1995年1月23日
地球的盔甲
——臭氧层

在做高压静电实验时，常能闻到一股有臭味的气体，它就是臭氧。臭氧是氧气的一种形式，普通氧气分子由两个氧原子组成，臭氧分子则有3个氧原子，多了一个氧原子就造成了它的古怪脾气。臭氧具有净化空气、灭菌、保鲜、除臭和美容等多种功能。臭氧的功能远不止于此，是它们给地球穿上了一层“盔甲”，可以说，臭氧是地球生命的“保护神”。

在距地面10～50千米高的大气平流层上，有一层臭氧集中的地方，这就是臭氧层。它们能吸收太阳光中波长在300微米以下的紫外线，保护人类和动植物免遭伤害。这层臭氧的量并不很大，大约只有两毫米厚的一层，这也是它容易受到扰动的原因。不要小看这一小薄层，有了它，地球仿佛穿上了“宇宙服”，挡住了大部分太阳光的紫外线辐射，使地球生命得以生存、繁衍；臭氧在吸收了紫外线的同时，又将其转换为热，加热大气，使大气高空存在一个升温层，能保持平流层的平稳，这种结构对大气循环具有重要影响。长期以来，臭氧层的这些功能不为人所知，但在不知不觉中，它遭到了人类活动的破坏，臭氧变得稀薄，甚至形成了臭氧洞，对这种破坏活动和后果，人类竟长期茫然不知。

最早发现的臭氧洞在南极上空，这是三位英国南极考察科学家共同发现的。 图1 中左起为约瑟夫·法尔曼、布瑞恩·伽第纳和乔纳森·山科林。1985年5月16日他们把这一发现公布在英国《科学》杂志上。论文一经发布，立刻引起科学界的震惊，所报道的结果要比人们原先预料的严重得多，他们的观测结果很快得到了卫星观测的证实。

法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现，在过去的10年到15年间，每年南极上空的臭氧浓度都在减少，减少的幅度竟然高达30%，接近95%的臭氧层被破坏，南极上空臭氧层出现的“空洞”，直径达上千千米，面积如同美国的版图大小，如 图2 所示，“臭氧洞”由此得名。这件事给世人敲起了警钟，它令人们看到一个严酷的现实，与地球生命生死存亡息息相关的臭氧层正面临空前的威胁。

继续研究还发现，事态要比想象的更为严重，从1985年首次发现臭氧洞后，仅过了不到3年，即1998年，南极臭氧洞的面积又增大了15%，竟然达到南极大陆的2倍。到了2006年，南极臭氧洞更创下了最高纪录，达到2946万平方千米，比4个澳大利亚的面积还大许多！如 图3 所示。这个发现后来被英国卫星“雨云7号”的观测所证实。

南极臭氧洞事件暴露之后，臭氧洞引起了世界环境学家的注意。他们利用多布森分光光度计测量，将世界范围臭氧层测量结果进行比对，全球大气的臭氧确实在逐渐消耗，这种现象不仅发生在南极，在北极、北美洲、欧洲的上空也连续发现臭氧层受到了侵蚀，不仅有臭氧变薄的趋势，臭氧洞也在向世界其他区域蔓延。根据中国大气物理及气象学者的观测，号称世界第三极的中国青藏高原上空，臭氧也正在以每10年2.7%的速度递减。统计数字显示，从1978年到1991年，全球平流层总臭氧量每10年减少1%～5%，且在赤道之外，任何纬度的任意地方，无一幸免。人们惊呼，这种情况如果不加以控制，将来总有一天，地球失去了“太空服盔甲”，裸身暴露在太阳辐射之下，地球上的生命也将遭遇灭顶之灾！

究竟是什么原因破坏了臭氧层呢？其实早在二三十年前就有人找到了原因，只是没有引起人们的注意。生产和生活所产生的一些废气，如氯氟烃、汽车和飞机的尾气、核爆炸废气及氨化肥的分解物中所含有氯化氧、一氧化碳、甲烷等化学物质等都是破坏臭氧的因素，其中以氯氟烃为罪魁祸首。归根结底，臭氧层的破坏主要是人类活动的结果。

早在20世纪70年代，美国学者马里奥·莫利纳（ 图4 ）等人就首先提出氯氟烃中的氯分子会破坏臭氧层。1974年6月28日他们将这一研究结果发表在《自然》杂志上，然而这一理论直到20世纪90年代才得到承认。由于这一开创性的发现，莫利纳等人获得了1995年诺贝尔化学奖。

在大气中含氯氟烃的量其实并不很大，大约只占整个大气的十亿分之一，但是它的破坏力却极强，1千克氯氟烃竟能在大气里捕捉和消灭7万千克臭氧！此外氯氟烃异常稳定，可以悬浮在大气中，存活长达一个世纪之久，不停地对臭氧层做着破坏之事。一个含氯氟烃的分子所增加的温室效应，要比一个二氧化碳分子强1万倍。再加上在极地，地磁场弯曲，太阳风的带电粒子以裸露的氢原子核为主，沿着磁力线集中到了两极，集结起来的太阳风冲击臭氧分子，并与其结合为水更容易与氯分子化合，造成臭氧的破坏在极地更为严重（ 参见本书6月28日“1974年氯氟烃全面遭禁” ）。

臭氧层破坏的直接恶果是使辐照地球的紫外线过量，过量的紫外线对人体会产生不利的影响，如皮肤癌、白内障、免疫系统缺陷、发育停滞等疾病；过量紫外线还使地面的水分过量蒸发，造成降雨量加大、河流汛期水量猛增、洪水泛滥、水土流失加重等，这些都是臭氧层消耗的直接后果。更为严重的是其潜在的危险，紫外线过量还会破坏生物的遗传基因，造成生态系统混乱、失衡、生物多样性结构破坏、对全球生物的进化过程产生严重的干扰，而这些过程还都是不可逆的。

面对正在消耗的臭氧层，人们也加速了治理和规范自己行为的步伐。1976年1月23日，一向重视对环境保护的瑞士先于世界各国，首先宣布取缔破坏臭氧层的水剂喷雾罐；1987年9月16日，联合国许多成员国签署了停止生产氟利昂的国际公约《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》；为扩大这一影响， 1995年1月23日 ，联合国大会通过决议，确定从1995年开始，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”；1999年12月3日《蒙特利尔议定书》的《北京修正案》正式通过。到目前为止，包括我国在内的150个国家和地区政府批准了这项条约，到2005年为止，全部淘汰了损耗大气臭氧层的氯氟烃、哈龙、四氯化碳、三氯乙烷以及氢氟氯烃，与此同时，也开展了代用品的研制及生产技术的开发。

关键词： 臭氧层，臭氧洞，马里奥·莫利纳，氟氯烃，ozone sphere，ozone hole，Mario Jose Molina，chlorofluorocarbon (CFC)

图1： https://simpleclimate.wordpress.com/category/ozone/

图2： （略）

图3： http://climate-science.org/2012A/index.Winter2012.htm

图4： http://www.achievement.org/autodoc/page/mol0bio-1 lZeuTerokgQ90KX+W1LsTWCQmfzU9k1tRPEgU2OLeqsor48OPc56ToSbi8KBvjV7