北极为什么有臭氧空洞?

北极为什么有臭氧空洞?
北极为什么有臭氧空洞?

北极为什么有臭氧空洞?
自从发现在南极上空存在臭氧空洞以后,为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因,美国宇航局(NASA)牵头组织了数十个科学家于1986年和1987年的9～11月,两次赴南极进行臭氧探险活动,寻求揭示臭氧空洞形成的机理.在第二次探险中获得了有效的探测结果,由此推理出臭氧空洞形成的机理. 人类所排放的CFCs主要在北半球,其中欧洲、俄罗斯、日本和北美洲约占总排放量的90%.这种不溶于水和不活泼的CFCs,前1～2年内在整个大气层下部并与大气混合.这种含有CFCs的大气从底部向上升腾,一直到达赤道附近的平流层.然后分别流向两极,这样经过整个平流层的空气几乎都含有相同浓度的CFCs. 然而由于地球表面的巨大差异,两极地区的气象状况是完全不同的.南极是一个非常广阔的陆地板块(南极洲),周围又完全被海洋所包围,这种自然条件下产生了非常低的平流层温度.在南极黑暗酷冷的冬季(6～9月),下沉的空气在南极洲的山地受阻,停止环流而就地旋转,吸入周围的冷空气,形成“极地风暴旋涡”. 这股“旋涡”上升到20km高空的臭氧层,由于这里温度非常低,形成了滞留的“冰云”.“冰云”中的冰晶微粒把空气中带来的CFCs和哈龙吸收在其表面,并不断积聚其中.当南极的春季来临(9月下旬),阳光照向“冰云”时,冰晶溶化,释放出吸附的CFCs和哈龙.它们受到紫外线UV-C照射,分解出CI?和Br?并与臭氧反应生成CIO?和BrO?消耗臭氧.由于冰晶的吸附作用,积累的CFCs和哈龙在一段时间内集中分解出CI?和Br?再加上形成冰晶会发生各种各样的化学变化,促成了每年9～11月臭氧快速耗减,在特定高度臭氧几乎完全消失,导致臭氧空洞形成. 随着夏季的到来,南极臭氧层得到逐渐恢复,然而臭氧减少的空气可以传输到南半球的中纬度,造成全球规模的臭氧减少. 南极地区气温最低,平流层也最低,臭氧层破坏最为严重,已经出现了臭氧空洞；北极地区臭氧层破坏较轻,另外在地球的第三极——青藏高原也出现了臭氧层变薄．南极臭氧洞首先是一种自然现象,太阳风是臭氧空洞的元凶,温暖海水蒸发、电解等也可产生氯离子；天然产生的溴也是破坏臭氧层的重要原因.人类活动导致臭氧洞进一步扩大.例如,氯气、氯化物、溴化物的制造使用,人类活动导致的全球变暖使海洋蒸发量加大、热带风暴加剧、海平面上升和地震火山活动增多等等. 什么臭氧层空洞只出现在南极,或者说为什么南极的臭氧量下降得特别多呢? 原来,在冬季半年里,南极上空有一个深厚的涡旋,气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭起来.从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空.而在旋涡中上升的空气,因为上升过程中气温下降的速度要比实际大气中温度随高度分布的速度快得多.加上南极高原本来就海拔高气温低,因而形成极低的低温环境.臭氧层所在的20公里高度上气温常常在－80℃以下（比北极要低得多）.南极大气涡旋中的空气上升过程中还会生成大量的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高.一旦南极春季（9月）来临,极夜结束,阳光照射下冰晶云升温,氯氟烃气体迅速释放.而氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子……上面讲过的臭氧层受到破坏的过程立即开始,臭氧层因大量损耗臭氧而出现臭氧洞.一旦春末南极旋涡残缺或破坏消失,大量富含臭氧的赤道南下的新鲜空气进入南极上空,臭氧洞于是便又匆匆消失. 南极臭氧洞只出现在春季的原因 A．目前,主要解释是从光学角度进行的.这种观点认为,使臭氧层破坏的罪魁祸首主要是氟氯烃（CFCs）.在人类聚居的北半球,由于大量生产和使用CFCs,并使之进入大气层中,大气环流携带着北半球散发的CFCs,随赤道附近的热空气上升,分流向两极.在南极黑暗酷冷的冬季（6－9月）,下沉的空气在南极洲受到山地的阻挡,停止环流,就地旋转,形成“极地风暴旋涡”.这股旋涡不断上升,上升到20千米高空的臭氧层内以后,把南极与中低纬地带空气对流隔绝开来,使南极变得极冷,并开始出现滞留在空中的冷气团“冰云”.“冰云”中的冰晶微粒把气流中的CFCs吸收在其表面,并不断积聚其中.当南极的春季来临时,阳光照向“冰云”,冰晶融化,释放出吸附的CFCs.由于CFCs是一种含氯的有机化合物,当它受到短波紫外线的照射,分解出一种自由基,这种自由基与臭氧发生反应生成另一种自由基,反应过程中消耗掉一部分臭氧.一个氯原子可破坏10万个臭氧分子.因此,南极的臭氧洞出现在春季. B．另一种解释是从动力角度进行的.这种观点认为,在南极极夜期间,因中低纬向南极的热量输送效率很低,控制南极上空的极地“旋涡”内部,形成了异常低温环境,光照少,氧分子合成臭氧的光化学作用就会减弱.当极夜结束,春季来临（9月始）,太阳重新越出地平线时,由于集中于平流层中下层的臭氧对太阳辐射的吸收,这一范围的大气被加热,于是该层出现了上升运动.这一上升运动引起的抽吸作用,将对流层臭氧含量低的气体带入了平流层,替代了原来平流层臭氧含量高的气体.这种“抽吸作用”直到11月份才逐渐减弱,此时南极上空臭氧浓度逐渐上升.可见,由于南极春季的这种“抽吸作用”,导致了南极春季臭氧空洞的形成. C．北极没有形成臭氧空洞.1989年初,来自好几个国家的200多名科学家聚集在北极进行探测.他们发现,在北极的春天,臭氧浓度的降低与臭氧层中的CFCs的浓度的升高有明显的对应关系.只是北极没有极地大陆和高山,仅有一片汪洋冰帽,不能形成大范围的强烈“极地风暴旋涡”,所以不易生成像南极那样的“臭氧空洞”.

