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有記錄以來最小水平!2019年臭氧層空洞顯著縮小

2019-10-24 10:32:07  來源:新浪科技

北京時間10月24日消息,美國國家航空航天局(NASA)稱,南極上空的臭氧層空洞已經縮小至1982年開始監測以來最小的水平。之所以出現這一現象,主要原因可能是南極上空大氣層的異常天氣模式。

南極上空臭氧層空洞的大小每年都有波動,通常在南半球最冷的9月底到10月初期間范圍最大。來自太空的最新觀測結果顯示,如今這個空洞的面積已經不足1010萬平方公里,創下歷史新低,遠遠低于六周前(9月8日)的峰值(1630萬平方公里)。研究人員指出,每年的這個時候,這個空洞的面積通常在2070萬平方公里左右。

美國國家航空航天局和美國國家海洋和大氣管理局的觀測發現,9月8日,南極臭氧層空洞的面積達到了今年的峰值——1630萬平方公里

美國國家航空航天局和美國國家海洋和大氣管理局的觀測發現,9月8日,南極臭氧層空洞的面積達到了今年的峰值——1630萬平方公里

美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的地球科學首席科學家保羅·紐曼(Paul Newman)表示,空洞的縮小對南半球的臭氧層來說是個好消息。但他同時也警告說:“重要的是要認識到,我們今年看到的情況是由于平流層溫度的升高,并不代表大氣臭氧層一下子就能快速恢復。”

美國國家航空航天局稱,極地平流層云在臭氧層空洞的形成過程中扮演了“主要角色”。這是冬季出現在兩極地區平流層高空的一種云,通常高度在15至25公里之間。

到10月初,臭氧層空洞已經縮小到約1000萬平方公里。左側的多布森單位色標柱指示的是臭氧的柱狀密度

到10月初,臭氧層空洞已經縮小到約1000萬平方公里。左側的多布森單位色標柱指示的是臭氧的柱狀密度

由于平流層內的大氣非常干燥,很難形成云,但在氣溫低于-78℃的情況下,平流層內仍然能夠形成云。只有兩極的平流層中才能達到這樣的低溫,因此平流層云只在兩極,特別是南極的冬季出現。這些云提供了一個可以發生化學反應的表面,能釋放出被稱為“自由基”的副產物,這些自由基會繼續破壞其周圍的臭氧分子。

然而,在較暖的天氣中,極地平流層中形成的云較少,其持續的時間也較短。今年的全球變暖加上不尋常的天氣模式,可能限制了極地平流層云的發展,也使它們破壞臭氧層的時間變得更少,最終導致今年的臭氧層空洞比以往觀測到的小得多。

臭氧層空洞在2006年9月達到最大,當時它覆蓋了約2750萬平方公里的面積

臭氧層空洞在2006年9月達到最大,當時它覆蓋了約2750萬平方公里的面積

表面看來,臭氧層的增加似乎能帶來一定好處,因為可以更好地保護地球免受有害的紫外線輻射。然而,臭氧層空洞縮小并不一定是好事,因為這一過程顯然是全球氣溫上升的結果。在氣候更典型的年份,這個空洞通常在9月底或10月初達到最大,面積約為2070萬平方公里,然后再次縮小。

高活性的臭氧分子由三個氧原子組成,是一種淡藍色的氣體,具有刺鼻的氣味。通常情況下,這些分子位于地球表面以上約40公里的平流層,它們能吸收高能量的紫外線,分解成一個氧氣分子和一個氧原子。臭氧層就像一塊遮陽板,在有害紫外線到達地球表面之前就將其吸收。

人類活動釋放出的氣體正在侵蝕環繞地球的臭氧層。臭氧層空洞的擴張意味著更多來自太陽的熱量直接到達地球表面,導致陸地和海洋變暖

人類活動釋放出的氣體正在侵蝕環繞地球的臭氧層。臭氧層空洞的擴張意味著更多來自太陽的熱量直接到達地球表面,導致陸地和海洋變暖

臭氧的產生也主要來源于紫外線輻射,當高能紫外線照射到普通氧氣分子時,會將其分解成兩個氧原子,釋放的氧原子繼續與普通氧分子結合形成臭氧。這種反應有助于保護地球免受潛在的有害紫外線輻射。紫外線輻射不僅會導致皮膚癌、白內障并抑制免疫系統,還會損害植物。

嚴格來說,南極上空的臭氧層“空洞”并不是一個空洞,而是一個臭氧損耗區域。在南半球的冬末,極地完全處于黑暗中,溫度達到-80℃以下,導致極地平流層云表面的顆粒(包括氯和溴的化學活性形式,通常為人造化合物)開始分解臭氧,從而破壞臭氧層。

