注：本文转载自“含氟气体与环境问题”公众号。

人类活动排放以及自然过程产生是含氯和含溴气体进入大气平流层的的主要来源。这些含卤气源在太阳紫外线辐射条件下会转换为含氯原子和溴原子的更活泼的气体。一些活泼气体作为化学反应池，由反应性最强的气体，也就是一氧化氯（ClO）和一氧化溴（BrO）转化而来。最活跃的反应性气体将会通过参与催化反应有效地破坏臭氧。多数火山会喷发出一些可溶于水的反应性卤气，它们在进入平流层之前就已在被冲刷出大气环境。

        存在于平流层中的含卤气体可分为两类：含卤气源和反应性含卤素气体（图Q8-1）。包括消耗臭氧层物质（ODS）在内的含卤气源，来自地球表面的自然过程和人类活动（参见Q7）。一旦进入平流层，含卤气源就会发生化学反应并以不同的速率转换成反应性含卤素气体。对于多数气体来说，这种转换发生在平流层而不是对流层中，因为平流层中的太阳紫外线辐射（特定波长的光线）更为强烈。含氯或含溴等卤素的反应性气体造成了对平流层臭氧的化学破坏。

                                                                                 图Q 8‑1 卤素气源的转化

        含氯和溴的卤素气源可通过化学反应转化为在平流层中广泛存在的反应性卤素气体。这种转化需要太阳紫外辐射和一些化学反应。更短寿命期的气体会在对流层就发生一些转化。反应性卤素气体包括所有转化前就存在于源气体的氯和溴。这些反应性气体在气藏中可分类，包括不直接破坏臭氧类和直接参与臭氧破坏循环类（见Q9）。一个主要的反应性气体，CIO，是存在于液态和固态极地平流层云（PSCs）中的贮存气体HCl和ClONO2反应形成的（见Q10）。

              图Q 8‑2 反应性氯气观察结果

2006年在太空中测量到的中纬度地区大量的含氯气源和反应性含氯气体随海拨变化的情况。在对流层（低于10公里），气源中含有所有的氯气。在平流层，大量的反应性氯气会随着海拨高度而增加，与此同时氯气气源含量下降。这是一个由于太阳紫外辐射引发的化学反应将气源转化为反应性气体的结果（见图Q8-1）。形成的主要的反应性气体是HCl, ClONO2 和ClO。气源和反应性气体的总和称为“总有效氯”，在平流层的不同高度几乎是恒量的。在臭氧层（15-25公里），含氯气源仍然存在，而HCl 和ClONO2是最主要的反应性含氯气体。（“兆分之一”在图Q7-1标题中已有定义）

        反应性含卤素气体 含卤气源的化学转换过程，是一种包含太阳紫外线辐射和其他化学反应的过程，会产生一定量的反应性含卤素气体。这些反应性气体含有气源中最初所含的各种氯原子和溴原子。图8-1所示是平流层中形成的重要的含氯和含溴的反应性气体。在整个平流层中，含量最多的通常是（HCl）和硝酸氯（ClONO2）。这两种气体被认为是重要的气藏，因为，虽然它们不直接与臭氧反应，却可以转换为反应性的气体从而对臭氧产生化学破坏。反应性的是一氧化氯（ClO）和一氧化溴（BrO），以及氯原子（Cl）和溴原子（Br）。可得反应性含溴气体的大部分是以一氧化溴的形式存在的，而通常只有一小部分的反应性氯气是以一氧化氯的形式存在的。极地地区冬季特殊的气候条件有助于形成硝酸氯和气藏，它们在极地平流层云（PSCs）上发生的反应中几乎全部转换成一氧化氯（参见Q10）。

        中纬度地区的反应性氯素 利用局部和远程测控技术对平流层中的反应性氯气进行了广泛观察和研究。图Q8-2中所示的空中测控结果代表性表明了含氯气体的量是如何在中高纬度平流层表层与上层之间变化的。（如图Q8-2中红线部分所示）有效氯值是含卤气源和反应性气体（如氯氟烃、硝酸氯、一氧化氯）中所含的氯元素的总量。表层至50公里（31英里）以上的有效氯值恒定保持在10%以内。在对流层中，有效氯气几乎全部存在于图Q7-1所示的几种气源中。在更高纬度，气源成为有效氯气中的较小部分，因为它们已转换为反应性氯气。在纬度，有效氯气全部以反应性氯气形式存在。

        在中纬度臭氧层海拔高度，如图Q8-2所示，和硝酸氯气藏量占有效氯值的大部分。臭氧消耗过程中活跃的一氯化氯只占有效氯气的一小部分。极地以外地区由于一氯化氯含量较小，臭氧破坏程度受到限制。

        极地地区的反应性氯气 极地地区的反应性氯气在秋冬两季发生较大的变化。如今在每个季节都对南北两极地区的气象和化学条件进行常规观测。图Q8-3对南极地区秋冬两季的气候和化学条件进行了对比说明，采用的是在臭氧层中心（高度约为18公里（11.3英里））测得的季节性观测值（参见图Q12-3）。

