為什么南極上空有個臭氧洞？

每年的9月16日是聯(lián)合國大會確定的“國際保護臭氧層日”，之所以選定這個日子，是紀念1987年9月16日簽署的《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》。按其要求，所有締約國都應凍結并依照縮減時間表來減少含氯氟烴(CFCs)和其他消耗臭氧層物質(ODS)的生產和使用。2007年恰逢該議定書簽署20周年。正如今年“國際保護臭氧層日”主題所言，我們有理由“慶祝20年來所取得的進展”，但是我們還應有一個清醒的認識，要使脆弱的臭氧層所受到的損耗得以彌補，我們要做的還有很多。

曾經被用作電冰箱、空調、冷凍機設備的制冷劑，泡沫材料的發(fā)泡劑以及滅火劑、清洗劑等使用的以氟利昂為代表的含氯氟烴、含溴氟烴等物質，會破壞大氣中的臭氧分子，使臭氧濃度減少，導致紫外線輻射量增加，從而危及人類健康與生態(tài)環(huán)境。這已成為一個常識被人們所接受。

南極上空臭氧層破壞情況尤其引起人們的關注。實際上，正是1985年發(fā)現南極上空臭氧層明顯變薄，即所謂的“南極臭氧層空洞”問題之后，才使得國際上保護臭氧層的呼聲高漲起來?？墒?，為什么臭氧層空洞會出現在南極呢?那里可并沒有地球人使用電冰箱或空調一類的東西呀!這是一個有趣的問題，也是科學家們一直在探討的一個問題。

目前，主要解釋是從光學角度進行的。在人類聚居的北半球，由于大量生產和使用CFCs，并使之進入大氣層中，大氣環(huán)流攜帶著北半球散發(fā)的CFCs，隨赤道附近的熱空氣上升，分流向兩極。在南極黑暗酷冷的冬季(6月～9月)，下沉的空氣在南極洲受到冰山的阻擋，停止環(huán)流，就地旋轉，形成“極地風暴漩渦”。這股漩渦不斷上升，上升到20千米高空的臭氧層內以后，把南極與中低緯地帶空氣對流隔絕開來，使南極變得極冷，常常在零下80℃以下(比北極要低得多)。漩渦中的空氣上升過程中還會生成大量的“冰晶云”?！氨г啤敝械谋⒘２粩喟褮饬髦械腃FCs吸收在其表面，濃度越來越高。當南極的春季(9月)來臨極夜結束時，在陽光照射下冰晶云升溫融化，釋放出吸附的CFCs。CFCs在紫外線照射下發(fā)生解離，釋放高活性原子態(tài)的氯。氯原子也是自由基，它對臭氧的破壞是以催化的方式進行的。據估算，一個氯原子可以破壞10⁴-10⁵個臭氧分子(溴原子的破壞能力還要大)，臭氧層因大量損耗臭氧而出現臭氧洞。一旦春末南極漩渦殘缺或破壞消失，大量富含臭氧的赤道南下的新鮮空氣進入南極上空，使臭氧洞得以彌補。

另一種解釋是從動力角度進行的。這種觀點認為，在南極極夜期間，因中低緯向南極的熱量輸送效率很低，控制南極上空的極地“漩渦”內部，形成了異常低溫環(huán)境，光照少，氧分子合成臭氧的光化學作用就會減弱。當極夜結束，太陽重新越出地平線時，由于集中于平流層中下層的臭氧對太陽輻射的吸收，這一范圍的大氣被加熱，于是該層出現了上升運動。這一上升運動引起的抽吸作用，將對流層臭氧含量低的氣體帶入了平流層，替代了原來平流層臭氧含量高的氣體。這種“抽吸作用”直到11月份才逐漸減弱，此時南極上空臭氧濃度逐漸上升。

北極也發(fā)生與南極同樣的空氣動力學和化學過程。但由于北極不存在類似南極的冰山，加上氣象條件的差異，北極渦旋的溫度遠較南極高，而且北極平流層云的量也比南極少得多，因此目前北極的臭氧層破壞還沒有達到出現又一個臭氧洞的程度。

雖然南極臭氧空洞的形成過程很復雜，但根源是人為活動產生的氟利昂、哈龍等消耗臭氧層物質(ODS)，它們在大氣中的壽命很長，一旦進入大氣就較難去除，這意味著它們對臭氧層的破壞會持續(xù)一段漫長的時間?？茖W家認為，欲使南極臭氧層顯著恢復至少還需要另外一個20年。而要使南極臭氧空洞基本消失，樂觀的估計是到2050年。

責任編輯 龐 云