臭氧層空洞

臭氧層空洞

臭氧層是大氣平流層中臭氧濃度最大處,是地球的一個保護層,太陽紫外線輻射大部被其吸收。臭氧層空洞是大氣平流層中臭氧濃度大量減少的空域。

  • 中文名稱
    臭氧層空洞
  • 外文名稱
    ozonosphere hole
  • 外文名2
    chouyangcenkongdong
  • 外文名4
    hhhhh
  • 外文名3
    cyckd

基本概述

臭氧在大氣中從地面到70千米的高空都有分布,其最大濃度在中緯度24千米的高空,向極地緩慢降低,最小濃度在極地17千米的高空。20世紀50年代末到70年代就發現臭氧濃度有減少的趨勢。1985年英國南極考察隊在南緯60°地區觀測發現臭氧層空洞,引起世界各國極大關註。臭氧層的臭氧濃度減少,使得太陽對地球表面的紫外輻射量增加,對生態環境產生破壞作用,影響人類和其他生物有機體的正常生存。關于臭氧層空洞的形成,在世界上佔主導地位的是人類活動化學假說:人類大量使用的氯氟烷烴化學物質(如製冷劑、發泡劑、清洗劑等)在大氣對流層中不易分解,當其進入平流層後受到強烈紫外線照射,分解產生氯遊離基,遊離基同臭氧發生化學反應,使臭氧濃度減少,從而造成臭氧層的嚴重破壞。為此,于1987年在世界範圍內簽訂了限量生產和使用氯氟烷烴等物質的蒙特利爾協定。另外還有太陽活動說等說法,認為南極臭氧層空洞是一種自然現象。關于臭氧層空洞的成因,尚有待進一步研究。

2008年形成的南極臭氧空洞的面積到9月第二個星期就已達2700萬平方公裏,而2007年的臭氧空洞面積隻有2500萬平方公裏。2000年,南極上空的臭氧空洞面積達創記錄的2800萬平方公裏,相當于4個澳大利亞。科學家目前尚不清楚2008年的臭氧空洞面積是否會打破這個記錄。

科學家認為,去年臭氧空洞面積較小的主要原因在于氣候,而不是因為破壞臭氧層的化學氣體排放減少。英國南極考察科學家阿蘭·羅傑說,去年南極上空臭氧空洞縮小在歷史記錄上應被看作是個別現象。因此,臭氧層空洞面積有可能進一步擴大。

大氣圈的臭氧入不敷出,濃度降低。科學家在1985年首次發現: 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%,已不能充分阻擋過量的紫外線,造成這個保護生命的特殊圈層出現“空洞”,威脅著南極海洋中浮遊植物的生存。據世界氣象組織的報告:1994年發現北極地區上空平流層中的臭氧含量,也有減少,在某些月份比20世紀60年代減少了25-30%。而南極上空臭氧層的空洞還在擴大,1998年9月創下了面積最大達到2500萬Km2的歷史記錄。

臭氧層為什麽會出現“空洞”?許多科學家認為,是使用氟利昂作製冷劑及在其他方面使用的結果。氟利昂由碳、氯、氟組成,其中的氯離子釋放出來進入大氣後,能反復破壞臭氧分子,自己仍保持原狀,因此盡管其量甚微,也能使臭氧分子減少到形成“空洞”。我國科學家新近提出,僅僅是氟利昂的作用還不夠,太陽風射來的粒子流在地磁場的作用下向地磁兩極集中,並破壞了那裏的臭氧分子,這才是主要原因。(楊學祥,1999)而無論如何,人為地將氯離子送進大氣,終是一種有害行為。

