【臭氧洞】
拼译：ozone hole
又名“臭氧窗”。主要指一地区高层大气中臭氧含量比周围其它地区大为减少的现象。根据对20世纪70～80年代初，南极考察基地和卫星观测资料进行的分析，发现南半球春季(9～11月)中纬度地区大气中臭氧量较多，而低纬与高纬地区测较少，形成了一个沿经度线的水平方向臭氧量梯度，中心低值位于南极极点附近。这种水平分布，致使南极大陆由于大气臭氧量少使得对太阳紫外区(波长在300nm附近)辐射的吸收效能大为减弱，形成了类似于人工温室顶打开了天窗，大量紫外辐射透射到地表面，或者说是南极地区高层大气中臭氧层出现了对紫外辐射而言的漏洞。这种现象在近些年，年复一年地出现，中心值降低并且范围扩大的程度严重，从而引起全世界的关注。过量的紫外辐射，威协着人类和生物的生存。原因在于这个波段的紫外辐射，最突出的生物学效应是阻止细胞分裂增生，破坏新陈代谢。其次，臭氧的生消平衡循环的光化学反应过程中所释放的热能，是平流层的主要热源。一旦臭氧量较常年减少，平流降温响应，后果就是使得全球大气环流出现异常，从而影响气候。为此，联合国世界气象组织(WMO)早在1978年就发表了题为“人类活动对臭氧层的影响及一些可能的地球物理后果”的宣言，对臭氧洞现象所产生的生物与气候效应作了一系列的评估与趋势的预测，并出面组织领导制订了国际协调计划，开展全球性三度空间的对臭氧有关的平流层诸要素的观测与研究，即MAP计划。并向全世界提出一系列对策性的建议，诸如通过生物工程技术培育耐紫外辐射的水稻等作物新品种、停止生产对臭氧层具有极大破坏作用的氯氟烃类化合物、研制取代氟利昂的新一代制冷剂与相应的制冷设备等等。
1881年，Hartley观测到臭氧的紫外光谱吸收带，1913年Fabry对太阳光谱的测定分析，进一步证实了大气层中存在有臭氧层。1920年Fabry和Buisson对大气臭氧作了定量的分析。1929年Dobson对分光光度计的研制成功，极大地改善了对臭氧层的观测手段，提高了测定的精度。20世纪50年代以来，世界气象组织曾多次主持组织了国际地球物理年活动，利用地面观测站、施放平流层臭氧探空仪以及气象卫星，对臭氧层实施了三度空间的监测，并将所得结果用公告形式加以发表。大气臭氧的水平与垂直分布以及季节的年度的变化，都有丰富的观测数据，使人们对臭氧层及其时空分布的了解逐渐加深。30～50年代，中国在上海与北京开展过短期的臭氧观测。1930年Chapman创立了臭层的光化学理论；1954年Ramauathan提出了大气臭氧与大气环流关系的论述。他们的研究工作对臭氧层理论的形成与发展，都有着重大影响。Chapman于1930年首先提出的是纯氧大气模式，其基本反应主要有：
其中fi为太阳紫外光分解速率系数，Ki为反应速率系数，hv为紫外光量子数(量子效率皆为1)。这是由3组反应构成：氧分子被光分解为氧原子；分子氧与原子氧碰撞结合为臭氧分子，反应过程中由第3体M(以O2和N2为主)携释放的热量，使正反应得以持续；臭氧分子吸收紫外辐射再次分解，这就是臭氧的生消平衡过程。它们的反复循环进行，其物理后果是吸收了大量太阳紫外辐射与提高了平流层的温度。这个经典性的光化理论，阐明了臭氧层的形成和地表面上太阳紫外辐射被中断的事实。
1950年Bates和Nicolet在Chapman理论基础上，提出了湿洁大气模式，即考虑了水汽经光分解产生的活性基(H、OH、HO2)与臭氧分子反应而消耗了臭氧。1985年美国苏珊·所罗门针对南极上空存在的冰晶云，结合对氯氟烃影响臭氧层的模拟研究，证实了水汽在消耗臭氧的反应过程中起着催化剂的作用。1955年Nicolet认为电离层光分解产生的氮原子与氧分子反应生成一氧化氮，向下输运进入平流层并与氧原子碰撞生成二氧化氮。NO与NO2皆可与臭氧分子反应使臭氧消失。同时NO与NO2又可与水汽光分解产生的氢原子结合而生成活性基(如OH)。也就是说NO、NO2既是臭氧直接消耗者又是间接消耗者，这就是氮氢氧大气模式。显然它比较前两类模式又向前发展了一步，更为接近洁净大气的实际。此后一些研究还指出除了大气本底含氮化合物外，还要考虑工农业生产与生物和土壤细菌活动排放的含氮化合物(例如氨、硝酸等)，通过对流层向上输运进入平流层，成为臭氧的消耗者。1974年Molina和Rowland首先指出氯氟烃是臭氧层遭到破坏的一个重要角色，并于1975年对此作了系统的研究。70年代以来一些研究着重于寻找臭氧消耗者的来源，发现大多数与人类活动有关。至于火山爆发、核弹试验等，也是大气中含氮与含氯化合物剧增的原因。但南极地区尽管没有工农业，又缺乏植物，地广人稀，可是全球性大气环流仍然可以将中低纬度的臭氧消耗者向高纬度的南极输送，使其成为臭氧洞形成的物质基础。至于南极臭氧洞成因，从理论角度来说，虽然众说纷纭，但就目前为止，可归为两类学说：(1)动力学效应学说。通常在夜间和极夜时期，各种光分解反应都已停止，唯有粒子之间碰撞反应仍在进行，臭氧量的消耗基本上已停止，故此期间南极(冬季)臭氧洞就不明显。一旦极夜结束，太阳开始照射南极，随着太阳高度逐日加大，臭氧光分解反应逐日加强，所释放的热使臭氧层增温而产生上升气流，携带部分氧原子上升，并在大气环流推动下向中低纬地区输送，使南极臭氧洞逐日形成并加深扩大。这个学说由实测臭氧总量季节变化，得到证实。(2)化学效应学说。由平流层中各种化学反应引起的。由于各种工农业生产排放到平流层中的臭氧消耗物质，逐年增多，导致臭氧洞逐年表现为加深扩大。这个学说也由实测臭氧总量的年际变化趋势所证实。目前，该领域的研究热点主要有：(1)对平流层中臭氧生消的光化反应的高精度的测定技术，尤其是光分解速率系数的测定技术；(2)氯、氟、氮、氢及其化合物之间关系和对臭氧层的影响；(3)南极臭氧洞与全球大气环流之间的耦合以及对流层与平流层、平流层与电离层之间的交流过程和它们对臭氧层的影响机制；(4)臭氧总量的时空分布与大气环流之间的相关分析和耦合机制；(5)太阳紫外辐射量的变化对全球生态系统的生物学影响与对策以及人类活动对臭氧层的影响与对策；(6)平流层臭氧量的变化对气候的影响及其反馈效应。【参考文献】：1 海克伦·丁．大气化学．北京：科学出版社，1983．38～592 王贵勤，等编译．大氧臭氧研究．北京：科学出版社，1985．1～5，425～4763 国立极地研究所编．南极气象学．北京：海洋出版社，1991．21～125，214～2174 叶笃正，等．当代气候研究．北京：气象出版社，1991．266～271(江西师范大学侯赣生教授撰)