        在秋季（五月份），整个南极大陆以及周边地区的臭氧值较高。此时气温处于中等水平，和硝酸（HNO3）值较高，而一氧化氯的值则非常低。值较高表明，平流层中发生了含卤气源大量转换。过去几十年来，由于含卤气源排放增加，平流层中的和硝酸氯气藏量大幅升高。

        硝酸是平流层中大量、自然存在的一种化合物，在平流层臭氧化学反应中起主要作用，它可以减缓臭氧破坏程度，同时它所产生的冷凝作用可形成极地平流层云（PSCs）。一氧化氯低值表明秋季只发生少量的气藏转换，因此限制了催化臭氧破坏。

        到了冬末（九月份），此时的臭氧量表明，在比南极大陆更大的地域内，在18公里高度发生了大量的臭氧消耗。在整个臭氧层大部分高度（参见图Q12-3所示海拔高度状况），由于类似的化学破坏作用导致了南极臭氧洞的出现。冬末的气象和化学条件与秋季大不相同：气温很低，和硝酸含量很低，一氧化氯含量很高。平流层的低气温是冬季的一个特征，此时太阳能热值降低。低和高一氧化氯含量发映出反应性卤素气藏化合物和硝酸氯转化为反应性的一氧化氯。这种转换只发生在冬季，因为极低气温形成的极地平流层云（参见Q10）。低硝酸表明，由于冷凝作用它已形成了极地平流层云，部分极地平流层云通过重力沉降而下降到较低的高度。一氧化氯的高含量通常会导致南极地区的臭氧消耗持续发生，直到十月中旬（春季），此时通常可观测到较低的臭氧值（参见Q11）。冬季结束后随着温度升高，极地平流层云的形成暂时停止，一氧化氯重新转换为和硝酸氯气藏（参见Q10），臭氧破坏终止。

        类似但程度较低的气象和化学变化也可在北极地区的秋冬两季之间观测到，这里的臭氧消耗程度没有南极地区严重。

        反应性含气体观测值 对较低平流层中的反应性气体的观测值少于反应性氯气的观测值，部分原因是由于溴含量较低。观察泛的含溴气体就是一氧化溴（BrO），可进行空间观测。估算出的平流层中的反应性溴值高于预期的因卤化烷烃和溴甲烷等气源转换的预测值，这表明，半衰期较短的含溴气体转换为反应性含气体的比率可能较高（参见Q7）。

        其他源 其他反应性含卤素气体的排放源，存在于自然过程和人类活动中。多数排放气体停留在对流层，因溶于水，在到达平流层之前最终随降水返回地球表面。火山喷发也是反应性含卤素气体（如）的一种重要偶生源，这些反应性含卤素气体到达平流层的量并不多（参见Q14）。其他例子包括因海雾蒸发而产生的反应性氯气。海盐产物溶于水后被移送到对流层。航天飞机的固体火箭发动机，直接向对流层和平流层释放出反应性氯气。与其他人类活动产生的含卤气体排放相比，航天飞机排放产生的反应性氯气的量很小。

                                                                  图Q 8‑3 南极圈臭氧层的一些物质的分布状况

        南极地区化学物质分布状况的观测结果显示南极臭氧空洞的形成与臭氧的严重消耗有很大相关性。通过卫星实时监测了臭氧及反应性含氯气体的浓度以及同温层的温度数据。图中展示了秋季（五月）及冬末（九月）高度约为18公里（11.3英里）处臭氧层中心附近测得的季节性观测值（见图Q12-3）。由于造成臭氧浓度规模下降的臭氧层破坏反应尚未发生，臭氧浓度在秋季存在一个自然的峰值。由图可见，臭氧浓度较高时，南极地区气温相对比较平稳，HCl和 HNO 3的浓度较高 ，同时ClO的浓度非常低。当ClO浓度不高时，并未发生臭氧层破坏物质大量消耗臭氧的现象。这些物质在冬末的分布状况又有所不同，臭氧被严重消耗，温度明显下降，HCl大量转化为ClO（的反应性含氯气体之一），HNO 3被PSC粒子的重力沉降去除。九月时南极附近ClO的浓度较小主要是因为ClO的生成需要阳光，而九月份时高纬度地区的阳光量并不充足。冬末时南极大部分地区存在较高浓度的ClO，有时其范围会超过南极大陆的边界长达1-2个月之久，这使得冬末春初时期阳光照射地区的臭氧被大量分解。臭氧浓度一般在十月中旬跌至最小值（见Q12）。需要注意的是，图中显示的颜色中代表浓度和的颜色表示的是超出测量范围的浓度。（这里使用ppb（十亿分之一）作为单位表示气体的丰度，某气体丰度为1ppb表示每十亿个（109个）空气气体分子中有一个该种气体分子（与图Q7-1中的单位“兆分之一”类似））