大气臭氧层破坏

大气臭氧层破坏与可持续发展

摘要：随着科技的快速发展，人们生活水平不断提高，同时环境污染也伴随而来。目

前，大气臭氧层空洞问题已经越来越被人关注，臭氧层作为地球一道天然屏障，使地

球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。然而，近10多年来，地球上的臭氧层正在遭到破

坏。本文通过地臭氧层破坏的原因及其破坏的机理进行阐述，分析其对人类产生的影

响，并提出相关的保护措施，以期增强人们保护臭氧层的意识。

关键词：臭氧层 臭氧层空洞 氟氯烃 影响 保护措施

前言

臭氧层的破坏是人类当今所面临的重要环境问题之一，多数科学家认为，人类过

度使用氟氯烃(CFC。)类物质是臭氧层破坏的主要原因之一。臭氧层变薄意味着到达地

表的太阳紫外线增强。较强的紫外线辐射，会伤害人的皮肤、眼睛，损坏人的免疫系

统，还会对粮食作物、陆生生物及水生生物造成危害。因此，了解臭氧层破坏的原因，

及其对人类及生物的危害，有助于增强人们的环境意识，避免人类遭受臭氧层破坏所

带来的灾难。通过本文介绍臭氧层破坏的机理，分析其对人类产生的影响，并提出相

关的保护对策，以期增强人们对臭氧层的正确认识，以及为保护臭氧层提供借鉴。

一、臭氧层的概念、形成、作用

臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波

紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每

个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外线照射之后又分为氧气分

子和氧原子，形成一个继续的过程臭氧氧气循环，如此产生臭氧层。

自然界中的臭氧，大多分布在距地面20Km--50Km的大气中，我们称之为臭氧层。

大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用，臭氧层能够吸收太阳光中的波长

306.3nm以下的紫外线，主要是一部分UV—B(波长290～300nm)和全部的UV—C(波长

<290nm=，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A

和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的 伤害要比中波

紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件保护伞保护地球上的生物得以生存繁衍 。其二

为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作

用 大气温度结构在高度50km左右有一个峰，地球上空15～50km存在着升温层。正是

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由于存在着臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气，所以也

