科学家最新发现:臭氧层空洞正在慢慢恢复

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科学家最新发现:臭氧层空洞正在慢慢恢复
麻省理工科技评论 2018年1月7日

2018年1月7日

虽然一直有迹象表明臭氧空洞慢慢在恢复,但是科学家对此一直争论不断。
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虽然一直有迹象表明臭氧空洞慢慢在恢复,但是科学家对此一直争论不断。

臭氧是地球大气中一种微量气体,它是由于大气中氧分子受太阳辐射分解成氧原子后,氧原子又与周围的氧分子结合而形成的。90% 以上的臭氧存在于平流层。它吸收对 DNA 有害的紫外线,防止其到达地球,以屏蔽地球表面生物,不受紫外线侵害。不过,随着人类活动,特别是氟氯碳化物(CFCs)等人造化学物质被大量使用,很容易破坏臭氧层,使大气中的臭氧总量减少,在南北两极上空的下降幅度最大。在南极上空,出现臭氧稀薄区,被科学家形象地称之为“臭氧空洞”。

基于这样的现状,为了避免 CFCs 对臭氧层继续造成恶化及损害,联合国邀请所属 26 个会员国签署了蒙特利尔议定书,该议定书在 1989 年生效。但是,过去的几十年,臭氧的变化比较小而且该变化是不稳定的,所以很难判断议定书是否起到了实质作用。但是,这个判断是很难确定。虽然有证据表明臭氧有恢复,但是由于臭氧层恢复非常缓慢,以至于人们会怀疑这一论点可能是个骗局,甚至是一个阴谋。

获取确定的臭氧测量值,面临着很多挑战。首先,CFCs 不是唯一可以和臭氧反应的化学物质,所以不能只测量 CFCs 来判断。此外,天气对臭氧的破坏有很大的影响。在南半球的夏季,南极的空气中的 CFCs 会被吹到中纬度地区。而在冬季,强烈的风封锁了臭氧空洞的上部区域,也是空洞发展的区域。除了风,温度对于破坏臭氧的反应也有很大影响。基于这些因素,臭氧破坏量以及臭氧空洞的大小每年都在变化。虽然一直有迹象表明臭氧空洞慢慢在恢复,但是科学家对此一直争论不断。21 世纪初期,NASA 发射了 Aurora 卫星,特地用来追踪大气中的化学成分。NASA 戈达德宇宙飞行中心的两个研究人员 Susan Strahan 和 Anne Douglass,分析 Aurora 卫星数据很多年了,他们把臭氧层恢复与 CFC 的下降联系在一起。

首先,团队发现在南半球夏季,一氧化二氮也会抵达南极地区,并且不同于 CFCs 的是它在冬季时不发生反应。因此,它可以用来追踪冬季时 CFCs 数量。研究人员还采用一些附加的化学过程,来证明一氧化二氮含量与 CFCs 数量之间的关系。因为除了破坏臭氧,CFCs 中的氯也与甲烷反应生成盐酸,所以盐酸的量应该与 CFCs 的初始浓度相关。

他们在每个冬季末测量氯含量。结果表明 CFCs 和一氧化二氮的含量高度关联,并且随着氯含量变小,二者之间的比例也渐渐改变。每年越来越少的 CFCs 被传输到南极地区,也就是说蒙特利尔协议正想如期一样发挥着作用研究人员表示,尽管由于天气原因导致有时氯含量上升,但是总体而言南极地区的氯含量以每年 0.8% 的比例下降,进而导致臭氧破坏下降了 20%。所有这些证据表明蒙特利尔协议发挥着作用,南极地区的氯正在减少,同时臭氧破坏也在下降。

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