看，臭氧洞變小了

高登義

爭(zhēng)論不休找原因——臭氧洞咋就南極有？

自從1985年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)南極臭氧洞的存在以來(lái)（南極臭氧洞被確認(rèn)發(fā)現(xiàn)是1985年，但南極有臭氧衛(wèi)星觀測(cè)資料始于1979年，而有關(guān)臭氧洞的資料卻始于1982年），國(guó)際上一度掀起觀測(cè)研究南極臭氧洞形成原因的高潮。美國(guó)科學(xué)家一馬當(dāng)先向有關(guān)部門(mén)申請(qǐng)了巨額經(jīng)費(fèi)資助，開(kāi)始觀測(cè)、研究臭氧洞形成原因及其對(duì)于人類(lèi)和生物的影響。

在南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)后的幾年里，也就是1990年之前，有科學(xué)家提出：南極臭氧洞形成的原因是人類(lèi)排放了過(guò)多的氟利昂，而氟利昂氣體中的氯離子與臭氧（O3）發(fā)生分解反應(yīng)，形成原子氧（O）和分子氧（O2），減小臭氧總量，從而擴(kuò)大了臭氧低值范圍，形成臭氧洞。這個(gè)結(jié)論在當(dāng)年很是轟動(dòng)，得到科學(xué)界的認(rèn)同和贊揚(yáng)，因?yàn)檫@是人類(lèi)第一次提出“人類(lèi)活動(dòng)可以影響地球環(huán)境變化”的觀點(diǎn)。很快，就有科學(xué)家提出質(zhì)疑：人類(lèi)活動(dòng)在北半球遠(yuǎn)甚于在南半球，而且排放的氟利昂也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在南半球的排放量，為什么在北極上空就沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)臭氧洞呢？

臭氧洞的面積在2019年9月8日達(dá)到了峰值，10月面積縮小至1982年以來(lái)的最小值（圖片來(lái)源/NASA）

科學(xué)家們繼續(xù)觀測(cè)、研究，于是，自然原因和人類(lèi)活動(dòng)影響共同作用的理論出爐了：由于南極冰蓋平均海拔高度達(dá)到3000米左右時(shí)（相當(dāng)于把一座巨大的冰庫(kù)抬高到海拔3000 米以上，來(lái)冷卻海拔3000 米以上的大氣），它就成了南極上空大氣的強(qiáng)冷源，極易冷卻南極上空的大氣。在南極由夏季過(guò)渡到冬季期間（對(duì)北半球而言，在南半球?yàn)榇杭荆?，這個(gè)冷源可以使得南極平流層中層相當(dāng)范圍內(nèi)形成低于-78℃的氣溫，有利于產(chǎn)生冰晶云（PSCs），這種冰晶云會(huì)破壞平流層的氮氧化物，給被人類(lèi)排放于此的氟利昂氣體中的氯離子，提供與臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的機(jī)會(huì)，將臭氧分解為原子氧和分子氧，減小臭氧總量，擴(kuò)大臭氧洞的面積。

南極臭氧洞今年怎么了？

2019年春天，南極臭氧洞再次登上熱搜榜是因?yàn)樗_(kāi)始自己“愈合”了——縮小得讓人有點(diǎn)始料未及。據(jù)氣象觀測(cè)資料表明，從2019年8月下旬開(kāi)始，僅僅10天內(nèi)，在10百帕等壓面（平流層中層）上，氣溫就升高了40℃;9月，離地面20千米的平流層底層大氣溫度則升高了16℃，成為歷史最高記錄。相關(guān)報(bào)道認(rèn)為，這次春季南極平流層氣溫的爆發(fā)性增溫是南極臭氧洞面積縮小的原因。

“臭氧洞”到底有多大？

所謂南極臭氧洞，是指在南極春季平流層出現(xiàn)臭氧總量低于220多布森單位的范圍。這種臭氧總量低于220多布森單位的范圍越大，就稱為南極“臭氧洞越大”，反之，稱為南極“臭氧洞越小”。

