问题背景

1985年10月，英国科学考察队在南极观察站发现上空出现巨大的臭氧空洞（臭氧浓度极低区），从而引起了公众对臭氧耗竭问题的关注。臭氧是一种自然产生的气体，它在地球大气平流层中，聚集在一起形成“臭氧层”。它的作用不可低估，它保护了地球免遭紫外线辐射，大约90%的来自太阳的紫外线辐射被臭氧层吸收。1有人强调，臭氧层对于地球生命的重要性就像空气和水一样。如果没有臭氧层的保护，到达地面的紫外线辐射就会达到使人死亡的程度，整个地球生命就会像失去空气和水一样遭到毁灭。

近半个世纪以来，工农业高速发展，人为活动产生大量氮氧化物排入大气，超音速飞机在臭氧层高度内飞行、宇航飞行器的不断发射都排出大量氮氧化物和其他痕量气体进入臭氧层。此外，人们大量生产氯氟烃化合物(即氟利昂)，用做制冷剂、除臭剂、头发喷雾剂等，其中用量最多的是氟利昂11和氟利昂12。据统计，1973年全世界共生产这两种氟利昂约480万吨，绝大部分释放到低层大气后，进入臭氧层中。由于氮氧化物中的一氧化氮和氟氯烃经光解产生的活性氯自由基(Cl·)、氯氧自由基(ClO·)等与臭氧发生反应，而使臭氧层中臭氧的浓度逐渐降低。有人估计，臭氧层中臭氧浓度减少1%，会使地面增加2%的紫外辐射量，导致皮肤癌的发病率增加2%～ 5%。2

臭氧层形成臭氧(O3)是氧的同素异形体。气态臭氧呈蓝色，有特殊臭味。在地表以上0~60 mile的大气圈内，不同高处都有臭氧存在。但是，其中百分之九十以上的臭氧集中分布在距地球表面6~30mile的平流层（大气圈的上部）内，通常人们称之为臭氧层。3

臭氧层中的O3，是分子氧(O2)在高空太阳辐射的作用下，首先分离出原子氧(O)，然后O又和O2结合而形成的。正常情况下，臭氧层中O3的形成和分解的速率大体相等，因此，O3的总量处于一种基本平衡的状态。地球周围的臭氧层，仅占整个大气圈的百分之一，但是它能够有选择地吸收对人类和生物有害的紫外线和其它短波太阳辐射能，而让对入类和生物无害的0.3μm以上的长波辐射顺利通过，所以能保护人类和生物免受过多紫外线和短波辐射的伤害，使地球上的生物得以生存、繁衍。这是地球演化过程中形成的一个奇妙的平衡。3

化学过程臭氧通常处于动平衡态，即臭氧是处在不断产生和分解的过程中。4

臭氧（O3）是通过紫外光对氧分子（O2）的作用产生的：光子将氧分子分解成两个非常活泼的氧原子（O），后者同氧分子迅速结合形成臭氧。臭氧分子通过同一个氧原子反应形成氧气或是在吸收UV-B后形成一个氧原子和一个氧分子而分解。在给定的通常条件下，其净结果是，臭氧处于一种动平衡态，即之形成的速率与它消亡的速率相等。4

臭氧形成：

臭氧分解：

在不同季节和不同高度处，臭氧浓度会发生很大变化。太阳辐射的强度会随27天和11年的太阳活动周发生很大变化。这将会影响臭氧生成的速率，因为它的生成几乎完全取决于入射太阳辐射。由于同温层中强日光的作用，来自CFCs和聚四氟乙烯分解而产生的少量氯或溴，会大大加速臭氧的破坏，从而打破了臭氧的动平衡。当一个氯原子（Cl）同一个臭氧分子反应后会形成一氧化氯（ClO），而剩下一个氧分子。当这个一氧化氯原子团遇到一个游离氧原子，这个氧原子就牢牢附着在这个原子团，并逃离出来形成一个新的氧分子。氯又是自由状态，于是重操旧业，开始臭氧的破坏。所以，每个氯原子在它钝化或是通过其他过程的参与，从同温层去掉之间，它能破坏多达10万个臭氧分子。4

催化的臭氧破坏：

这一系列反应的结果是，提高了向臭氧破坏方向的发展。更重要的是，氯起着一种催化剂作用。因此，一个氯原子可以破坏成千上万个臭氧分子。聚四氯乙烯中的溴也发生类似反应。

全球臭氧耗竭近年业已发现，臭氧耗竭的范围比早先预计的要大。自从1969年开始记录以来，已记录到臭氧层的全球耗竭平均为2%。4

最为惊人的是，每年的春天，在南极洲的上空会出现一个臭氧浓度的严重耗竭区，这个区被称为臭氧层中的“空洞”。在夏初，当这个“空洞”闭合之后，南极洲地区以外，臭氧层会出现某种程度的稀释，与此同时，臭氧向回移，开始填充这个空洞。到了夏季，臭氧浓度又恢复到接近通常水平。4

臭氧的减少明显开始于1979年，直到1988年，每年这个“空洞”都在不断加深。1987年，南极洲上空臭氧水平机会下降了50%。1988年这个空洞的范围有一个大的恢复，有人认为这是由于太阳活动周接近其最大，使臭氧的产生提高。南极上空的臭氧趋势也受到全球大气环流型2年活动周的影响，它表明，1988年测量的“空洞”是自1982年以来空洞深度最浅的。4

潜在影响臭氧层能吸收有害的紫外线辐射（UV-B）并阻止其大部分到达地球表面。到达地表的UV-B的量为高度和每年暴露的函数，一般是距赤道越近，这个数量也越大。平均说，臭氧浓度减少1%，造成的紫外线辐射将增加1倍，导致的皮肤癌发病率将提高3%，除非采取防护措施。4

UV-B可破坏蛋白质以及携带生物遗传信息的DNA。它可能引起细胞的死亡或改变DNA所携带的遗传信息。大剂量的紫外辐射可能引起眼病、皮肤癌，抑制某些免疫反应并造成农作物和水生植物的减产。4

澳大利亚早已是世界上皮肤癌发病率最高的国家之一。每年有3万维多利亚人接受皮肤癌的治疗，每年死亡200-250人。为预防皮肤癌的上升，我们应该通过穿防护衣，避免在日下活动。4

环境效应可分为植物和海洋生物两个领域。对一些作物的实验证明，紫外辐射的增加将导致作物的减产。对海洋生物的影响也是很大的。有一种叫做浮游植物的微生物，构成了海洋食物链的基础，它们生活在大洋的表面层，对紫外辐射的增加很敏感。浮游植物数目的任何减少都可能对商业渔场和海洋哺乳动物造成影响。4