本世紀70年代,當時英國的科學家通過觀測首先發現,在地球南極上空的大氣層中,臭氧的含量開始逐漸減少,尤其在每年的9-10月(這時相當于南半球的春季)減少更為明顯。美國的“雲雨7號”衛星進一步探測表明,臭氧減少的區域位于南極上空,呈橢圓形,1985年已和美國整個國土面積相似。這一切就好像天空塌陷了一塊似的,科學家把這個現象稱為南極臭氧洞南極臭氧洞的發現使人們深感不安,它表明包圍在地球外的臭氧層已經處于危機之中。于是科學家在南極設立了研究中心,進一步研究臭氧層的破壞情況。1989年,科學家又赴北極進行考察研究,結果發現北極上空的臭氧層也已遭到嚴重破壞,但程度比南極要輕一些。

臭氧是大氣中的微量氣體之一,其主要濃集在平流層中20-25km的高空,即大氣的臭氧層。臭氧層對保護地球上的生命界以及調節地球的氣候都具有極為重要的作用。然而,近些年來,由于在平流層內運行的飛行器日益增多,人類活動產生的一些痕量氣體如NO。和氯氟烴等進入平流層,使臭氧層遭到破壞,以致于在南極上空出現了“臭氧空洞”。

導致大氣中臭氧減少和耗竭的物質,主要是平流層內超音速飛機排放的大量NO。以及人類大量生產與使用的氯氟烴化合物(氟利昂),如CFCl3(氟利昂-11)、CF2Cl2(氟利昂-12)等。1973年,全球這兩種氟利昂的產量達480萬、,其大部分進入低層大氣,再進入臭氧層。氟利昂在對流層內性質穩定,但進入臭氧層後,易與臭氧發生反應而消耗臭氧,以致降低臭氧層中O3濃度。

2011年,據國家衛星氣象中心監測資料顯示,風雲三號衛星臭氧總量探測儀在北極上空監測到一個明顯的臭氧低值區,在該低值區內臭氧總量是正常情況下平均值的一半左右,部分地區的臭氧總量達到了臭氧洞的標準(220DU)。雖然沒有形成南極上空那樣規模的臭氧洞,但由于北半球人口密度遠高于南半球,臭氧低值區覆蓋的範圍內紫外線對人類健康的影響比南極臭氧洞更重要。導致北極臭氧洞形成的主要原因是今年春季極寒冷的極渦內生成了極地平流層雲,在太陽紫外線的作用下釋放出破壞臭氧的鹵素原子

衛星近年來同期監測到的北半球臭氧總量分布,可以看出:一般情況下在三月份北極地區的臭氧含量很高,大部分地區範圍在400DU以上,其中接近或大于500DU的區域佔很大比例。而今年3月份北極圈內的大部分地區臭氧總量降到了200~300DU,部分地區達到了臭氧洞的標準。

此結論與國外科學家的最新地面觀測結果基本一致。德國物理學家馬庫斯·雷克斯表示,北極30個臭氧監測站獲得的初始資料顯示,今年冬季臭氧濃度下降的情況比以往更嚴重。他說,在春天來臨之前,“第一個北極臭氧洞也許已經形成,這種發展速度非常驚人,可能將被載入史冊。目前下定論還為時尚早,不過請靜候我們的進一步訊息”。據專家說,臭氧濃度較低的地區可能向南最遠已經延伸到紐約上空,他們發出警告說,皮膚癌風險或將提升。

北極上空2011年春天臭氧減少狀況超出先前觀測記錄,首次像南極上空那樣出現臭氧空洞,面積最大時相當于5個德國。

這個臭氧空洞主要因北極地區罕見長時間寒冬而形成,一度于4月移至東部歐洲、俄羅斯和蒙古國上空,使人們承受高于一般程度但並不持續的太陽紫外線照射。

這項研究由來自美國、加拿大芬蘭丹麥、日本等9個國家的研究人員完成,研究報告發表于英國《自然》雜志網路版。

研究人員說,2010冬天至2011春天,北極地區15公裏至23公裏的高空臭氧嚴重減少,最大幅度減少發生在18公裏至20公裏的位置,減少幅度超過80%。2011年3月至4月上旬,研究人員連續27天觀測到極低的總柱狀臭氧值。“低于250多布森單位的最大區域大約200萬平方公裏,大概5倍于德國或加州。”