臭氧層空洞監測

隨著氣溫升高,極地平流層云的形成減少,這就限制了臭氧在其表面的消耗。美國國家航空航天局和美國國家海洋和大氣管理局一直在監測臭氧層空洞,所用的設備包括Aura衛星、索米國家極地軌道合作伙伴衛星(Suomi NPP)和聯合極地衛星系統(JPSS)的NOAA-20衛星。

2019年8月臭氧消耗(藍色)的情況。從8月7日(左)到8月27日(右),臭氧消耗在加劇

2019年8月臭氧消耗(藍色)的情況。從8月7日(左)到8月27日(右),臭氧消耗在加劇

美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的工作人員還在南極發射了氣象氣球,通過其攜帶的臭氧測量“探空儀”直接對大氣中的臭氧水平進行垂直采樣。

在大多數年份里,至少在平流層的某些層面是完全沒有臭氧的。美國國家海洋和大氣管理局地球系統研究實驗室的布萊恩·約翰遜(Bryan Johnson)表示,2019年在南極進行的臭氧探測并沒有發現大氣中存在臭氧完全消失的部分。

在阿蒙森-斯科特南極站,升起的臭氧探測儀在南極上空劃出一條弧形飛行路線。科學家們通過這些氣球攜帶的傳感器來測量高空大氣中臭氧層的厚度。這是2019年9月9日拍攝的延時照片

在阿蒙森-斯科特南極站,升起的臭氧探測儀在南極上空劃出一條弧形飛行路線。科學家們通過這些氣球攜帶的傳感器來測量高空大氣中臭氧層的厚度。這是2019年9月9日拍攝的延時照片

盡管這種情況很少見,但也不是沒有先例。美國大學空間研究協會的大氣科學家蘇珊·斯特拉漢(Susan Strahan)在美國國家航空航天局戈達德中心工作,她表示,過去40年來,這是第三次由于天氣系統氣溫升高而導致臭氧層損耗顯著減少。

蘇珊·斯特拉漢還指出,南極平流層在1988年9月和2002年9月也出現了類似的天氣模式,當時的臭氧層空洞與往常相比也顯著縮小。她說:“這是一個我們仍試圖了解的罕見事件。如果沒有變暖,我們可能會看到一個更典型的臭氧層空洞。”

不過,科學家還沒有發現這些獨特天氣模式與氣候變化之間存在明確的聯系。

今年環繞南極的極地渦旋(紅色)出現了異常的“搖擺”

今年環繞南極的極地渦旋(紅色)出現了異常的“搖擺”

影響臭氧層空洞的天氣系統通常在9月份比較溫和,但今年表現得異常強烈。在臭氧層空洞形成的關鍵時刻,南極平流層的溫度突然急劇上升。在距離地表約20公里的地方,9月份的溫度比往年平均溫度高出16℃,是40年歷史記錄中9月份的最高溫度。

此外,這些天氣系統還削弱了南極的極地渦旋,使其脫離了南極上空的正常中心,導致9月環繞南極的強勁急流從平均時速260公里降至108公里。渦旋的變緩使得空氣能夠下沉到較低的平流層,也就是臭氧損耗的地方。這意味著南極低平流層的溫度升高,從而限制了極地平流層云的發展。

強天氣系統還將南半球高緯度地區富含臭氧的空氣帶到了臭氧層空洞上方。在這兩種因素的影響下,相比20世紀80年代中期以來經常出現的臭氧層空洞,如今南極洲上空的臭氧水平要高得多。截至10月16日,南極洲上空的臭氧層空洞仍然很小,但相對穩定,預計將在未來幾周逐漸消失。

什么是臭氧層?

臭氧是一種由三個氧原子組成的分子,少量自然存在于離地球表面約11至40公里的平流層。臭氧層就像防曬霜一樣,保護地球免受潛在的有害紫外線輻射。

臭氧的產生多在熱帶地區,分布在全球各地上空的大氣層中。在離地面更近的地方,陽光與汽車尾氣等污染源會發生光化學反應,也會產生臭氧,形成有害的煙霧。20世紀70年代,人們認識到被用于制冷氯氟烴,以及氣溶膠等化學物質,正在破壞平流層中的臭氧。

1987年,聯合國通過了《蒙特利爾議定書》,世界各國開始逐步淘汰氟利昂制冷劑。最近,科學家又發現南極上空臭氧層恢復的跡象。在低緯度地區,上平流層也顯示出明顯的臭氧層恢復跡象,這表明《蒙特利爾議定書》正在發揮良好的作用。(任天)

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