極地平流層云形成，它在提供光化學反應界面的同時，吸附氯貯存物質(zhì)。到早春時節(jié)，在太陽紫外線的照射下，極地平流層云表面的氯原子被分解出來，釋放活性氯，進而引發(fā)光化學反應。這些反應能夠?qū)⒕哂?個氧原子的臭氧（O3）分解為氧分子（O2）和單個氧原子（O），侵蝕臭氧層，形成臭氧損耗和臭氧洞現(xiàn)象。那些對臭氧層造成損耗的物質(zhì)，在大氣的對流層中表現(xiàn)得相當穩(wěn)定，能夠長時間停留。例如，CF2Cl2在對流層中的壽命長達120年左右。然而，當這些物質(zhì)擴散到平流層后，它們會在太陽紫外線的照射下發(fā)生光化學反應，釋放出具有極高活性的游離氯原子或溴原子。這些游離的氯原子或溴原子會參與到一系列導致臭氧損耗的化學反應中。這種反應循環(huán)會持續(xù)進行，每個游離的氯原子或溴原子都有能力破壞約10萬個臭氧分子。這就是氯氟烷烴和溴氟烷烴等化學物質(zhì)對臭氧層造成破壞的原因。

當太陽活動強烈的時期前后，宇宙射線明顯增強，促使雙電子氮化物（如NO2）與O3發(fā)生化學反應，使得奇電子氮化物（如NO3）增加，O3轉(zhuǎn)換為O2，導致臭氧含量減少，這就是N2O、NO2等化學物質(zhì)對臭氧層造成破壞的原因。

影響因素

影響臭氧空洞形成的主要因素有人類活動、大氣活動以及太陽輻射。

人類活動

由于人類在生活、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的空氣污染物質(zhì)進入大氣層，從而破壞臭氧層。20世紀30年代，由于氟利昂穩(wěn)定的化學性質(zhì)，被廣泛用作冷凍劑并開始了大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，導致排放到大氣中的損耗臭氧層的物質(zhì)急劇攀升，提供大量的參與光化學反應的物質(zhì)，加速大氣光化學反應。直到20世紀80年代，人們才逐漸意識到氟利昂對臭氧的破壞，以及由此引發(fā)的一系列健康危害和環(huán)境危害。

大氣活動

由于大氣溫度變化產(chǎn)生大氣運動，導致臭氧層臭氧濃度減小，從而形成臭氧空洞。初春極夜結(jié)束時，太陽輻射加熱空氣，產(chǎn)生上升運動，將對流層臭氧濃度低的空氣輸入平流層，使得平流層臭氧含量減少，容易出現(xiàn)臭氧空洞。

太陽輻射

太陽輻射是光化學反應的必要條件。太陽輻射通過提供光化學反應的條件，進而影響臭氧空洞的形成。當太陽活動強烈的時期前后，太陽輻射明顯增強，促使氟氯化碳和雙電子氮化物（如NO2）與O3發(fā)生化學反應，O3轉(zhuǎn)換為O2，從而破壞臭氧層。

主要分布

臭氧空洞在各地分布不均勻，主要集中在氣候寒冷、臭氧層稀薄的世界三極地區(qū)，即南極洲、北極和青藏高原地區(qū)。

南極

1984年，英國科學家首次在南極洲上空發(fā)現(xiàn)臭氧空洞，在之后的觀測中，南極洲臭氧空洞的面積還在不斷地擴大，南極臭氧層空洞最大的時候曾達到2950萬平方公里。

北極

繼1997年臭氧消耗之后，2011年春季，北極上空臭氧減少狀況超出先前觀測記錄。2020年，北極上空出現(xiàn)了25年來最大面積的臭氧層空洞，形成的面積約100萬平方公里。

青藏高原

在2003年12月14日至17日期間，青藏高原上空出現(xiàn)了一個大規(guī)模的臭氧總量極低值區(qū)域。這個區(qū)域的臭氧總量低于220DU（多布森單位），覆蓋面積超過250萬平方千米，中心區(qū)域的臭氧總量更是低至190DU。與歷史同期的平均值255DU相比，這次事件中的臭氧總量減少了25%。這是首次報道在青藏高原上空出現(xiàn)微型臭氧洞或臭氧極低值事件，臭氧消耗的面積超過250萬平方千米。

主要影響

臭氧具備吸收太陽紫外輻射的獨特性質(zhì)。在大氣中，臭氧能夠吸收大部分可能對生命產(chǎn)生破壞作用的太陽紫外線，從而為地球上的生命體提供一道天然的防護屏障。

對生態(tài)的影響

伴隨著臭氧含量減少，紫外線輻射的增加，生態(tài)系統(tǒng)會存在潛在的危險。強烈的紫外線可以穿透海洋10~30米，使得海洋浮游植物的初級生產(chǎn)力降低75%左右，從而抑制浮游動物的生長。紫外線輻射可以殺死10米水深內(nèi)的單細胞海洋浮游生物。有實驗表明，臭氧減少10%，紫外線輻射增加20%，將會在15天內(nèi)殺死所有生活在10米水深內(nèi)的鰻魚幼魚，導致漁業(yè)產(chǎn)量減少。倫敦動物協(xié)會的科學家們在2010年11月的報告中稱加利福尼亞州沿海的鯨受陽光傷害的病例有顯著上升，估計可能與臭氧層破洞有關(guān)。

