臭氧空洞
臭氧空洞是地球大氣上空平流層（臭氧層）的臭氧從1970年代開始，每年遞減的一種現(xiàn)象。在兩極地區(qū)的部份季節(jié)，遞減速度還超過每十年4%，而在春季時連對流層的臭氧也在減少，形成所謂臭氧空洞。臭氧消耗的主要原因是氯化物和溴化物對臭氧分解的催化作用引起的，這些鹵素主要來源于地面釋放的氟氯烴（CFC），商品名稱為氟里昂。
臭氧空洞
臭氧空洞指的是因空氣污染物質(zhì)，特別是氧化氮和鹵化代烴等氣溶膠污染物的擴(kuò)散、侵蝕而造成大氣臭氧層被破壞和減少的現(xiàn)象。1984年，英國科學(xué)家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發(fā)現(xiàn)：在過去10~15年間，每到春天南極上空的臭氧濃度就會減少約30%，極地上空的中心地帶有近95%的臭氧被破壞。從地面上觀測，高空的臭氧層已極其稀薄，與周圍相比像是形成一個“洞”， “臭氧洞”由此而得名。
臭氧層的臭氧濃度減少，使得太陽對地球表面的紫外輻射量增加，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞作用，影響人類和其他生物有機(jī)體的正常生存。
臭氧層讓地球上的生物免遭短波紫外線的傷害
對生命的保護(hù)
大氣中的臭氧吸收了大部分對生命有破壞作用的太陽紫外線，對地球生命形成了天然的保護(hù)作用。太陽紫外線中波長小于290納米的部分被平流層臭氧分子全部吸收，但波長為290-320納米，也就是通常所說的UV-B波段的紫外線也有90％被臭氧分子吸收，從而大大減弱了它到達(dá)地面的強(qiáng)度。如果平流層臭氧的含量減少，則地面受到的UV-B段紫外輻射的強(qiáng)度將會增加?？梢院敛豢湓诘卣f，地球上的一切生命就像離不開水和氧氣一樣離不開大氣臭氧層，大氣臭氧是地球上一切生靈的保護(hù)傘。
對氣候的影響
臭氧是引起氣候變化的主要因子，同時又是重要的氧化劑，在大氣光化學(xué)過程中起著重要作用。臭氧吸收了太陽光中的大部分的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能從而加熱大氣，也能吸收9-10微米的熱紅外線，使大氣層加熱。
正式由于臭氧的這一特性，使得地球上空15～50公里的大氣層中存在著升溫層（逆溫層），因此，臭氧對平流層的溫度結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動起決定性的作用，而大氣的溫度結(jié)構(gòu)對于大氣的循環(huán)具有重要的影響，臭氧濃度的變化不僅影響到平流層大氣的溫度和運(yùn)動，也影響了全球的熱平衡和全球的氣候變化。
臭氧形成和破壞機(jī)理圖
對于臭氧空洞形成的原因，當(dāng)前有三個學(xué)說：化學(xué)學(xué)說、動力學(xué)說和太陽活動學(xué)說。
化學(xué)學(xué)說
從化學(xué)學(xué)說的角度來講，由于人類活動大量生產(chǎn)和使用氟利昂，并使之進(jìn)入大氣層中，大氣環(huán)流攜帶著人類活動所排放的氟利昂，隨赤道附近的熱空氣上升，分流向兩極。由于氟利昂是一種含氯的有機(jī)化合物，當(dāng)它受到短波紫外線的照射，會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程中消耗掉一部分臭氧。人為消耗臭氧層的物質(zhì)主要是：廣泛用于冰箱和空調(diào)制冷、泡沫塑料發(fā)泡、電子器件清洗的氯氟烷烴（CFxCl4-x，又稱Freon），以及用于特殊場合滅火的溴氟烷烴（CFXBr4-x，又稱Halons哈龍）等化學(xué)物質(zhì)。
消耗臭氧層的物質(zhì)，在大氣的對流層中是非常穩(wěn)定的，可以停留很長時間，如CF2C12在對流層中壽命長達(dá)120年左右。因此，這類物質(zhì)可以擴(kuò)散到大氣的各個部位，但是到了平流層后，就會在太陽的紫外輻射下發(fā)生光化反應(yīng)，釋放出活性很強(qiáng)的氯離子（Cl）或溴離子，參與導(dǎo)致臭氧損耗的一系列化學(xué)反應(yīng)：
CFxCly → CFxCly-1+Cl?
Cl+O3 → ClO+O2 ?
