臭氧空洞指的是因空氣污染物質(zhì)，特別是氧化氮和鹵化代烴等氣溶膠污染物的擴(kuò)散、侵蝕而造成大氣臭氧層被破壞和減少的現(xiàn)象。1984年，英國(guó)科學(xué)家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測(cè)站發(fā)現(xiàn)：在過(guò)去10~15年間，每到春天南極上空的臭氧濃度就會(huì)減少約30%，極地上空的中心地帶有近95%的臭氧被破壞。從地面上觀測(cè)，高空的臭氧層已極其稀薄，與周圍相比像是形成一個(gè)“洞”， “臭氧洞”由此而得名。

臭氧層的臭氧濃度減少，使得太陽(yáng)對(duì)地球表面的紫外輻射量增加，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞作用，影響人類和其他生物有機(jī)體的正常生存。

對(duì)生命的保護(hù)

大氣中的臭氧吸收了大部分對(duì)生命有破壞作用的太陽(yáng)紫外線，對(duì)地球生命形成了天然的保護(hù)作用。太陽(yáng)紫外線中波長(zhǎng)小于290納米的部分被平流層臭氧分子全部吸收，但波長(zhǎng)為290-320納米，也就是通常所說(shuō)的UV-B波段的紫外線也有90％被臭氧分子吸收，從而大大減弱了它到達(dá)地面的強(qiáng)度。如果平流層臭氧的含量減少，則地面受到的UV-B段紫外輻射的強(qiáng)度將會(huì)增加?？梢院敛豢湓诘卣f(shuō)，地球上的一切生命就像離不開(kāi)水和氧氣一樣離不開(kāi)大氣臭氧層，大氣臭氧是地球上一切生靈的保護(hù)傘。

對(duì)氣候的影響

臭氧是引起氣候變化的主要因子，同時(shí)又是重要的氧化劑，在大氣光化學(xué)過(guò)程中起著重要作用。臭氧吸收了太陽(yáng)光中的大部分的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能從而加熱大氣，也能吸收9-10微米的熱紅外線，使大氣層加熱。

正式由于臭氧的這一特性，使得地球上空15～50公里的大氣層中存在著升溫層（逆溫層），因此，臭氧對(duì)平流層的溫度結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動(dòng)起決定性的作用，而大氣的溫度結(jié)構(gòu)對(duì)于大氣的循環(huán)具有重要的影響，臭氧濃度的變化不僅影響到平流層大氣的溫度和運(yùn)動(dòng)，也影響了全球的熱平衡和全球的氣候變化。

對(duì)于臭氧空洞形成的原因，當(dāng)前有三個(gè)學(xué)說(shuō)：化學(xué)學(xué)說(shuō)、動(dòng)力學(xué)說(shuō)和太陽(yáng)活動(dòng)學(xué)說(shuō)。

化學(xué)學(xué)說(shuō)

從化學(xué)學(xué)說(shuō)的角度來(lái)講，由于人類活動(dòng)大量生產(chǎn)和使用氟利昂，并使之進(jìn)入大氣層中，大氣環(huán)流攜帶著人類活動(dòng)所排放的氟利昂，隨赤道附近的熱空氣上升，分流向兩極。由于氟利昂是一種含氯的有機(jī)化合物，當(dāng)它受到短波紫外線的照射，會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中消耗掉一部分臭氧。人為消耗臭氧層的物質(zhì)主要是：廣泛用于冰箱和空調(diào)制冷、泡沫塑料發(fā)泡、電子器件清洗的氯氟烷烴（CFxCl₄-x，又稱Freon），以及用于特殊場(chǎng)合滅火的溴氟烷烴（CFXBr₄-x，又稱Halons哈龍）等化學(xué)物質(zhì)。

消耗臭氧層的物質(zhì)，在大氣的對(duì)流層中是非常穩(wěn)定的，可以停留很長(zhǎng)時(shí)間，如CF2C12在對(duì)流層中壽命長(zhǎng)達(dá)120年左右。因此，這類物質(zhì)可以擴(kuò)散到大氣的各個(gè)部位，但是到了平流層后，就會(huì)在太陽(yáng)的紫外輻射下發(fā)生光化反應(yīng)，釋放出活性很強(qiáng)的氯離子（Cl）或溴離子，參與導(dǎo)致臭氧損耗的一系列化學(xué)反應(yīng)：

CFxCly → CFxCly-1+Cl?
Cl+O³ → ClO+O² ?
O² → 2O
ClO+O → Cl+O²

Cl與O³ 反應(yīng)的速度比NO與O³ 的反應(yīng)快6倍。反應(yīng)過(guò)程中釋放的氯可以在平流層中存在好幾年，因此一個(gè)Cl能夠消耗10萬(wàn)個(gè)O³ 。一般情況下CFCs放出一個(gè)氯離子，但是剩下的基團(tuán)可以通過(guò)與氧氣等的后續(xù)反應(yīng)，使CFCs中的全部氯都以破壞臭氧層的活動(dòng)形態(tài)放出。因此，形成臭氧空洞。

