Environment 版 (精华区)

发信人: wangcx (灌水无罪), 信区: Environment
标  题: 臭氧层保护常识
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年07月08日15:48:08 星期二), 站内信件

什么是臭氧层？ 

我们所居住的地球周围。环绕着一层大气。这层大气的主要成分是氮和氧，约占99%以上。
此外，还有少量的氩、二氧化碳、水汽和臭氧(O3)等等。虽然大气中二氧化碳、水汽和臭
氧含量很少，但对整個地球气候的变化却影响很大。 

包围地球的大气，其特性会随高度不同而有许多变化，科学家便依照气温梯度，来划分大
气的垂直结构。最接近地表的是「对流层」，其次为「平流层」、「中气层」和「热气层
」。热气层是大气的最外圈，大气愈向外愈稀薄，並沒有一条明显的界限。由于大气是受
地球重力吸引而环绕在地球四周，因此离地表越近，空气密度越高，大约90%的空气都聚集
在离地表30公里的范围之内；到了离地100公里处，大气密度已不及海平面的百万分之一，
所以若与地球半径约6370公里相比，大气的确只有薄薄一层而已。 

平流层的位置大约在离地10-50公里处，但大气中的臭氧绝大部分都集中在离地面大约25-3
0公里的平流层中，称为「臭氧层」。名虽为层，但实际上臭氧分布各地並不均匀，而且大
气中臭氧的总含量非常少，尚不到1ppm。这极薄的一层臭氧，对于地球上的生命非常重要
，因为臭氧能吸收阳光中的紫外线，将这些波长很短，而且有致命危险的辐射线，转換成
热能，只有极少量能到达地表。紫外线会破坏包括DNA在内的生物分子，增加患皮肤癌、白
内障的机率，而且和许多免疫系統疾病有关。此外，紫外线对于农作物，甚至海洋生态系
都会造成负面影响。然而這层重要的臭氧已经受到严重破坏，而且清形一年比一年恶化。 

臭氧层的作用 

臭氧层吸收大部分来自太阳有害的紫外线。臭氧层象是一层保护屏，完全挡住了致命的UV-
C射线。正如我们所知，臭氧层对所有生物是非常重要的。消耗臭氧层则让更多的紫外线到
达地球，而更多的紫外线意味着将造成更多的黑瘤和非黑瘤皮肤癌，更多的白内障疾病，
免疫系统能力的下降，农作物产量的下降，海洋生态系统的破坏，渔业产量的下降，对动
物产生副面影响，对塑料制品产生更多的破坏。 

科学家对破坏臭氧层的关注始于1970年。研究表明，CFCs在大气中分裂并释放出破坏臭氧
层的氯原子，哈龙物质释放出来的溴原子也对臭氧层造成同样的破坏。 

1976年，联合国环境署（UNEP）理事会第一次讨论了臭氧层破坏问题。在UNEP和世界气象
组织（WMO）设立臭氧层协调委员会（CCOL）,定期评估臭氧层破坏。1977年召开了臭氧层
专家会议。1981年开始就淘汰破坏臭氧层物质的国际协议进行政府间的内部讨论，并于198
5年3月制定了《保护臭氧层维也纳公约》。 

什么是ODS？ 
许多科学研究证明，工业上大量生产和使用的全氯氟烃、全溴氟烃等物质，当它们被释放
并上升到平流层时，受到强烈的太阳紫外线UV-C的照射，分解出Cl.自由基和Br.自由基，
这些自由基很快地与臭氧进行连锁反应，每一个Cl.自由基可以摧毁10万个臭氧分子。人们
把这些破坏大气臭氧层的物质称为"消耗臭氧层物质"，因其英文名称为Ozone Depleting 
Substances，取其英文名称字头组成缩写，简称ODS。 

目前，认为ODS包括下列物质：CFCs、哈龙(Halon)、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷等。 

什么是CFCs？ 

工业上大量生产和使用的氯氟烃是破坏臭氧层的物质，根据氯氟烃的英文名称Chloro-fluo
ron-carbon，取其字头组成缩写CFC， 用CFC代码作为氯氟烃的统称。 

在CFC后标以化合物代码，可以代表不同的氯氟烃，如CFC-12代表二氯二氟甲烷，CFC-113
代表1，1，2-三氯-1，2，2-三氟乙烷等。 

氯氟烃的命名法是其后面以代码表示不同的化学物质（或组成）。编码原则是用三位数组
成代码，个位数表示分子中氟原子的个数、十位数表示分子中的氢原子的个数加1，百位数
表示分子中的碳原子的个位数减1。按此原则，三氯一氟甲烷（分子式为CCl3F）的代码百
位数为0、十位数为1、个位数为1，写为CFC -11；二氯二氟甲烷（分子式为）的代码百位
数为0、十位数为1、个位数为2，写为CFC-12。几种重要的CFC物质如下表： 

