天氣和氣候是兩個(gè)不同的概念，正如在全球變暖的大背景下，不能因某一年偏冷，就認(rèn)為氣候在變冷，同樣也不能因某一年臭氧洞偏小，就認(rèn)為臭氧洞已被修復(fù)，南極臭氧洞問(wèn)題并未得到徹底解決。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)和美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的科學(xué)家稱，近日，由于南極上空平流層異常溫暖，極大限制了臭氧的損失，使南極上空臭氧洞縮小到自臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來(lái)的最小規(guī)模。
南極臭氧洞是怎么形成的?臭氧洞變小是不是意味著臭氧洞被修復(fù)了呢?就此，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了中國(guó)氣象科學(xué)研究院研究員陸龍驊。
南極臭氧洞并非一直都有
臭氧由3個(gè)氧原子組成，主要分布在平流層，通常最大濃度出現(xiàn)在離地20—25公里的地方，是一種化學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定、氧化性很強(qiáng)的物質(zhì)，它在平流層中生成和分解與太陽(yáng)輻射有密切關(guān)系。
陸龍驊說(shuō)，臭氧在大氣中含量很少，在標(biāo)準(zhǔn)情況下，如果把大氣中的臭氧收集起來(lái)，全球平均累積厚度僅為3毫米左右，即只相當(dāng)于兩個(gè)5分硬幣的厚度。“可別小看這區(qū)區(qū)的3毫米，就是這平均3毫米的臭氧層，大量吸收了來(lái)自太陽(yáng)的紫外輻射，對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)和大氣環(huán)境有重要影響。可以形象地說(shuō)，臭氧層是地球生命的保護(hù)傘。”
但自上世紀(jì)70年代末以來(lái)，全球臭氧總量下降，尤其在南極地區(qū)下降最明顯。
據(jù)陸龍驊介紹，1984年日本氣象廳觀測(cè)員、札幌氣象局忠鉢繁率先發(fā)現(xiàn)，日本南極昭和站臭氧總量在春季顯著降低。在這之后，1985年，通過(guò)對(duì)英國(guó)Halley灣站自1957—1958年國(guó)際地球物理年起的觀測(cè)數(shù)據(jù)重新檢驗(yàn)分析，英國(guó)劍橋大學(xué)的法爾曼等人發(fā)現(xiàn)，每年9—10月，南極大陸上空數(shù)百萬(wàn)平方公里的大氣臭氧總量?jī)H為正常值的一半以下。
繼日本和英國(guó)科學(xué)家之后，1986年美國(guó)NASA科學(xué)家斯托拉斯基等用氣象衛(wèi)星資料證實(shí)了上述結(jié)果。在1979—1985年，10月份的南極臭氧最小值較早先同期減少了40%。在春季，南極地區(qū)臭氧總量急劇減少,會(huì)出現(xiàn)低于全球平均值30%—40%的閉合低值區(qū)，與周圍地區(qū)相比, 就顯得南極大陸上空出現(xiàn)了一個(gè)臭氧值極低的“空洞”，這就是南極臭氧洞。
然而，南極臭氧洞并不是全年都存在的，只在南極春季出現(xiàn)。通常南極臭氧在7月下旬開(kāi)始減少，8月中旬后就出現(xiàn)較為明顯的臭氧洞，9月下旬到10月上旬臭氧洞的面積最大，10月底后臭氧急劇增加, 臭氧洞逐漸填塞，12月中旬恢復(fù)正常，就不再有臭氧洞了。
“空洞”為啥偏偏在南極
為討論形成南極臭氧洞的原因，各國(guó)科學(xué)家通過(guò)氣球、飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星及地面站等多種現(xiàn)代化觀測(cè)方法獲取了大量資料，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了分析和模擬研究。曾有兩屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主的工作與研究臭氧洞形成的原因有關(guān)。
如今，有關(guān)南極臭氧洞形成的科學(xué)機(jī)理已經(jīng)基本厘清。陸龍驊說(shuō)，形成臭氧洞需要滿足兩個(gè)條件——大氣中存在有人類活動(dòng)排放的氟里昂和溴化烴等消耗臭氧層的物質(zhì);春季南極平流層極地渦旋中較長(zhǎng)時(shí)間的低溫。