就不存在平流层。大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的起因

也来自臭氧的高度分布。其三为 温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，即在

气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产

生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。

二、臭氧层损耗的现状及原因

1、臭氧层损耗的现状

1985年，英国科学家法尔曼（Fannen）等人首先提出，“南极臭氧洞”的问题。他

们根据南极哈雷湾观测站的观测结果，发现从1957年以来，每年早春丽极10月份)南

极臭氧浓度都会发生大规模的耗损，极地上空臭氧层的中心地带，臭氧层浓度已极其

稀薄，与周同拥l七像是形成了一个“洞”，直径达上千公里，“臭氧洞”就是因此而

得名的．这一发现得到了许多其他国家的南极科学站观测结果的证实．卫星观测结果

表明，臭氧洞在不断扩大，至2006年臭氧层空洞曾达到2950万10II，，相当于两个南

极大陆．同时，南极臭氧洞持续的时间也在加长．这一切迹象表明，南极臭氧洞的损

耗状况仍在恶化之中。

目前，不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国

家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了20％，已形成了面积约为南极臭氧空洞=

三分之一的北极臭氧空洞．在被称为是世界上“第t极”的青藏高原，中 国大气物理

及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每10年2．7％的速度减少，已

经成为大气层中的第三个臭氧空洞。

2、破坏臭氧层的物质

自从发现南极上空出现臭氧空洞以后，科学家们经过近十多年的研究，最后得出

一致的结论：臭氧层的破坏和臭氧空洞的出现，是人类自身行为造成的；是人们在生

产和生活中大量地生产和使用“消耗臭氧层物质(ODS)”以及向空气中排放大量的废气

造成的。

ODS主要包括下列物质：CFCs(氯氟烃)、哈龙(Halon，全溴氟烃)、四氯化碳、甲

基氯仿、溴甲烷等。

ODS的用途：用作制冷剂、喷雾剂、发泡剂、清洗剂等。

废气：主要是汽车尾气、超音速飞机排出的废气、工业废气等。

在上述所有物质中，破坏力最强的(或者称之为“罪魁祸首”)是CFCs和哈龙。而

在我们生活中用的最多的就是我们大家所熟悉的CFCs。

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3、臭氧层损耗机理

在平流层中臭氧耗损，主要是通过动态迁移到对流层，在那里得到大部分具有活

性催化作用的基质和载体分子，从而发生化学反应而被消耗掉O3，主要是与Hox、Nox、

C10x和BrOx中含有的活泼自由基发生同族气相反应。

（1）废气破坏臭氧层

废气中含有大量的氮氧化物(如NO和NO2等)，这些氮氧化物可以破坏掉大量的臭

氧分子，从而造成臭氧层的破坏。近年来研究发现，核爆炸、航空器发射、超音速飞

机将大量的氮氧化物直接注入平流层中，同样会使臭氧浓度下降．

NO对臭氧层破坏作用的机理为：

03+N0→O3+NO2 O+NO2→02+NO

总反应式为：0+03→202

(2) CFCs和哈龙对臭氧层的破坏

美国科学家奠里纳(Molina)和罗兰德(Rowland)提出：人工合成的一些含氯和含溴

的物质是造成臭氧层被破坏的元凶，最典型的是氯氟烃类化合物(CFCs)和含溴化合物

哈龙(Halons)．

CFCs和Halons在生产和使用过程中总是要泄漏的，泄漏后首先进入大气的对流层

中．而这些物质在对流层中是化学惰性的，即它们在对流层中十分稳定，可以存在几

十年甚至上百年不发生变化．但这些物质不可能总是存在子对流层中，通过极地的大

气环流以及赤道地带的热气流上升，最终使这些物质进入平流层．然后又在风的作用

下，把它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内混合均匀．在平流层内，强

烈的太阳紫外线照射使CFCs和Halons分子发生解离，释放出高活性的氯和溴的自由

基．氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质。

4、臭氧层破坏的长期性

令科学家和社会各界忧虑的是，CFCs和Halons具有很长的大气寿命，一旦进人大

气就很难去除，这就意味着即使人类停止生产和使用这些物质，它们对臭氧层的破坏

还会持续一个漫长的过程。

三、 臭氧层的破坏对人类的影响

1、对人类健康的影响

臭氧量的减少、臭氧层的被破坏使到达地面的紫外线辐射量增加。其中UV-B紫外

线波段增加更多。UV-B紫外线辐射的增加，将会对人体健康产生很大影响。相关研究

表明，紫外线除了在人类皮肤中产生VD外，未发现其他有益效应。紫外线对人体的危

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害却较大。主要表现在影响人类皮肤、眼睛及免疫系统。

2、对人类皮肤的影响

临床诊断表明，夏天接受过量的太阳光照射已造成皮肤病。动物试验和临床病例

研究表明，过量UV-B紫外线照射易引发人体皮肤癌。紫外线辐射最主要的影响是在太

阳照射下对皮肤的灼伤。对大多数人来讲，接受2d的暴晒，皮肤会变成褐色，这是由

于紫外线辐射容易使皮肤产生黑色素，并沉着于皮肤色素细胞而形成的。接受紫外线

辐射一定时间后破坏皮肤组织的连接，导致皮肤增厚，出现皱纹和皮肤弹性减少。紫

外线辐射增加了患皮肤癌的机率。

3、对人类眼睛的影响

大量动物试验表明，UV-B紫外线辐射能损害眼角膜和晶状体，导致眼睛混浊。当

部分紫外线辐射抵达眼睛的后部，会使视网膜细胞缓慢恶化，尤其是近视者。研究表

明，紫外线的增加对人类白内障有一定影响，当臭氧减少1.0%，白内障增加约0.5%，

强紫外线辐射同样可以引发角膜炎（如白雪盲）。这类影响的征兆包括眼睛变红，对光

线的易敏感，爱流泪，感觉严重有异物和疼痛。眼外伤在3～12h暴晒后显现。由于眼

睛细胞的快速再生能力，症状在几天后消失。长时间的紫外线辐射会导致角膜水久性

损伤。

4、对人的免疫系统的影响

皮肤是一个重要的免疫器官，免疫系统的某些成分存在于皮肤中，皮肤暴露于紫

外线辐射下能扰乱免疫系统，导致一些疾病。UV-B诱发皮肤免疫抑制的研究发现，不

仅含色素少的人发生，含色素多的人亦可发生。由于免疫抑制，单纯疱疹、利什曼病、

结核及念珠菌病等疾病将会增加或者症状恶化。

5、对生物的影响

（1） 对农作物的影响：紫外线辐射的增强，将导致农作物(如小麦、水稻等)

减产，减少地球的食物链，并会导致粮食质量降低。

（2） 对陆生生物的影响：若地球表面紫外线辐射增加，将危机植物的生理代谢。

（3） 对水生生物的影响：紫外线能穿透10—20 m深的海水，紫外线辐射可杀死

10m水深的单细胞海洋浮游生物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来

源，影响生态平衡和水体的自净能力。

6、 对经济的影响

大气臭氧层破坏对人类健康的影响，对生物的影响进而会造成对全球经济的影响。

四、保护臭氧层的措施

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为了保护大气臭氧层，各国采取的一些措施，大致可概括为：

1、冻结和削减氟利昂与哈龙的生产及消耗量，从而保护臭氧层免遭破坏。

2、减少氟利昂的排放量

除禁止氟利昂作气溶胶应用外，通过再循环使用的方式也可减少其排放量。如制

软泡沫塑料中所用的氟利昂，收集后再生，经炭过滤再使用，能减少操作损失50％。

3、研究开发破坏臭氧层物质的替代物

寻找氟里昂的替代物是研发的重点。

现在比较常用的有：氢氟烃HFC，氧氟烃中不含氯，不破坏臭氧层，在大气中的降

解产物毒性较低，是较理想的替代物．但温室效应较重，而且有些替代品有生产成本

高，热交换性能差、易燃的缺点等．氧氯氟烃HFC，氧氯氟烃的臭氧层破坏系数低，亦

可作为氟里昂的过渡替代物，可崩作聚氨酯和绝缘材料的发泡剂．其它替代物，有氟

碘烃n，其中的C_I键很容易吸收紫外线发生断裂．不会滞留在大气层，是很有发展前

途的氟里昂替代物．氟代乙醇、氟代醚、二甲醚、氨、饱和烃作为氟里昂的替代物均

有研究和应用．氦、空气、水、二氧化碳及氮等许多天然物质在低温和制冷行业早有

应用，应该也是比较理想的替代物．

4、继续对对流层臭氧形成和耗损的机理、氟利昂等排放的影响，对人类和生态系

统的危害等方面进行综合调查研究．

参考文献

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