研究人員認為,北極首次出現臭氧空洞由極地渦旋引發,但不是因為今年更冷,而是因為冷的時間更長,致使能夠破壞臭氧的含氯化合物更活躍,以至于觀測到比往年冬天厲害得多的臭氧減少。

另一名研究人員表示,寒冷天氣從去年12月持續至2011年4月,“自有儀器記錄以來,北極從沒有出現”這樣長時間的寒冬。究竟為什麽發生這種情況,需要“花數年時間詳細研究”。

形成成因

大氣化學規程解釋

大氣化學過程解釋,認為臭氧層中可以產生某種大氣化學反應,將3個氧原子含量的臭氧(O3)分解為分子氧(O2)和原子氧(O),從而破壞了臭氧層;

太陽活動影響解釋

太陽活動影響解釋,認為當太陽活動峰年(即太陽活動強烈的時期)前後,宇宙射線明顯增強,促使雙電子氮化物(如NO2)與O3發生化學反應,使得奇電子氮化物(如NO3)增加,O3轉換為O2;

臭氧層空洞

大氣動力學解釋

大氣動力學解釋認為,初春,極夜結束,太陽輻射加熱空氣,產生上升運動,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小,容易出現臭氧洞。一般認為,在人為因素中,工業上大量使用氟裏昂氣體是破壞臭氧層的主要原因之一。通常,氟裏昂是比較穩定的物質,然而,當它被大氣環流帶到平流層(16公裏~30公裏)時,由于受太陽紫外線的照射,容易形成遊離的氯離子。這些氯離子非常活潑,容易與臭氧起化學反應,把臭氧(O3)變成氧分子(O2)和氧原子(O),從而使臭氧總量減少,形成了臭氧洞。本來,在離地20公裏~30公裏的大氣層內,是臭氧集中分布的地帶,稱作臭氧層,太陽輻射透過這層大氣時,大量的臭氧吸收了波長較短的紫外線輻射(0.20微米~0.30微米波段),大大減弱了到達地面太陽輻射中的紫外線強度。然而,若臭氧層的臭氧含量大大減少,則吸收太陽紫外線輻射的能力減弱,到達地面的太陽輻射強度會增大。從醫學上來說,較短波的紫外線輻射殺傷能力最大,能殺死細胞,破壞生物細胞內的遺傳物質,如染色體、脫氧核糖核酸等,嚴重時會導致生物的遺傳病,產生突變體,導致人類的皮膚癌。強烈的紫外線還可以穿透海洋10米~30米,使海洋浮遊植物的初級生產力降低四分之三左右,抑製浮遊動物生長。人們一旦了解了臭氧洞的危害和形成原因,相信會對臭氧洞演變的預測和防止提出新的理論和方法。在臭氧層內各地分布不均勻,世界三極地區即南極、北極和青藏高原氣候寒冷,臭氧層微薄。某處臭氧層中臭氧含量的減少等于在屋頂上開了天窗,如果減少到正常值的50%以上,人們形象地說這是個臭氧洞。臭氧洞可以用一個三維的結構來描述,即臭氧洞的面積、深度及延續時間。 南極臭氧洞2000年9月3日南極上空的臭氧層空洞面積達到2830萬平方公裏,超出中國面積兩倍以上,相當于美國領土面積的3倍。這是迄今觀測到的最大的臭氧層洞。圖中覆蓋在南極上空如同蘭色水滴的就是衛星觀測到的臭氧洞.南極是一個非常寒冷的地區,終年被冰雪覆蓋,四周環繞著海洋。1985 年,英國科學家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發現:1977-1984年每到春天南極上空的臭氧濃度就會減少約 30%,有近 95% 的臭氧被破壞。1985年前南極臭氧洞大小和深度,大約以兩年為消長周期。近年臭氧洞的深度和面積等仍在繼續擴展。

