南极上空的臭氧空泛，现在开端缩小了？
南极上空的臭氧层空泛（Ozone depletion ）曾引起社会层面的广泛重视。但在近几年，关于臭氧层空泛的音讯却很少提起。是人类在灾祸面前现已麻痹了吗？当然不是，在本年1月9日，国际气象组织（WMO）及联合国环境署（UNEP）向咱们生动地诠释了什么叫“闷声发大财”，他们发布了一则令人振奋的好音讯：
估计南极的TCO（总臭氧柱）将在2066年左右康复至1980年的水平，北极的TCO则将在2045左右年康复至1980年的水平，挨近全球均匀水平。（60°N~60°S）区间将在2040年左右康复到1980年的水平。
这就好像是臭氧层空泛在说：“我要悄然缩小，然后冷艳一切人。”
（1979-2019年最大臭氧空泛规模改动）
这是一个前史性的时刻，人类，行将经过全球性的尽力，初次处理这一事关人类文明存续的严峻气候危机。
臭氧层是什么？臭氧层空泛为什么如此重要？人类是怎么修正臭氧层空泛的？这些以往咱们仅仅是知道但不了解的问题，今日都一次性讲清楚。
（1960-2100年臭氧空泛改动）
1.臭氧层是什么？
地球的大气层厚度极大，合计几千千米，由下至上能够简略分为对流层 (0~10/20km)、平流层 (10/20~50km)、中间层 (50~85km)、热成层 (85~800km) 及散逸层 (800~3000km) 。
对流层是最挨近地表的大气部分，简直包含了整个生物圈，是咱们人类、其他生物生计的环境；一起，它也是密度最大的大气圈层，其总质量约占大气总质量的75%。对流层的温度首要来自于地表，呈现下热上冷的局势，上下对流运动十分活泼，因而得名对流层。
平流层从地球表面上方约10-15公里（km）开端，一向延伸到约50公里的高度。与对流层不相同的是，平流层下冷上热，因而这一层的空气活动十分安稳。平流层的平流特色使它十分合适飞机工作，因而大部分民航飞机的平飞阶段都在平流层底部。
构成平流层如此性质的原因，便和咱们文章的主角——臭氧层有关。大大都臭氧（约90%）存在于平流层中，臭氧浓度最高的区域，海拔约15至35公里，一般被称为“臭氧层”。臭氧层能够吸收了大部分紫外线带来的热量，对平流层上部进行加热，因而构成了平流层的呈现。
至于中间层、热成层以及散逸层，其间隔咱们人类过分悠远，在科学研讨中现已成为空间科学的研讨范畴，本文暂且不表。
臭氧层是指平流层中臭氧浓度较高的层次，其浓度峰值呈现在20~25km左右的高度。臭氧层虽然称之为层，可是其丰度依然比较低，即便在臭氧层浓度最高的区域，每十亿个空气分子也只要几千个臭氧分子。假如咱们把大气中一切臭氧分子带到地球表面，并构成一层掩盖整个地球的纯臭氧层，所得层的均匀厚度约为3毫米。
但便是这薄薄的3毫米，却在维护地球上的生命方面起着至关重要的效果。
（大气中的臭氧）
2.臭氧层的效果
臭氧分子的结构使它对紫外线有极强的吸收才能，能够将绝大大都紫外线光子的能量转化为热能耗散：
这个特性，使得大大都对生物有害的紫外线被臭氧层拦下，巨大的能量转化为同温层以上加热的根底热能，使得平流层能安稳地承载飞机飞翔，更为地表生物和气候体系的正常工作打下了根基。
一起，紫外线也是臭氧层发生的首要原因；在平流层顶的氧气会在短波紫外线（UVC）的效果下构成臭氧：
（平流层臭氧出产的进程）
别的，某些天然活动又会耗费臭氧；如火山活动等。2022年1月迸发的汤加火山就在一周之内构成了西南太平洋和印度洋上空的平流层臭氧总量削减了5%；本年9月16日，欧洲空间局的监测数据显现，南极臭氧空泛的面积达到了2600万平方千米，挨近前史最大记载。
久而久之，不同的天然活动及大气化学效果使得大气中的臭氧浓度一直保持在一个相对安稳的区间内，但最近的几十年里，状况好像发生了改动......
3.臭氧层的危机
20世纪初期，借助于卡诺循环原理，人们发现了一种有用的制冷办法，即经过紧缩和液化气体，然后依托气体的蒸腾吸收热量。
可是，在前期的制冷设备中，大都选用了廉价且简单液化的气体，如二氧化硫（SO）或氨气（NH）。举例来说，SO能够在-10℃或2.5个大气压下液化，而NH则在-33℃或9个大气压下液化。
制冷设备为人们的日子带来了舒适与便当，但也埋下了灾祸的种子......
