臭氧层为什么会空洞

Question

如题所述

Answer 1

地球周围的大气，按其高度可分为对流层、平流层、中间层和散逸层。臭氧（0 3 ）是氧气（O 2 ）的一种同素异形体，在大气中含量甚微。其浓度因海拔高度而异。臭氧分子是平流层大气的最关键的组成成分，其厚度约为10～15公里，浓度峰值在离地面20～25公里高度处。一般就把平流层的这一部分成为臭氧层。近年来，科学观测发现臭氧层遭受破坏，在南极甚至出现臭氧层消失的现象，即所谓的臭氧层空洞。
平流层中臭氧的存在对于地球生物至关重要，因为它阻挡了高能量的紫外辐射到达地面。因此，有人形象地把臭氧层比喻为地球的“ 保护伞 ”，而把臭氧耗损比喻为“保护伞穿了孔”。

穿孔的保护伞

据美国字航局观测的资料表明，自1969年以来，全球除赤道以外，所有地区臭氧层中臭氧的含量减少了3%～5%，全球臭氧层都已受到损害。1985年英国科学家首先发现南极臭氧层己出现空洞。人们对南极臭氧层的考察证实，南极上空周期性地出现臭氧层空洞，南极中心地区上空臭氧含量比正常含量减少了65%，南极边缘地区减少了30%～40%。1989年，由美、英、挪和德的200名科学家组成的北极臭氧层考察队，进行为期6周的考察证实：北极虽尚未发现臭氧空洞，但臭氧层破坏严重，在北极上空造成臭氧损耗的高活性化学粒子 氧化氯 和 氧化溴 浓度比原先估计的高出50倍。美国宇航局的资料还表明，自1969年以来，横跨美国、加拿大、日本、中国、前苏联、西欧等国广阔地带的臭氧层已减少了3%。世界气象组织1995年在一份声明中说：“南极目前臭氧损耗严重的范围达1000万平方公里，与欧洲面积差不多，是1993年和1994年同时期臭氧空洞面积的2倍”。联合国世界气象组织说，南极上空臭氧变薄的速度是有记载以来最快的，达到每天损失1%，空洞的范围有如欧洲一样大小。

伞破屋漏生灵遭殃

阳光中的紫外辐射虽然只占太阳总发射能量的5%左右、但是它对于地球生命系统具有很大的伤害能力，并且能量越高，伤害越大。阳光紫外线辐射能量被平流层臭氧分子全部吸收，从而大大减弱了到达地面的强度。如果平流层中臭氧的含量减少，则地面受到辐射量增大，能破坏生物蛋白质和基因物质脱氧核糖核酸（DNA），造成细胞死亡，还可使人类 皮肤癌 发病率增高，伤害眼睛导致 白内障 和 失明 。臭氧层对太阳光中的紫外线有极强的吸收作用，能吸收高强度紫外线的99%，从而挡住了太阳紫外线对地球上人类和生物的伤害。臭氧层像一个巨大的过滤网，为地球上的生命提供了天然的 保护屏障 。如果没有臭氧层存在，所有紫外线全部到达地球表面的话，太阳光晒焦的速度将比夏季烈日下的晒焦速度快50倍。
臭氧层耗竭，太阳光中紫外线大量辐射地面。紫外辐射增强，对人类及其生存环境会造成极为不利的后果。有人估计，如果臭氧层中臭氧含量减少10%，地面不同地区的紫外线辐射将增加19%～22%，由此皮肤癌发病率将增加15%～25%。另据美国环境保护局估计，大气圈中臭氧含量每减少1%，皮肤癌患者增加10万人，患白内障和呼吸道疾病的人也将增多。紫外线辐射增强，对生物产生的影响和危害更令人不安。有人认为，它将打乱生态系统中复杂的食物链和食物网，导致一些主要生物 物种灭绝 。有人估计，它将使地球上2/3的农作物减产、导致 粮食危机 。紫外线辐射增强，还将导致全球 气候变暖 。

南极上空臭氧层空洞一分为二

智利麦哲伦大学南极臭氧层变化研究专家2002年通过观测惊奇地发现，南极上空臭氧层空洞今年已提前一分为二。在分成的两小块空洞中，一处仍在南极上空，面积正在缩小，而分离后移至南太平洋上空的另一处现已接近弥合。南极上空臭氧层空洞一分为二的现象往年一般发生在11月底，而2002年却比往年提前了两个多月。根据此间《三点钟报》28日援引麦哲伦大学专家们的分析，上述变化提前发生的原因可能是，该地区上空臭氧气流活动加剧，削弱了南极上空臭氧层空洞的旋涡，以至造成空洞提早分离。