對人類生產(chǎn)的影響

強烈的紫外線輻射使許多農(nóng)作物和微生物受到了傷害，通過對300種農(nóng)作物和其他植物的暖房試驗證明，其中超60%對紫外線很敏感，最易受到破壞的是豆類、香瓜、芥菜、白菜等，陽芋、西紅柿、甜菜和大豆的產(chǎn)品質(zhì)量下降，針葉樹苗有50%以上也會受到紫外線的不良影響，導致農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)及其品質(zhì)下降。

對人類健康的影響

紫外線對促進在皮膚上合成維生素D，對骨組織的生成、保護均起有益作用。但紫外線（λ=200~400納米）中的紫外線B（λ=280~320納米）過量照射可以引起皮膚癌和免疫系統(tǒng)及白內(nèi)障等眼的疾病。據(jù)估計平流層臭氧減少1％（即紫外線B增加2％），皮膚癌的發(fā)病率將增加4％~6％。按現(xiàn)在全世界每年大約有10萬人死于皮膚癌計，死于皮膚癌的人每年大約要增加5千人。在長期受太陽照射地區(qū)的淺色皮膚人群中，50％以上的皮膚病是陽光誘發(fā)的，即膚色淺的人比其他種族的人更容易患各種由陽光誘發(fā)的皮膚癌。此外，紫外線還會使皮膚過早老化。以智利南端海倫娜岬角的居民為例，由于該地區(qū)靠近南極洲洲，居民在戶外活動時必須在暴露的皮膚部位涂抹防曬油并佩戴太陽鏡以保護自身免受強烈紫外線的傷害。同時，該地區(qū)的羊群也普遍患有白內(nèi)障，近乎全盲，這進一步證實了紫外線輻射對生物健康的嚴重影響。

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(zhì)。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(shù)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。

應對措施

限制使用有害化學品

自1974年起，美國、加拿大等國率先開始限制氟利昂的生產(chǎn)與使用，并開始了氟利昂代用品的研究。聯(lián)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，在全球范圍內(nèi)限制并逐步淘汰消耗臭氧、破壞臭氧層的化學物質(zhì)。

此外，溴氟烷烴類物質(zhì)，特別是哈龍系列，如哈龍1211（CF2BrCl）、哈龍1310（CF3Br）和哈龍2420（C2F4Br2）對臭氧層的破壞力極強，比氯氟烷烴高出3至10倍，因此在1994年，發(fā)達國家已經(jīng)停止這三種哈龍的生產(chǎn)。這些措施的實施旨在減緩臭氧層的損耗，保護地球生態(tài)環(huán)境。

出臺保護政策

1985年，國際社會共同制定了《保護臭氧層維也納公約》，確立了保護臭氧層的國際合作原則。隨后，在1987年的加拿大會議上，制定了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，進一步細化了全球保護臭氧層的國際合作框架。按照《蒙特利爾議定書》的規(guī)定，各簽約國必須分階段停止氟利昂與哈龍制冷劑的生產(chǎn)和使用。發(fā)達國家需在1996年1月1日前完成停用，而其他所有國家則需在2010年1月1日前停止使用這類制冷劑。所有現(xiàn)有和新設(shè)備都應改用HFC類制冷劑，以滿足環(huán)保要求。

1989年5月2日，國際社會通過了《保護臭氧層赫爾辛基宣言》，旨在鼓勵各國盡快簽署并執(zhí)行相關(guān)的保護臭氧層的公約和議定書。為了進一步推動全球環(huán)保合作，1990年6月，聯(lián)合國環(huán)境保護署在倫敦召開了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》的第二次締約國會議。在這次會議上，決定將受控的、可能對臭氧層產(chǎn)生負面影響的物質(zhì)從原來的2類8種增加到7類上百種。為了增強全球?qū)Τ粞鯇颖Ｗo的認識和行動，聯(lián)合國大會在1995年1月23日通過決議，確定每年的9月16日為“國際保護臭氧層日”。

2023年2月9日，歐洲化學品管理局公布一項關(guān)于全氟和多氟烷基物質(zhì)限制的提案。該提案由德國、丹麥、挪威、荷蘭和瑞典的相關(guān)部門共同起草，并于2023年1月13日提交給歐洲化學品管理局進行審議。

2016年10月15日，盧旺達基加利通過一項重要修正案，該修正案將人工合成的強溫室氣體——氫氟碳化物（HFCs）納入《蒙特利爾議定書》的管控范圍，2021年，中國正式成為這一修正案——《基加利修正案》的第122個締約方。

設(shè)立多邊基金

1990年6月，在倫敦召開《蒙特利爾議定書》締約國第二次會議，擬設(shè)立多邊基金，提供資金和技術(shù)以支持發(fā)展中國家淘汰有關(guān)物質(zhì)的處理。

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