注：本文轉(zhuǎn)載自“含氟氣體與環(huán)境問題”公眾號(hào)。

包含氯和溴的活性氣體在催化反應(yīng)循環(huán)中能夠破壞臭氧層，該循環(huán)由兩個(gè)或者更多獨(dú)立的反應(yīng)構(gòu)成。結(jié)果是一個(gè)氯原子或者溴原子能在離開平流層之前可以破壞上千個(gè)臭氧分子。因此，少量的活性氯或溴對(duì)臭氧層有很大的影響。在極地地區(qū)形成一種特殊現(xiàn)象，每當(dāng)冬末或者初春，大量的活性氣體——氧化氯，導(dǎo)致嚴(yán)重的臭氧損耗。

      平流層會(huì)被含鹵素的化學(xué)反應(yīng)所耗損，這些含鹵素氣體是在鹵素原料氣轉(zhuǎn)化過程中形成（見圖Q8-1）。反應(yīng)活性的氣體是氧化氯（ClO），氧化溴（BrO）和氯、溴原子（Cl和Br）。這些氣體參與三個(gè)主要的消耗臭氧層的反應(yīng)循環(huán)。

      循環(huán)1 臭氧層破壞循環(huán)1在圖Q9-1中展示。該循環(huán)由兩個(gè)基本反應(yīng)構(gòu)成：Cl+O3和ClO+O。循環(huán)1的最終結(jié)果是將一個(gè)臭氧分子和一個(gè)氧原子轉(zhuǎn)化為兩個(gè)氧氣分子。在每個(gè)循環(huán)中，氯元素充當(dāng)催化劑，因?yàn)镃lO和Cl參與反應(yīng)而且是可以再生。按照這樣的反應(yīng)路徑，一個(gè)氯原子可以參與許多循環(huán)，破壞許多臭氧分子。對(duì)于中低維度的典型平流層條件，一個(gè)氯原子前能夠破壞成百上千個(gè)臭氧分子，直到與其他氣體發(fā)生反應(yīng)，循環(huán)終止。在停留在平流層的整個(gè)過程中，一個(gè)氯原子能夠由此破壞最多上萬(wàn)個(gè)臭氧分子。

      極地循環(huán)2和3 在極地地區(qū)的冬天，由于極地平流層云（PSCs）表面發(fā)生的反應(yīng)（Q8和Q10），ClO的濃度大大提高。循環(huán)2和3成為極地臭氧層損耗主要的反應(yīng)機(jī)制，因?yàn)镃lO濃度較高而且原子氧（在循環(huán)1中決定臭氧層耗損速度）濃度相對(duì)較低。循環(huán)2以ClO的自身反應(yīng)為起點(diǎn)。循環(huán)3以ClO和BrO的反應(yīng)為起點(diǎn)，因此有兩種反應(yīng)路徑產(chǎn)生Cl、Br或者BrCl。兩個(gè)循環(huán)的最終結(jié)果是破壞兩個(gè)臭氧分子并且聲稱三個(gè)氧氣分子。循環(huán)2和循環(huán)3是導(dǎo)致觀測(cè)到的極地冬季/初春時(shí)平流層臭氧層耗損的主要原因（見Q11和Q12）。在冬末或者初春，當(dāng)ClO濃度較高時(shí)，臭氧層每天的耗損速度能夠達(dá)到2%到3%。

      光照要求 光照是維持循環(huán)1到3反應(yīng)進(jìn)行的必要元素。循環(huán)1需要紫外線，因?yàn)樽贤饩€的能量能夠使分子氧斷裂為原子氧。循環(huán)1是中低維度平流層中最重要的反應(yīng)，因?yàn)槟抢镒贤饩€是的。

      循環(huán)2和3需要可見光來(lái)完成反應(yīng)并且保持ClO的豐度。在冬天極地平流層中持續(xù)沒有光照，循環(huán)2和3不能發(fā)生。只有在冬末或者初春，極地地區(qū)出現(xiàn)日照，這些循環(huán)被激活。因此，臭氧層的耗損發(fā)生在仲冬之后日照從弱變到的這段時(shí)間內(nèi)。循環(huán)2和3中所需的可見光不足以生成臭氧因?yàn)樵撨^程需要紫外輻射（見Q1）。在冬末或者初春的平流層中，紫外線在低太陽(yáng)角時(shí)是非常弱的。結(jié)果是循環(huán)2和3在有日照的冬季平流層中導(dǎo)致的臭氧耗損遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臭氧生成。

                                                                                        圖Q 9?1 臭氧破壞循環(huán)1

      循環(huán)1中涉及的臭氧損耗反應(yīng)涉及兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)。整個(gè)反應(yīng)是原子氧和臭氧分子形成兩個(gè)氧分子。這個(gè)循環(huán)可以認(rèn)為從ClO或Cl開始。如果從ClO開始，個(gè)反應(yīng)是ClO和O生成Cl；然后Cl和臭氧反應(yīng)生成ClO，消耗一個(gè)臭氧分子。該循環(huán)然后進(jìn)行ClO和O的反應(yīng)。氯在整個(gè)反應(yīng)中相當(dāng)于催化劑，因?yàn)镃l和ClO在反應(yīng)中可以重新生成。原子氧是光照條件下紫外線與臭氧分子反應(yīng)生成。循環(huán)1是紫外線豐富的中低維度平流層中最重要的反應(yīng)。

       其他反應(yīng) 臭氧含量被許多既能生成又能破壞臭氧層的反應(yīng)決定（見Q2）。氯和溴催化反應(yīng)是不是的臭氧破壞反應(yīng)?；钚詺浜突钚缘?dú)庖矃⑴c其他發(fā)生在平流層中的破壞臭氧層催化反應(yīng)。這些反應(yīng)在平流層中是天然發(fā)生的而且他們的重要性并沒有像含鹵素的反應(yīng)那樣受到人類活動(dòng)的影響。參與反應(yīng)的氫和氮?dú)夥謩e來(lái)自于自然排放的甲烷（CH4）和一氧化而氮（N2O）。由于《蒙特利爾議定書》發(fā)揮作用，大氣中鹵素氣體的豐度會(huì)下降，而CH4和N2O的濃度由于人類活動(dòng)的原因可能會(huì)上升，因此未來(lái)氫和氮?dú)獾闹匾耘c鹵素氣體相比要上升。

                                                                            圖Q 9?2 極地臭氧耗損循環(huán)2和3

      當(dāng)ClO濃度較高時(shí)，極地地區(qū)臭氧出現(xiàn)明顯的損耗。在這種條件下，初始反應(yīng)為ClO和另一個(gè)ClO反應(yīng)（循環(huán)2）或者ClO和BrO反應(yīng)（循環(huán)3）能夠有效的破壞臭氧層。在兩種情形下整個(gè)反應(yīng)是兩個(gè)臭氧分子生成三個(gè)氧分子。ClO和BrO的反應(yīng)有兩條途徑形成Cl和Br氣體。循環(huán)2和3是催化反應(yīng)，因?yàn)槁群弯逶诜磻?yīng)中可以重新生成。這兩個(gè)循環(huán)需要在可見光條件下完成，同時(shí)需要保持ClO的豐度。在極夜或者其他黑暗時(shí)期，這些反應(yīng)不能破壞臭氧層。