代码 化学式 化学名称 
CFC-11 CCl3F 三氯一氟甲烷 
CFC-12 CCl2F2 二氯二氟甲烷 
CFC-13 CClF3 一氯三氟甲烷 
CFC-113 CCl2FCClF2 三氯三氟乙烷 
CFC-114 CClF2CClF2 二氯四氟乙烷 
CFC-115 CClF2CF3 一氯五氟乙烷 



以上物质由于与碳相连的氢原子完全被氯和氟取代，所以又叫全氯氟烃。 

CFCs对臭氧层的破坏作用 

罪魁祸首CFCs 
早在公元1896年，科学家就已经发现，燃烧煤所产生的二氧化碳，会升高地球表面的温度
；比较之下，人类对大气臭氧层遭到破坏的问題，就显得非常后知后觉，以至于今天南极
臭气洞一年比一年扩大，而且速度之快，几乎令科学家们们措手不及。 

人类直到1970年代初期，才开始警觉有许多人为因素会破坏大气中的臭氧。当时许多科学
家和环保人士担心，新兴的「超音速航空器」(supersonic trnsport, SST)在平流层飞行
时，所排出的氮氧化物(NOx)、硫化物和大量的水汽，对高层大气层会造成不利影响。1971
年，加州大学柏克莱分析的物理化学家Harold Johnston提出警告：超音速航空器将严重破
坏臭氧层。 

但在1972年，美国航空太空总署(NASA)发表声明，坦承太空梭的「固体燃料火箭推进引擎
」(solid rocket booster, SR会将「氯」直接排入平流层而威及臭氧。过去科学家直认为
火山爆发是平流层中氯的唯一来源，而且由于喷发量小，所以被视为可以合理忽理忽略。N
ASA此举，使科学界从此将注意的焦点，从超音速航空器和NOx，转移到氯上。 

1972年7月，NASA正式公布太空梭的环境影响评估报告书，其中虽然提到太空梭会沿着轨道
排出大量的氯化氢(HC1)废气，但卻认为对环境影响不大。 

NASA随后又委托两位西根大学的教授，史托斯基(Richard S. Stolarski)和塞西隆(Ralph 
J.Cicerone)，对这份报告续作检讨。他們两人在1973年春，向NASA提出結论完全不同于评
估书的报告：太空梭所排出的氯，将严重破坏平流层臭氧。 

但真正使臭氧问题「国际化」的关键，则应该算是两位加州大学U.C.Irvine的化学家─Mar
io J. Molina和F. Sherwood Rowland，杂志上的一篇文章。他们两人在文章中明白指出：
完全由人工合成的「氟氯碳化物」(CFCs)，由于工业上应用范围广泛，所以在过去的50年
间，排放在大气中的量已经相当可观，而且它非常安定，生命期长达40~150年，因此会在
大气中不断累积，最后将上升至平流层，在这里因受紫外线照射而分解产生氯原子，活泼
的氯原子会与臭氧反应，使臭氧分解消失。他们强调，平流层所能接纳的氯相当有限，而
且即使大幅降低CFCs的使用量，大气也需要一段相当长的時间才能減緩臭氧的分解。 

CFCs对臭氧的威胁，很快就引起大众传播媒体的重视。先是《纽约时报》，再是《时代》
杂志，都对CFCs破坏臭氧层的消息做大篇幅的报导。原本是工业宠儿的CFCs，现在已成为
罪恶昭彰的臭氧杀手。 

CFCs性质安定不易分解 
氟氯碳化物(CFCs)，顾名思义，即是含有氟(F)、氯(Cl)、碳(C)的化合物。CFCs的应用范
围极为广泛，可作为汽车和冰箱等冷冻空调的冷媒、電子和光学元件的清洗溶剂、化粧品
等喷雾剂，以及PU、PS、PE的发泡剂等等。 

从1930年代合成初期开始，CFCs在全球各工业国家的使用量便不断增加，主要因为CFCs的
化学性质非常安定，不可燃且无毒性，故过去一直被认为安全又理想的化学物质，厂商大
量制造，使用者也任其扩散至大气中。 

工业界习惯上以CFC-xyz或CFC-xyz来表示不同化学级成的氟氯碳化物。其中x为碳原子数目
減1，y为氢原子数目加1，z表氟原子数目。例如目前工业上常用的CFC-11(CCl3F)、CFC-12
(CCl2F2)，以及CFC-113(CCl2FCClF3)等。 

CFCs的性质非常安定，一旦被释入大气，除非行光分解反应，否则会不断累积在对流层中
。在CFCs未受管制之前，全世界每年都要排放大约100万吨以上的CFCs，而这些管制前就被
排放到大气中，总量约在2000万吨的CFCs，目前大部分仍留存在对流层中。 