動(dòng)力學(xué)說(shuō)

另一種解釋是從動(dòng)力角度進(jìn)行的。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，在南極極夜期間，因中低緯向南極的熱量輸送效率很低，控制南極上空的極地“旋渦”內(nèi)部，形成了異常低溫環(huán)境，光照少，氧分子合成臭氧的光化學(xué)作用就會(huì)減弱。當(dāng)極夜結(jié)束，春季來(lái)臨(9月始)，太陽(yáng)重新越出地平線時(shí)，由于集中于平流層中下層的臭氧對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收，這一范圍的大氣被加熱，于是該層出現(xiàn)了上升運(yùn)動(dòng)。這一上升運(yùn)動(dòng)引起的抽吸作用，將對(duì)流層臭氧含量低的氣體帶入了平流層，替代了原來(lái)平流層臭氧含量高的氣體。這種“抽吸作用”直到11月份才逐漸減弱，此時(shí)南極上空臭氧濃度逐漸上升?？梢?jiàn)，由于南極春季的這種“抽吸作用”，導(dǎo)致了南極春季臭氧空洞的形成。

太陽(yáng)活動(dòng)說(shuō)

還有的科學(xué)家認(rèn)為，南極臭氧空洞是太陽(yáng)活動(dòng)的結(jié)果。他們根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，臭氧的總量跟太陽(yáng)黑子的活動(dòng)有明顯的關(guān)系，而極地作為地球磁極又是太陽(yáng)活動(dòng)反應(yīng)最敏感的地區(qū)，比如極光等都是出現(xiàn)在極地，隨著紫外線輻射和高能帶電粒子流的增加，使大氣中氮氧化合物的含量增加，通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，破壞了極地上空的臭氧層。

以上幾種理論均有一定的說(shuō)服力和自身的特點(diǎn)，各自也得到許多科學(xué)家的支持，但是目前我們還不能完全肯定某一種而否定另一種。

其他原因

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，核爆炸、航空器發(fā)射、超音速飛機(jī)將大量的氮氧化物注入平流層中，也會(huì)使臭氧濃度下降。

NO對(duì)臭氧層破壞作用的機(jī)理為：
O³ ＋NO→O² ＋NO² ，
O＋NO² →O² ＋NO,
總反應(yīng)式為：O＋O³ →2O² 。

根據(jù)全球總臭氧觀測(cè)的結(jié)果表明，每到春季南北極上空平流層的臭氧都會(huì)發(fā)生急劇的大規(guī)模耗損。

南極臭氧空洞惡化

1987年10月，南極上空的臭氧濃度下降到了1957-1978年間的一半，臭氧洞面積則擴(kuò)大到足以覆蓋整個(gè)歐洲大陸。從那以后，臭氧濃度下降的速度還在加快，有時(shí)甚至減少到只剩30%，臭氧洞的面積也在不斷擴(kuò)大。

1994年10月觀測(cè)到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。1995年觀測(cè)到的臭氧洞的天數(shù)是77天，到1996年幾乎南極平流層的臭氧全部被破壞，臭氧洞發(fā)生天數(shù)增加到80天。1997年，科學(xué)家進(jìn)一步觀測(cè)到臭氧洞發(fā)生的時(shí)間也在提前，1998年臭氧洞的持續(xù)時(shí)間超過(guò)100天，是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來(lái)的最長(zhǎng)記錄，而且臭氧洞的面積比1997年增大約15%，幾乎可以相當(dāng)三個(gè)澳大利亞的面積。這一跡象表明，南極臭氧空洞的損耗狀況正在惡化之中。

2011年11月，日本氣象廳發(fā)布的消息稱，2011年以來(lái)測(cè)到的南極上空臭氧層空洞面積的最大值超過(guò)去年，已相當(dāng)于過(guò)去10年的平均水平。日本氣象廳利用美國(guó)航天局的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)9月2日南極上空臭氧層空洞的面積達(dá)到今年截至目前的最大值2550萬(wàn)平方公里，是南極洲面積的約1.8倍。雖然這個(gè)數(shù)值低于2000年2960萬(wàn)平方公里的歷史最高紀(jì)錄，卻大幅超過(guò)2010年南極上空的臭氧層空洞面積2190萬(wàn)平方公里，2010年的這一數(shù)值在上世紀(jì)90年代以來(lái)的觀測(cè)值中位列倒數(shù)第三。

北極首現(xiàn)臭氧空洞

2011年10月，多國(guó)研究人員共同完成并發(fā)表在《自然》雜志網(wǎng)站上的報(bào)告稱，對(duì)2011年春天北極上空臭氧觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析顯示，確認(rèn)北極首次出現(xiàn)了類似南極上空的臭氧空洞，在18到20公里的高空臭氧減少的幅度超過(guò)了80%，可謂史無(wú)前例。 面積最大時(shí)相當(dāng)于5個(gè)德國(guó)或美國(guó)加利福尼亞州。

