大气同温层中的臭氧在保护地球生物中起着关键的作用。大约3%的太阳输出以紫外线（UV）释放出来，但其中只有一小部分到达地球表面。波长在240 ~ 290 nm的紫外线C（UVC）几乎全部被大气中的臭氧消除，只有一部分紫外线B（UVB）（290 ~ 320 nm）穿过大气到达地球表面，由于紫外线B与紫外线C不在DNA的吸收光谱内，所以臭氧对原始生命形式很关键，尤其对水中生态系统。对人类，臭氧能大大限制太阳辐射的致癌作用。

十多年前，人工合成的化学物质会破坏臭氧层的可能性引起了科学界的注意。氯氟碳类（CFCs）化合物被证实能长时间滞留在大气中破坏臭氧层，当时只有美国有关机构视之为一严重问题，规定禁止把CFCs用作气雾喷射剂。但在世界范围内，CFCs的生产仍在继续上升，大气中CFCs的水平正在以每年5%的增长速度上升。公众对此也越来越关注——首先是由于有人预见在不远的将来大气中的臭氧可能会严重减少，其次是由于人们越来越认识到紫外线辐射对人类健康的危害。在英国，皇家医学院对紫外线照射与皮肤癌关系的报道日益引起人们对这一问题的关注。

但是，这方面最引起人们重视的是南极上空臭氧浓度的急骤下降，从本世纪70年代以来，南极上空臭氧在春季的浓度已下降了40%。这一急骤下降使大气中臭氧层破坏情况及引起的后果一下成了科学研究的中心议题。在1986年11月《地球物理研究通讯》杂志的增刊上登载了40余篇这方面的论文，诸作者一致肯定的是，如果臭氧层的破坏从南极延及地球上人口稠密地区的话，将会给人类的健康带来极大的危害。

一、有关臭氧的化学

地球上空10 ~ 50公里的区域叫做同温层。臭氧由分子氧与原子氧结合形成，O+O₂+M→O₃+M。其中M是任何能吸收该反应产生的能量的第三种分子。在高度较高（＞20公里）的区域内，紫外线辐射（波长＜243 nm）把分子氧分解，形成原子氧：O₂+hv→O+O。在高度较低的区域，特别是在对流层，原子氧主要来自二氧化氮，NO₂+hv→NO+O。臭氧吸收波长小于315 nm的紫外线光子分解形成分子氧与原子氧，O₃+hv→O+O₂。这一反应消除了紫外线C，限制了到达地球表面的紫外线B的量。若总臭氧浓度下降10%，则到达地面的波长为305 nm的紫外线辐射会增加20%，波长为290 nm的紫外线辐射增加250%，波长为287 nm的紫外线辐射可增加500%。

与臭氧有关的化学反应及光化学反应很复杂。但臭氧主要是被活性自由基破坏，后者能催化臭氧转变成氧气：X+O₃→XO+O₂及XO+O→O₂+X，X代表Cl，Br，NO，H或OH。上述两个反应的净结果是O₃+O→2O₂，所以活性自由基仍能“自由”地催化更多的臭氧转变成氧气。

同温层中氯的主要来源是CFCs、四氯化碳（CCl₄）及甲基三氧化碳（CH₃CCl₃）。溴主要来源于一些卤化物（Halones），特别是卤化物1211与1301——自70年代以来已被广泛用于灭火材料的化合物。同温层中的一氧化氮的重要来源是一氧化二氮，后者是在富含氮的土壤（肥料）中经微生物作用产生的，富含氮的燃料（如用于超音速飞机的）的燃烧也产生一氧化二氮。所有这些人造化合物在大气中的含量正在日益升高。除CH₃CCl₃外，它们均能在大气层中滞留数十年计算的时间。