由于世界各主要工业国家多位北半球，因此北半球大气中CFCs的平均浓度较南半球为高。C
FCs逸出后会在大气中迅速扩散，但南北两半球的大气，要穿越赤道完全混合，需時约2年
。北半球大气中CFCs的平均年增率为4-5%，而南半球CFCs的平均浓度则较北半球约低8-10%
，故南半球的CFCs大约也刚好是以落后北半球2年的时间，而以相同的速率在增加中。 

积存在对流层的大量CFCs，会随着大气运动进入对流层。对流层的最上部是「对流层顶」(
Tropopause)，对流层顶的高度各地並不相同，会因季节和纬度而異，以在赤道附近最高，
约达公里；在高纬而異，以在赤道附近最高，约达8公里；在高纬度的两极，则只有约8公
里，而且夏季比冬季略高。由于各地对流层高度不同，在纬度30度左右的副热带地区，会
产生不连续的现象，「对流层顶缺口」。在这个缺口处，上下层空气混合非常強烈，CFCs
等物质便因而趁隙进入平流层。 

平流层中的臭氧反应 
CFCs所以会对臭氧层造成如此严重的伤害，主要关鍵就在其所含的「氯」(Cl)。科学家估
计，由CFCs所释出的1个氯原子，只要数个月的時间，就能使大约10万个臭氧分子消失。 
在正常状況下，平流层中的臭氧分子，是处于一种动态平衡的状态。高层大气中的氧分子(
O2)吸收紫外线，分解成活泼的氧原子(O)： 
　　O2+hv→O+O 
氧原子再与邻近的氧分子反应生成臭氧： 
　　O+O2→O3 
臭氧也会因受強烈紫外线照射而分解，生成氧原子和氧分，或是与活泼的氧原子作用形成
氧分子： 
　　O3+hv→O2+O 
　　O3+O→O2+O2 
臭氧就在這些反应中不断生成与分解，维持着微妙但脆弱的平衡。 
　　氯则会破坏这种平衡。CFCs在平流层受強烈紫外线照射而分解产生氯，氯会与臭氧反
应，生成氧化氯自由基(ClO)： 
　　Cl+O3→ClO+O2 
带有自由基的ClO非常活泼，若与同样活泼的氧原子反应，便生成氯和较安定的氧分子： 
　　ClO+O→Cl+O2 
　　而这个被释出的氯，又可以再与臭氧反应，因此氯一方面能够不断消耗臭氧，另一方
面卻又能在反应中再生。 
但过去有些研究认为CFCs对臭氧的破坏有限，那是因为氯和ClO也会和大气中的其他成分作
用，而生成不会破坏臭氧的化合物。其中氯会与甲烷(CH4)作用生成氢氯酸(HCl)，ClO则会
与二氧化氮(NO2)作用，生成硝酸氯(ClONO2)。HCl和ClONO2被称为「氯貯存物质」(chlori
ne reservoirs)，因为它们本身不会与臭氧反应，但在某些状況下却可以释出能破坏臭氧
的氯。 
既然氯会形成不破坏臭氧的「氯貯在物质」，为什么还会有臭氧洞？而且CFCs主要是由北
半球工业国家所排出，在北半球大气中的CFCs浓度也高于南半球，那么为什么至今最大的
臭氧洞是出現在南极而不是在其他地方？ 
显然南极特殊的地理环境和气候状況，与臭氧洞的形成有密切关系。 

多边基金 

臭氧层破坏是当今全球环境问题之一。为解决此问题，国际社会在联合国环境规划署的协
调下，于1985年签署了《保护臭氧层维也纳公约》，并于1987年，制定了《关于消耗臭氧
层物质的蒙特利尔议定书》（以下称《议定书》）。中国政府1991年签署并批准了《议定
书》伦敦修正案，正式参与国际保护臭氧层合作。目前，《议定书》缔约方已达到168个，
《议定书》已被许多国际组织和国家认为是际合作解决全球环境成功典范。 

多边基金是《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》框架下为帮助发展中国家履约而设
立的新的、额外基金，由发达国家捐款。用于支付淘汰活动的增加费用。多边基金于1993
年正式开始运行，至1999年已向超过100个发展中国家发放了12亿美元的赠款，以支持发展
中国家转向彩对臭氧层无害的替代品/替代技术。多边基金1997-1999年的预算为5.4亿美元
。在1999年的第11次缔约方大会上，将讨论并决定2000-2002年三年的多边基金增资规模。
 

多边基金有四个国际执行机构，即联合国开发计划署（UNDP）、联合国环境规划署（UNEP
）、联合国工业与发展组织（UNIDO）和世界银行。他们负责帮助发展中国家开发、准备、
申报和实施项目。 

 

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