SO和NH都是刺激性极强且有必定毒性的气体。1929年，美国俄亥俄州的一家医院所运用的大型冰箱发生了严峻的氨气走漏事端，构成100余人逝世。
沉痛的经验迫使人们活跃寻觅这些有毒气体的替代品，很快，人们发现了一种十分“超卓”的替代品。
经过对元素的研讨，美国发明家托马斯·米利奇找到了一种物质：二氟二氯甲烷（CFCl），这是一种沸点-29.8℃的无色、无毒、无腐蚀且无刺激性气味的气体，且该气体不含H元素，无法焚烧，被以为是一种简直“完美”的制冷剂。1931年，美国杜邦公司开端大规模工业出产这种化合物，产品名为“氟利昂（Freon）”（在现在的编号体系内，该化合物为R12）而氟利昂以其安稳、安全、高效的优势在问世后的短短十余年间简直替代了之前一切的制冷剂，风行于千家万户。可是也正是这种被以为几近“完美”给地球划出了巨大的疤痕......
1924年，臭氧光谱仪问世，人类开端了对大气中臭氧含量的定时观测,在这段时刻内，在英国气象学家戈登·多布森的领导下，美国、埃及、印度、苏联、新西兰、斯匹次卑尔根群岛（北极）相继建立了臭氧浓度的观测点，拉开了人类对臭氧层研讨的前奏。
二战后不久的1957年，英国皇家学会的科考队在南极的布伦特冰架上建设了哈雷科考站，对南极区域的大气进行了长时刻观测。
1974年，美国科学家马里奥·莫利纳与舍伍德·罗兰提出：氯氟烃在环境中的含量正在稳步提高，其在平流层中光解发生的很多氯原子可损坏大气臭氧层；这一进程的原理如下：
明显，这个反响进程中的氯自由基是催化剂，它能够以极高的功率损坏大气臭氧层并在大气层中持续效果数十年的时刻，总反响大致如下：
（注：溴代烃也有相似的反响，大致如下：
虽然与氯催化进程长得根本相同，可是其总反响为：
可见溴和氯虽然长得差不多，但仍是有必定的差异的，二者的催化反响实质上有差异）
（臭氧损坏循环1）
他们说到，若氯氟烃按其时10%的年增加率持续出产，大气中的臭氧含量将在20年的时刻内削减5~7%，于75年的时刻内将削减30~50%。
上面所说的“二氟二氯甲烷”正是氟氯烃的一种；需求留意的是，对臭氧层有损坏的物质不止氟氯烃，还包含哈龙类物质如二氟二氯一溴甲烷、三氟一溴甲烷等及一些其他物质。
70年代，全美的氯氟烃工业价值超越80亿美元，直接或间接地供应了140万的劳作岗位，因而，政府与化工巨子并不介意这一研讨成果。削减或禁用氯氟烃的方案遭到巨大阻遏，无法推广......
十年后的1985年，英国南极调查局的科学家搞出了一个令人惊叹的大发现。
他们剖析了1956年以来哈雷科考站的很多臭氧观测材料发现：1977至1984年间，南极洲哈雷湾大气中的春季（9~11月）臭氧含量削减了40%以上。这项研讨很快得到了科学界的证明，经过研讨后人们发现：高空大气的臭氧耗费更为恐惧，南极大陆的上空存在着一个巨大的“臭氧层空泛”......
