臭氧層空洞，是指南極上空大范圍的高密度臭氧分子遭到破壞而出現(xiàn)的衰竭現(xiàn)象。1985年，英國科學家根據(jù)30年的觀測資料，發(fā)現(xiàn)1980-1984年間南極上空每年9、10月臭氧的含量大幅度下降。這一現(xiàn)象后來被美國科學家進一步證實，形象地稱之為出現(xiàn)了“臭氧洞”。

用從地面到高空垂直柱中臭氧的總層厚來反映大氣中臭氧含量的方法叫做柱濃度法。正常大氣中臭氧的柱濃度約為300多布森單位(1個多布森單位是標準狀態(tài)下千分之一厘米的臭氧層厚度)當臭氧的柱濃度小于200多布森單位.臭氧濃度減少的區(qū)域，臭氧極其稀薄，與周圍相比好像是形成了一個“洞”，直徑達上千公里，“臭氧空洞”因此而得名。

第一個發(fā)現(xiàn)南極臭氧空洞是兩位日本科學家，1982年9月。他倆在南極昭和站觀察活動中偶然發(fā)現(xiàn)并報道這一現(xiàn)象。但當時很少有人注意到這一件事。

之后不久，英國南極站的科學家約瑟·法曼等在哈雷灣站也觀察到每年9月(南極的早春)南極上空臭氧急劇減少。1985年英國南極探測局公布哈雷灣站1980年初以來在南極春季觀察到臭氧層空洞這一消息。

這個空洞面積非常大?；旧吓c美國領土面積相當，于每年9月上旬出現(xiàn)，然后迅速地減少一半左右，并形成一個“臭氧空洞”，持續(xù)到11月又逐漸恢復。這一報道引起全世界的震驚，人們擔心這是臭氧層破壞或解體的先兆。

1986年，美國公布了通過“雨云二號”衛(wèi)星得到的數(shù)據(jù)。證實了自1979年到1984年10月在南極上空的確出現(xiàn)了總臭氧含量持續(xù)減少的情況，這樣顯著的變化已經(jīng)超出了由氣候變化引起的變化范圍。直到這個時候，南極上空的臭氧空洞才受到全球的關注。

那么到底是誰破壞了臭氧層?絕大多數(shù)科學家認為，“元兇”是由人類活動排放到大氣里的氯氟烴。這種物質(zhì)世界上本來沒有，是20世紀30年代中人類使用致冷劑、發(fā)泡劑、滅火劑等制造出來的一種化合物。

氯氟烴的性能極其穩(wěn)定，在低層不易分解，上升到平流層后，在強烈紫外線作用下分解產(chǎn)生氯原子，從臭氧中奪取一個氧原子，成為一氧化氯，臭氧分子就變成了普通的氧分子。而一氧化氯是不穩(wěn)定的，空氣中游離的氧原子可以奪取其中的氧原子而成為普通的氧分子，氯原子則再次游離出來去重復上述破壞臭氧分子的過程。

這種過程可以重復上萬次，使臭氧的濃度不斷降低，最后便形成了臭氧層空洞?？梢?，人為排入大氣中的氯氟烴是一個名副其實的臭氧殺手。

可是，氯氟烴的源地是在北半球，且北半球大氣中氯氟烴的濃度比南半球還略高，為什么臭氧洞卻發(fā)生在南極呢?這與南極特異的氣候有關。

因為南極大陸緯度高，海拔高，冰川反射率強，具有特殊的環(huán)極渦旋和低溫條件，環(huán)極渦旋把南極大陸封閉起來，從北方來的富含臭氧的氣流不能進入它的上空。低溫使南極上空大氣中有眾多的冰晶云，云中的冰晶不斷吸收氯氟烴氣體，濃度越來越高，更加速了對臭氧的破壞。

南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)，大大激發(fā)了各國科學家研究南極“臭氧洞”的興趣，對南極臭氧洞的形成機理也提出了各種解釋，其中主要有大氣動力學、太陽活動和大氣化學過程三種解釋。

1、大氣動力學解釋

南極的冬季是極夜，收不到太陽輻射，南半球的行星波活動較弱，使南極平流層的大氣與周圍地區(qū)的動量、熱量和質(zhì)量交換很少，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而大氣本身卻以長波輻射的形式不斷往外放出熱量，在南極平流層形成環(huán)極渦旋(極地渦旋)。

環(huán)極渦旋的范圍和形狀同南極臭氧洞相似，并且環(huán)極渦旋的平衡狀態(tài)在每年的春季被破壞，這與南極臭氧洞的出現(xiàn)和閉合好似有某種聯(lián)系。

大量觀測事實也表明：近年來南極平流層春季溫度與臭氧總量的迅速下降存在著線性關系。南極平流層溫度每下降1℃，臭氧總量就會下降3%。因此有人認為，南極臭氧洞是由大氣動力學過程造成的自然現(xiàn)象。

2、太陽活動解釋

有人發(fā)現(xiàn)，太陽黑子數(shù)與臭氧總量的變化存在顯著相關，并且臭氧總量的3年滑動平均值與太陽活動一樣也有11年的周期。

南極地區(qū)是臭氧對太陽活動響應最敏感的地區(qū)，除了太陽紫外線輻射大大增強對臭氧的影響外，逐漸增多的大量的帶電粒子也會對南極臭氧洞的形成發(fā)生影響。

也有人認為隨著太陽活動峰年時，宇宙射線明顯增強，使大氣中的NO2和其他奇電子氮化合物的含量增加，會通過光化學過程破壞南極的臭氧層。

3、大氣化學過程解釋

早在20世紀30年代，Chapman就提出光化學反應是大氣中臭氧生成和破壞的主要因素。

20世紀70年代，美國政治界、企業(yè)界和科學界，還圍繞著氟里昂(CFCs)等人造化學物質(zhì)能否導致地球大氣臭氧層減薄，展開過一場臭氧戰(zhàn)。

