臭氧層是太陽發出的高能粒子破壞的。

這些高能粒子以稍低於光速的速度向四方散射，也被稱為太陽風。太陽風接近地球時，被地球磁場吸引向兩極區磁場強的地方。這些高能粒子和臭氧發生碰撞，破壞了臭氧分子。所以，最先被破壞的臭氧層在極地出現空洞。

臭氧層是如何形成的？

地球的臭氧層是由分子組成的臭氧，或O3。這些分子在地球周圍提供了一個保護層，吸收大部分太陽輻射，特別是一些導致曬傷的有害紫外線。

當紫外線照射到氧氣分子時，臭氧自然產生並將其中一些分解成單個氧原子。這些單個氧原子然後與其他氧原子結合2氣體分子，形成氧3。在類似的反應中，O3分子可以分解成氧原子和氧分子2。

透過這種方式，臭氧、氧氣和自由氧原子在平流層中不斷地結合、分裂和重組。這些反應是由紫外線輻射的能量驅動的，紫外線輻射在這個過程中被吸收。

這些公式和圖表說明了這個過程:

O2+氧+紫外線能量→氧3

O3+紫外線能量→02+0

臭氧層是如何被耗盡的？

20世紀80年代，科學家們注意到南極上空的臭氧層變得比平時薄得多。經過一些研究，大氣科學家認識到這一點臭氧沉積e象徵式互動是人類活動產生的空氣汙染物的結果——特別是無毒的氣溶膠氣體分子氯氟烴的釋放。

含氯氟烴，或含氯氟烴，是化學惰性氣體分子，通常用於滅火器、許多不同型別的氣溶膠罐(如髮膠)和冰箱冷卻劑，始於20世紀20年代。使用這種產品會將氯氟化碳釋放到大氣中，這是幾十年來沒有人太擔心的事情；畢竟，這些分子是化學惰性和無毒的，所以沒問題，對吧？沒那麼快。

當穩定且惰性的含氯氟烴進入大氣層後，它們不會分解，也不會與周圍的任何物質發生反應，直到它們到達平流層，那裡的紫外線輻射非常強烈。紫外線輻射的高能量足以將氯原子從氯氟化碳分子中分離出來。這些遊離氯原子然後在以下反應中分解臭氧分子:

O3+氯→ ClO +氧2

儘管氧原子中的第三個氧原子3分子與氯原子結合，它更容易被其他單個氧原子吸引，所以在ClO化合物被創造出來後，它又很快發生變化，就像這樣:

ClO +氧→氯+氧2

在這些反應中，氯氟化碳分子中的氯起著催化劑—它有助於打破O3分子和形成氧2分子。結果是，與臭氧形成和迴圈的自然迴圈不同，臭氧被分解成氧2而不是迴圈回O3因為沒有遊離的氧原子留給氧2結合。此圖顯示了這一過程。大氣中氯原子的存在改變了自然臭氧反應(吸收紫外線能量的反應)

O2↔ O3

到

O3+ O → 2O2

第二個反應是由氯原子的存在驅動的，不吸收紫外線能量。結果是平流層缺少臭氧分子；由於這種變化，臭氧層的保護層在全世界範圍內逐漸變得越來越薄，越來越缺乏保護。

臭氧空洞的形成與氣候的寒冷有關，事實上，地球上不僅南北極，現在青藏高原上空也發現了臭氧層在變薄，這裡正是中國夏季氣溫最低的地方。

或許正是因為臭氧空洞在人稀少的南北兩極，讓更多的人免受紫外線照射，但可以肯定的這決不是天的仁慈，而是對人類發岀的警告，至於為什麼空洞岀現在兩極，那需要專家解讀，或許與地球的極向或是與地球軸芯自轉有關，

臭氧層，指的是離地面20到30公里高的，臭氧分子分佈較密集的區域。它出現空洞的原因目前尚有爭議，但普遍認為與大氣中臭氧損耗物質的增多——即與人類活動有關。

圖:南極臭氧層空洞（2000年時）。

臭氧層是地球生命的防護盾，不僅能保護我們不被Sunny中過量的紫外線傷害，也是整個地球生態系統健康執行的保障。

既然臭氧層空洞是人類活動造成的，那為什麼會存在於人口稀少的“地球三極”區域呢？

臭氧的形成需要兩個要素:強烈的太陽輻射、較高的大氣溫度。強烈的太陽的輻射使氧分子分解成了兩個氧原子，然後一個氧原子在適當溫度（動能）作用下與一個氧分子（O2）結合，形成了一個由三個氧原子構成的臭氧（O3）分子。

