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臭氧洞为什么出现在南极而不是北极?

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臭氧洞为什么出现在南极而不是北极?


        

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    2018-12-08 01:40:56
  •   1985年,英国学者Joseph Farman等人发现,自1970年以来,9-10月南极上空的臭氧浓度逐年迅速地下降。由於臭氧的减少会增加对流层紫外线的入射量,这份研究报告震惊全世界。在此之前,美国太空总署的卫星已经连续几年监测臭氧浓度,却因为系统的瑕疵,将低臭氧浓度值当成错误的资料,作了人为的调整,因而没有发现到此一现象。
      一旦将该瑕疵修正,卫星资枓验证了南极臭氧急遽下降的现象,更发现涵盖面积极广而且逐年扩大。 观测发现,臭氧浓度的减少主要发生在10-20公里之间,也就是原本浓度较高之处
      南极上空的臭浓度原本就有明显的季节变化。 冬季时,由於臭氧生命期较长,被大气环流从低纬度地区传送到高纬度地区,聚集在南极上空的环流涡旋之内,不易与涡旋外臭氧浓度较低的大气混合,因而维持高浓度。
       到了春季,短波辐射的入射量迅速增加,臭氧为光解反应所破坏,浓度因此下降。 但从1970年中期至今,南极的春季( 9-10月)臭氧浓度逐年下降的现象已不止是季节变化的问题。几十年来,英国的Antarctica British Survey一直在南极Halley Bay测量臭氧浓度(也就是Farman的资料来源),他们的资料显示Halley Bay上空的每年10月总臭氧在1960年代约为310DU,在1970年代迅速下降,到了1994年只剩下130 DU(图5-7)。
      光是1979年至1990年的12年间,总臭氧就减少了50%。
      南极臭氧洞的发现和观测,是臭氧层损耗现象最直观的证明,也是研究臭氧层损耗成因最重要的自然背景。南极臭氧洞成因有多种假设,其中主要有:
      a、与太阳活动周期有关的自然现象
      b、火山活动的影响
      c、当地天气动力学过程的影响
      d、人为活动的影响——如氯化物的排放进入大气平流层层
      各种假设均有一定的说服力和自身的特点,目前还不能完全肯定某一种而否定另一种。
      但不管怎样,归根到底是物理和化学的作用。化学作用是影响臭氧浓度最根本的动力,物理过程影响着化学过程的效率,因为物理过程创造和影响化学作用过程的外部环境。物理过程(动力学过程)可能是南极臭氧季节性变化的主导因素,其他的自然因素可能为臭氧的化学消耗提供或创造适宜的环境或者一定程度上直接影响臭氧的浓度。
      但是,在漫长的历史过程中,臭氧的动态平衡已经形成,并为地球上的万灵生存提供免遭紫外伤害的保护伞。显然,没有人为活动的影响,臭氧损耗不可能象今天这样显著。况且,人类文明发展至今,人类在自然界面前不再仅仅是自然的产物,而且能够并且有意识或无意识地作为一种新的地质力量参与自然界的作用。
      在这种意义上,人为活动对臭氧损耗以至于整个环境的影响尤其重要,它有可能导致人类对文明发展的重新估量和定向。
      根据科学家科考结果,科学家们推断:携带北半球散发的氯氟烃的大气环流,随赤道附近的热空气上升,分流向两极,然后冷却下沉,从低空回流到赤道附近的回归线。
      
      在南极黑暗酷冷的冬季(6-9月份),下沉的空气在南极洲的山地受阻,停止环流而就地旋转,吸入冷空气形成“极地风暴漩涡”。旋涡上升至臭氧层成为滞留的冰晶云,冰晶云吸收并积聚氯氟烃类物质。
      当南极的春季来临(九月下旬),阳光照射冰云,冰晶融化,释放吸附的氯氟烃类物质。
      在紫外线的照射下,分解产生氯原子,与臭氧反应,形成季节性的“臭氧空洞”。
      因为北极没有极地大陆和高山,仅有一片海洋冰帽,形不成大范围的强烈的“极地风暴”,所以不易产生象南极那样大的臭氧洞。但是,北极上空的臭氧在不断地减少。
      
      经过多年的研究,大气发现与氟氯碳化物释出的(Cl)及氧化氯(ClO)破坏臭氧有关。氟氯碳化物是人造的化学物质,通常作为及中的推进气体(propellant gas)。氟氯碳化物在对流层中相当稳定,但是一进入低平流层(如,20-25km),就可吸收波长小于260nm的短波辐射,释出Cl及ClO,如:
      CFCl3 hυ→ CO2 HF 3Cl 或 3ClO ( 5。
      11 )
      如前节所述,Cl及ClO可充当催化剂,引发破坏臭氧的催化反应。除氟氯碳化物外,火山爆发、海草及生质燃烧( biomass burning )也会产生氯,但是其含量大约只有由CFC释出的氯浓度的1/5。 上述的化学反应由Mario Molina 与Sherwood Rowland於1974年提出。
      由于该研究对了解臭氧洞的形成有极大的贡献,他们二人与Paul Crutzen获得1995年诺贝尔化学奖。
      光靠上述的化学反应,我们仍旧无法解释为何臭氧洞发生在南极洲上空,而不在其他地区(譬如,北极)。除非在特殊环境,前述的催化反应,并不会一直运作下去,因为HO,ClO等自由基会与NO2反应:。
      

    是***

    2018-12-08 01:40:56

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