高登義

爭論不休找原因——臭氧洞咋就南極有？

自從1985年科學家發(fā)現南極臭氧洞的存在以來（南極臭氧洞被確認發(fā)現是1985年，但南極有臭氧衛(wèi)星觀測資料始于1979年，而有關臭氧洞的資料卻始于1982年），國際上一度掀起觀測研究南極臭氧洞形成原因的高潮。美國科學家一馬當先向有關部門申請了巨額經費資助，開始觀測、研究臭氧洞形成原因及其對于人類和生物的影響。

在南極臭氧洞發(fā)現后的幾年里，也就是1990年之前，有科學家提出：南極臭氧洞形成的原因是人類排放了過多的氟利昂，而氟利昂氣體中的氯離子與臭氧（O3）發(fā)生分解反應，形成原子氧（O）和分子氧（O2），減小臭氧總量，從而擴大了臭氧低值范圍，形成臭氧洞。這個結論在當年很是轟動，得到科學界的認同和贊揚，因為這是人類第一次提出“人類活動可以影響地球環(huán)境變化”的觀點。很快，就有科學家提出質疑：人類活動在北半球遠甚于在南半球，而且排放的氟利昂也遠遠大于在南半球的排放量，為什么在北極上空就沒有發(fā)現過臭氧洞呢？

臭氧洞的面積在2019年9月8日達到了峰值，10月面積縮小至1982年以來的最小值（圖片來源/NASA）

科學家們繼續(xù)觀測、研究，于是，自然原因和人類活動影響共同作用的理論出爐了：由于南極冰蓋平均海拔高度達到3000米左右時（相當于把一座巨大的冰庫抬高到海拔3000 米以上，來冷卻海拔3000 米以上的大氣），它就成了南極上空大氣的強冷源，極易冷卻南極上空的大氣。在南極由夏季過渡到冬季期間（對北半球而言，在南半球為春季），這個冷源可以使得南極平流層中層相當范圍內形成低于-78℃的氣溫，有利于產生冰晶云（PSCs），這種冰晶云會破壞平流層的氮氧化物，給被人類排放于此的氟利昂氣體中的氯離子，提供與臭氧發(fā)生化學反應的機會，將臭氧分解為原子氧和分子氧，減小臭氧總量，擴大臭氧洞的面積。

南極臭氧洞今年怎么了？

2019年春天，南極臭氧洞再次登上熱搜榜是因為它開始自己“愈合”了——縮小得讓人有點始料未及。據氣象觀測資料表明，從2019年8月下旬開始，僅僅10天內，在10百帕等壓面（平流層中層）上，氣溫就升高了40℃;9月，離地面20千米的平流層底層大氣溫度則升高了16℃，成為歷史最高記錄。相關報道認為，這次春季南極平流層氣溫的爆發(fā)性增溫是南極臭氧洞面積縮小的原因。

“臭氧洞”到底有多大？

所謂南極臭氧洞，是指在南極春季平流層出現臭氧總量低于220多布森單位的范圍。這種臭氧總量低于220多布森單位的范圍越大，就稱為南極“臭氧洞越大”，反之，稱為南極“臭氧洞越小”。

為什么要把臭氧洞的范圍定義為220多布森單位呢？因為當南極平流層臭氧總量低于220多布森單位時，南極上空的紫外線輻射就能夠穿透平流層到達地面，使人們罹患皮膚癌，輕者皮膚潰爛，重者危及生命;與此同時，還可以殺死位于海洋表層1米內的生物，破壞海洋環(huán)境。

臭氧洞的形成是自然原因和人類活動結合作用的結果

2014—2019年南極臭氧洞變化情況（圖片來源/NASA）

臭氧洞“愈合”為哪般？

為什么南極上空平流層氣溫爆升會讓令人擔憂的臭氧洞縮小了呢？

首先，如果南極平流層升溫高于-78℃，就不能在平流層形成冰晶云，也就不能破壞平流層的氮氧化物，不能給人類排放的氟利昂中的氯離子提供與臭氧發(fā)生分解反應的機會，南極上空的臭氧總量就可能會增加到超過220 多布森單位，臭氧洞的面積就會縮小。

其次，科學家長期的研究表明，在南極春季，當平流層出現爆發(fā)性增溫時，南極的臭氧總量會增加。我和日本國立極地研究所的川口貞男曾在1986 年11 月的《大氣科學進展》（ADVANCE IN ATMOSPHERIC SCIENCES） 和1987年9月的《大氣科學》雜志上發(fā)表論文《春季南極昭和站上空增溫與臭氧含量和分布的關系》。在論文中我們指出，“1968年10月22—30日， 南極昭和站50百帕（平流層中下部）上氣溫由-62.5℃增加到-27.5℃，與此相應，南極昭和站臭氧總量增加了157多布森單位;1979 年9月22—30日， 南極50百帕上氣溫由-77.5℃增加到-45℃，與此相應，臭氧總量增加了139多布森單位。”

由此可見，臭氧總量增加，當然臭氧洞的面積就減小了。

不過，這種變化屬于天氣尺度的變化，并不是一年以上的氣候變化。

氣候變暖不都是壞事

自2014年以來，當我在科普講座、報告中講到“南極臭氧洞形成原因研究過程”時，曾經多次給聽眾提出“南極氣候變暖與南極臭氧洞關系”的思考題，啟發(fā)聽眾“舉一反三”的能力。討論中，我曾經說過：“如果南極氣候真的變暖到使南極平流層的氣溫在春季持續(xù)高于-78℃，那就意味著南極臭氧總量會迅速增加，臭氧洞的面積就會逐漸縮小。這一點，對于南極的環(huán)境是有利的。一旦南極真的沒有‘臭氧洞了，紫外線的輻射對于生物的負面影響就沒有了。這就是氣候變暖對于人類有利一面的例證?！?/p>

當然，這個預言還要靠今后的觀測資料來證實。

最后應指出的是，2019年出現的南極平流層爆發(fā)性增溫引起臭氧洞面積達到1982 年以來的最小值，這是天氣學行為，過去也曾經出現過類似現象。它不是南極氣候變暖的根據，只不過是2019年南極春季的爆發(fā)性增溫特別強而已。

（責任編輯/岳萌 美術 編輯/滿斗工作室）