Annagrida 发表于 2020-11-26 10:28:41

如果臭氧层被破坏3/2会怎么样?

现代女娲补天

人类自20世纪70年代开始关注臭氧层破洞问题,最近又发现全球暖化与南极臭氧破洞有交互影响,这显现出地球这一复杂巨大的体系,是牵一发而动全身,要窥其全貌并非易事。


南半球漫漫长冬结束,太阳又将照耀南极上空,平流层里的氯和溴化合物,却开始破坏使地球免受紫外线伤害的臭氧层。数月里,这些污染物造成的臭氧层损耗,会在南极大陆上方弄出一个破洞。


自20世纪70年代起,这个现象就年年上演,不过是过了好几年才被科学家注意到。1985年,英国南极调查小组在《自然》杂志上发表论文,揭示出臭氧层的破洞,举世震惊。大约同时,科学家也确认,地球的臭氧层对大气中的污染物非常敏感。这一发现使许多国家在1987年一致同意,管制生产破坏臭氧层的化合物,可说是面对全球环境问题最有魄力的行动。

多亏有《蒙特利尔议定书》,各国对修复地球防护层都付出了一大努力。虽然南极上空的臭氧层破洞每年还是一样大,至少大气层里的氯化物开始减少了,其他地区变稀薄的臭氧层也有好转的迹象。

众人欢欣之余却忘了问,天空的大洞到底什么时候才会补好。10年前科学家预计,臭氧层到2050年可以完全复原,但是如今却不再能肯定预估。其中一项使情况更趋复杂的因素是,《蒙特利尔议定书》签署以来,温室气体已大幅改变了大气层的特性,有些有助于臭氧层恢复,有些却会使情况恶化。复杂交互影响


气候变迁和臭氧层状况会交互影响。南极臭氧层破洞使得南极半岛加速暖化,冰层融化,也可能间接造成了澳洲更频繁的干旱和大火。

早在1974年,加州大学尔湾分校的化学家罗兰和奠里纳就曾提出,氟氯碳化物在平流层中会分解,释放出的氯原子可能会破坏臭氧层。他们与德国马克斯普朗克化学研究所的克鲁琛,因臭氧化学的杰出研究共享1995年的诺贝尔化学奖。

这些对臭氧层稀薄化甚至破洞的关注,促成1987年《蒙特利尔议定书》的签订。蒙特利尔条款对改善气候也有贡献,因为和二氧化碳比起来,氟氯碳化物类化合物是使温室效应更强的气体。在减缓暖化的效果上,这个拯救臭氧的条约比起《京都议定书》要强上五六佰。

世界所幸免的

让我们看看要是没有了臭氧层会发生什么事。美国太空飞行中心研究员纽曼与同事对破坏臭氧层物质未经管制,且每年还增长3%的情况进行模拟,得到的结果是2065年,全球2/3的臭氧层将会消失,到21世纪末全球的臭氧层将完全消失。


世界上无论是住在纽约、布宜诺斯艾利斯或东京的人以及住在中纬度地区(纬度30°~60°之间的温带地区)的人都会直接曝晒于强烈紫外线下,在5分钟之内造成严重晒伤。DNA突变几率会增加6倍,罹患皮肤癌几率急剧上升。

好在有《蒙特利尔议定书》,我们才能活在有防护层保护的地球上。德国太空中心的大气与气候科学家达美利斯说:“我们已经避免了最坏的情况。这也是个警告,提醒我们绝不可放松标准。”

虽然中纬度地区臭氧层破坏程度没有南极严重,但因此地区人口稠密,因此影响较大。紫外线的增加,可能使全世界每年增加数十万皮肤癌病例,而最糟的情况还在数十年之后。

但还是有好消息:中纬度地区的臭氧浓度似乎有增长的迹象。史托拉斯基相信,减用氯化物是原因之一。

虽然科学家原先预计还要等到2050年中纬度地区臭氧层才会完全恢复,但计算机仿真显示,这件事说不定会提早20年发生,尤其是较不受南极臭氧破洞影响的北半球。全球气候暖化或许对此有正面影响。因为温室气体将热量留在较低的大气层中,使上方平流层温度降低,也使破坏臭氧的化学反应变慢。另外,模拟指出暖化效应使得气流循环加速,热带地区富含臭氧的大气会流向中纬度,也使臭氧浓度提高。快速反应