经过多年的实际调查发现，在南极上空臭氧层出现“空洞”这一新现象，引起了世界各国科学家的极大注视。近几年，每逢到8～11月时，美国的观测卫星便在南极上空拍摄照片，观察臭氧层的变化情况，发现臭氧层逐年变薄，并已形成一个相当大的空洞。到目前为止，南极臭氧层空洞（简称为臭氧空洞）的面积已达900万平方公里（见图），其厚度已低于170多布森。在正常情况下，臭氧层的厚度应在300～400多布森之间。 南极臭...

全部展开

经过多年的实际调查发现，在南极上空臭氧层出现“空洞”这一新现象，引起了世界各国科学家的极大注视。近几年，每逢到8～11月时，美国的观测卫星便在南极上空拍摄照片，观察臭氧层的变化情况，发现臭氧层逐年变薄，并已形成一个相当大的空洞。到目前为止，南极臭氧层空洞（简称为臭氧空洞）的面积已达900万平方公里（见图），其厚度已低于170多布森。在正常情况下，臭氧层的厚度应在300～400多布森之间。 南极臭氧层位于离地面12～50km高度的平流层中间，它的浓度重心约在23km处。由于太阳辐射的光化作用产生臭氧，从而形成臭氧层。臭氧与氧气都是由氧原子组成的，只不过臭氧分子是三个氧原子。尽管臭氧只占那儿空气的400万分之一，但由于臭氧能滤掉99％以上的太阳紫外线辐射，使得太阳光到达地面时紫外线辐射大大减弱。同时，臭氧层还可阻挡宇宙射线，从而保护了地球上人类和生物的安全。 当前，对南极上空出现臭氧空洞的原因有种种解释，归纳起来有如下三点： （1）宇宙高能粒子簇射破坏了臭氧层。美国地球与宇宙研究局局长登·贝克认为，通过人造地球卫星发现，地球每隔27天就有两天半要受到宇宙高能粒子簇射，射向地球的带电粒子，其能量为200～1500万电子伏特。这些带电粒子在地球磁场作用下沿着磁力线向南北两极射去。当南半球冬季到来时，南极大陆处于黑夜，大气中间层的氮、氢化合物在带电粒子的影响下浓度开始升高。当南极大陆出现太阳的早春季节到来时，氮、氢化合物由于气温升高开始发生化学反应，这一过程使臭氧层迅速遭到破坏，因而在南极上空臭氧层出现空洞。由于大气层总环流的稳定性和地球磁场的不同结构，北极磁场比南极磁场较强和均匀，因此这种化学过程只对南极大陆产生影响。 （2）化学反应引起臭氧耗损造成臭氧空洞。怀俄明大学的霍夫曼认为，臭氧层出现空洞是由于工业化产生的氟氯化物（氟利昂）引起的化学反应造成的。氟利昂能破坏离地面25km高大气层里的臭氧，使透过大气层的太阳紫外线增强，导致皮肤癌的患者增加，并有可能影响气候，这种解释最近得到验证。与此同时，他还发现臭氧耗损区气体成份并不均匀，有时臭氧耗损达75%以上的气层与臭氧耗损不到25％的气层相邻，而且臭氧耗损的速率很高，仅25天臭氧就耗去了一半。他还认为，分层现象与化学反应一致，在化学原因造成臭氧耗损后，可能是空气运动导致分层的。 （3）大量废气的排放使臭氧层出现空洞。专家指出，近年来由于在同温层飞行的喷气式飞机和火箭、导弹日益增多，将大量废气排放到高空，臭氧遭到耗损，若不采取措施，任其发展下去，就会严重地破坏臭氧层。空洞的面积将会越来越大。 臭氧空洞这一现象的出现，无疑将会直接或间接地影响地球上的人类安全和万物的生长。臭氧层一旦遭受破坏出现空洞，就会使植物和动物的生态链发生变化，失去平衡，可能造成农作物歉收、气候异常，皮癌发病率上升以及某些物种灭绝等现象出现。另外，南极大陆是地球上唯一没有被污染的地方，是地球的宝库，是科研价值非常高的地方。这里的空气非常新鲜、清洁，可以清楚地看到400km以外的山峰。所以科学家往往以南极为标准，来衡量世界各地被污染的程度。然而，随着南极上空臭氧空洞的出现，如果不注意环境保护，南极大陆就有被污染的可能，那时地球上唯一的较大的一块处女地，也将从地球上消失，这不能不引起人们的高度警觉。

收起