圖:臭氧的形成。

這樣就能理解了吧，地球上太陽輻射最強、溫度最適合臭氧合成的地方是赤道區域。大氣中幾乎所有的臭氧分子都是在赤道區域形成的，然後跟隨大氣環流鋪滿整個地球。兩極區域距離赤道最遠，很多臭氧分子還沒到達就被氮氧化物和氯碳化物消耗掉了。兩極本地又不具備生成臭氧的高輻射和高溫度條件，那裡的臭氧層自然就是全球最稀薄的了。

圖:描述臭氧層空洞的漫畫。

再看“地球第三極”——青藏高原。這裡緯度不算高但海拔高呀，氣候寒冷，空氣稀薄，一壺水燒到80多度就開了。所以，青藏高原處的太陽輻射夠用，但原材料（O2）少，溫度低，無法在本地生成臭氧。炎熱的印度洋能生成大量臭氧，但高高的喜馬拉雅山脈阻擋了含臭氧暖流的北上。如果想改善青藏高原的臭氧層狀況，除非聽葛大爺的:在喜馬拉雅山脈開個十公里寬的口子……

臭氧層空洞的危害和發展趨勢。

如果認為臭氧層消失只意味著出門得抹防曬霜，那就大錯特錯了，過強的紫外線對各種生物的傷害都是全方位的。比如南極臭氧空洞最大的那些年（1987至1999），智利南部的牧民發現自己的羊很多都得了白內障，到處亂撞；河裡的魚同樣視力受損，眼睛成了灰色；草原上的野兔好多都成了瞎子，據說可以直接走過去拎住兔子的耳朵把它們逮走。

圖:臭氧層阻攔紫外線示意圖。

最要命的是海洋。有害的紫外線能夠穿透30米深的海水，破壞海洋表層浮游生物的細胞核從而殺死它們。如果兩極的臭氧層空洞向低緯度區域擴張，溫帶海洋中的浮游生物將會被過量紫外線殺死四分之三（甚至到五分之四）。數量龐大的浮游生物是地球生態系統的基石，它們如果銳減，意味著海洋營養級金字塔的塔基被掏空，整個海洋生態系統將隨之覆滅，重演一次泥盆紀生物大滅絕的悲劇。

圖:浮游生物。

幸好幸好，這種恐怖的情況已經不大可能發生了——隨著臭氧消耗物質（各種氟氯碳化物）的禁用，地球南北兩極的臭氧層空洞正在逐年縮小。以南極為例，衛星資料顯示，南極臭氧層空洞的歷史最大值發生在2000年9月6日，面積達2990萬平方公里。而2012年記錄到的臭氧空洞本年最大值，發生在9月22日，面積為2120萬平方公里，已縮小了41%，可喜可賀。那一年南極臭氧層空洞的平均面積最小值為1790萬平方公里，這也是過去20年來第二小的數值。這對全人類和整個地球的生命而言，無疑是個好訊息。

或許是因為南極自己憋了個“自殺”的大招！

首先要慶幸，臭氧層空洞沒有在人口稠密的地區，因為臭氧層攔截的大量紫外線對生物有危害作用，如果紫外線直射地表，大量生物將會滅絕。

圖：在如果不禁止生產氟利昂的情況下，NASA對臭氧層被消耗的預測

為什麼目前臭氧層空洞只在極地發生？這跟極低的地理情況息息相關。

臭氧層的形成太陽輻射

實際上，臭氧吸收紫外線的過程，也是臭氧的形成的過程。太陽輻射含有7%的波長從200nm~400nm間的紫外線。

臭氧形成與消失

大氣層中含有大量的氧氣分子，當太陽輻射進入到大氣，小於240nm波長的紫外線會被氧氣分子吸收，並光解出兩個氧原子（2O），氧氣原子又會和氧氣分子（O2）結合生成臭氧分子（O3），不過剩餘的200nm~310nm波長的紫外線又會被臭氧所吸收，從而分解成一個氧氣分子和一個氧原子，然後氧原子又會氧氣分子繼續結合成臭氧。

由此可見臭氧是一個非常臨時的分子，它的生命不到一秒鐘！臭氧是在光線照射到大氣中時形成的，因此赤道被太陽直射自然可以形成更多的臭氧。因此，當到達兩極的光越來越少時，即使沒有“氟利昂”去消耗它，臭氧也會在兩極變稀，。