O2 → 2O
ClO+O → Cl+O2
Cl與O3 反應(yīng)的速度比NO與O3 的反應(yīng)快6倍。反應(yīng)過程中釋放的氯可以在平流層中存在好幾年，因此一個Cl能夠消耗10萬個O3 。一般情況下CFCs放出一個氯離子，但是剩下的基團(tuán)可以通過與氧氣等的后續(xù)反應(yīng)，使CFCs中的全部氯都以破壞臭氧層的活動形態(tài)放出。因此，形成臭氧空洞。
動力學(xué)說
臭氧被破壞的過程
另一種解釋是從動力角度進(jìn)行的。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，在南極極夜期間，因中低緯向南極的熱量輸送效率很低，控制南極上空的極地“旋渦”內(nèi)部，形成了異常低溫環(huán)境，光照少，氧分子合成臭氧的光化學(xué)作用就會減弱。當(dāng)極夜結(jié)束，春季來臨(9月始)，太陽重新越出地平線時，由于集中于平流層中下層的臭氧對太陽輻射的吸收，這一范圍的大氣被加熱，于是該層出現(xiàn)了上升運(yùn)動。這一上升運(yùn)動引起的抽吸作用，將對流層臭氧含量低的氣體帶入了平流層，替代了原來平流層臭氧含量高的氣體。這種“抽吸作用”直到11月份才逐漸減弱，此時南極上空臭氧濃度逐漸上升?？梢?，由于南極春季的這種“抽吸作用”，導(dǎo)致了南極春季臭氧空洞的形成。
太陽活動說
南極地區(qū)10月份臭氧平均濃度變化（20世紀(jì)60年代～20世紀(jì)末）
還有的科學(xué)家認(rèn)為，南極臭氧空洞是太陽活動的結(jié)果。他們根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，臭氧的總量跟太陽黑子的活動有明顯的關(guān)系，而極地作為地球磁極又是太陽活動反應(yīng)最敏感的地區(qū)，比如極光等都是出現(xiàn)在極地，隨著紫外線輻射和高能帶電粒子流的增加，使大氣中氮氧化合物的含量增加，通過光化學(xué)反應(yīng)，破壞了極地上空的臭氧層。
以上幾種理論均有一定的說服力和自身的特點(diǎn)，各自也得到許多科學(xué)家的支持，但是目前我們還不能完全肯定某一種而否定另一種。
其他原因
近年來的研究發(fā)現(xiàn)，核爆炸、航空器發(fā)射、超音速飛機(jī)將大量的氮氧化物注入平流層中，也會使臭氧濃度下降。
NO對臭氧層破壞作用的機(jī)理為：
O3 ＋NO→O2 ＋NO2 ，
O＋NO2 →O2 ＋NO,
總反應(yīng)式為：O＋O3 →2O2 。
2011年春季北極上空首現(xiàn)臭氧空洞
根據(jù)全球總臭氧觀測的結(jié)果表明，每到春季南北極上空平流層的臭氧都會發(fā)生急劇的大規(guī)模耗損。
南極臭氧空洞惡化
1987年10月，南極上空的臭氧濃度下降到了1957-1978年間的一半，臭氧洞面積則擴(kuò)大到足以覆蓋整個歐洲大陸。從那以后，臭氧濃度下降的速度還在加快，有時甚至減少到只剩30%，臭氧洞的面積也在不斷擴(kuò)大。
1994年10月觀測到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。1995年觀測到的臭氧洞的天數(shù)是77天，到1996年幾乎南極平流層的臭氧全部被破壞，臭氧洞發(fā)生天數(shù)增加到80天。1997年，科學(xué)家進(jìn)一步觀測到臭氧洞發(fā)生的時間也在提前，1998年臭氧洞的持續(xù)時間超過100天，是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來的最長記錄，而且臭氧洞的面積比1997年增大約15%，幾乎可以相當(dāng)三個澳大利亞的面積。這一跡象表明，南極臭氧空洞的損耗狀況正在惡化之中。
2011年11月，日本氣象廳發(fā)布的消息稱，2011年以來測到的南極上空臭氧層空洞面積的最大值超過去年，已相當(dāng)于過去10年的平均水平。日本氣象廳利用美國航天局的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)9月2日南極上空臭氧層空洞的面積達(dá)到今年截至目前的最大值2550萬平方公里，是南極洲面積的約1.8倍。雖然這個數(shù)值低于2000年2960萬平方公里的歷史最高紀(jì)錄，卻大幅超過2010年南極上空的臭氧層空洞面積2190萬平方公里，2010年的這一數(shù)值在上世紀(jì)90年代以來的觀測值中位列倒數(shù)第三。
北極首現(xiàn)臭氧空洞
1980年～1991年南極10月份南極平均臭氧濃度分布
2011年10月，多國研究人員共同完成并發(fā)表在《自然》雜志網(wǎng)站上的報告稱，對2011年春天北極上空臭氧觀測數(shù)據(jù)的分析顯示，確認(rèn)北極首次出現(xiàn)了類似南極上空的臭氧空洞，在18到20公里的高空臭氧減少的幅度超過了80%，可謂史無前例。 面積最大時相當(dāng)于5個德國或美國加利福尼亞州。
