臭氧层空洞及其形成原因知识讲解
臭氧层空洞(Ozone depletion)概要
1985年3月，21个国家的政府代表 在奥地利首都维也纳签署了《关于保护 臭氧层的维也纳公约》，标志着保护臭 氧层国际统一行动的开始。 为了能够真正对氟利昂等臭氧层损耗物 质的生产、使用实际国际控制，1987年 9月16日，24个国家在加拿大蒙特利尔 市签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特 利尔议定书》。
1995年1月23日，联合国大会通过决议，确定从 1995年开始，每年的9月16日为“国际保护臭氧层 日”。 联合国环境规划署自1976年起陆续召开了各种 国际会议，通过了一系列保护臭氧层的决议。尤其 在1985年发现了在南极周围臭氧层明显变薄，即所 谓的“南极臭氧洞”问题之后，国际上保护臭氧层 以及保护人类子孙后代的呼声更加高涨。
它们破坏臭氧的能力称为“臭氧耗减潜能 值”[ Ozone Depleting Potential (ODP)]
消耗臭氧物质（ODS）及臭氧耗减 潜能值（ODP）
ODP 全氯氟烃Chlorofluorocarbons (CFCs) 哈龙 Halon 四氯化碳 甲基氯仿 含氢氯氟烃 溴氯甲烷 甲基溴 Carbon tetrachloride (CTC) Methyl chloroform (TCA) Hydrofluorocarbons (HCFCs) Bromochloromethane Methyl Bromide (MBr) 0.6-1.0 3.0-10.0 1.1 0.1 0.001-0.11 0.12 0.6
南极臭氧空洞是指在南极地区出现的臭氧总 量低于全球平均值30-40%的闭合低值区（通 常这个值为220多布森单位）。这个闭合低值 区常被人们称作南极臭氧洞。
随后的几年里臭氧洞的面积不断 扩大，洞内的臭氧含量不断降低。 进入20世纪90年代以来，南极臭 氧洞继续发展，臭氧洞的最大面 积已由80年代末的2000万平方公 里左右扩展到目前的大约2900万 平方公里。
【高中地理】2021年高考地理复习：臭氧层空洞
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2021年高考将于6月7日、8日举行，整理了22个
高考
地理基础知识，希望对考生朋友有所帮助!
臭氧空洞
⒈产生原理：氯氟烃等气体在低空不易分解，上升到平流层，破坏臭氧，使臭氧层变
薄或出现空洞(臭氧含量低于200du，du为多布森单位)
2.臭氧层破坏对地球环境和生物的影响：
使到达地面的太阳紫外线辐射增强：一方面直接危害人体健康，另一方面对生态环境
和农林牧渔造成破坏
3.南极的臭氧含量在9月至11月（中国秋季）最低
⒋近十多年来，青藏高原上空也出现了臭氧低谷(约比同纬度地区低11%左右)，对青
藏高原自然环境可能造成的影响有：a.大部分地区气温有所上升b.大部分地区降水有所增加
c、山区雪线上升，冰川融化量增加，河流水位飙升。
藏羚羊、野牦牛等动物的分布
区域发生了显著变化
⒌氯氟烃等气体主要源于北半球，却对南极上空臭氧层造成严重破坏，引起这些物质
迁移的原因是：通过大气环流输送到南极上空
⒍ 措施：减少并逐步禁止氟氯烃等消耗臭氧层物质的排放，积极开发新型制冷系统。
臭氧层为什么会出现空洞
臭氧层为什么会出现空洞臭氧层空洞是现在很受人重视的问题之一，那么你知道为什么臭氧层会出现空洞呢?小编就和大家分享臭氧层出现空洞的原因，来欣赏一下吧。