定期空洞Sunny少

雖然人類釋放對它有害的氣體是長期存在的，但是如果你明白了臭氧與紫外線的關係，也就能明白臭氧層出現空洞為什麼是定期的。

根據我們以往的空洞記錄會發現，一般空洞發生在冬季快要轉變為春季時。如果去過冰島北部旅遊的（在北極圈以內），都應該瞭解，在極地有部分地方冬天有極夜，也就是沒有白天，這樣的日子要持續半年左右，所以臭氧無法增加，極地其他地方的臭氧及時過來補充，整體就會被攤薄。

極地平流層雲（PSC）

當平均溫度非常低，Sunny減弱，高溫頻率低的時候，大量水汽會在平流層會形成冰雲，極地具備這樣的條件。在冬天，極地被大陸吹來的強大的圓形風所圍繞，會形成極地渦旋，使極地形成隔離。隔離可阻止其他地方空氣進出極地平流層，無法形成熱交換。

在冬季，極地的平流層擁有形成平流層雲的條件，外圍的空氣又無法進入進行平衡，所以冬天的極地很容易形成極地平流層雲（PSC）。

圖：南極上空的極地平流層雲（PSC）

PSC存在於平流層的下部與臭氧層接軌，更是阻礙了臭氧層吸收紫外線。同時由於溫度低，PSC還有個外號叫做長壽冰雲，其中會形成大量的冰晶，冰晶是破壞臭氧層物質的容器。

氯化物

一般情況下臭氧會被一些遊離基催化分解形成氧。主要的遊離基一部分為大自然的產物，一部分為氯原子和溴原子則是由於人類活動產生的，主要以氯氟烴（CFC）為主。

正常情況下氯氟烴（CFC）是一種非常惰性的分子，所以它可以在整個對流層擴散而不會退化。一旦到達平流層就可以地球“任我遊”，迅速在全球傳播。太陽的紫外線輻射可以分解CFC，形成反應性氯物和溴化物，它們都是臭氧的殺手。

當反應性氯物不斷地在平流層溜達，又最終來到極地遇到冰晶時，冰晶會吸收並濃縮空氣中的反應性氯，這簡直就是一個不斷吸收增援、憋大招的過程。

當春天快要到來，太陽回來，溫度逐漸升高，雲中的冰融化，憋了很久又一頓濃縮的反應性物質被釋放出來，就會如同“衝擊波”一樣開始大規模分解與它接壤的臭氧層，形成氧氣。

本身極地就經歷了少陽冬天的稀薄臭氧層，在這般摧毀下臭氧濃度迅速下降，而低緯度地區的臭氧混合緩慢，無法快速填充稀薄區域中的臭氧，於是極地的臭氧層就會達到“空洞”的閾值。但這實際並不是真正意義上的“洞”，只是在平流層下方的臭氧被破壞，在平流層上方並沒有受到影響，但相對下方的陸地來說，上方的臭氧減少了50%以上，無法大量過濾紫外線。

臭氧層空洞恢復

一般情況下臭氧空洞屬於大自然的自然運轉，人類是無能為力的，不過透過上文我們也可以知道臭氧層需要紫外線，需要破除冰雲，所以當春季來臨，Sunny普照，萬物復甦，冰雲融合，破壞物釋放掉，就再也沒有什麼能阻止臭氧的生成，臭氧層很快就能得以恢復。隨著人類對CFC的管制，雖然臭氧層空洞還會形成，但空洞的恢復的時間與速度逐步提前了。

首先，我們先來了解一下什麼叫臭氧，以及南極臭氧空洞形成原理。

臭氧是地球大氣中一種微量氣體，它是由於大氣中氧分子受太陽輻射分解成氧原子後，氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的。

隨著人類活動，特別是氟氯碳化物（CFCs）等人造化學物質被大量使用，很容易破壞臭氧層，使大氣中的臭氧總量減少，在南北兩極上空的下降幅度最大。在南極上空，出現臭氧稀薄區，被科學家形象地稱之為“臭氧空洞”。

北極為何出現較大臭氧空洞？

目前北極中部的大部分地區（覆蓋面積約為格陵蘭島的3倍）上空的臭氧含量創下歷史新低，出現一個罕見的較大臭氧空洞。

南極臭氧空洞每年都會形成，因為冬季該地區的溫度通常會驟降，從而形成高空雲層。“這些條件在北極地區很罕見，那裡溫度變化更大，通常不會導致臭氧層的損耗。”德國於利希研究中心大氣科學家Jens-Uwe Groo說。但是今年，北極出現了較強冷空氣，加上強勁的西風環繞，將冷空氣困在極地渦旋當中，才誘發了類似南極的臭氧空洞事件。

這是因為地球自轉的軸是南北極，在離心力的作用下，氣體向赤道運動，臭氧密度大，向赤道運動更為激烈，所以南北極臭氧層就稀薄了，甚至出現空洞。