耿立峰  中国科学院上海有机化学研究所

在平流层大气图中，高度为20～25km处的臭氧层吸收了从太阳辐射来的大约90%的紫外线，它犹如一道天然屏障，使生存在地球上的人类及万物生灵免受紫外线的危害。据报道，如果臭氧量减少1%，辐射到地球表面的紫外线量就会增大2%，使人类患皮肤癌的比例增加4～6%，白内障的患者也可能增加，整个生态环境将受到严重影响。最近的研究表明，臭氧消耗与大气温室效应也有着多方面的关系。可见，臭氧层对人类的影响也是十分深刻的。然而，臭氧层已经出现了巨大空洞，构成了对人类的严重危害，这就是全球关注的所谓臭氧危机问题。

人们不禁要问，臭氧空洞是怎样产生的呢？1974年，美国加州大学的Rowland和Molina提出了氯氟烃类化合物可能会破坏地球大气的臭氧层理论，并呼吁停止使用氯氟烃化合物气体。但是，这个呼吁当时并没有引起人们的广泛注意。

氯氟烃是本世纪30年代开发的一类化合物，它们具有耐燃烧、耐腐蚀、毒性低的特性，因而被广泛地用做冷冻器和空调器的冷冻气体，喷雾器的喷射剂和发泡制、半导体工业中的清洗剂等。目前，氯氟烃化合物的世界产量达120万 t以上。正因为氯氟烃化合物具有很好的稳定性，它们在臭氧层以下的大气中，几乎不起化学反应。被排放到大气中的氯氟烃，通过空气的对流运动到达平流层，其平均寿命大约为60～100h，在这里氯氟烃化合物暴露在强烈的紫外光辐射下发生裂解反应，生成氯原子。这些氯原子可以催化臭氧分子转化为氧分子的过程，从而破坏了平流层中的臭氧，事实上，一个氯原子可以破坏大约10万个臭氧分子。

1976年，美国全国科学院（NAS）证实了Rowland和Molina的理论，并促使美国政府在1977年规定禁止在气溶胶喷射剂方面使用氯氟烃类，还许诺对氯氟烃化合物实行更广泛的控制。但是，在随后的10年中，人们并未采取有效措施去限制氯氟烃类的排放。到了1985年，英国南极考察队报告了在南极上空发现了巨大的臭氧空洞，美国科学家的进一步研究也证实了这一报道，在最坏的年份里，南极大陆上空大约有50%的臭氧被破坏。随着对臭氧探测的全面开展，科学家们进一步发现北极及全球各地都出现有臭氧被破坏现象，其中以南极洲最为严重。自1975年以来，南半球春季每年都出现一个臭氧空洞。过去10年里，南半球春季臭氧含量减少了大约50%，北半球高纬度的冬季和初春大气臭氧也已减少10～20%的程度。

为什么在南极上空形成了巨大的臭氧空洞，而北极只是减少一定量的臭氧呢？最近研究得知：在南极和北极，冬天极地涡流使得黑洞旋转，涡流内的空气得不到太阳的辐射，并与较低纬度的温暖空气隔离，因而变得非常冷，而且南极的最低温度要比北极低10℃。在南极，由于极地涡流内的温度如此之低，尽管平流层十分干燥，但在极地涡流内仍然可以形成两种极地平流层云，一种是在大约-77℃下形成的硝酸三水合物（HNO3·3H2O），另一种是在大约-85℃下形成的水冰。这些云将氯化合物从对臭氧相对稳定的形式转化为破坏性形式的表面。当春季太阳刚刚升起时，活泼的氯化合物便进行光化学反应破坏臭氧。当太阳连续照射一个月左右以后，极地涡流消失，南极臭氧层的破坏便逐渐停止。在北极涡流中温度相对较高，水冰形成的几率较小，而硝酸三水合物的单独存在不足以有效地将氯化合物转化为对破坏臭氧具有活性的形式，而且在太阳完全升起之前，极地涡流就已消失了，因而北极尚未形成臭氧空洞。同理也可以说明地球其他地方的臭氧减少较极地大陆少的原因。

据估计，人类已经把大约1500万t以上的氯氟烃化合物气体排放到空气中，致使目前氯原子在大气中的浓度达到3ppb，而现在参与破坏臭氧层的只是其中的一小部分，因为排放到大气中的氯氟烃化合物气体需要经过大约10年左右才能到达臭氧层。预计到2030年，氯原子浓度可达到6ppb左右。所以，即使现在完全停止排放氯氟烃化合物气体，破坏臭氧层的化学反应也将持续一个世纪。

有人认为，臭氧层的破坏是仅次于核战争的最大危机，所不同的是核战争尚未爆发，而臭氧层的破坏正在进行着，而且日趋严重。因而，解决臭氧危机问题已经成为人们非常关注的问题。

1987年，工业化国家签署了一项关于限制破坏臭氧层物质的蒙特利尔协议，规定到本世纪末以前将氯氟烃化合物的产量削减50%，1989年1月开始生效。1989年3月来自123个国家的科学家、企业家和政府部长们，在英国伦敦又举行了“拯救臭氧层世界大会”，呼吁各国迅速采取措施保护臭氧层。1989年3月2日，欧洲共同体成员国决定从现在起将氯氟烃化合物排放量减少85%。1989年5月，芬兰赫尔辛基国际会议宣言要求本世纪末以前，完全停止生产氯氟烃化合物。

保护人类生存环境需要世界各国的通力合作，臭氧层破坏和大气温室效应是地球大气的两大问题，尤其由臭氧层破坏所引起的危害要到21世纪才会明显暴露出来，因此人们对此应有足够的认识和防范措施。

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