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    監測與研究現代環境變化，是當代與人類休戚相關的重要科學問題之一。在南極地區，尤其是人類活動影響最小的南極地區，它之所以成為現代環境變化的關鍵區，至少有如下兩個內容。
　　第一，是尋找全球環境本底值的關鍵地區。所謂環境本底值，是個相對的概念，是指在不受或少受人類活動--尤其是工業活動--影響條件下的環境狀態。前一節中曾提到，在南極地區冰蓋中打鑽採樣可以得到各歷史時期的空氣樣，從而得到未受人類活動影響時期的大氣環境本底狀態。本節將重點介紹當今南極地區仍可視為全球環境的本底值區。
　　從空氣採樣分析的大氣成分表明，南極地區大氣中所含的矽、硫、氯、鉀、鈣、鉻、鐵、銅和鋅等九種元素的濃度比北京郊區的百花山要低2個～4個量級，即使和喜瑪拉雅山脈東端的南迦巴瓦峰山區相比，也要低1個～3個量級。可見，南極地區可以作為這些元素的大氣環境本底值區。
     從南極地區與其他地區冰雪樣、水樣的化學組分比較情況，可以看出，就全球範圍來看，南極地區雪水樣中的化學組分的離子濃度最小，珠蜂地區次之，其他地區本底站雪水樣的化學組分的離子濃度均要比南極地區高出1個～2個量級。顯然，南極地區冰雪樣中各化學組分的總離子濃度也可作為全球的環境底值。
　　第二，南極臭氧洞的變化密切關係著人類的生存。近20年來南極地區上空臭氧洞的變化成了全社會關注的一大環境科學問題。原因在於，如果這個臭氧洞向人類活動聚居的北半球移動或擴展，必將危及人類的生命安全和傷害地球上的生物。
　　所謂臭氧洞，是指包圍地球的大氣圈中臭氧總量的極低值區域；人們形象地將它比喻為大氣圈的臭氧層中出現了洞穴。所謂臭氧層，是指高度在20公里～30公里上空，圍繞地球的一圈含臭氧量較高的薄層，它有吸收太陽紫外線的作用，可以防止過多的紫外線透過大氣層直達地面，傷害地球上的生物。
     1970年以來，英國科學家在南極站上觀測到，每年10月，南極大陸上空的臭氧總量均會減少。根據這個報導，美國科學家立刻查閱"雨雲七號"衛星自1978年以來觀測的臭氧總量資料，發現在每年10月左右，南極上空確實出現一片幾乎與美國面積相當的臭氧總量低值區，並形象地稱它為“臭氧洞”。
　　從此，南極臭氧洞引起了社會各界的關注。美國科學基金會投資億萬美元，支持科學家們對南極臭氧洞的觀測研究。自1987年8月至1988年4月，美國科學家在南極地區進行了大規模的臭氧考察，289名科研人員分別在南極地區的麥克默多、阿蒙森-斯科特、帕爾默和塞普爾四站以及“極地公爵”號上進行臭氧觀測。

觀測結果和歷史總量分析表明，自1979年以來，在每年南半球的春季，平流層（約在16公里～30公里高度）中的臭氧含量普遍減少，在8月底或9月初形成臭氧洞；9月～10月，臭氧洞繼續擴大；11月，臭氧洞開始消失。至80年代末，南極地區上空臭氧總量僅為70年代的50%左右，1987年最低，有的地方比70年代減少了的近90%。1988年夏天（1月～2月），當臭氧含量低的空氣團從南極洲上空移向新西蘭上空時，兩天內，新西蘭上空的臭氧含量減少了20%，一度引起了人們的恐慌。這一事實說明，南極臭氧洞已開始波及新西蘭，若繼續擴大，可能會影響北半球地區。
　　南極臭氧洞向新西蘭擴展，給世界敲響了警鐘，各國紛紛加入了"臭氧洞"的研究行列，一個世界規模的“臭氧洞熱”就這樣興起來了。科學家們把注意力集中於研究臭氧洞的形成與預測，以及如何防止臭氧洞的擴大。
　　當前，對南極臭氧洞形成原因的解釋有三種，即大氣化學過程解釋，太陽活動影響和大氣動力學解釋。其一，大氣化學過程解釋，認為臭氧層中可以產生某種大氣化學反應，將3個氧原子含量的臭氧（O₃）分解為分子氧（O₂）和原子氧（O），從而破壞了臭氧層；其二，太陽活動影響解釋，認為當太陽活動峰年（即太陽活動強烈的時期）前後，宇宙射線明顯增強，促使雙電子氮化物（如NO₂）與O₃發生化學反應，使得奇電子氮化物（如NO₃）增加，O₃轉換為O₂；其三，大氣動力學解釋認為，初春，極夜結束，太陽輻射加熱空氣，產生上升運動，將對流層臭氧濃度低的空氣輸入平流層，使得平流層臭氧含量減小，容易出現臭氧洞。
