第130期
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周
一
答:为什么臭氧空洞出现在南极上空?
上周六,空少为大家留了1个问题,来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧!
想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《问:为什么臭氧空洞出现在南极上空?》~下面就让我们来看看空少的解答吧!
上期我们讲到,近日,来自美国宇航局(NASA)和美国海洋大气管理局(NOAA)的科学家给出的一份报告指出,目前2019年的南极臭氧层空洞是自1982年有卫星观测记录以来的最小范围,这一相关报道把“臭氧空洞”这个名词再一次带到我们的视线中。根据以往的观测,南极洲一年中的臭氧层空洞大约会在9-10月前后达到最大值,约2000万平方公里。但今年,在9月8日南极洲上空的臭氧层空洞仍有1640万平方公里的峰值,但随后在最近两个月内迅速缩小到不足1000万平方公里。简而言之,今年的臭氧空洞是非常小的。不过科学家也解释说,这应该是由南极洲的平流层内温度突然异常的升高造成的,而并不意味着每年臭氧存在空洞的情况得到缓解。
2019年南极臭氧空洞最大出现在9月8日
(来源:NASA,https://svs.gsfc.nasa.gov/13349)
科学家一直持续监测着臭氧空洞的情况。小编有个读博士的朋友,其实就一直在做南极臭氧层空洞方面的观测和研究,这周在日本有个气象学的会议他还去讲了自己的研究成果。可以说南极上空的臭氧层空洞是一个需要许多学者不断研究的课题。那么问题来了,为什么臭氧空洞会出现在南极上空,而且非常显著?
我们都知道近年来为了保护臭氧,世界各国都在努力减少“氟利昂”之流的化学物质的使用。其实,臭氧空洞的减少不是生成的变少、而是一个消耗的过程,主要原因是一些化学物质与臭氧发生反应。在所有与臭氧起反应的物质中,最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质,如氧化亚氮(N2O)、水蒸汽(H2O)、四氯化碳(CCl4)、甲烷(CH4)和现在最受重视的氯氟烃(CFC)等。这些物质在低层大气层(也就是风雨雷电产生的高度)正常情况下是稳定的,但在更高处的平流层(也就是臭氧层所在的高度)受紫外线照射活化后就变成了臭氧消耗物质,其中危害最大的就是活性很强的游离氯原子或溴原子。这些化学反应可以将3个氧原子含量的臭氧(O3)分解为分子氧(O2)和原子氧(O),而每个游离氯原子或溴原子可以破坏约10万个O3分子,这就是人类活动释放的氯氟烷烃或溴氟烷烃会严重破坏臭氧层的原因。
1979年至今统计的每年的南极臭氧空洞平均面积(单位:百万平方公里)
(来源:NASA,https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/)
而南极洲上空形成的巨大的臭氧空洞,与其候条件有关。南极的冬季(我们北半球的夏季,大约6/7月份)存在极夜,极其寒冷(低于-50℃),而臭氧层所在的20公里高度上气温甚至常常在-80℃以下(比北极要低得多)。南极的空气在上升过程中会生成大量的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高。其中主要含有三种颗粒:硝酸的三水合物、极速冷却的冰水混合物和缓慢冷却的冰水混合物,并储藏了吸收了氯氟烃气体形成的化合物。
但同时,处在极夜的南极没有阳光的辐射,并不会产生消耗臭氧的反应。但到了春天(大约9/10月份),阳光照射下冰晶云升温,氯氟烃气体迅速释放,并在紫外线照射下开始释放氯原子等物质,接着出现臭氧破坏的一系列化学反应,使得臭氧层因大量损耗臭氧而出现臭氧洞。这也是为什么如我们开始所介绍的,臭氧空洞最大的时间主要出现9/10月份。
并且,南极上空在冬季半年里有一个深厚的涡旋,气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭了起来,使得从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空,因此消耗的臭氧难以得到补充。消耗大、补充少,这就是为什么臭氧空洞会出现在南极上空。
2019年8月1日-10月7日的南极臭氧空洞变化
(来源:NASA,https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a013300/a013349/Ozone2019.gif)
了解了臭氧空洞出现在南极上空的原因,也就不难理解,臭氧空洞在寒冷的北极和青藏高原的上空也存在,但都远远不及南极上空的规模大(气温、涡旋等综合原因),这也是为什么对臭氧空洞的研究几乎都集中在南极。
@放逐者的偶像
持氟里昂破臭氧层观点的学者认为,南极上空之所以会出现臭氧层空洞是因为当地的极度寒冷所至。他们认为云层中粒子无论属何性质,由什么构成,当其表面温度低于-73摄氏度时,任何形式存在的氯转都会发生转变为活性氯的化学反应。
@雪中飞狐
地球三极平流层都比较低,臭氧层在平流层内。人类活动排放的氟氯烃对臭氧影响巨大,只有在平流层较低的三极地区,氟氯烃对臭氧分解作用明显。特别是在南极,南极大陆气温低,形成极地低温涡旋,春天气温上升,臭氧和氟氯烃化学分解作用加剧,形成臭氧洞。
@Antony-Yaze-Shen
我一高中学渣查了半天资料,基本得到这几个信息首先,臭氧是由氧气接受紫外线照射转化而来的,其次,臭氧在卤素存在或某段波长紫外线照射下会快速转化为氧气,放热。但南极,呃,也许是因为南极温度比较冷,而臭氧转化成氧气放热,促进了反应进行吧。其次,也有可能是因为南极日照强度低,紫外线少,所以臭氧的来路少去路多,容易供不应求,产生空洞吧。。