臭氧洞的形成原因
其實，早在70年代初許多科學(xué)家就已經(jīng)認(rèn)識到超音速飛機(jī)充斥天空，它們排放出來的氮氧化物和水汽會污染高空大氣，產(chǎn)生有害影響。實驗室研究也證明這兩種氣體都能破壞臭氧分子，即把臭氧分子變?yōu)槠胀ㄑ醴肿�。德國氣象學(xué)家保羅·克魯森是指出自然界中氮氧化物可能破壞臭氧層的第一人。
到了1974年美國的舍伍德·羅蘭德和馬里奧·莫利納研究證明，人類制造的氯氟烴才是破壞地球大氣臭氧層的主要罪魁禍?zhǔn)�。正是由于他們的科學(xué)預(yù)言，提醒了世人，使得后來締結(jié)了限制和停止生產(chǎn)氯氟烴類化合物的國際協(xié)定。因此他們?nèi)还餐@得了1995年度的諾貝爾化學(xué)獎。
氯氟烴是本世紀(jì)30年代由美國杜邦公司發(fā)明的一族人造化學(xué)制品。它們性能穩(wěn)定，不燃燒，無毒，無腐蝕性，價格又便宜，因此在許多工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用作發(fā)泡、致冷、噴霧、殺蟲、滅火、清洗、消毒和有機(jī)溶劑。世界年產(chǎn)量由30年代初的3000噸迅速上升到1989年的160萬噸。不過，正是由于它們性質(zhì)穩(wěn)定，它的氣體狀態(tài)在大氣中可以存在100年甚至更長。這樣日積月累，對大氣臭氧層的破壞也就越來越嚴(yán)重。
氯氟烴破壞高空臭氧層的具體過程是，它在高空強(qiáng)烈紫外線照射下，氯原子被光解釋放出來。自由的氯原子從臭氧分子中奪取一個氧原子。臭氧分子失去一個氧原子后變成一個普通氧分子。而一氧化氯分子是很不穩(wěn)定的，空中游離的氧原子可以從一氧化氯分子中奪取氧原子而變成普通氧分子。而同時氯原子又再次游離出來，去重復(fù)上述過程，破壞第二個臭氧分子。這種過程可以重復(fù)上萬次。這就是問題嚴(yán)重性所在。早在1974年科學(xué)家就曾預(yù)言，如果氯氟烴生產(chǎn)仍以每年22％的速度增加，并最終完全釋放到大氣中，那么到1995年全球臭氧總量將下降5％。后來的衛(wèi)星和地面觀測資料都證實了這個預(yù)言。為了研究臭氧洞的成因，國際上在1987年（因為這年的臭氧洞比前些年都大）組織了一個大規(guī)模的研究計劃--南極臭氧空中實驗。飛機(jī)曾多次進(jìn)入臭氧洞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)臭氧洞內(nèi)氯的含量比預(yù)期數(shù)量還要高出20-50倍之多。這個事實為氯氟烴破壞臭氧層的理論提供了直接依據(jù)。
那么為什么臭氧洞只出現(xiàn)在南極，或者說為什么南極的臭氧量下降得特別多呢？
原來，在冬季半年里，南極上空有一個深厚的渦旋，氣流沿著南極高原作順時針旋轉(zhuǎn)，把南極大陸封閉起來。從赤道來的富含臭氧的氣流進(jìn)不了南極上空。而在旋渦中上升的空氣，因為上升過程中氣溫下降的速度要比實際大氣中溫度隨高度分布的速度快得多。加上南極高原本來就海拔高氣溫低，因而形成極低的低溫環(huán)境。臭氧層所在的20公里高度上氣溫常常在－80℃以下（比北極要低得多）。南極大氣渦旋中的空氣上升過程中還會生成大量的冰晶云，云中的冰晶不斷吸收氯氟烴氣體，濃度越來越高。一旦南極春季（9月）來臨，極夜結(jié)束，陽光照射下冰晶云升溫，氯氟烴氣體迅速釋放。而氯氟烴分子在紫外線照射下開始釋放氯原子……上面講過的臭氧層受到破壞的過程立即開始，臭氧層因大量損耗臭氧而出現(xiàn)臭氧洞。一旦春末南極旋渦殘缺或破壞消失，大量富含臭氧的赤道南下的新鮮空氣進(jìn)入南極上空，臭氧洞于是便又匆匆消失。
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