臭氧层出现空洞的原因氟利昂的广泛运用造成了臭氧层空洞。
臭氧是一种有特殊臭味的气体，由三个氧原子组成。
所谓臭氧层，主要是指离地面15-50公里的大气平流层中比较集中的臭氧。
即使在那里，臭氧的浓度也只有10ppm( 即百万分之十)。
倘若将这些臭氧全部集中起来覆盖在地球上空，仅有3毫米厚。
可就是这么稀薄的一层臭氧，就吸收了太阳辐射到地球的99%的紫外线，从而保护了人类和其它生物免遭过量紫外线的灼伤。
如今，这宝贵的臭氧层正遭到严重破坏。
“元凶”是谁?是氯氟烃(CFC)，也就是人们所说的氟利昂。
在现代社会的生产与生活中，氟利昂被广泛地用作电冰箱的制冷剂，用作泡沫塑料的发泡剂，用作电子元件和精密仪器的清洗剂，用作药剂和美发的喷雾剂等。
氟利昂的化学性质非常稳定，被排放之后绝大部分都积存在空气中，然后慢慢地飘浮到高空的平流层，在那里经过光解分离出氯原子，而氯原子正是残害臭氧的“杀手”——1个氯原子在连锁反应中可以破坏10万个臭氧分子!臭氧层空洞危害1.农产品减产及其品质下降。
试验200种作物对紫外线辐射增加的敏感性，结果2/3有影响，尤其是大米、小麦、棉花、大豆、水果和洋白菜等人类经常食用的作物。
估计臭氧减少1%，大豆减产1%。
2.减少渔业产量。
紫外线辐射可杀死10米水深内的单细胞海洋浮游生物。
实验表明，臭氧减少10%，紫外线辐射增加20%，将会在15天内杀死所有生活在10米水深内的鳗鱼幼鱼。
3.破坏森林。
据研究，臭氧减少影响人类健康及生态系统的主要机制是紫外线辐射的增加会破坏核糖核酸(DNA)，以改变遗传信息及破坏蛋白质。
除了影响人类健康和生态外，因臭氧减少而造成的紫外辐射增多还会造成对工业生产的影响，如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。
臭氧层空洞对人类的影响高能量的紫外线(波长为315–280纳米)可以导致皮肤癌，另外低层大气(对流层)臭氧增加也会对人类健康产生危害。
南极臭氧空洞
南极臭氧空洞【一】臭氧洞是怎么回事？大气中的臭氧是阳光中的紫外线作用于氧分子，氧分子分解成氧原子，氧原子和氧分子结合形成臭氧。
臭氧大部分存在于平流层10～50千米高度，其最大密度在20千米高度左右。
臭氧的总含量还不到地球大气分子数的100万分之一，如果把大气中的臭氧集中在海平面的高度，它只有大约3毫米的厚度。
太阳光中含有一种叫紫外线，公认为皮肤癌和白内障的元凶。
由于臭氧能吸收太阳光中的紫外线，因此保护地球上生物免受灭顶之灾。
英国南极考察科学家于1985年报道发现南极上空的臭氧空洞。
每年的8月下旬至9月下旬，在20千米高度的南极大陆上空，臭氧总量开始减少，10月初出现最大空洞，面积达2000多万平方千米，覆盖整个南极大陆及南美的南端，11月份臭氧才重新增加，空洞消失。
其实，所谓臭氧空洞，并不是说整个臭氧层消失了，只不过是大气中的臭氧含量减小到一定程度而已。
【二】臭氧洞是怎么形成的？研究说明，人类的活动，特别是大量使用作为制冷剂和雾化剂的氟利昂，是产生南极臭氧洞的重要原因。
人类在生产和生活中泄漏到大气中的氟利昂在高层大气中经紫外线分解成氯原子，氯原子使臭氧产生了分解。
在南极上空20千米的高度，因温度非常低，易生成冰晶云，这种云加剧了氯的催化作用，使大量的臭氧被分解。
南极封闭的大气环流系统使得被分解的臭氧得不到补充。
所以，大气中的化学反应和大气运动相辅相成，紧密相关，在南极上空形成臭氧空洞。
【三】臭氧洞有什么危害？简单说来，臭氧洞的危害是，透过臭氧洞的强烈紫外线对人和生物有杀伤作用。