1970年，Crutzen發(fā)表了大氣中的NOx參與了損耗臭氧的催化反應的研究結果，隨后來自超音速飛機尾氣排放的氮氧化物對平流層臭氧損耗也被關注;

1974年，Molina等發(fā)表了平流層是CFCs匯的文章，指出CFCs最終對平流層臭氧的危害遠高于NOx，同年也有人發(fā)表了相似的研究成果。

這些研究工作對平流層臭氧的損耗化學理論奠定了重要的基礎。持這種觀點的人認為，正是人類活動排放到大氣中的大量的含氯化合物(主要是氟里昂類物質(zhì))參與的光化學反應破壞了南極大氣臭氧層。

但到20世紀80年代初，對這些工作的重視程度不夠，特別是1984年有人發(fā)表了用一維模式模擬30°N的大氣臭氧層受CFCs損耗的模擬結果，錯誤地認為大氣臭氧層受CFCs的損耗情況不是很嚴重，不足以引起臭氧層的長期變化。

上述三種原因盡管都能在一定范圍內(nèi)和一定程度上解釋南極臭氧洞的形成，但它們各有片面性。大氣動力學及太陽活動原因都不能解釋為什么臭氧洞只在20世紀70年代末才出現(xiàn);也不能解釋已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的全球性的大氣臭氧總量下降，以及南極平流層冬、春季低溫與臭氧總量減少的因果關系。單純的大氣化學原因能解釋以上兩個問題，卻無法說明臭氧洞只出現(xiàn)在南極的春季，也無法解釋近年來南極臭氧洞的異常變化。

1、對人類的影響

過量的太陽紫外線輻射對人類健康最直接的危害是：降低人體免疫系統(tǒng)功能.增加傳染疾病的發(fā)病率;損害眼睛(角膜和晶體)，增加白內(nèi)障患者的發(fā)病率。

據(jù)報道我國青藏高原白內(nèi)障的發(fā)病率明顯升高;靠近南極的澳大利亞皮膚癌患者大量增加。

2、對農(nóng)作物的影響

過量的紫外線照射會破壞植物綠葉中的葉綠素，影響植物的光合作用。同時還會改變細胞的遺傳基因和再生能力，使農(nóng)作物生長受到限制，質(zhì)量降低。產(chǎn)量大幅度降低。

3、對水生生物的影響

水生生物大多貼近水面生長，這些處于水生食物鏈最底部的小型浮游植物最易受到臭氧損耗的影響。從而危及整個生態(tài)系統(tǒng)。對于底層的浮游動物，紫外線輻射具有很強的穿透能力，能穿透水下20米。

過量的紫外線殺死水中的微生物、削弱浮游植物的光合作用，破壞水生生物食物鏈，引起水生生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，降低水體的自然凈化能力，導致水生生物大批死亡。

4、對城市環(huán)境的影響

平流層中臭氧濃度降低紫外輻射增強，會使近地面對流層中的臭氧濃度增加，地表的臭氧對人體和植物有很大的危害。尤其是在人口和機動車量最密集的城市中心，使光化學煙霧污染的機率增加。

光化學煙霧是城市污染新問題，它最早發(fā)生于美國的洛杉礬。主要是汽車排放的氮氧化物NOx(主要是NO和NO2)，在強烈的太陽紫外線的照射下形成的產(chǎn)物凝集成煙霧，影響空氣的可見度，刺激人的眼睛和呼吸器官。

1985年，由聯(lián)合國環(huán)境署發(fā)起21個國家的政府代表簽署了《保護臭氧層維也納公約》，首次在全球建立了共同控制臭氧層破壞的一系列原則方針。

1987年9月，36個國家和10個國際組織的140名代表和觀察員在加拿大蒙特利爾集會，通過了大氣臭氧層保護的重要歷史性文件《關于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》。

由于進一步的科學研究顯示大氣臭氧層損耗的狀況更加嚴峻，1990年通過《關于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》倫敦修正案，1992年通過了哥本哈根修正案，其中受控物質(zhì)的種類再次擴充，完全淘汰的日程也一次次提前。締約國家和地區(qū)也在增加。到目前為止。締約方已達165個之多，反映了世界各國政府對保護臭氧層工作的重視和責任。

聯(lián)合國環(huán)境署還規(guī)定從1995年起，每年的9月16日為”國際保護臭氧層日”，以增加世界人民保護臭氧層的意識。提高參與保護臭氧層行動的積極性。

我國政府和科學家們非常關心保護大氣臭氧層這一全球性的重大環(huán)境問題。我國早于1989年就加入了《保護臭氧層維也納公約》，先后積極派團參與了歷次的《保護臭氧層維也納公約》和《關于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》締約國會議，并于1991年加入了修正后的《關于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》。

我國還成立了保護臭氧層領導小組，開始編制并完成了《中國消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案》。根據(jù)這一方案，我國已于1999年7月1日凍結了氟利昂的生產(chǎn)。并將于2010年前全部停止生產(chǎn)和使用所有消耗臭氧層物質(zhì)。

即使我們?nèi)绱伺Φ貜浹a地球上空的“臭氧洞”。但由于臭氧層損耗物質(zhì)從大氣中除去十分困難.預計采用哥本哈根修正案，也要在2050年左右平流層氯原子濃度才能下降到臨界水平以下。到那時，我們上空的“臭氧洞”可望開始恢復。