相關危害

對人類健康影響

1.增加皮膚癌:臭氧減少1%,皮膚癌患者增加4%-6%,主要是黑色素癌。

2.損害眼睛,增加白內障患者。

3.削弱免疫力,增加傳染病患者。

對生態影響

1.農產品減產及其品質下降。試驗200種作物對紫外線輻射增加的敏感性,結果2/3有影響,尤其是大米、小麥、棉花、大豆、水果和洋白菜等人類經常食用的作物。估計臭氧減少1%,大豆減產1%。

2.減少漁業產量。紫外線輻射可殺死10米水深內的單細胞海洋浮遊生物。實驗表明,臭氧減少10%,紫外線輻射增加20%,將會在15天內殺死所有生活在10米水深內的鰻魚幼魚。

3.破壞森林。

據研究,臭氧減少影響人類健康及生態系統的主要機製是紫外線輻射的增加會破壞核糖核酸(DNA),以改變遺傳信息及破壞蛋白質。除了影響人類健康和生態外,因臭氧減少而造成的紫外輻射增多還會造成對工業生產的影響,如使塑膠及其他高分子聚合物加速老化。

其他信息

國際保護臭氧層日

1995年1月23日,聯合國大會通過決議,確定從1995年開始,每年的9月16日為“國際保護臭氧層日”。聯合國大會確立“國際保護臭氧層日”的目的是紀念1987年9月16日簽署的《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》,要求所有締約的國家根據“議定書”及其修正案的目標,採取具體行動紀念這一特殊日子。

聯合國環境規劃署自1976年起陸續召開了各種國際會議,通過了一系列保護臭氧層的決議。尤其在1985年發現了在南極周圍臭氧層明顯變薄,即所謂的“南極臭氧洞”問題之後,國際上保護臭氧層以及保護人類子孫後代的呼聲更加高漲。

相關事件

1977年4月,聯合國環境規劃署理事會在美國華盛頓哥倫比亞特區召開了有32個國家參加的“評價整個臭氧層”國際會議。

會議通過了第一個“關于臭氧層行動的世界計畫”。這個計畫包括監測臭氧和太陽輻射、評價臭氧耗損對人類健康影響、對生態系統和氣候影響等,並要求聯合國環境規劃署建立一個臭氧層問題協調委員會。

1980年,協調委員會提出了臭氧耗損嚴重威脅著人類和地球的生態系統這一評價結論。

1981年,聯合國環境規劃署理事會建立了一個工作小組起草保護臭氧層的全球性公約。

經過4年的艱苦工作,1985年4月,在奧地利首都維也納通過了有關保護臭氧層的國際公約——《保護臭氧層維也納公約》。該公約從1988年9月生效。

這個公約隻規定了交換有關臭氧層信息和資料的條款,但是對控製消耗臭氧層物質的條款卻沒有約束力。以後在《保護臭氧層維也納公約》基礎上,聯合國環境規劃署為了進一步對氯氟烴類物質進行控製,在審查世界各國氯氟烴類物質生產、使用、貿易的統計情況後,通過多次國際會議協商和討論,于1987年9月16日在加拿大的蒙特利爾會議上,通過了《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》,並于1989年1月1日起生效。蒙特利爾議定書規定,參與條約的每個成員組織,將凍結並依照縮減時間表來減少5種氟利昂的生產和消耗,凍結並減少3種溴化物的生產和消耗。5種氟利昂的大部分消耗量,從1989年7月1日起凍結在1986年使用量的水準上;從1993年7月1日起,其消耗量不得超過1986年使用量的80%;從1998年7月1日起,減少到1986年使用量的50%。