智利麦哲伦大学臭氧和紫外线辐射研究室主任克劳迪奥·卡西克西亚说，目前南极上空臭氧层空洞覆盖地表的面积约有1800万平方公里，而空洞在去年同期所覆盖的地表面积却创历史新高，达到2800多万平方公里，超过墨西哥、加拿大和美国领土面积的总和。

臭氧层厚度用多布森单位表示，1个多布森单位是标准状态下千分之一厘米的臭氧层厚度，当臭氧层厚度低于220个多布森单位时，臭氧层便出现空洞。卡西克西亚说，他所领导的研究室最近连续通过高空气球对南极大气层臭氧厚度进行了探测，发现南极上空附近的臭氧指数在短期内已由160个多布森单位上升至目前的230个多布森单位。

他认为，由于南极上空臭氧层空洞提前一分为二并正在缩小，加上臭氧厚度趋于回升，智利等邻近地区的紫外线辐射强度在即将到来的南半球春季和夏季中可望减弱。也就是说，当地居民今年将可以比较安稳地度过紫外线辐射危害风险最高的春夏两季，因为臭氧层的最新变化为他们减少太阳紫外线的过量辐射设置了一道天然屏障。

空洞成因

臭氧层破坏的主要原因是人造化工制品 氯氟烃 和 哈龙 污染大气的结果。氯氟烃，即 氟里昂 （CFC）。应用于泡沫塑料、护发摩丝、灭火剂、杀虫剂、致冷剂的生产中。氯氟烃气体一经释放，就会慢慢上升到地球大气圈的臭氧层顶部。在那里，紫外线会把氯氟烃气体中的氯原子分解出来，氯原子再把臭氧中的一个氧分子夺去，使臭氧变成氧，从而使其丧失吸收紫外线的能力。在对流层顶部飞行的民航和军用飞机排出的 氧化氮 气体，也是破坏臭氧层的催化剂。农业无控制地使用化肥，会产生大量氧化氮，各种燃料的燃烧也会产生大量氧化氮，这些物质都是破坏臭氧层的因素，将对地球上的生物生存产生潜在的威胁。另一种用于灭火的化工制品叫 溴氟烷烃 （Halons， 哈龙 ）。这种化学物质排入大气，进入平流层，也会使平流层的臭氧浓度减少，导致透过平流层的紫外线辐射量增加，危及人类与生态环境。
研究表明，哈龙在大气对流层中化学性质稳定不易分解，寿命可达几十年甚至上百年。但它进入平流层后，受到强烈的紫外线的照射，会分解产生氯原子。氯原子可与臭氧分子作用生成氯氧基和氧分子，从而消耗掉臭氧。氯氧基能和大气中游离的氧原子作用，重又生成氯原子和氧分子，这样循环反应产生的氯原子，不断与臭氧分子作用。一个哈龙分子可以消耗成千上万个臭氧分子，从而使臭氧层受到耗损。

保护臭氧层

如何保护臭氧层，最方便有效的方法就是尽快停止生产和使用氯氟烃和哈龙。目前此类物质在全世界的消耗量，美国占28.6%，欧洲共同体占30.6%，日本占7%，前苏联和东欧占14%，发展中国家总量占14%，其中我国消费量尚不足2%。因此，保护臭氧层使人类健康免受危害，发达国家应尽更多义务。从人口意义上讲，臭氧层破坏，受害最多的是发展中国家，尤其是我国。1985年8月，美国、前苏联、日本、加拿大等20多个国家签署了 《保护臭氧层国际公约》 ，并且目前有30多个国家批准了该公约的 《关于臭氧层物质的蒙特利尔协议书》 。该协议书规定签字国在本世纪末把氯氟烃使用量减少到1986年的一半。欧洲共同体12国已同意本世纪末完全停止使用氯氟烃。比利时、葡萄牙则宣布禁止生产。然而，在当今世界上，从冷冻机、冰箱、汽车到硬质薄膜、软垫家具，从计算机到灭火器，都离不开氯氟烃。因此，必须研究新的代用品和技术。这不仅是资金问题，而且涉及到有关工业结构的改变。第三世界国家对停止生产和使用氯氟烃仍持冷淡态度，人类对臭氧层的保护还将是一项十分艰巨的任务。当代的地球人为保护臭氧层而联合行动的时候到了！

