在我们蔚蓝的地球家园之外,包裹着一层大气,这层大气主要成分是氮和氧,约占99%以上。此外,还有少量的二氧化碳、水汽和臭氧等等。虽然二氧化碳、水汽和臭氧的含量很小,但是,对气候变化的影响很大。

大气中的臭氧绝大部分集中在距离地面25-30千米的平流层内,称为臭氧层。实际上,在臭氧层内各地分布不均匀,而且大气中的臭氧总量非常少,不到大气整体的百万分之一。如果在0℃把它们放在海平面气压下,它们就会变成薄薄一层,其厚度相当于二十多页纸,大约是0.3-0.5厘米厚。正是这个薄薄的臭氧层,阻止了太阳光中99%的紫外线,为地球生物撑起了一把生命之伞。

臭氧从哪儿来?

臭氧与氧分子是亲兄弟,臭氧由三个氧原子组成。在高层大气中太阳的各种射线撞击氧分子,在紫外线撞击下氧分子分解成两个氧原子,一个氧原子和其余的氧分子化合成一个臭氧分子,这就是臭氧的光化学生成过程。臭氧吸收太阳紫外辐射加热平流层大气,形成平流层环流特征。紫外线又击碎了臭氧分子,分解成氧分子和一个氧原子,成为臭氧的光化学分解过程。

(图片来源:veer图库)

在这个光化学分解过程中,生成速率与分解速率相等就能维持臭氧总量的动态平衡,也就是说能维持地球生命保护伞的存在。如果失去了动态平衡,当生成速率大于分解速率时,臭氧总量就会增加,例如,有些科学家认为太阳活动变大时,臭氧增加了3%。而分解速率大于生成速率时,臭氧总量就会减少。如果减少到正常值50%以上,人们形象地说这是个洞。

警报!臭氧洞出现!

1985年,英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现:1977-1984年,每到春天,南极上空的臭氧浓度就会减少约30%,有近95%的臭氧被破坏。从地面上观测,高空的臭氧层已极其稀薄,与周围相比像是形成一个“洞”,直径达上千公里,“臭氧洞”由此而得名。此后,全世界都在密切注视着臭氧层的变化。

(图片来源:veer图库)

全球臭氧层遭受破坏,臭氧含量的减少,愈是高纬度地区愈明显,两极上空则是集中反映。臭氧层低值区的出现具有季节性,与气温变化有关:南极地区上空是在7-9月份,而北极地区上空则是在1-3月份。到了夏季,这些低值区又会自行恢复常态。但如果臭氧损耗严重,恢复就会迟缓。研究人员认为,两极地区臭氧损耗特别严重,与冬季格外寒冷、平流层气温过低有关,还可能导致臭氧层恢复速度放慢。

(图片来源:veer图库)

有人估计,如果臭氧层中臭氧层含量减少10%,地球的紫外线辐射将增加19%-22%,皮肤癌发病率将增加15%-25%,仅美国死于皮肤癌的人将增加150万人,白内障患者将达到500万人,患呼吸道疾病的人也将增多。

不仅如此,紫外辐射增强,将打乱生态系统中复杂的食物链,导致一些主要生物物种灭绝。大量紫外线辐射还可能降低海洋生物的繁殖能力,扰乱昆虫的交配习惯,并能毁坏植物,特别是农作物,使地球的农作物减产2/3,导致粮食危机。

修补“生命保护伞”,我们在行动!

科学家指出,完全由人工合成的氟利昂是破坏臭氧层的“罪魁祸首”,它可以存在长达40-150年,因此会在大气中不断积累,最后将上升至平流层,在这里因受紫外线照射而分解产生氯原子,活泼的氯原子会与臭氧反应,使臭氧分解消失。而且平流层所能接纳的氯有限,即使大幅降低氟利昂的使用量,大气也需要一段相当长的时间才能减缓臭氧的分解。

(图片来源:veer图库)

为了推动氟里昂替代物质和技术的开发和使用,逐步淘汰消耗臭氧层物质,1985年,在联合国环境规划署的推动下,制定了保护臭氧层的《维也纳公约》。1987年,联合国环境规划署组织制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,对8种破坏臭氧层的物质(简称受控物质)提出了削减使用的时间要求。这项议定书得到了163个国家的批准。

从各项国际环境条约执行情况而言,这项议定书执行的是最好的。目前,向大气层排放的消耗臭氧物质已经逐年减少,从1994年起,对流层中消耗臭氧层物质浓度开始下降。但是,由于氟利昂相当稳定,即使议定书完全得到履行,臭氧层的耗损起码也需要几十年的时间才能完全复原。

结语

早在2020年,《自然》刊物中便有研究证实,在共同努力数十年后,南极臭氧层空洞已经出现了修复的迹象,我们切实地感受到,人类有能力通过沟通和协作来共同保卫我们的地球家园。但比起“亡羊补牢”,我们更应该从源头出发,坚持绿色生活,提高环保意识,减少对环境的破坏。

(编辑:孙晨宇)

出品:科普中国

作者:地球故事团队

监制:中国科普博览

来源: 中国科普博览

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