在医院和实验室里，人们常用紫外线光消毒，杀死细菌和病毒，就是这个道理。
在阳光下曝晒，人的皮肤会变黑，也是这个道理。
不过，在通常情况下，来自阳光的紫外线是比较弱的，不足以对人起伤害作用。
在自然界里，太阳光的紫外线不容易直接到达地面，这是因为在地球的大气圈中有一层臭氧层，有效地阻止了太阳光的紫外线到达地球。
一旦臭氧量减少，大气圈中的臭氧层变稀薄，甚至出现空洞，障碍消除了，紫外线就会畅通无阻地穿过大气层，射到地球上。
南极臭氧层空洞出现的季节及原因
南极臭氧层空洞出现的季节及原因南极臭氧层空洞只在南极的春季（9-11月）出现，持续一个月左右。
目前，主要解释是从光学角度进行的。
这种观点认为，使臭氧层破坏的罪魁祸首主要是氟氯烃（CFCs）。
在人类聚居的北半球，由于大量生产和使用CFCs，并使之进入大气层中，大气环流携带着北半球散发的CFCs，随赤道附近的热空气上升，分流向两极。
在南极黑暗酷冷的冬季（6－9月），下沉的空气在南极洲受到山地的阻挡，停止环流，就地旋转，形成“极地风暴旋涡”。
这股旋涡不断上升，上升到20千米高空的臭氧层内以后，把南极与中低纬地带空气对流隔绝开来，使南极变得极冷，并开始出现滞留在空中的冷气团“冰云”。
“冰云”中的冰晶微粒把气流中的CFCs吸收在其表面，并不断积聚其中。
当南极的春季来临时，阳光照向“冰云”，冰晶融化，释放出吸附的CFCs。
由于CFCs是一种含氯的有机化合物，当它受到短波紫外线的照射，分解出一种自由基，这种自由基与臭氧发生反应生成另一种自由基，反应过程中消耗掉一部分臭氧。
一个氯原子可破坏10万个臭氧分子。
因此，南极的臭氧洞出现在春季。
另一种解释是从动力角度进行的。
这种观点认为，在南极极夜期间，因中低纬向南极的热量输送效率很低，控制南极上空的极地“旋涡”内部，形成了异常低温环境，光照少，氧分子合成臭氧的光化学作用就会减弱。
当极夜结束，春季来临（9月始），太阳重新越出地平线时，由于集中于平流层中下层的臭氧对太阳辐射的吸收，这一范围的大气被加热，于是该层出现了上升运动。
这一上升运动引起的抽吸作用，将对流层臭氧含量低的气体带入了平流层，替代了原来平流层臭氧含量高的气体。
这种“抽吸作用”直到11月份才逐渐减弱，此时南极上空臭氧浓度逐渐上升。
可见，由于南极春季的这种“抽吸作用”，导致了南极春季臭氧空洞的形成。
臭氧层空洞及其形成原因
臭氧层空洞的形成
携带北半球释放的氟氯烃的大气环流，随赤道附近的热空气上升，分流 向两极，然后冷却下沉，从低空回流到赤道附近回归线。
南极黑暗酷冷的冬季，下沉的气流在南极山地受阻，就地旋转，吸入冷 空气形成“极地涡旋”。
臭氧层空洞的形成
极地涡旋的重要作用：内部 空气与外部大气隔离，只有平 流层上部空气可以进入涡内。
大气臭氧层
O3在不同大气高度有显著不同 的环境作用 对流层：NOx和VOCs光化学 烟雾污染物；二级标准：（8h 浓度）1m范围内； 沿垂直于地面的方向将大气中 的O3全部压缩到1.01×105Pa， 总厚度平均约为3 mm。
臭氧层的作用
1979年
1989年
1999年
2008年
南极臭氧层空洞变化（1979-2008年）
臭氧层空洞的形成
Farman等人认为臭氧层空洞 形成原因：南极的极低温度 和极地含卤化合物浓度的增 加； Why 南极？
人类所排放氟氯烃主要在 北半球，欧洲、俄罗斯、 日本和北美约占总量的 90%，且是对流层。 北极有没有？
合作机制值得借鉴 对于气候变化、雾霾污染问题，只要共同行动，可以遏制 或者延缓环境危机。
Thank You !
