今天是国际臭氧层保护日，联合国专家组在2023年1月9日发布最新评估报告：如果当前政策保持不变，预计南极上空的臭氧层将于2066年恢复健康，世界其他地区上空的臭氧层将于2040年恢复。

本次报告证实，逐步淘汰将近99%的禁用消耗臭氧层物质已成功地保护了臭氧层，使平流层上层的臭氧层显著恢复。

很多人看到这里可能会一头雾水：什么被破坏了？怎么又被修好了？

近二三十年的时间里，很少再有媒体继续关注臭氧空洞问题，但在二三十年前，臭氧层空洞却是如今天的全球气候问题一样，被人们广泛关注与谈论。那么，什么是臭氧层？我们为什么要保护它？

01太阳很可爱，但强烈的紫外线很可怕！

我们都知道，太阳是地球上光和热的源泉。太阳以辐射的方式不断地把巨大的能量传送到地球上来，哺育着万物的生长，创造了丰富多彩、生机勃勃的世界。太阳辐射的波长范围分为紫外光区（100-400nm)、红外光区(>700nm)和介于二者之间的可见光区(见图1)。

图1 太阳辐射的光谱

一提到紫外线，大家的脑海里就会冒出杀菌。紫外线为什么杀菌？这是因为紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构，造成细胞死亡。

科学家们发现，过度暴露在紫外线辐射下还可能会导致人类患上皮肤癌、白内障、免疫系统疾病等。2011年4月13日，世界卫生组织将紫外线辐射归类为1级致癌物。

02地球生命的保护伞——大气臭氧层

地球的大气层从地面到太空，如图2被科学家们划分为了5层：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。

平流层集中了大气中大部分臭氧（O3），并在20-26 Km高度上达到最大值，形成臭氧层。臭氧层能强烈吸收波长为200～300 nm的太阳紫外线，保护了地球上的生命免受紫外线伤害。

图2 从地球表面至110Km处的大气垂直结构（引自百度）

据古生物学家考证，在地球形成初期的大气主要由氮、氢、甲烷、氨、硫化氢等还原性气体和少量水蒸气构成。含有高能紫外线的阳光直达地球表面，生物都经受不住紫外线的杀伤，只能深藏于海湖水面之下。

幸运的是，大约6亿年前，在多种光化学反应的综合作用下，形成了人类和万物生存所必需的相对稳定的臭氧层，正是臭氧层能够吸收绝大部分的紫外线，才使得地球上生命多样性开始爆发性增加，才有了我们今天的繁荣。

03为什么臭氧层可以吸收紫外线？

臭氧（O3）与氧气（O2)都是仅由氧原子构成的单质，可谓同根同源，只是臭氧是由3个氧原子组成，闻起来有一股“鱼腥”味。

如图3所示，当氧气聚集在大气平流层后，因为紫外线照射强烈，紫外线携带的强大能量将氧气光解成为两个氧原子，氧原子又与没有光解的氧气合并成为臭氧分子，这些臭氧汇聚在平流层的顶端成为一个薄薄的气层，这就是臭氧层。这些臭氧分子不稳定，又被紫外线分解为氧气与氧原子，不断往复。

臭氧层强烈吸收阳光中对人类和生物危害很大的波长295nm以下的短波紫外光，以及大部分对生物有一定危害的波长λ=280~320nm的中波紫外光（UV-B），从而形成了地球生命的保护伞。

图3  吸收紫外光形成臭氧

04我们的生命保护伞“破”了

1985年左右，世界气象组织（WMO）观测发现每年8月下旬到10月上旬，在南极上空的臭氧层都会出现空洞。卫星观测表明，1998 年臭氧空洞面积又比1997 年增大约 15%，几乎相当于三个澳大利亚的面积。科学家们发现空洞面积逐年增加，甚至扩大到南美洲大陆；后来，在北极、欧洲等地也发现了臭氧层的严重破损，这一现象引起了全世界的极大关注。一旦臭氧层破坏，无法吸收大量紫外线，无论对于植物还是动物来讲都会是一场生态灾难。

科学家们发现，人类自20世纪以来广泛使用的制冷剂氟里昂、发泡剂和灭火剂等是破坏臭氧层的主要元凶。但真凶不是“氟利昂”中的氟，而是“氟利昂”在强烈紫外线作用下分解出的氯离子。当氟利昂等物质在大气环流的作用下从地面最终进入平流层，在紫外线照射下分解出来的氯、溴等原子，抢夺臭氧中氧原子，发生图4所示的循环反应，导致氧气和氧分子的比例变高，臭氧分子的比例变低，造成了臭氧层空洞的逐年扩大。

图4  氯原子与臭氧的循环反应

05保护家园，共同补天

自从臭氧层空洞被发现以来，我们就对这个问题极度关注，毕竟这是真正能够切身影响到我们生死存亡的问题。国际社会1985年制定了《保护臭氧层维也纳公约》，1987年，许多国家签署了《蒙特利尔议定书》，规定各签约国分阶段停止生产和使用氟里昂与哈龙制冷剂。1995年1月23日联合国大会又通过决议，规定每年9月16日为《国际保护臭氧层日》。

多年来，科学家一直致力于开发绿色环保型的制冷剂和发泡剂，主要代系和产品见表1。第三代的臭氧消耗潜能值（ODP）已经全是零了，也就是说对臭氧层无影响，但他们全球变暖潜能值（GWP）还很高。第四代制冷剂的GWP已经小于1了。

表1 制冷剂主要产品分类

我们完全可以相信，经过国际社会和我们每个人的共同努力，人类将逐步修复正在被破坏的地球保护伞——臭氧层，使我们的地球家园更加并永远美好！

撰稿：北京联合大学  张传钊  副教授     

排版：蝌蚪五线谱