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南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

时间:2019-10-29|栏目: 地球 • 自然 |点击:3

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    今年9月到10月之间,臭氧层洞缩小到约1000万平方公里,这是有记录以来的最小水平。

    来源 | 新浪探索(ID:sinascience)

    美国国家航空航天局称,南极上空的臭氧层空洞已经缩小至1982年开始监测以来最小的水平,之所以出现这一现象,主要原因可能是南极上空大气层的异常天气模式。

    南极上空臭氧层空洞的大小每年都有波动,通常在南半球最冷的9月底到10月初期间范围最大。

    来自太空的最新观测结果显示,如今这个空洞的面积已经不足1010万平方公里,创下历史新低,远远低于六周前(9月8日)的峰值(1630万平方公里)。每年的这个时候,这个空洞的面积通常在2070万平方公里左右。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局的观测发现,9月8日,南极臭氧层空洞的面积达到了今年的峰值——1630万平方公里。

    空洞的缩小对南半球的臭氧层来说是个好消息。但我们今年看到的情况是由于平流层温度的升高,并不代表大气臭氧层一下子就能快速恢复。

    美国国家航空航天局称,极地平流层云在臭氧层空洞的形成过程中扮演了“主要角色”,这是冬季出现在两极地区平流层高空的一种云,通常高度在15至25公里之间。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    到10月初,臭氧层空洞已经缩小到约1000万平方公里。左侧的多布森单位色标柱指示的是臭氧的柱状密度。

    由于平流层内的大气非常干燥,很难形成云,但在气温低于-78℃的情况下,平流层内仍然能够形成云,只有两极的平流层中才能达到这样的低温,因此平流层云只在两极,特别是南极的冬季出现。

    这些云提供了一个可以发生化学反应的表面,能释放出被称为“自由基”的副产物,这些自由基会继续破坏其周围的臭氧分子。

    然而,在较暖的天气中,极地平流层中形成的云较少,其持续的时间也较短。

    今年的全球变暖加上不寻常的天气模式,可能限制了极地平流层云的发展,也使它们破坏臭氧层的时间变得更少,最终导致今年的臭氧层空洞比以往观测到的小得多。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    臭氧层空洞在2006年9月达到最大,当时它覆盖了约2750万平方公里的面积。

    表面看来,臭氧层的增加似乎能带来一定好处,因为可以更好地保护地球免受有害的紫外线辐射。

    然而,臭氧层空洞缩小并不一定是好事,因为这一过程显然是全球气温上升的结果。在气候更典型的年份,这个空洞通常在9月底或10月初达到最大,面积约为2070万平方公里,然后再次缩小。

    高活性的臭氧分子由三个氧原子组成,是一种淡蓝色的气体,具有刺鼻的气味。通常情况下,这些分子位于地球表面以上约40公里的平流层,它们能吸收高能量的紫外线,分解成一个氧气分子和一个氧原子。臭氧层就像一块遮阳板,在有害紫外线到达地球表面之前就将其吸收。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    人类活动释放出的气体正在侵蚀环绕地球的臭氧层。臭氧层空洞的扩张意味着更多来自太阳的热量直接到达地球表面,导致陆地和海洋变暖。

    臭氧的产生也主要来源于紫外线辐射,当高能紫外线照射到普通氧气分子时,会将其分解成两个氧原子,释放的氧原子继续与普通氧分子结合形成臭氧,这种反应有助于保护地球免受潜在的有害紫外线辐射,紫外线辐射不仅会导致皮肤癌、白内障并抑制免疫系统,还会损害植物。

    严格来说,南极上空的臭氧层“空洞”并不是一个空洞,而是一个臭氧损耗区域。在南半球的冬末,极地完全处于黑暗中,温度达到-80℃以下,导致极地平流层云表面的颗粒(包括氯和溴的化学活性形式,通常为人造化合物)开始分解臭氧,从而破坏臭氧层。

    臭氧层空洞监测

    随着气温升高,极地平流层云的形成减少,这就限制了臭氧在其表面的消耗。

    美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局一直在监测臭氧层空洞,所用的设备包括Aura卫星、索米国家极地轨道合作伙伴卫星和联合极地卫星系统的NOAA-20卫星。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    2019年8月臭氧消耗(蓝色)的情况。从8月7日(左)到8月27日(右),臭氧消耗在加剧。

    美国国家海洋和大气管理局的工作人员还在南极发射了气象气球,通过其携带的臭氧测量“探空仪”直接对大气中的臭氧水平进行垂直采样。

    在大多数年份里,至少在平流层的某些层面是完全没有臭氧的,2019年在南极进行的臭氧探测并没有发现大气中存在臭氧完全消失的部分。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    在阿蒙森-斯科特南极站,升起的臭氧探测仪在南极上空划出一条弧形飞行路线。科学家们通过这些气球携带的传感器来测量高空大气中臭氧层的厚度。

    尽管这种情况很少见,但也不是没有先例,过去40年来,这是第三次由于天气系统气温升高而导致臭氧层损耗显著减少。

    南极平流层在1988年9月和2002年9月也出现了类似的天气模式,当时的臭氧层空洞与往常相比也显著缩小,这是一个我们仍试图了解的罕见事件,如果没有变暖,我们可能会看到一个更典型的臭氧层空洞。

    不过,科学家还没有发现这些独特天气模式与气候变化之间存在明确的联系。

    南极臭氧层空洞变小了 但这不一定是好事

    今年环绕南极的极地涡旋(红色)出现了异常的“摇摆”。

    影响臭氧层空洞的天气系统通常在9月份比较温和,但今年表现得异常强烈。在臭氧层空洞形成的关键时刻,南极平流层的温度突然急剧上升,在距离地表约20公里的地方,9月份的温度比往年平均温度高出16℃,是40年历史记录中9月份的最高温度。

    此外,这些天气系统还削弱了南极的极地涡旋,使其脱离了南极上空的正常中心,导致9月环绕南极的强劲急流从平均时速260公里降至108公里。

    涡旋的变缓使得空气能够下沉到较低的平流层,也就是臭氧损耗的地方,这意味着南极低平流层的温度升高,从而限制了极地平流层云的发展,强天气系统还将南半球高纬度地区富含臭氧的空气带到了臭氧层空洞上方。

    在这两种因素的影响下,相比20世纪80年代中期以来经常出现的臭氧层空洞,如今南极洲上空的臭氧水平要高得多。

    截至10月16日,南极洲上空的臭氧层空洞仍然很小,但相对稳定,预计将在未来几周逐渐消失。

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