这一远超十年前研讨的实测数据震慑了国际，证明了氯氟烃对臭氧层具有巨大的杀伤力；一时刻，大气臭氧化学和动力学成为了研讨热潮，很多的理论与观测证明了这一恐惧的现状，社会对氯氟烃等物质的情绪突然改动。
4.救赎--“女娲补天”举动
跟着国际社会认识到臭氧层危机的火烧眉毛，这场灾祸总算迎来了起色。1985年的3月22日，国际社会一起签署了《维护臭氧层维也纳条约》，宣告了一场抢救地球的绚丽方案。两年后，1987年的9月16日，坐落蒙特利尔的会议上，《关于耗费臭氧层物质的蒙特利尔议定书》问世，全球掀起了一场巨大的“补天举动”。
这两份前史性文件，发誓要强化对耗费臭氧层物质（ODS）的管控。缔约国名单上汇聚了国际首要工业国，如美国、苏联、德国等。我国也于1989年和1991年别离参加这两个条约，站在了这一保卫战的前哨。
这些协议的推进下，不只工业化国家变革了其制冷体系，还促进开展我国家选用更环保的技能。从前在制冷、救活和清洗范畴广泛运用的有害物质逐渐退出商场。
现在，咱们能够欣喜地说，曩昔那些从前损害臭氧层的物质，如R12等制冷剂，1211、1301等救活剂，乃至高中时期了解的四氯化碳（CCl），都现已不再制作和运用，它们被替代为更环保的制冷剂和救活剂，如R134a（CHFCF）、R32（CHF）、HFC-227ea（CFH）以及Novec 1230（CFO）等。这些新材料根本上没有对臭氧层构成损坏。
这段前史告知咱们，当人们联合一致，为了一起的方针而尽力，咱们有才能打败环境应战，维护咱们的星球，并发明更可持续的未来。它也提示咱们，咱们每个人都有职责持续致力于维护咱们的环境，以保证咱们的星球得以永续开展。
5.臭氧层空泛对气候的影响
众所周知臭氧层的功用首要在于阻挠来自太阳和世界的高能紫外辐射，为地球生命供给低紫外的良好环境,这些咱们多多少少都有所了解， 但...莫非臭氧层的效果仅限于此吗？
跟着大气科学的逐渐开展，人类逐渐认识到臭氧层更深层次的影响，更精确地说，是平流层化学组成对气候发生的影响。
虽然全球变暖不断加重，但实际上不是地球上的任何一处都在升温。正如前文所提臭氧层首要存在于20~50km高度的平流层中。可是，令人瞩目的是；1960至2020年间，这儿的温度在以每十年约0.6℃的速度缓慢下降。
臭氧在大气中的效果是协助保持大气的温度平衡，但假如它削减了，就会影响大气的运动方法，尤其是在南极区域，或许对地球的气候和气候形式发生重要的影响。
当太阳放出的紫外线辐射进入大气层时，臭氧将这些高能量的辐射转化为热量。这有助于维护大气层，避免过多的紫外线照射到地球表面，以防过多的紫外线对生物和环境有害。故而，假如臭氧削减，就会导致大气中的平流层（一部分大气）无法吸收满足的热量，然后导致大气温度会下降。这个状况在南极区域尤为明显，也便是地球的南极区域。
一起，地球的南极和赤道区域之间存在明显的温度差异。赤道区域一般较热，而南极则较冷。这导致高空的空气流向南极区域，因为地球自转和科里奥利力的效果，这些气流构成了环绕地球的西风带，也便是高空的气流以西向东方向活动的区域。
西风带不但存在于对流层，更存在于平流层。它的存在，使得南极平流层与其他区域间的空气活动被大幅度削弱；跟着ODS经过各种途径不断进入南极，耗费的臭氧得不到弥补，南极上空就构成了“臭氧空泛”。
跟着南极上空臭氧空泛的不断扩大，这一区域平流层的温度逐渐下降，使得南极高空与赤道高空的温差加大，环南极西风带和极地漩涡就会被加强，这种改动会经过极为杂乱的气象学原理在约半个月的时刻内影响到对流层，使对流层的环南极西风带随之加强；那么这会发生什么影响呢？
风的能量是会影响海水的活动的。强壮的西风带会加快南极绕极流的活动速度，一起经过更强的埃克曼运送，使得很多的极地表层海水向北方运送，使得极地基层的温暖海水向上运动，对南冰洋表层加温，使南极海冰削减。
一起咱们需求知道，平流层拦不住的紫外辐射的能量并非随便消失，它们冲向地表、加热了对流层，进一步地影响着咱们的气候体系和大气活动。
可是，臭氧层空泛的影响仅仅影响大气体系及海洋体系的许多要素中的一个，且局限于理论而难以证明。比方，2010至2015年间，南极区域的海冰反而从约250万平方公里增加到了约360万平方公里，在上一年还暴降到了192万平方公里。
现在，咱们还无法对气候体系进行精准的模仿，所以还无法对臭氧层空泛发生的影响进行证明，可是这场战役，咱们总算看到了成功的曙光。
依据美国气象学家安塔拉·班纳吉等人的研讨，能够承认，上面的两个条约的有用执行，让南极臭氧空泛引发的大气环流改动至今已根本中止，因臭氧层损耗而引起的大气改动也将逐渐康复。
联合，连续着文明的火种，能够这么说，臭氧层问题的处理并不是神明、救世主所为，而是咱们每一个人都成为了补天的“女娲”，是为了曾经的失误而赎罪，为了与天然调和共生而改动。望人类在悠远的将来能打败风险，与天然友好相处，联合一致，永续文明。
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来历：石头科普工作室
修改：阿泊
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