臭氧层空洞有望修复

据科学家计算，平流层中的消耗臭氧物质总含量预计在2000年达到最高峰。如果所有其他因素（例如气候波动和火山爆发）不变，2001年的臭氧消耗水平（与1970年代观测到的水平相比）即将接近上限。 臭氧层将在今后50年内将缓慢复原。如果《蒙特利尔议定书》及其包括1997年《蒙特利尔修正案》在内的各修正案和调整案的现行规定在全球范围内得到充分遵守，并假设所有其他因素（例如全球气候）保持不变，则平流层内消耗臭氧物质的含量预计将在2050年前后恢复到1980年以前的（即"无干扰的"）水平。

Answer 2

在离地面地面10－15千米上空的同温层中有一层气体叫臭氧层。臭氧分子的化学式是O3，由3个氧原子组成的。臭氧层能吸收99％以上的太阳辐射的紫外线，是地球上生命的“保护伞”。
但是，科学家发现地球上空的这把巨大的“保护伞”已经遭到了破坏，在南北两极上空的臭氧层出现了空洞。
为什么大气中会出现臭氧空洞呢？臭氧空洞为什么又出现在极地上空呢？
有的科学家认为，这是太阳活动的结果。臭氧的总量跟太阳黑子的活动有明显的关系，而极地又是臭氧对太阳活动反应最敏感的地区，随着紫外线辐射和高能带电粒子流的增加，使大气中氮氧化合物的含量增加，通过光化学反应，破坏了极地上空的臭氧层。
但多数科学家认为，随着现代工业的发展，特别是冷冻厂、电冰箱的迅速增加，氟利昂的普通使用，向大气中排放了大量的氯氟烃等污染物质，这种物质不能在低空分解，而是飘浮在同温层与紫外线作用产生氯离子，氯离子夺去了臭氧分子中的一个氧原子，就使臭氧变成了纯氧O2，从而失去了吸收紫外线的能力。而由于极地特殊的气象条件，因而就首先在极地上空出现臭氧空洞。

臭氧层空洞为什么会出现在南极上空而不是别的地方？

南极比较冷氮气太多！
地球上的臭氧主要集中在大气的上层，构成了薄薄的一层臭氧层。臭氧层能够有效地滤去太阳辐射中对生物有强烈破坏作用的紫外线。然而，人类大量使用含有氟利昂的冰箱和空调等，以及因超音速飞机迅速发展而导致含氮废气的大量排出，致使臭氧层遭到严重破坏，甚至在南极等地上空出现臭氧层空洞。臭氧层的破坏，导致大量紫外线辐射到地面，从而危害人类和其他生物的健康。例如，人类的皮肤癌和白内障等疾病因此而明显增多。控制和停止使用氟利昂，以及减少含氮废气的排放等，是防止臭氧层破坏的关键。

Answer 3

臭氧在1849年首次被人类发现，臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首先提出来的。他们认为，在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后，在那里分解产生的原子氯（CI）就将有可能破坏臭氧层。20世纪70年代末开始，科学家们开始每年春天在南极考察臭氧层。1994年，人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞，它的面积相当于一个欧洲，有24O0万千万千米。

臭氧（03）是氧气（O2）的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿分之一，其浓度因海拔高度而异。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要围绕在地球外部离地面20—25公里高度的地方，起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV－B（UV－B是紫外线的一段波长，为280—315nm）的作用。同时，由于紫外线是平流层的热能来源，臭氧分子是平流层大气的重要组成部分，所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用，发挥着调节气候的重要功能。南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60％。

氟利昂作为氯氟烃物质中的一类，是一种化学性质非常稳定，且极难被分解、不可燃、无毒的物质，被广泛应用于现代生活的各个领域。清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂。氟利昂在使用中被排放到大气后，其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年。由于氟利昂不能在对流层中自然消除，只能缓慢地从对流层流向平流层，在那里被强烈的紫外线照射后分解。分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层。研宪表明，臭氧层被破坏后，紫外线会通过大气层长驱直入。强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力，会使白内障和皮肤癌患者增加。如果臭氧层的总量减少1％的话， UV-B就将增加2％，其结果是使皮肤癌发病率提高2－4％。此外，紫外线的增强还会影响农作物的生长，并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统。据统计，目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨，迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨，大部分仍停留在对流层中，只有10％左右到达了平流层。

