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20.2.1: 臭氧消耗

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    臭氧消耗过程始于氟氯化碳（氯氟烃）和其他消耗臭氧层物质（ODS）排放到大气中（图\(\PageIndex{a}\)）。 CFC 分子非常稳定，它们不溶于雨水。 几年后，消耗臭氧层物质分子到达平流层，距离地球表面约10千米（图\(\PageIndex{b}\)）。 工业界使用氟氯化碳作为制冷剂、脱脂溶剂和推进剂。

    当臭氧层耗尽时，更多的紫外线辐射到达地球。
    图\(\PageIndex{a}\)：强紫外线（UV）光会分解消耗臭氧层物质（ODS）。 过程如下：（1）释放氯氟烃（CFC），（2）氟氯化碳进入平流层的臭氧层，其中含有臭氧（O 3），（3）紫外线辐射释放氯氟化碳中的氯（Cl），（4）氯破坏臭氧，（5）耗尽的臭氧允许更多的紫外线辐射穿过大气层，（6）更多的紫外线辐射会导致更多的皮肤癌。 一些消耗臭氧物质，包括氟氯化碳、氢氯氟烃（HCFC）、四氯化碳和甲基氯仿，会释放氯原子。 其他消耗臭氧物质，包括哈龙和甲基溴，会释放出溴 (Br) 原子。 真正破坏臭氧的是这些原子，而不是完整的消耗臭氧层物质分子。 据估计，一个氯原子在从平流层中移除之前可以摧毁超过100,000个臭氧分子。 来源：美国宇航局 GSFC。
    大气层：对流层、平流层、中间层和热层
    图\(\PageIndex{b}\)：大气层。地层最接近地球表面（0-12 km）。 接下来是平流层（12-50 千米）、中间层（50-80 千米）和热层（80 千米以上）。 未显示最外层（外层）。 对流@@ 层的地面臭氧是一种空气污染，但平流层中的臭氧层有助于过滤紫外线。 图片由 GFDL（CC-BY-SA）提供。

    臭氧（O 3）在自然循环中不断产生和破坏，如图所示\(\PageIndex{c}\)。 但是，臭氧的总量基本稳定。 这种平衡可以看作是溪流在特定位置的深度。 尽管单个水分子正在越过观察者，但总深度保持不变。 同样，在臭氧产生和破坏平衡的同时，臭氧水平保持稳定。 这种情况一直持续到过去几十年。 但是，平流层消耗臭氧层物质的大量增加打破了这种平衡。 实际上，它们去除臭氧的速度超过了自然臭氧产生反应所能跟上的速度。 因此，臭氧水平下降。

    臭氧 (O3) 相互转化为气态氧 (O2) 和大气中孤立的氧原子 (O)
    图\(\PageIndex{c}\)：由于臭氧（O 3）会过滤掉有害的紫外线辐射（UVB），因此臭氧越少意味着地表的 UVB 水平越高。 消耗越多，传入的 UVB 的增加量就越大。 UVB 与皮肤癌、白内障、塑料等材料的损伤以及对某些农作物和海洋生物的危害有关。 尽管有些UVB即使没有消耗臭氧也能到达地表，但其有害影响将因这个问题而增加。 臭氧层过滤紫外线辐射的过程如下：（1）气态氧分子（O 2）被光解（分裂），产生两个氧原子。 这是一个缓慢的过程。（2）随着太阳紫外线将O 3 分解为 O 2 和单个氧原子（O），臭氧和氧原子不断相互转换。 氧原子 (O) 与另一个 O 2 分子反应形成 O 3。 这种相互转换是一个快速的过程，它将紫外线辐射转化为热能，加热平流层。（3）臭氧因氧原子或臭氧分子相互反应或氯气等其他微量气体的反应而流失。 这是一个缓慢的过程。

    减少臭氧破坏的政策

    减少有害大气污染物的一个成功案例涉及破坏臭氧的化学物质。 1973年，科学家计算出，氟氯化碳可能到达平流层并分解。 这将释放氯原子，然后破坏臭氧。 仅根据他们的计算，美国和大多数斯堪的纳维亚国家在1978年禁止在喷雾罐中使用氟氯化碳。 在采取更多措施减少破坏臭氧的化学物质的产量之前，需要进一步确认氟氯化碳会分解臭氧。 1985年，英国南极调查局的成员报告说，在前三个泉水中，发现南极上空的臭氧层减少了50％。

    英国南极调查报告发布两年后，《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》获得了世界各国的批准。 《蒙特利尔议定书》控制了96种破坏臭氧层的化学品的生产和消费。 自1995年以来，氯氟化碳大部分已被逐步淘汰，尽管在2010年之前它们一直在发展中国家使用。 一些危害较小的物质要到2030年才能逐步淘汰。 《议定书》还要求较富裕的国家捐款开发取代这些化学品的技术。

    由于氟氯化碳需要很多年才能到达平流层，并且可以在那里存活很长时间才能分解，因此在氟氯化碳排放减少之后，臭氧洞并没有立即消失；但是，它一直在缩小（图\(\PageIndex{d}\)）。

    臭氧洞，由环绕地球的绿色层中的深紫色间隙表示。
    图\(\PageIndex{d}\)：每年九月和十月南半球春季出现的南极臭氧洞的臭氧水平通常比北极低得多。 紫色和深蓝色显示了2018年10月12日臭氧水平低的程度，当时它们降至104个多布森单位。 图片和说明由美国宇航局戈达德太空飞行中心（公共领域）提供。

    互动元素

    由于氟氯化碳排放量的减少，臭氧空洞正在缩小。 你可以在这里阅读更多。

    臭氧层消耗对健康和环境的影响

    紫外线有三种类型：UVA、UVB 和 UVC。 平流层臭氧水平的降低将导致到达地球表面的UVB水平升高。 太阳的UVB输出不会改变；相反，更少的臭氧意味着更少的保护，因此更多的UVB到达地球。 研究表明，在南极，在一年一度的臭氧洞中，在地表测得的UVB量可能会翻一番。

    实验室和流行病学研究表明，UVB 会导致非黑色素瘤皮肤癌，并在恶性黑色素瘤的发育中起着重要作用。 此外，UVB 与白内障有关，白内障是眼睛晶状体的混浊。 所有阳光都含有一些 UVB，即使平流层臭氧水平正常。 因此，保护皮肤和眼睛免受阳光照射始终很重要。 臭氧层消耗会增加 UVB 的含量和对健康造成影响的风险。

    UVB 通常对细胞有害，因此对所有生物都有害。 UVB 无法渗透到生物体很远的地方，因此往往只影响皮肤细胞。 但是，像细菌这样的微生物仅由一个细胞组成，因此可能受到 UVB 的伤害，

    归因

    由 Melissa Ha 改编自臭氧消耗来自 环境生物学作者：马修 ·R· 费舍尔（获得 CC-BY 许可）