1 卤素气体的
排放和聚集
2 卤素气体传
输至平流层
5 活性卤素气体
返回对流层并被 去除
极地涡旋和冰晶 云加剧了极地冬 季和春季的臭氧
层消耗
3 卤素气体在紫
外线照射下转化 为活性分子
4 活性卤素气体
在全球范围引起 臭氧层消耗
臭氧层的破坏机理
臭氧层的破坏机理
氟氯烃化合物来源
含氯气体
喷雾剂、发泡剂、制冷剂
旋涡内温度下降至240-195 K 时，水汽凝结成为冰晶云，并 吸收、积聚氟氯烃化合物。
臭氧空洞的形成与防治对策
臭氧空洞的形成与防治对策近年来，臭氧空洞已经成为了全球环境保护的热门话题。
尽管我们不时听到它的名字，但如果你问一下身边的人臭氧空洞究竟是什么，他们大概也只是想到了几个词汇——环境污染、气候变化等等，而真正了解它的原理和对环境造成的危害又有多少呢？所谓臭氧空洞，是指大气中的臭氧层由于人类的污染活动和天然因素而被破坏，形成一种空气层缺口，这种缺口可能给人类的健康、生态系统、农作物产生极大的威胁。
下面，我们将介绍臭氧空洞的形成原因及其防治对策。
一、臭氧空洞的形成原因1. 温室气体的排放温室气体是指能够吸收并向大气中释放热量、进而形成温室效应的气体，这类气体包括二氧化碳、氟利昂（CFC）、甲烷、一氧化二氮等。
其中，CFC是人类活动产生的重要温室气体。
CFC经由大气的对流层达到臭氧层，进而通过紫外线的作用将臭氧分解，导致臭氧层损失，从而形成臭氧空洞。
2. 全球气候变化全球气候变化也将对臭氧层造成影响。
随着全球气温升高，大气中的水蒸气含量也会增加，而水蒸气是臭氧形成过程的重要组成部分。
如果大气中水蒸气的增加导致臭氧分解速度反而加快，那么就会加速臭氧层的破坏。
这也是为什么近年来，一些国家采取减少温室气体排放的措施，来尽量减缓全球气候变化的速度。
二、臭氧空洞的防治对策1. 加强环保意识减少人类对环境造成的破坏，是减缓臭氧层的破坏的最佳方式。
因此，从个人角度出发，我们应该高度重视环保，尽量减少对环境的污染，例如减少开车、减少使用一次性塑料等等。
2. 推广清洁能源清洁能源是指能够在使用过程中对环境不产生污染、且能够重复利用的能源，例如太阳能、风能、水能等等。
由于清洁能源使用量的增加，因此减少了使用化石能源的必要性，有效减少了温室气体的排放量，达到环保减排的目的。
3. 减少CFCs使用CFCs是影响臭氧层的主要嫌疑犯。
目前，已有许多国家提出了限制工业使用CFCs的措施。
在日常生活中，我们也应该尽量减少使用带有CFCs的产品。
臭氧空洞名词解释
臭氧空洞指的是因空气污染物质，特别是氧化氮和卤化代烃等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。
大气动力学解释认为，初春，极夜结束，太阳辐射加热空气，产生上升运动，将对流层臭氧浓度低的空气输入平流层，使得平流层臭氧含量减小，容易出现臭氧洞。
一般认为，在人为因素中，工业上大量使用氟里昂气体是破坏臭氧层的主要原因之一。
通常，氟里昂是比较稳定的物质，然而，当它被大气环流带到平流层（16公里～30公里）时，由于受太阳紫外线的照射，容易形成游离的氯离子。
这些氯离子非常活泼，容易与臭氧起化学反应，把臭氧（O3）变成氧分子（O2）和氧原子（O），从而使臭氧总量减少，形成了臭氧洞。
本来，在离地20公里～30公里的大气层内，是臭氧集中分布的地带，称作臭氧层，太阳辐射透过这层大气时，大量的臭氧吸收了波长较短的紫外线辐射（0.20微米～0.30微米波段），大大减弱了到达地面太阳辐射中的紫外线强度。
然而，若臭氧层的臭氧含量大大减少，则吸收太阳紫外线辐射的能力减弱，到达地面的太阳辐射强度会增大。
从医学上来说，较短波的紫外线辐射杀伤能力最大，能杀死细胞，破坏生物细胞内的遗传物质，如染色体、脱氧核糖核酸等，严重时会导致生物的遗传病，产生突变体，导致人类的皮肤癌。
强烈的紫外线还可以穿透海洋10米～30米，使海洋浮游植物的初级生产力降低四分之三左右，抑制浮游动物生长。
人们一旦了解了臭氧洞的危害和形成原因，相信会对臭氧洞演变的预测和防止提出新的理论和方法。
在臭氧层内各地分布不均匀，世界三极地区即南极、北极和青藏高原气候寒冷，臭氧层微薄。
某处臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了天窗，如果减少到正常值的50%以上，人们形象地说这是个臭氧洞。
臭氧洞可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间。