以南极臭氧层破洞为例,全球暖化的影响力在两极并不显著。平流层的冷却会促进极地生成平流层云,进而造成臭氧分解。南极上空平流层相当干燥,一旦温度低于一78%,就会生成极地平流层云。它提供可让化学反应发生的大气面,使得原本由三个氧原子组成的臭氧分子迅速脱去一个。


冰晶粒子对臭氧分解扮演相当重要的角色。在极区以外,平流层中单一氯原子,可以循环分解数百个臭氧分子,直到它和氧化亚氮气体分子作用而终止反应。然而极地冰晶粒子表面却能催化反应加速,分解数以万计的臭氧分子。南极臭氧洞的中心海拔14千米~21千米处,臭氧消失速率可达每日3%。在极地平流层云的媒介下,破坏了几乎所有同海拔区间内的臭氧。

气候变迁既可能使极地平流层温度升高也可能下降,科学家并不清楚究竟何种效应会胜出。这方面研究迟迟未能进展的原因,在于计算机运算能力不足。以普林斯顿实验室为例,以100个处理器模拟一个百年尺度的体系,必须不间断地连算3个月。

大部分的科学家都不预期臭氧层的复原会在20年内发生。相关仿真结果显示,南极上方平流层中破坏臭氧物质的浓度,一二十年内仍会处于饱和状态。许多模型推测在2060年或2065年,臭氧层才可能完全复原。

最新的研究结果显示,溴化物的影响增加了问题的复杂性。平流层中溴化物浓度比理论预期的还多。依此趋势,根据普林斯顿实验室的预测,在2065年后数十年,臭氧层破洞还会有现在的0.1%大。奥斯登提醒这只是初步结果,“直至21世纪结束,我们都未必能见到臭氧层复原”。

对人类或其他动植物来说,穿过臭氧层破洞的紫外线危害并不显著。因为虽然臭氧层在初春时节破损最大,但此时日照角度小,因而也限制了入射地表的紫外线。


臭氧层破洞除了增加紫外线的入射,在南半球大部分区域,都能察觉其对区域气候间接改变的影响。由于臭氧能够吸收紫外线能量,在平流层中一直扮演着巨大热源的角色。极地平流层若缺少臭氧,温度将会下降6。c之多。所罗门发现,此冷却效应加强了流经冰帽的极地西风涡流,助长南极大陆的冰封。

这项发现解开了诸多南极气候之谜。强大的西风涡流将寒冷的空气困在南极大陆内部高原,使其与温室效应隔绝。过去30年来,南极大部分区域气温都呈现下降趋势。这点经常被反对全球暖化人士拿来做反例,然而所罗门的研究却显示,南极温度下降实由于加温不足所致,真正原因乃臭氧浓度减少。瓶中信息

困在南极内陆的冷空气,并不如外围空气那样容易向外流动。这或许部分解释了,何以暴露在相对温暖海洋空气中的南极半岛,成为地球上暖化最显著的区域之一。过去几年间,有二个大型冰架自半岛崩落,其他六个则呈现融化消退,同时将巨大的冰山送入大洋。

假使21世纪内臭氧洞的规模缩小,西风涡流减弱,将使原本局限在南极大陆内部的冷空气更容易接近半岛区。目前南极附近罗斯海海面的海冰覆盖面积正逐渐增加。最新研究结果印证了臭氧洞影响大气循环的模式,正好呼应海冰的扩张和南极气候的变化。

澳洲莫纳什大学动态气象及海洋研究中心的李斯贝认为,澳洲南部雨量变少,干旱频繁,皆起因于臭氧浓度下降。南极大陆因臭氧量减少而降温,造成涡流增强,南极气压下降,将含雨量丰沛的盛行西风往南拉离澳洲陆地。

达美利斯的仿真研究结果显示,热带海洋表面的温度上升,使得热带地区内的臭氧减少,而中纬度地区臭氧浓度却异常增高。他说:“虽然增加的臭氧有助保护人类,但因而干扰平流层内化学反应,或者阻碍植物生长则不是我们所乐见。”

长久来说,当含氯和溴的污染物从天空中除去,气候变迁将出来接手,成为影响臭氧浓度的主要人造因素。没什么人会去想这意味着什么,但差不多是该好好想想的时候了。
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