　　然而，上述解釋都有一定的片面性。大氣動力學和太陽活動影響的解釋都不能說明為什麼臭氧洞在近年才發現，也不能解釋現在已經發現的全球性的臭氧總量下降。大氣化學過程解釋能說明以上兩個情況，但無法解釋臭氧洞只在南極地區上空的春季被發現，而在北極地區上空並未被發現的事實，也無法解釋1988年春臭氧洞顯著減弱的現象。
　　近來，人們發現這樣一個事實，即，冬季，在南極地區平流層內，因地表長波輻射不斷冷卻，使得氣溫可以下降到零下78℃以下，而北極地區平流層內達不到如此低的溫度。
　　初步研究證明，當氣溫下 降到零下78℃以下時，大氣中的水汽吸收了硝酸分子後凝結，形成一種含硝酸的冰晶狀極地平流層雲（簡稱PSCs）。它首先形成PSCs Ⅰ型雲。當平流層溫度再降低幾度，純潔的水汽能夠在大氣中直接凝結（純水汽的霜點為-85℃）時，在PSCs Ⅰ型雲的表面凝結一層硬的冰殼，形成了PSCs Ⅱ型雲。Ⅱ型雲的雲粒子重，在幾個星期內足以下降幾千米。由於PSCs中含有硝酸分子，會吸收氣態的氮氣，使平流層中的氣態氮氣含量減少，這就削弱了氮氣對臭氧的保護作用。這是因為，氮氣可以使活潑的氯基形態（即ClOx變為硝基氯，而硝基氯是很難與臭氧起化學反應、破壞臭氧的。再者，由於PSCs表面上的某種化學反應，能產生大量活潑的氯基形態（ClOx），將O₃分解為O₂和O，破壞臭氧層。
　　上述這種解釋，初步能說明臭氧洞能在南極地區上空形成而不是在北極地區上空發現的事實。
　　迄今為止，南極地區上空臭氧洞形成的過程和原因，還不能說已經清楚了，還需進一步觀測和研究。
　　目前，要預測南極臭氧洞的變化還很困難。最主要原因是歷史資料的年代太短，只有30多年。如何反演臭氧總量歷史資料，已開始引起科學家的關注。有人在1984年～1987年春測得南極點站降雪中的NO₃值明顯比過去增加，其中以1987年值為最大。眾所周知，1984年～1987年春以來，南極臭氧總量年年下降，尤以1987年春的臭氧總量為最低；又知，在南極雪層中NO₃值是比較穩定的；因此，這種現象有可能是這樣引起的：在春季，南極平流層下部極地平流層雲使硝酸鹽變成低氧化態隨雪下降的結果，如果春季降雪中NO₃濃度值的增加與南極上空臭氧洞的加強有密切關係的話，則可有望從冰岩芯中測量NO₃濃度值隨年代的變化來代表臭氧洞強度的年際變化，從而反演南極臭氧的歷史資料，為預測南極臭氧洞演變提供一個新的思路與方法。
　　如何防止臭氧洞再繼續擴大，這更是社會關注問題。
　　一般認為，在人為因素中，工業上大量使用氟里昂氣體是破壞臭氧層的主要原因之一。通常，氟里昂是比較穩定的物質，然而，當它被大氣環流帶到平流層（16公里～30公里）時，由於受太陽紫外線的照射，容易形成游離的氯離子。這些氯離子非常活潑，容易與臭氧起化學反應，把臭氧（O₃）變成氧分子（O₂）和氧原子（O），從而使臭氧總量減少，形成了臭氧洞。
　　據此，我們應該限制氟里昂的使用量，逐漸在冰箱、汽車和空調等製冷器中用其他製冷劑來代替氟里昂。中國同其他先進國家一樣，已經開始了這方面的工作，國家環保局已專門設有限制破壞臭氧層的科學管理機構。
    社會各界關心臭氧洞的變化，無疑會推動保護臭氧層的工作。然而，臭氧洞到底有什麼危害，它與人類和生物的關係是怎樣的呢？
　　本來，在離地20公里～30公里的大氣層內，是臭氧集中分佈的地帶，稱作臭氧層，太陽輻射透過這層大氣時，大量的臭氧吸收了波長較短的紫外線輻射（0.20微米～0.30微米波段），大大減弱了到達地面太陽輻射中的紫外線強度。然而，若臭氧層的臭氧含量大大減少，則吸收太陽紫外線輻射的能力減弱，到達地面的太陽輻射強度會增大。從醫學上來說，較短波的紫外線輻射殺傷能力最大，能殺死細胞，破壞生物細胞內的遺傳物質，如染色體、去氧核糖核酸等，嚴重時會導致生物的遺傳病，產生突變體，導致人類的皮膚癌。強烈的紫外線還可以穿透海洋10米～30米，使海洋浮游植物的初級生產力降低四分之三左右，抑制浮游動物生長。
　　人們一旦瞭解了臭氧洞的危害和形成原因，相信會對臭氧洞演變的預測和防止提出新的理論和方法。