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臭氧层空洞
一般将来自太阳的紫外辐射按照波长的大小分为三个区,波长在315-400 nm (1nm =10-9 m)之间的紫外光称为UV-A 区,该区的紫外线不能被臭氧有效吸收,但是也不造成地表生物圈的损害。事实上,这一波段少量的紫外线也是地表生物所必需的,它可促进人体的固醇类转化成维生素D,如果缺乏会引起软骨病,尤其对儿童的发育产生不良的影响;波长为280-315 nm的紫外光称为UV-B 区,这一波段的紫外辐射是可能到达地表并对人类和生态系统造成最大危害的部分;波长为200-280 nm的紫外光部分称为UV-C 区,该区紫外线波长短,能量高,不过这一区的紫外线能被大气中的氧气和臭氧完全吸收,即使是平流层的臭氧发生损耗,UV-C 波段的紫外线也不会到达地表造成不良影响。
臭氧层对太阳的紫外辐射尤其是UV-B段有很强的吸收作用,有效地阻挡了对地表生物有伤害作用的短波紫外线。因此,实际上可以说,直到臭氧层形成之后,生命才有可能在地球上生存、延续和发展,臭氧层是地表生物系统的“保护伞”。
南极臭氧洞虽然平流层臭氧对地球生命具有如此特殊重要的意义,然而事实上臭氧层在大气中只是极其微少和脆弱的一层气体。如果在摄氏零度的温度下,沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压,那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。
南极是一个非常寒冷的地区,终年被冰雪覆盖,四周环绕着海洋。从八十年代中期开始出现关于南极上空臭氧层浓度在春季(10月份)期间显
著下降的报道起,进一步的测量表明,在过去10-15年间,每到春天南极上空的平流层臭氧都会发生急剧的大规模的耗损,极地上空臭氧层的中心地带,近95%的臭氧被破坏。从地面向上观测,高空的臭氧层已极其稀薄,与周围相比象是形成了一个“洞”,直径达上千公里,“臭氧洞”就是因此而得名的。卫星观测表明,臭氧洞的覆盖面积有时甚至比美国的国土面积还要大。
也即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过30%的区域。
现代女娲补天:破解臭氧层破洞难题
南半球漫漫长冬结束,太阳又将照耀南极上空,平流层里的氯和溴化合物,却开始破坏使地球免受紫外线伤害的臭氧层。未来的数月,这些污染物造成的臭氧层损耗,会在南极大陆上方弄出一个破洞。
自一九七0年代起,这个现象就年年上演,不过是过了好几年才被科学家注意到。一九八五年,英国南极调查小组在《自然》杂志上发表论文,揭示出臭氧层的破洞,举世震惊。
南极上空平流层相当干燥,一旦温度低于摄氏零下七十八度,就会生成极地平流层云。它提供可让化学反应发生的大气面,使得原本由三个氧原子组成的臭氧分子迅速脱去一个。
冰晶粒子对臭氧分解扮演相当重要的角色。在极区以外,平流层中单一氯原子,可以循环分解数百个臭氧分子,直到它和如氧化亚氮气体分子作用而终止反应。然而极地冰晶粒子表面却能催化反应加速,分解数以万计的臭氧分子。南极臭氧洞的中心海拔约十四到二十一公里处,臭氧消失速率可达每日百分之
三。十月初在极地平流层云的媒介下,破坏了几乎所有同海拔区间内的臭氧。
臭氧洞为什么发生在南极地区?为什么臭氧损耗的规模如此之大?为什么每年的南极臭氧洞发生在春季?
首先说明北极上空也有个季节性的臭氧空洞。
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