南极臭氧洞2000年9月3日南极上空的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里，超出中国面积两倍以上，相当于美国领土面积的3倍。
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O3总量过去变化和未来发展预测
60oN-60oS：预计2030 年平流层O3会恢复至 1980年水平； 南极区域：预计2050 年平流层O3会恢复至 1980年水平。
保护臭氧全球行动的启示
保护环境全球合作的典范 ODS成熟的替代品 各国责任明确 发达国家积极行动，并给与发展中国家技术支持和资 金补偿；
旋涡内温度下降至240-195 K 时，水汽凝结成为冰晶云，并 吸收、积聚氟氯烃化合物。
当春季来临，冰晶融化，释 放吸附的氟氯烃类物质。在紫 外线作用下，释放氯原子，与 臭氧反应。
臭氧层空洞的形成
卤素气体：CCl3F、CCl2F2、CH3Cl、CCl4、CH3Br、CHBr3、CBrF3 活性卤素分子：BrONO2、HCl、ClONO2、ClO、BrO、Br、Cl
合作机制值得借鉴 对于气候变化、雾霾污染问题，只要共同行动，可以遏制 或者延缓环境危机。
1 卤素气体的
排放和聚集
2 卤素气体传
输至平流层
5 活性卤素气体
返回对流层并被 去除
极地涡旋和冰晶 云加剧了极地冬 季和春季的臭射下转化 为活性分子
4 活性卤素气体
在全球范围引起 臭氧层消耗
臭氧层的破坏机理
臭氧层的破坏机理
氟氯烃化合物来源
含氯气体
喷雾剂、发泡剂、制冷剂
哈龙类化合物来源
含溴气体
高质量的灭火剂
蒙特利尔议定书
1985年：《维也纳公约》 1987年：《蒙特利尔议定书》 1990年：伦敦修正案 1992：哥本哈根修正案 1999：北京修正案 每次修改结果使受控物质种类被再 次扩充，完全淘汰的日程也一次次 提前。 如果不控制，2050年平流程活性氯 含量比1980年水平增长10倍；如果 严格执行控制，平流层活性氯会在 2000年左右达到峰值后开始持续下 降。 国际臭氧日：9月16日。
O3的形成条件 强太阳辐射 充足的氧分子和 活性氧原子 20-30 km高空最 适合
臭氧层空洞的发现
❖ 1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞； ❖ 1985年美国“雨云-7号”气象卫星观测到了这个臭氧洞。 ❖ 1979年的290 DU至1985年的170 DU，至2000年的100 DU。
1979年
1989年
1999年
2008年
南极臭氧层空洞变化（1979-2008年）
臭氧层空洞的形成
Farman等人认为臭氧层空洞 形成原因：南极的极低温度 和极地含卤化合物浓度的增 加； Why 南极？
人类所排放氟氯烃主要在 北半球，欧洲、俄罗斯、 日本和北美约占总量的 90%，且是对流层。 北极有没有？
臭氧层空洞的形成
携带北半球释放的氟氯烃的大气环流，随赤道附近的热空气上升，分流 向两极，然后冷却下沉，从低空回流到赤道附近回归线。
南极黑暗酷冷的冬季，下沉的气流在南极山地受阻，就地旋转，吸入冷 空气形成“极地涡旋”。
臭氧层空洞的形成
极地涡旋的重要作用：内部 空气与外部大气隔离，只有平 流层上部空气可以进入涡内。
大气臭氧层
O3在不同大气高度有显著不同 的环境作用
对流层：NOx和VOCs光化学 烟雾污染物；二级标准：（8h 浓度）160 μg/m3； 平流层：90%的O3 ；峰值在 20-25 km范围内； 沿垂直于地面的方向将大气中 的O3全部压缩到1.01×105Pa， 总厚度平均约为3 mm。
臭氧层的作用
臭氧层空洞形成机制
太空中的地球
在天际遨游时遥望地 球，映入眼帘的是一 个晶莹的球体，上面 蓝色和白色的纹痕相 互交错，周围裹着一 层薄薄的水蓝色“纱 衣”。
臭氧的性质 大气臭氧层及其形成 南极臭氧空洞形成原因 臭氧层破坏机理
保护臭氧层的全球行动
Contents
臭氧的性质
O3（Ozone） 三个氧原子构成，O2的同素异形体 常温下，淡蓝色、特殊臭味（鱼腥味）的气体 长期人体接触，头痛、眼睛灼热、刺激呼吸道（>100 μg/m3）
紫外 辐射
人体健康 影响
臭氧层吸收情况
UV-A
促进维生 素D的合成
基本不吸收
UV-B UV-C
损害蛋白 质和DNA
损害蛋白 质和DNA
吸收大约90% 全部吸收
O3层损耗的危害： 皮肤癌发病率增高、伤害眼 睛导致白内障，O3下降1% ，发病率增加0.6%-0.8%； 陆生植物生长力减弱等。
O3层的形成