什么是臭氧层空洞？它为何出现在南极上空？要了解这些问题，我们必须先从臭氧层入手。
臭氧层是地球大气层中臭氧含量比较大的层次，臭氧的分子式是O3，它是由一个氧原子和一个氧分子结合而成。在低层大气中，由于紫外线辐射很弱，缺乏氧原子，生成臭氧的机会很少。随着高度增加，太阳紫外线辐射增强，氧分子在紫外线辐射作用下发生分解，氧原子增加，生成臭氧的机会就多。大致在距地面10千米以上臭氧的含量逐渐增加，在20－30千米的高空，氧原子和氧分子的含量都比较多，这一高度臭氧的含量最大，形成明显的臭氧层。在此高度以上，紫外线辐射更加强烈，大部分氧分子被分解为氧原子，出现氧原子过多而氧分子过少的状况，结合成臭氧的机会就少，所以臭氧的含量也逐渐减少，大致在50千米以上高空，臭氧的含量就极少了。
臭氧的含量虽少，却极其重要，因为这薄薄的臭氧层，能把太阳紫外线中波长短于290纳米，能杀死地球上包括人类在内所有生命的短波紫外线统统吸收掉，使地球上的生物免受紫外线的伤害。但臭氧层不吸收波长较长的太阳紫外线，这些紫外线对人类和生物则是有益的。因为它们能杀死细菌，并能促成人体内合成维生素D，以防止佝偻病的产生。所以臭氧层如同一把保护伞，保护着地球上的生命。
臭氧层空洞，是指南极上空大范围的高密度臭氧分子遭到破坏而出现的衰竭现象。臭氧层的破坏，给地球环境和人体健康带来极大危害。
首先，臭氧减少，射向地面的紫外线增多，会损害人和动物的免疫能力，易爆发流行性传染病，皮肤发生癌变，使眼睛出现白内障以至失明，还使发育停滞。其次，短波紫外线会破坏植物的叶绿素，影响植物的光合作用，使农作物减产。
那么到底是谁破坏了臭氧层？绝大多数科学家以为，“元凶”是由人类活动排放到大气里的氯氟烃。这种物质世界上本来没有，使20世纪30年代人类使用制冷剂、发泡剂、灭火剂等制造出来的一种化合物。它的性能极其稳定，在低层不易分解，上升到平流层后，在强烈紫外线作用下分解产生氯原子，从臭氧众夺取一个氧原子，成为一氧化氯，臭氧分子就变成了普通的氧分子。而一氧化氯是不稳定的，空气中游离的氧原子可以夺取其中的氧原子而成为普通的氧分子，氯原子则再次游离出来去重复上述破坏臭氧分子的过程。这种过程可以重复上万此，使臭氧的浓度不断降低，最后便形成了臭氧层空洞。可见，人为排入大气中的氯氟烃是一个名副其实的臭氧杀手。可见，氯氟烃的源地是在北半球，且北半球大气中氯氟烃的浓度比南半球还略高，为什么臭氧层空洞却发生在南极呢？这与南极特异的气候有关。因为南极大陆纬度高，海拔高，冰川反射率强，具有特殊的环极旋涡和低温条件，环极旋涡把南极大陆封闭起来，从北方来的富含臭氧的气流不能进入它的上空。低温使南极上空大气中有众多的冰晶云，云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体，浓度越来越高，更加速了对臭氧的破坏。

参考资料：http://res.nh.edu.sh.cn/xxkj/webquest/zhouzhong/3%B0%E0/%CC%BD%BE%BF/%B4%F3%C6%F8%CE%DB%C8%BE/%B3%F4%BF%D5%B6%B4.htm

Answer 4

南极“臭氧洞”的成因目前尚无定论，其中最为令人信服的当是污染物质学说。此外还有：美国宇航局汉普顿芝利中心Callis等人提出南极臭氧层的破坏与强烈的太阳活动有关；麻省理工学院的Tung等人认为是南极存在独特的大气环境造成冬末春初臭氧耗竭，根据大气动力学说，指出大量氯氟烃化合物的使用，以及南极初春没有足够阳光产生大量氧原子，并因此提出了不需要氧原子的循环机理。

通过分析我们似乎可以得出以下的主要观点：（1）南极"臭氧洞"是在南极春季特殊的温度和环流状况下由极地平流层云参与和非均相化学反应而引发产生的特殊现象。（2）极地旋涡等其它因素对气体成分输送的影响不是南极"臭氧洞"形成的决定因素，而只能影响臭氧洞的强度。（3）太阳周期变化通过光化学反应对南极"臭氧洞"强弱的影响可以忽略。

参考资料：http://www.nju.edu.cn/njuc/dikexi/earthscience/chp7/cyd2.htm

Answer 5

因为臭氧层的主要成分是臭氧,它能和二氧化碳发生氧化还原反应,把臭氧还原为氧气.现在全球二氧化碳的含量越来越多,也使臭氧层发生破坏,这样一些污染严重的地区就会出现臭氧空洞.