夏末秋初,空洞更“空”
查阅往年的报刊杂志,采访人员发现每到下半年,关于南极上空又出现巨大的臭氧层空洞的消息会显著增多 。
邹捍主任告诉采访人员,所谓“臭氧层空洞”实际上是臭氧密度不到正常密度一半的稀薄层,而并不是一点臭氧也没有 。
邹捍为采访人员解释了臭氧的形成过程:在阳光作用下 , 一个氧分子由两个氧原子组成,在大气中,一个氧分子会同一个氧原子结合,形成一个由三个氧原子组成的分子,这就是臭氧 。而臭氧也会发生分解,重新变成一个氧分子和一个氧原子 。这两种化学变化叫做光化学反应 , 而氟里昂这一族类的化学物质就是加速臭氧分解的催化剂 。决定大气中O3含量及变化的因素主要有三个,一是臭氧合成与分解的光化学平衡,二是催化化学过程,三是大气环流和涡旋输送 。
赤道接受太阳照射最强,是最易产生臭氧的地区,但由于大气环流作用,产生的臭氧会被带到别处,向南北输送 。因此在中高纬度臭氧最多 , 而在赤道上空最少 。
大气环流对臭氧的输送在北半球作用强于南半球 , “但也和地形有关”,邹捍主任指着电脑中的一幅“全球臭氧总量分布图”告诉采访人员:“这一带是美国的落基山脉,这一带是青藏高原,这一带是安地斯山,这些高山地带在图上为蓝色,表示这些地区的臭氧层稀薄 。”
南极冬天的极夜期间会有极地涡旋,这是一股围绕南极转的强气流 , 这样南北方向吹的风就少了,从而阻止了南北方向物质的交换 。臭氧层遭到污染物质的破坏而逐渐消耗,却没有来自南极以外的臭氧补充进来,因而含量会显著降低 。另外,在冬天,南极上空平流层的温度会低至零下80度 , 此时水汽会凝华成冰晶而形成冰晶云 。在气体和固体的冰晶云交界的界面处会发生一种非均向化学反应,促使污染物“杀死”臭氧 。
春天,太阳出来了 , 冰晶云化了,由于这种“非均向化学反应”必须借助气体和固体的交界面才会发生,因此界面消失了 , 反应也就停止了 。而此时大气温度上升,运动增强,极地涡旋被破坏,南北方向的物质交换开始了,南极上空的臭氧又会逐渐增多 。由于南北半球的季节是相反的,南极的冬天开始于8月,因此每到下半年 , 关于南极臭氧层变稀薄的消息就会明显增多 。
在南极地区上空,臭氧层损耗大多开始于8月底,一直延续到10月份并达到高潮,到11月底和12月初才能恢复 。而北极地区上空则是在1―3月开始 。到了夏季 , 这些低值区又会自行恢复常态 。但如果臭氧损耗严重,恢复就会迟缓 。
1、氟里昂破坏观点
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 。
当南极洲处于暖季(11月~3月)时,南极上空臭氧层中的氯化合物只受到太阳紫外线辐射的影响,分解缓慢 。但当进入酷寒的冬季(4~10月),其气温可达-88.3摄氏度,云层中冰冷的粒子此时便成了释放活性氯的化学反应的催化剂 , 这就更大破坏了南极上空臭氧,因此出现臭氧层空洞 。
2、太阳风及地球磁场观点
在赤道地区,太阳辐射将平流层之上的氧原子激活,产生臭氧 。根据这个理论 , 太阳辐射强的时候,臭氧会增加,统计资料证实这一点 。由于在赤道上磁力线方向于大气层方向平行,所以这里的辐射实际上较两极地区要小 。
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