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光化学烟雾
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二氧化硫是酸雨的罪魁，而氮的氧化物则是形成光化学烟雾（photochemical smog）的祸首。这种空气污染类型的形成，是由于氮氧化物和空气中水蒸气里的氧气发生反应，生成二氧化氮。后者在日光下同汽车尾气与工业废气中的碳氢化合物反应，生成像臭氧（ozone）之类的新化合物。光化学烟雾的主要成分——臭氧分子由3个而不是2个氧原子组成。天气干暖而环流微弱有利于臭氧形成。天气越热，日光越强，臭氧与烟雾形成越多。因此一般说来，夏季臭氧产生多于其他季节。
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由于氮氧化物和碳氢化合物主要来源于机动车辆和工业，所以光化学烟雾多属城市问题。任何地方，光化学烟雾问题的严重程度都取决于气候、地形和交通状况。此类烟雾世界各地均有发生，影响着许多城市，如土耳其的安卡拉、印度的新德里、墨西哥的墨西哥城和智利的圣地亚哥。据世界银行报道，亚洲烟雾最严重的16座城市都在中国。
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大约有1.6亿美国人，即一半以上美国人口，居住在不符合2004年6月生效的联邦地面臭氧标准的地方。加利福尼亚州温暖阳光的气候和地形特别有利于臭氧的生成（图12.14）。加利福尼亚州的河谷被山地环绕，空气污染保留在盆地中。出现逆温时，污染物被有效地截留而不能逃逸到大气层中去。一半以上的加拿大人也和对面的美国人一样，居住在臭氧污染水平超标的地方。从温莎到魁北克之间的区域空气质量最差（图12.15）。近一半臭氧是就地产生的，另一半来自俄亥俄河谷、克里夫兰和底特律地区。
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图 12.14 洛杉矶（a）晴天；（b）被光化学烟雾掩盖。空气停滞在城市上空时，汽车与工业废气越积越多，减弱下午的阳光，变成阴暗的霾，使臭氧水平剧增。《清洁空气法》的要求和对汽车排气更严格的规定已令臭氧峰值降低到1955年水平的1/4。（［a］© Gregory Mancuso / Stock Boston;［b］© Robert Landau / Corbis Images）
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图 12.15 美国和加拿大受烟雾污染最严重的城市。本图仅标示两国臭氧污染水平最高的20座城市。尽管近年来有害的排放明显减少，但就每年“坏空气”天数而言，洛杉矶仍然是美国臭氧污染最重的城市。而且，有些烟雾污染最严重的情况也出现在美国得克萨斯州休斯敦和达拉斯-沃斯堡。在加拿大的20座城市中，有10座位于温莎至魁北克廊道上，受到来自美国的越境污染。
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资料来源：American Lung Association, Environment Canada.
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光化学烟雾既伤害人类健康又伤害植被。长期暴露于烟雾中会对人的肺部造成永久性伤害，使之过早老化，而且据信会增加哮喘、支气管炎、肺炎和肺气肿之类的发病率。由于儿童呼吸道较短小，而且免疫系统不如成人发育成熟，所以他们尤其容易受到空气污染的伤害。
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臭氧除了对人类有影响以外，也伤害植被。即使是百万分之一的低浓度也会对树木、植物和农作物造成伤害。虽然烟雾是城市工业中心产生的，但是对其下风向地区也有影响。日本东京和大阪、中国北京、巴基斯坦卡拉奇和美国加利福尼亚州洛杉矶等城市下风向的森林就受到与光化学烟雾有关的伤害。
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臭氧层损耗
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虽然臭氧在近地层是一种有害污染物，但对大气层却至关重要。在地面以上大约10—24千米的高度上，臭氧形成一个叫作臭氧层（ozone layer）的保护层，它护卫着地球上所有生命免遭来自太阳的致命紫外线（ultraviolet，UV）的过度辐射。越来越多的证据显示，各种化学品的排放正在破坏臭氧层。其中最重要的一类合成化学物质是1931年开发的氯氟碳（chlorofluorocarbons，CFCs）。成百种产品中含有氯氟碳。它被用作冰箱和空调器中的冷却剂，用作气溶胶喷雾剂，用作塑料泡沫包装、家居绝缘和室内装潢材料等。它还以液化形式用于外科手术工具的消毒，清洗电脑芯片和其他微电子设备。
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另一些与臭氧层损耗有关的是用于灭火器中的哈龙（halon），用作溶剂和清洁剂的四氯化碳和甲基氯仿，以及用于土壤和谷仓消毒以及熏蒸易腐货物的杀虫剂溴化甲烷。不过，氯氟碳远比这些都重要。
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这些气体释放到空气中后，穿过低层大气，在7—15年内上升到平流层（图12.16）。在那里，这些气体分子被紫外线辐射破坏，产生游离的氯原子和溴原子。经过一定时间，一个这样的原子就能破坏成千上万个（如果不是无限多个）臭氧分子。
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图 12.16 臭氧层如何消失。释放到空气中的氯氟碳和哈龙通过对流层时（如同大多数污染物那样）并不分解并最终进入平流层。一旦到达臭氧层，氯氟碳和哈龙就被紫外线分解，释放出氯（来自氯氟碳）和溴。这些元素随后破坏臭氧分子，将其分解为氧分子，由此破坏臭氧层。
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每年7月开始，南极上空大气层的臭氧损失就增多。1985年研究人员发现南极上空臭氧层中今天人所共知的“空洞”（实际上是一个低浓度臭氧区），其大小和美国大陆相当，并向北延伸，远达南美洲有人居住的地区（图12.17）。臭氧损耗在8—9月加强，直至10月温度上升，风向改变，臭氧亏缺的空气与周围大气相混合使损耗逐渐停止。北极上空臭氧层的损耗虽然较不令人注目，但也很严重，而1978年以来中纬度上空的臭氧层也显著变薄。
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图 12.17 2003年9月16日南半球上空臭氧层损耗情况。影像下面的色阶表示臭氧总水平。重大损耗区域面积大小逐年不同。2003年记录的臭氧空洞近于2900万平方千米。虽然南极洲上空的臭氧层损耗特别严重，但在世界上其他地方也已观察到平流层中臭氧浓度下降的现象。（© National Centers for Environmental Prediction, NOAA）
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臭氧层的损耗让更多的紫外辐射抵达地表。人类接受的紫外线辐射增多，提高了皮肤癌的发病率，同时由于紫外线辐射抑制了身体的防御机制，也增加了罹患各种传染病的风险。由于紫外线辐射还对植物细胞和组织造成伤害，因此其还可能造成农业减产。最严重的损害可能出现在海洋中。紫外线辐射量的增加，影响光合作用和被称为浮游植物的微小植物的代谢作用。这些浮游植物就繁衍在南大洋海面之下，构成海洋食物链的基础，而且在地球二氧化碳循环中起核心作用。
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根据1987年由160国签署的一项国际协议——《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（Montreal Protocol on the Depletion of the Ozone Layer，以下简称《蒙特利尔议定书》），氯氟碳和其他臭氧层损耗物的生产正在被逐步淘汰。该协议要求发达国家在1996年1月1日之前停止生产和消费氯氟碳、四氯化碳、哈龙和甲基氯仿，发展中国家在2010年之前停止生产。《蒙特利尔议定书》使氯氟碳的产量急剧下降。到1998年其产量已比10年前的峰值减少了90%。下层大气中溴的浓度从1998年到2003年下降了5%。
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