為制造冰箱和空調(diào)等，人類發(fā)明和使用了氟里昂和溴化烴等含氯和溴的化合物。這類污染物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，泄漏排放到大氣中滯留的時(shí)間很長(zhǎng)，在大氣垂直環(huán)流作用下會(huì)從對(duì)流層到達(dá)平流層，在強(qiáng)烈的紫外輻射作用下發(fā)生分解變得不穩(wěn)定，釋放出氯原子。氯原子與平流層的甲烷或二氧化氮反應(yīng)生成鹽酸和硝酸氯。
通常情況下，這些物質(zhì)被稱為平流層的“氯儲(chǔ)存庫(kù)”，氯原子在平流層不具備催化循環(huán)反應(yīng)的功能，因此，全球平流層并沒(méi)有發(fā)生大面積的臭氧損耗現(xiàn)象，但在南極冬春季極低平流層環(huán)境下發(fā)生了意外。
南極大陸冬季極夜環(huán)境異常寒冷，當(dāng)氣溫下降到一定的閾值時(shí)導(dǎo)致了極地平流層云(PSCs)的出現(xiàn)。在PSCs表面發(fā)生了非均相化學(xué)反應(yīng)，氯氣不斷累積，當(dāng)春季陽(yáng)光出現(xiàn)時(shí)，氯氣光解成游離態(tài)的氯原子，參與了損耗臭氧的
催化循環(huán)反應(yīng)。在數(shù)月的催化反應(yīng)時(shí)間里，1個(gè)氯原子可“吃掉”10萬(wàn)個(gè)臭氧分子。
為什么平流層的臭氧損耗在南極表現(xiàn)得更為強(qiáng)烈，這得從南極有獨(dú)特“個(gè)性”的大氣環(huán)流說(shuō)起。
受南半球的地理特征和大氣驅(qū)動(dòng)力影響，南極上空的大氣運(yùn)動(dòng)以繞極環(huán)流為主。冬季極夜期間，南極上空的繞極環(huán)流更加強(qiáng)盛，風(fēng)速最大區(qū)在南極大陸邊緣，可持續(xù)幾個(gè)月。南極上空這一繞極環(huán)流被稱為“極地渦旋”，其高度范圍從距地面數(shù)公里直到50公里以上。因?yàn)槟蠘O四周是海，存在數(shù)月之久的南極“極地渦旋”像一堵無(wú)形的墻，圍繞在南極上空，阻止南極內(nèi)部的空氣與外界空氣交換，阻礙了極地平流層與中低緯度地區(qū)平流層物質(zhì)和能量的交流，使得南極上空的大氣屬性明顯區(qū)別于外部，也使得極地地區(qū)的臭氧損耗在封閉的空間里持續(xù)。
北極也有“極地渦旋”，但北極地區(qū)的地面四周海陸相交，頻繁向上傳播的重力波時(shí)常沖破“極地渦旋”的封閉狀態(tài)，使得北極“極地渦旋”的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度均普遍低于南極地區(qū)，因此，北極地區(qū)春季的臭氧損耗通常遠(yuǎn)低于南極地區(qū)。
面積縮小與平流層異常變暖有關(guān)
那么今年南極的臭氧洞怎么會(huì)變得這么小，是不是臭氧洞被修復(fù)了呢?
相關(guān)機(jī)構(gòu)表示，雖然世界各國(guó)在減少消耗臭氧層的化學(xué)物質(zhì)使用方面取得重大進(jìn)展，但今年相對(duì)較小的臭氧空洞主要與平流層異常變暖有關(guān)。
科研人員在分析今年臭氧洞變化原因時(shí)，同樣也提到了氣象因素：由于今年10月以來(lái)，南極上空異常溫暖，臭氧空洞縮小至有記錄以來(lái)的最小規(guī)模。這樣的情況與2002年、1988年相似。同期平流層垂直剖面上的平均溫度表明：溫暖的年份與大氣臭氧總量偏高、臭氧洞偏小密切相關(guān)，而寒冷的年份與臭氧含量低相關(guān)。他們分析認(rèn)為，2019年是40年來(lái)出現(xiàn)的第三次由于平流層溫度過(guò)高導(dǎo)致臭氧消耗減少。
陸龍驊指出，天氣和氣候是兩個(gè)不同的概念，正如在全球變暖的大背景下，不能因某一年偏冷，就認(rèn)為氣候在變冷，同樣也不能因某一年臭氧洞偏小，就認(rèn)為臭氧洞已被修復(fù)，南極臭氧洞問(wèn)題并未得到徹底解決。
臭氧洞變小，是否意味著較高的溫度對(duì)臭氧層有利，那么人類繼續(xù)向大氣中排放二氧化碳等溫室氣體，臭氧洞會(huì)不會(huì)變得更小呢?
NASA戈達(dá)德太空飛行中心的科學(xué)家保羅⋅紐曼說(shuō)，并不完全是這樣。事實(shí)證明，二氧化碳在平流層中的作用與在離地面較近的對(duì)流層的作用相反。紐曼解釋說(shuō)，平流層中的二氧化碳會(huì)吸熱，然后散逸到太空中，它實(shí)際上會(huì)讓平流層變冷。地球變暖不光是溫室氣體的原因，所以排放溫室氣體不等于拯救臭氧洞。
記者 陳 瑜
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