蒙特利爾議定書實施後的調查表明,根據議定書規定的控製進程及效果並不理想。1989年3月~5月,聯合國環境規劃署連續召開了保護臭氧層倫敦會議與《公約》和《議定書》締約國第一次會議——赫爾辛基會議,進一步強調保護臭氧層的緊迫性,並于1989年5月2日通過了《保護臭氧層赫爾辛基宣言》,鼓勵所有尚未參加《保護臭氧層維也納公約》及《蒙特利爾議定書》的國家盡早參加;同意在適當考慮開發中國家特別情況下,盡可能地但不遲于2000年取消受控製氯氟烴類物質的生產和使用;盡可能早地控製和削減其它消耗臭氧層的物質;加速替代產品和技術的研究開發;促進開發中國家獲得有關科學情報、研究成果和培訓,並尋求發展適當資金機製促進以最低價格向開發中國家轉讓技術和替換設備。1990年6月20~29日,聯合國環境規劃署在倫敦召開了關于控製消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書締約國第二次會議。57個締約國中的53個國家的環境部長或高級官員及參加議定書的歐洲共同體的代表參加了會議。此外,還有49個非締約國的代表出席了會議。這次會議又通過了若幹補充條款,修正和擴大了對有害臭氧層物質的控製範圍,受控物質從原來的2類8種擴大到7類上百種。規定締約國在2000年或更早的時間裏淘汰氟利昂和哈龍;四氯化碳到1995年將減少85%,到2000年將全部被淘汰;到2000年,三氯乙烷將減少70%,2005年以前全部被淘汰。這次會議對第一次會議通過的議定書中未涉及到“過渡物質”——氫氟氯烴(HCFCs)(這種物質對臭氧層的潛在危險遠小于氟利昂),也提出了反對無節製地使用的要求。蒙特利爾議定書締約國第二次會議建立了國際臭氧層保護基金會,最初3年的金額為2.4億美元。這筆錢將主要用于開發中國家氟裏昂替代物的研究、人員培訓和進行區域研究,並要面向開發中國家發展的整體需求。

到目前為止,已有150多個政府批準了這項條約。生產和消費氯氟烴(CFCs)和其它消耗臭氧層物質(ODS)已經被奇跡般地減少了將近70%。氯氟烴的重復利用被廣泛地採用。而且,臭氧安全技術現在已經可行並被廣泛採用。監測表明,大氣中消耗臭氧層物質成長速度已經逐漸減慢。大氣中甲基溴的含量也已經減少。但是,臭氧層是脆弱的,隻有社會各方面包括消費者不斷地支持,保護臭氧層的鬥爭才能最終贏得勝利。9月16日“國際保護臭氧層日”的確定,進一步表明了國際社會對臭氧層耗損問題的關註和對保護臭氧層的共識。

為加強對保護臭氧層工作的領導,我國成立了由國家環保局等18個部委組成的國家保護臭氧層領導小組。在領導小組的組織協調下,編製了《中國消耗臭氧層物質逐步淘汰國家方案》,並于1993年得到國務院的批準,成為我國開展保護臭氧層工作的指導性檔案。在此基礎上又製定了化工、家用製冷等8個行業的淘汰戰略,進一步明確了各行業淘汰消耗臭氧層物質的原則、政策、計畫和優先項目,具有較強的可操作性。以上述兩個檔案為依據,我國積極組織申報和實施蒙特利爾多邊基金項目。截止到1997年6月,多邊基金執委會共批準了我國210個項目,獲得贈款總額1.5億美元。為配合履行保護臭氧層的國際公約,國家正在逐步製定並採取一定的法規和措施,對消耗臭氧層物質的生產和使用予以控製,對替代品和替代技術的生產和套用予以引導和鼓勵,如生產配額、環境標志、稅收價格調節、進出口控製、投資控製等政策。目前,已有一些規定出台。除此之外,我國還開展了保護臭氧層的宣傳、國際合作和科研等方面的活動,提高了廣大人民民眾保護臭氧層的意識,並積極參與到這項保護地球環境的行動中。經過這些努力,我國保護臭氧層工作取得了明顯的進展。許多企業或利用多邊基金,或利用自有資金進行了生產線的轉換。據不完全統計,已經淘汰消耗臭氧層物質約2萬噸;一批替代產品已經面市,為削減乃至淘汰消耗臭氧層物質創造了條件。

相關詞條

其它詞條