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为什么南极上空有个臭氧洞?

作者:admin    文章来源:盐田区外国语学校    更新时间:2017-12-29
  每年的9月16日是联合国大会确定的“国际保护臭氧层日”,之所以选定这个日子,是纪念1987年9月16日签署的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。按其要求,所有缔约国都应冻结并依照缩减时间表来减少含氯氟烃(CFCs)和其他消耗臭氧层物质(ODS)的生产和使用。2007年恰逢该议定书签署20周年。正如今年“国际保护臭氧层日”主题所言,我们有理由“庆祝20年来所取得的进展”,但是我们还应有一个清醒的认识,要使脆弱的臭氧层所受到的损耗得以弥补,我们要做的还有很多。
  曾经被用作电冰箱、空调、冷冻机设备的制冷剂,泡沫材料的发泡剂以及灭火剂、清洗剂等使用的以氟利昂为代表的含氯氟烃、含溴氟烃等物质,会破坏大气中的臭氧分子,使臭氧浓度减少,导致紫外线辐射量增加,从而危及人类健康与生态环境。这已成为一个常识被人们所接受。
  南极上空臭氧层破坏情况尤其引起人们的关注。实际上,正是1985年发现南极上空臭氧层明显变薄,即所谓的“南极臭氧层空洞”问题之后,才使得国际上保护臭氧层的呼声高涨起来。可是,为什么臭氧层空洞会出现在南极呢?那里可并没有地球人使用电冰箱或空调一类的东西呀!这是一个有趣的问题,也是科学家们一直在探讨的一个问题。
  目前,主要解释是从光学角度进行的。在人类聚居的北半球,由于大量生产和使用CFCs,并使之进入大气层中,大气环流携带着北半球散发的CFCs,随赤道附近的热空气上升,分流向两极。在南极黑暗酷冷的冬季(6月~9月),下沉的空气在南极洲受到冰山的阻挡,停止环流,就地旋转,形成“极地风暴漩涡”。这股漩涡不断上升,上升到20千米高空的臭氧层内以后,把南极与中低纬地带空气对流隔绝开来,使南极变得极冷,常常在零下80℃以下(比北极要低得多)。漩涡中的空气上升过程中还会生成大量的“冰晶云”。“冰晶云”中的冰晶微粒不断把气流中的CFCs吸收在其表面,浓度越来越高。当南极的春季(9月)来临极夜结束时,在阳光照射下冰晶云升温融化,释放出吸附的CFCs。CFCs在紫外线照射下发生解离,释放高活性原子态的氯。氯原子也是自由基,它对臭氧的破坏是以催化的方式进行的。据估算,一个氯原子可以破坏104-105个臭氧分子(溴原子的破坏能力还要大),臭氧层因大量损耗臭氧而出现臭氧洞。一旦春末南极漩涡残缺或破坏消失,大量富含臭氧的赤道南下的新鲜空气进入南极上空,使臭氧洞得以弥补。
  另一种解释是从动力角度进行的。这种观点认为,在南极极夜期间,因中低纬向南极的热量输送效率很低,控制南极上空的极地“漩涡”内部,形成了异常低温环境,光照少,氧分子合成臭氧的光化学作用就会减弱。当极夜结束,太阳重新越出地平线时,由于集中于平流层中下层的臭氧对太阳辐射的吸收,这一范围的大气被加热,于是该层出现了上升运动。这一上升运动引起的抽吸作用,将对流层臭氧含量低的气体带入了平流层,替代了原来平流层臭氧含量高的气体。这种“抽吸作用”直到11月份才逐渐减弱,此时南极上空臭氧浓度逐渐上升。
  北极也发生与南极同样的空气动力学和化学过程。但由于北极不存在类似南极的冰山,加上气象条件的差异,北极涡旋的温度远较南极高,而且北极平流层云的量也比南极少得多,因此目前北极的臭氧层破坏还没有达到出现又一个臭氧洞的程度。
  虽然南极臭氧空洞的形成过程很复杂,但根源是人为活动产生的氟利昂、哈龙等消耗臭氧层物质(ODS),它们在大气中的寿命很长,一旦进入大气就较难去除,这意味着它们对臭氧层的破坏会持续一段漫长的时间。科学家认为,欲使南极臭氧层显著恢复至少还需要另外一个20年。而要使南极臭氧空洞基本消失,乐观的估计是到2050年。





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