臭氧洞为什么只在南极有?

在接近地面的对流层中，臭氧含量并不多，尤其是在近地面，臭氧是一种对生态系统有害的污染物。这就是说，在高空的平流层中，臭氧是“好”的；而在近地面的对流层中，臭氧是“坏”的。

臭氧是一种由 3 个氧原子组成、有特殊 “臭”味的气体，主要分布在平流层，特别是在离地面 20 ～ 30 千米的臭氧层里浓度最大。臭氧是一种化学性质很不稳定和氧化性很强的物质，它在平流层中的生成和分解与太阳辐射有密切关系。臭氧是一种痕量气体，在大气中含量很少。在标准情况下，如果把大气柱中的臭氧全部收集起来，其全球平均累积厚度仅为 3 毫米左右，即只相当于两枚 5 分硬币的厚度。臭氧总量通常用多布森单位（DU）来度量，1 个多布森单位指的是，标准状况下臭氧累积厚度为 0.01 毫米，3 毫米就是 300 DU。

可别小看这区区的 3 毫米，就是这平均 3 毫米的臭氧层，大量吸收了来自太阳的紫外辐射，其中对生物特别有害的 UV-B 辐射大部分（95%）被吸收，对地球生态系统和大气环境有重要影响。可以形象地说，臭氧层就是保护地球生命的盾牌。若没有臭氧层，我们赖以生存的地球就会在对生物有致命杀伤的太阳紫外线面前毫无遮拦，其结果将是地球生灵的灭绝。

20世纪70年代末以来，全球臭氧总量是下降的，尤其是在南极地区下降最明显。80 年代中期，日本和英国科学家先后发现，春季南极站观测到的大气臭氧总量值与 10 年前相比减少了 30% ～ 40%；随后美国科学家用卫星资料也证实了这一结果。在春季，南极地区臭氧总量急剧减少，会出现低于全球平均值30～40%的闭合低值区,与周围地区相比，就显得南极洲上空出现一个臭氧低值的“空洞”，这就是南极臭氧洞。

南极臭氧洞的出现与人类活动关系密切。为制造冰箱和空调器等，人类发明和使用了氟利昂和溴化烃等含氯和溴的化合物，正是这类污染物质最终导致了臭氧层的破坏，在南极地区的实地考察研究也找到了氯氟烃等物质消耗臭氧层的确凿证据。

形成臭氧洞需要满足 2 个条件：大气中存在人类活动排放的氟利昂和溴化烃等消耗臭氧层物质（人为因素），是春季南极臭氧洞形成的一个必要条件；而春季南极平流层极地涡旋中较长时间的低温（自然因素），则是南极春季臭氧洞形成的又一必要条件。只有同时满足这两个条件，在平流层极地涡旋中低温（温度低于 -78℃）条件下形成的冰晶云或液态硫酸气溶胶表面，吸附了大气污染物质，才能在太阳光照耀下，激发氯和溴的活性，通过光化学反应大量消耗臭氧，在南极春季形成臭氧洞。

近几十年来，北极地区的臭氧也是减少的，但迄今为止，还未出现过像南极那样的“臭氧洞”。北极会不会出现“臭氧洞”也是大家十分关心的。在任何一张全球臭氧分布图上，我们都可以看到，既有高值区，也有低值区。臭氧洞有严格的科学定义，并不是所有的臭氧低值区都能称为臭氧洞。

北极更加接近人类活动的地区，北极大气中污染物的浓度也比较高，与南半球相比污染更为严重，但是它不满足，或很难满足形成臭氧洞的平流层极涡中低温的必要条件。南极地区是一块由海洋包围的冰雪大陆，而北极却是一片由大陆包围的冰雪海洋。海陆分布的差异，对气候和大气环流产生了很大影响。例如，全球最低气温出现在南极地区，且南极的最低气温至少比北极低 20℃；在平流层极地涡旋中，南极的温度也低于北极。虽然北极冬季平流层极地涡旋中的温度也能低于 -78℃，但在极夜过后的春季，北极平流层极地涡旋中的温度大多在 -78℃以上，在春季北极平流层中，很难满足形成冰晶云的低温条件。

虽然当前北极并未形成真正意义上的臭氧“空洞”，但是在 1997 年和 2011 年北极臭氧的化学亏损基本上达到了生成臭氧洞的边缘，这引起大家的关注。如果由于气候变化，使北极平流层温度更低，时间持续更长，那么在极端情况下，出现北极臭氧洞的可能性也不能排除。南极地区除考察队员外，没有常住居民；人类大多数居住在北半球，北极臭氧的减少对于人类的影响应该超过南极，人们对北极臭氧减少的担忧也是理所当然的。对此关注是应该的，而恐惧则没有必要。

发表于 2014-06-21 00:00
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