為什么要把臭氧洞的范圍定義為220多布森單位呢？因?yàn)楫?dāng)南極平流層臭氧總量低于220多布森單位時(shí)，南極上空的紫外線輻射就能夠穿透平流層到達(dá)地面，使人們罹患皮膚癌，輕者皮膚潰爛，重者危及生命;與此同時(shí)，還可以殺死位于海洋表層1米內(nèi)的生物，破壞海洋環(huán)境。

臭氧洞的形成是自然原因和人類(lèi)活動(dòng)結(jié)合作用的結(jié)果

2014—2019年南極臭氧洞變化情況（圖片來(lái)源/NASA）

臭氧洞“愈合”為哪般？

為什么南極上空平流層氣溫爆升會(huì)讓令人擔(dān)憂的臭氧洞縮小了呢？

首先，如果南極平流層升溫高于-78℃，就不能在平流層形成冰晶云，也就不能破壞平流層的氮氧化物，不能給人類(lèi)排放的氟利昂中的氯離子提供與臭氧發(fā)生分解反應(yīng)的機(jī)會(huì)，南極上空的臭氧總量就可能會(huì)增加到超過(guò)220 多布森單位，臭氧洞的面積就會(huì)縮小。

其次，科學(xué)家長(zhǎng)期的研究表明，在南極春季，當(dāng)平流層出現(xiàn)爆發(fā)性增溫時(shí)，南極的臭氧總量會(huì)增加。我和日本國(guó)立極地研究所的川口貞男曾在1986 年11 月的《大氣科學(xué)進(jìn)展》（ADVANCE IN ATMOSPHERIC SCIENCES） 和1987年9月的《大氣科學(xué)》雜志上發(fā)表論文《春季南極昭和站上空增溫與臭氧含量和分布的關(guān)系》。在論文中我們指出，“1968年10月22—30日， 南極昭和站50百帕（平流層中下部）上氣溫由-62.5℃增加到-27.5℃，與此相應(yīng)，南極昭和站臭氧總量增加了157多布森單位;1979 年9月22—30日， 南極50百帕上氣溫由-77.5℃增加到-45℃，與此相應(yīng)，臭氧總量增加了139多布森單位。”

由此可見(jiàn)，臭氧總量增加，當(dāng)然臭氧洞的面積就減小了。

不過(guò)，這種變化屬于天氣尺度的變化，并不是一年以上的氣候變化。

氣候變暖不都是壞事

自2014年以來(lái)，當(dāng)我在科普講座、報(bào)告中講到“南極臭氧洞形成原因研究過(guò)程”時(shí)，曾經(jīng)多次給聽(tīng)眾提出“南極氣候變暖與南極臭氧洞關(guān)系”的思考題，啟發(fā)聽(tīng)眾“舉一反三”的能力。討論中，我曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“如果南極氣候真的變暖到使南極平流層的氣溫在春季持續(xù)高于-78℃，那就意味著南極臭氧總量會(huì)迅速增加，臭氧洞的面積就會(huì)逐漸縮小。這一點(diǎn)，對(duì)于南極的環(huán)境是有利的。一旦南極真的沒(méi)有‘臭氧洞了，紫外線的輻射對(duì)于生物的負(fù)面影響就沒(méi)有了。這就是氣候變暖對(duì)于人類(lèi)有利一面的例證。”

當(dāng)然，這個(gè)預(yù)言還要靠今后的觀測(cè)資料來(lái)證實(shí)。

最后應(yīng)指出的是，2019年出現(xiàn)的南極平流層爆發(fā)性增溫引起臭氧洞面積達(dá)到1982 年以來(lái)的最小值，這是天氣學(xué)行為，過(guò)去也曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似現(xiàn)象。它不是南極氣候變暖的根據(jù)，只不過(guò)是2019年南極春季的爆發(fā)性增溫特別強(qiáng)而已。

（責(zé)任編輯/岳萌 美術(shù) 編輯/滿斗工作室）