卤化物特别引入注意，因为它们对臭氧的破坏力甚至大于CFCs，它们在大气中的浓度正在比较快的速度上升，而且它们在将要释放出来的灭火材料中有很大的储备“池”。此外，已有证据表明，与BrO及ClO有关的气相反应具协同性，它们可能与南极上空臭氧的急骤减少有关。这方面的科学知识尚不完善，但人工合成的化合物显然是已观察到的南极上空臭氧层遭破坏的主要原因之一。

二、生物学结果

紫外线照射与黑色素瘤以及非黑色素瘤皮肤癌的发病原因有着密切的关系。在高加索人群中，长期的紫外线照射可能是引起基底细胞癌与鳞状细胞癌的主要原因。因此，上述两种癌主要发生于身体裸露部位的皮肤，其发病率随年龄增长而升高。两种癌在易被阳光晒伤的皮肤白皙的人及户外活动时间多的人群中常见。在着色性干皮病（一种常染色体隐性遗传性皮肤病，其特征是皮肤早衰及缺乏对由UV辐射引起的DNA损伤的修复能力）人群中，这两种癌与鳞状细胞癌的发病率与纬度成负相关性——纬度高的地方，这两种癌的发生率较低，而在低纬度地区发病率高。鱗状细胞癌发病率与纬度的关系比基底细胞癌更明显。

紫外线照射与皮肤黑色素瘤的关系较复杂。在黑色瘤的四种临床病理类型中，只有着色斑黑色瘤似乎与紫外线累积照射有关。它常发生于身体裸露部位的皮肤，其组织学特征与太阳照射引起的皮肤纤维病相似。与此相反，肢端着色斑黑色素瘤、表浅扩散性黑色素瘤以及结节性黑色素瘤发生于较年轻的人群，且不只发生于长期受阳光照射的皮肤晒伤部位。即使如此，流行病学研究已证实黑色素瘤与紫外线照射有关。黑色素瘤的发生率与纬度存在一稳定的负相关性，在纬度高的地区黑色素瘤的发病率显著低于纬度低的地区的发病率。在澳洲、北美、英格兰、威尔士以及其它一些欧洲国家均发现了这一现象。

另一重要的发现是，在被研究的高加索人群中黑色素瘤的发病率与死亡率正在上升，被确诊的平均年龄下降。如在澳洲，黑色素瘤的死亡率在过去的50年内已上升了5倍。在其它国家，男女黑色素瘤的发生率与死亡率正在以每年3 ~ 7%的递增速度上升。

最后，黑色素瘤的发生率在各社会阶层中的分布显著不同。在英格兰与威尔士，第1社会阶层（最高阶层）之中黑色素瘤的死亡率是第5阶层（最低阶层）的2倍。此外，将已婚妇女根据其丈夫的社会阶层划分阶层时同样可看到这一现象——换句话说，这是个社会现象，而不是由特殊职业危害所引起的。与其它类型的皮肤癌相反，即使在同一社会阶层内黑色素瘤似乎与室内职业及办公室工作有关。

从这些发现可引出结论：黑色素瘤的发生与短期内剧烈的紫外线照射有关。人们对在阳光下度假与进行其它休息活动的喜爱是引起恶性黑色素瘤发病年龄下降及其发病率在各社会阶层分布不一致的原因。已有证据证明这一点：加拿大研究者已发现黑色素瘤的发生危险在短期内受到大剂量紫外线照射的人群中高，但在缓慢地受相同剂量紫外线照射的人群中不高。如果正确的话，接受紫外线照射后发生黑色素瘤的潜伏期应较短，事实正是这样。现在出现的黑色素瘤发病率升高的趋势可追得到本世纪40年代，与人们休养习惯的改变（变得喜欢在阳光下度假）的时间相一致。同时值得注意的是，在过去几年内出现的短期的黑色素瘤发生率的波动在时间上与太阳黑点的活动或紫外线辐射的增加相关。这提示黑色素瘤发生率的进一步上升是大气中臭氧减少引起的首要的生物学效应之一。

