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魏科:保护臭氧层任重道远

2020-07-08 人民日报
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  今年春季,北极地区继2011年后再次形成臭氧洞。此次臭氧低值区域面积约600万平方公里,其中符合臭氧洞标准(臭氧浓度低于220个多布森单位)的面积超过100万平方公里,成为史上最大的北极臭氧洞。臭氧层保护的紧迫性再次引发人们的关注。

  臭氧洞主要出现在极地地区。与南极每年春季都会出现臭氧洞相比,北极臭氧洞的出现频次非常少,规模也不及南极臭氧洞动辄超2000万平方公里。然而,由于北极周围地区人口相对稠密、人类活动活跃,当臭氧洞形成并维持时,可能侵入中高纬度造成严重影响。

  1984年,英国科学家首次在南极上空发现臭氧层空洞。臭氧层位于距地面25—35公里的高空,臭氧洞并非真正的洞,而是指臭氧浓度显著低于周围臭氧层。低温、太阳辐射和臭氧损耗物质的存在,是臭氧洞出现的必要条件,存在于春季南北极的平流层地区。在距地面10—50公里的平流层,冬季盛行西风。强大的绕极西风将极区与中纬度地区隔离开,使得富含氧气的空气和热量均无法进入极区,形成了异常寒冷的极区平流层。在极低温条件下,极地平流层云形成,它在提供光化学反应界面的同时,吸附氯贮存物质。到早春时节,在太阳紫外线的照射下,极地平流层云表面的氯原子被分解出来,释放活性氯,进而引发光化学反应,侵蚀臭氧层,形成臭氧损耗和臭氧洞现象。

  大气中约90%的臭氧处于臭氧层,另有10%左右位于近地面。近地面的臭氧是光化学烟雾主要组成部分,会诱发呼吸系统疾病,破坏植物。与之对比,臭氧层中的臭氧可以隔绝和吸收太阳辐射中危险的紫外线成分,让地球表面更安全。在地球漫长的历史中,得益于臭氧层的保护,生物从深海走向浅海和地球表面,演变出复杂多样的物种。然而,人类活动排放了大量含有卤族元素的化合物,包括作为制冷剂、发泡剂、喷雾剂和清洗剂的氟利昂和哈龙等物质。这些化合物随大气环流进入平流层,在紫外线的作用下形成臭氧损耗,破坏臭氧层的完整,进而影响地球的宜居性,对生物安全造成严重影响。

  为应对臭氧损耗问题,国际社会于1987年签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,该协议得到了联合国各成员国的积极响应。然而,人类近百年排放至大气中的臭氧损耗物质不仅数量巨大,且生命期长达50—100年,减少过程极其缓慢。根据联合国环境署发布的最新臭氧层耗损科学评估报告,经过30年的努力,人类避免了严重的臭氧损耗危机。不过,要使南极臭氧洞恢复到上世纪80年代的水平,预计要到2060年之后,而恢复到上世纪60年代初的水平,则需要到2100年左右,保护臭氧层仍任重而道远。

  (作者为中国科学院大气物理研究所副研究员)

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