青藏高原臭氧總量減少

90年代初，中國(guó)北京、昆明、黑龍江、浙江、青海等地臭氧觀測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)氐某粞蹩偭坎粩鄿p少。同時(shí)青藏高原6至9月形成了大氣臭氧低值中心。拉薩地區(qū)上空臭氧總量比同緯度地區(qū)低11%，且1979年至1991年間臭氧總量平均年遞減率達(dá)0.35%。國(guó)際保護(hù)臭氧層專家警告：如果任其發(fā)展下去，世界屋脊的上空將繼南北兩極之后，出現(xiàn)世界第三個(gè)臭氧層空洞。

臭氧層中的臭氧能吸收200～300 nm的陽(yáng)光紫外線輻射，因此臭氧空洞可使陽(yáng)光中紫外輻射到地球表面的量大大增加，從而產(chǎn)生一系列嚴(yán)重的危害。

陽(yáng)光紫外線輻射能量很高的部分稱EUV，在平流層以上就被大氣中的原子和分子所吸收，從EUV到波長(zhǎng)等于290nm之間的稱為UV-C段，能被臭氧層中的臭氧分子全部吸收，波長(zhǎng)等于290～320nm的輻射段稱為紫外線B段（即B類紫外線，UV-B），也有90％能被臭氧分子吸收，從而可以大大減弱到達(dá)地面的強(qiáng)度。如果臭氧層的臭氧含量減少，則地面受到紫外線B的輻射量增大。

健康影響

B類紫外線灼傷稱為B類灼傷，這是紫外線最明顯的影響之一，學(xué)名為紅斑病。UV-B也能損耗皮膚細(xì)胞中遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌。UV-B的增加還可對(duì)眼睛造成損壞，導(dǎo)致白內(nèi)障發(fā)病率增加。UV-B也會(huì)抑制人類和動(dòng)物的免疫力，降低對(duì)一些疾病包括癌癥、過(guò)敏癥和一些傳染病的抵抗力。發(fā)育停滯等疾病也會(huì)隨著紫外線輻射量的增大而發(fā)病率。

生態(tài)影響

UV-B的增加，會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響。例如UV-B對(duì)20米深度以內(nèi)的海洋生物造成危害，會(huì)使浮游生物、幼魚(yú)、幼蟹、蝦和貝類大量死亡，會(huì)造成某些生物減少或滅絕，由于海洋中的任何生物都是海洋食物鏈中重要的組成部分，因此某些種類的減少或滅絕，會(huì)引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。B類輻射的增加也會(huì)損害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其產(chǎn)量減少，使得大氣中存留更多的二氧化碳，使溫室效應(yīng)加劇。

工業(yè)影響

UV-B還將引起用于建筑物、繪畫(huà)、包裝的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等等。另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強(qiáng)，反而會(huì)使近地面對(duì)流層中的臭氧濃度增加，尤其是在人口和機(jī)動(dòng)車量最密集的城市中心，使光化學(xué)煙霧污染的機(jī)率增加，使橡膠、塑料等有機(jī)材料加速老化，使油漆褪色等。

1976年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的報(bào)告肯定了對(duì)臭氧層被CFC破壞的假設(shè)，美國(guó)、加拿大和北歐等國(guó)開(kāi)始限制在噴霧設(shè)施中使用CFC作為分散劑。1978年，美國(guó)禁止使用CFC分散劑，但歐盟不同意，美國(guó)也仍然在冰箱制冷和干洗領(lǐng)域繼續(xù)使用CFC，不過(guò)全世界的CFC生產(chǎn)總量有所下降，到1986年回落到1976年的水平。1985年20國(guó)簽定了保護(hù)臭氧層維也納公約，1987年，43個(gè)國(guó)家簽定了蒙特利爾議定書(shū)，生產(chǎn)廠家也開(kāi)始轉(zhuǎn)產(chǎn)，因?yàn)椤皩＠麢?quán)再也不保護(hù)他們了，但同時(shí)也為他們提供了一個(gè)機(jī)遇，去尋找新的、更能贏利的替代產(chǎn)品。”1993年，杜邦公司關(guān)閉了他們的CFC生產(chǎn)廠。

蒙特利爾議定書(shū)的簽約國(guó)家約定從1993年開(kāi)始，逐漸停止使用CFC作為制冷劑，到1999年要在1986年的水平上削減50%的使用量。在1990年的倫敦會(huì)議上，決定發(fā)達(dá)國(guó)家到2000年，發(fā)展中國(guó)家到2010年，除了只有少量應(yīng)用在治療哮喘時(shí)作為吸入劑外，全面禁止使用CFC和滅火劑哈隆。1992年在哥本哈根會(huì)議上，全面禁止的日期提前到1996年，同時(shí)將禁止產(chǎn)品增加了甲基溴，一種農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的熏蒸劑，發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)該向發(fā)展中國(guó)家提供專家、技術(shù)和資金的援助。但作為例外的少量允許使用的產(chǎn)品仍然受到批評(píng)。

氟利昂可以被含氫氟氯烴（HCFC）或氫氟烴（HFC）所取代，這些產(chǎn)品雖然也會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，但不會(huì)破壞臭氧層，此外還有多種可替代產(chǎn)品。