大气臭氧水平的下降对其它类型的皮肤癌的发生有何影响？由于动物模型只能提供给我们有关鳞状细胞癌的材料，我们无法对此作出确切的预测。虽然基底细胞癌能用药物诱导动物发生，但至尚没有紫外线诱导的动物基底细胞癌的模型，也没爷紫外线诱发的动物黑色素瘤的模型。虽然大多数研究表明295 ~ 300 nm波长范围内的紫外线B的作用比波长更长的紫外线B强，诱导动物发生鳞状细胞癌的紫外线B的波长谱也还没有完全确定。

因为臭氧对过滤波长较短的紫外线B更有效，所以臭氧的耗竭将会引起不成比例的生物学效应。有人估计，对作用于DNA的紫外光谱而言，臭氧水平若下降1%，紫外的照射量就会增加2%。美国环保局用一系列的剂量——效应估算法估计，大气臭氧浓度下降1%，基底细胞与鳞状上皮细胞癌的发病率会增加1 ~ 2%，黑色素瘤的死亡率将会增加该局进一步估计，若大气中的氯氟碳化合物每年增加2.5%的话，将会使皮肤癌患者增加一百万，在现时美国人群的寿命时间内将会使死于此癌的人增加20，000。但这只是推测性的，不是对这一人类健康问题严重程度的展望。

三，未来

建立有关臭氧减少的电子计算机模型需考虑发生于同温层的成千上万的化学反应与光化学反应。随着上层同温层中臭氧水平的下降，增加的紫外线B的穿透会加速低层同温层与对流层内臭氧的发生，这种“自我代偿”效应随着纬度的上升而减弱，在纬度大于40°的地区完全消失。在中纬度地区，上层同温层中臭氧的耗竭得到对流层中臭氧积事之抵消，所以整个大气层内的臭氧水平将或多或少维持于恒定。从环球地面监测网络获得的数据与这一假说相一致，但尚未发表的美国国家航空航天局卫星材料却表明同温层内臭氧的耗竭比根据二维模型预测的要严重得多。在两极地区，Nimbus7号卫星获得的材料已证实在南极上空存在极度的臭氧的耗竭，同时也已有证据表明在北极上空的臭氧水平最近下降较剧。

某些化合物，尤其是二氧化碳与甲烷，具有抵消臭氧耗竭之作用，因此在用计算机模型对将来大气中臭氧水平时需要考虑到这些气体有可能增加的趋势。如果假定CFCs的释放每年增加3%，N₂O每年增加0.25%，CH₄每年增加1%，CO₂每年增加0.6%，则根据这一计算机模型，预计到2030年全球大气中臭氧水平将会比1970年低6%。估计这会使非黑色素瘤皮肤癌的发病率增加12 ~ 36%，使黑色素瘤的死亡率增加9 ~ 18%。实际情况可能会比这一预测更严重，特别是由于南纬60°以南地区臭氧年平均耗竭速度已超过6%。

社会应对上述预测作出什么反应？CFCs的主要应用是气雾剂、泡沫剂、在冷却系统中所用的致冷剂以及用于计算机回路的溶剂。在许多情况下，可在对社会毫无损失的基础上中止其使用。在另外一些情况下，已出现或能发现更安全、非氯化的替代物。在联合国的举办下，大多数工业国家已签署了《维也纳臭氧层协约》，但要达到保护臭氧层这一目标远非易事。欧洲共同体成员国的部长们已同意在各自的国家内冻结CFCs的生产，使其产畳在今后五年内减少20%，但美国主张要减少50%。由于CFCs在大气中能滞留一个多世纪，因此只有使CFCs的输出减少85%，才能使大气中CFCs的水平稳定于目前的浓度。此外，如果BrO与ClO具协同作用的话，急需采取措施限制发达国家中贮存在灭火材料中卤化物之释放。不采取措施会给我们的子孙后代带来沉重的负担。

[The Lancet，1987年8月号]