青藏高原臭氧總量減少
90年代初，中國北京、昆明、黑龍江、浙江、青海等地臭氧觀測結(jié)果表明，當(dāng)?shù)氐某粞蹩偭坎粩鄿p少。同時青藏高原6至9月形成了大氣臭氧低值中心。拉薩地區(qū)上空臭氧總量比同緯度地區(qū)低11%，且1979年至1991年間臭氧總量平均年遞減率達(dá)0.35%。國際保護(hù)臭氧層專家警告：如果任其發(fā)展下去，世界屋脊的上空將繼南北兩極之后，出現(xiàn)世界第三個臭氧層空洞。
臭氧層中的臭氧能吸收200～300 nm的陽光紫外線輻射，因此臭氧空洞可使陽光中紫外輻射到地球表面的量大大增加，從而產(chǎn)生一系列嚴(yán)重的危害。
陽光紫外線輻射能量很高的部分稱EUV，在平流層以上就被大氣中的原子和分子所吸收，從EUV到波長等于290nm之間的稱為UV-C段，能被臭氧層中的臭氧分子全部吸收，波長等于290～320nm的輻射段稱為紫外線B段（即B類紫外線，UV-B），也有90％能被臭氧分子吸收，從而可以大大減弱到達(dá)地面的強(qiáng)度。如果臭氧層的臭氧含量減少，則地面受到紫外線B的輻射量增大。
健康影響
B類紫外線灼傷稱為B類灼傷，這是紫外線最明顯的影響之一，學(xué)名為紅斑病。UV-B也能損耗皮膚細(xì)胞中遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌。UV-B的增加還可對眼睛造成損壞，導(dǎo)致白內(nèi)障發(fā)病率增加。UV-B也會抑制人類和動物的免疫力，降低對一些疾病包括癌癥、過敏癥和一些傳染病的抵抗力。發(fā)育停滯等疾病也會隨著紫外線輻射量的增大而發(fā)病率。
生態(tài)影響
UV-B的增加，會對自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響。例如UV-B對20米深度以內(nèi)的海洋生物造成危害，會使浮游生物、幼魚、幼蟹、蝦和貝類大量死亡，會造成某些生物減少或滅絕，由于海洋中的任何生物都是海洋食物鏈中重要的組成部分，因此某些種類的減少或滅絕，會引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。B類輻射的增加也會損害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其產(chǎn)量減少，使得大氣中存留更多的二氧化碳，使溫室效應(yīng)加劇。
工業(yè)影響
UV-B還將引起用于建筑物、繪畫、包裝的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等等。另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強(qiáng)，反而會使近地面對流層中的臭氧濃度增加，尤其是在人口和機(jī)動車量最密集的城市中心，使光化學(xué)煙霧污染的機(jī)率增加，使橡膠、塑料等有機(jī)材料加速老化，使油漆褪色等。
1976年，美國國家科學(xué)院的報告肯定了對臭氧層被CFC破壞的假設(shè)，美國、加拿大和北歐等國開始限制在噴霧設(shè)施中使用CFC作為分散劑。1978年，美國禁止使用CFC分散劑，但歐盟不同意，美國也仍然在冰箱制冷和干洗領(lǐng)域繼續(xù)使用CFC，不過全世界的CFC生產(chǎn)總量有所下降，到1986年回落到1976年的水平。1985年20國簽定了保護(hù)臭氧層維也納公約，1987年，43個國家簽定了蒙特利爾議定書，生產(chǎn)廠家也開始轉(zhuǎn)產(chǎn)，因?yàn)椤皩＠麢?quán)再也不保護(hù)他們了，但同時也為他們提供了一個機(jī)遇，去尋找新的、更能贏利的替代產(chǎn)品。”1993年，杜邦公司關(guān)閉了他們的CFC生產(chǎn)廠。
蒙特利爾議定書的簽約國家約定從1993年開始，逐漸停止使用CFC作為制冷劑，到1999年要在1986年的水平上削減50%的使用量。在1990年的倫敦會議上，決定發(fā)達(dá)國家到2000年，發(fā)展中國家到2010年，除了只有少量應(yīng)用在治療哮喘時作為吸入劑外，全面禁止使用CFC和滅火劑哈隆。1992年在哥本哈根會議上，全面禁止的日期提前到1996年，同時將禁止產(chǎn)品增加了甲基溴，一種農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的熏蒸劑，發(fā)達(dá)國家應(yīng)該向發(fā)展中國家提供專家、技術(shù)和資金的援助。但作為例外的少量允許使用的產(chǎn)品仍然受到批評。
氟利昂可以被含氫氟氯烴（HCFC）或氫氟烴（HFC）所取代，這些產(chǎn)品雖然也會產(chǎn)生溫室氣體，但不會破壞臭氧層，此外還有多種可替代產(chǎn)品。