臭氧層空洞卷土重來，面積逼近歷史最大值。

　　

　　或許有人還記得，今年年初，聯(lián)合國發(fā)布了一份新的臭氧層消耗報(bào)告，稱南極上空的臭氧層空洞預(yù)計(jì)在數(shù)十年內(nèi)恢復(fù)到1980年的水平。

 

　　這不禁讓人開始期待：那個(gè)因?yàn)槿祟悶E用氯氟烴類物質(zhì)（如用作冰箱制冷劑的氟利昂）而被大量消耗，最終出現(xiàn)巨大空洞的臭氧層——終于要恢復(fù)了嗎？

　　

　　但歐洲空間局（the European space agency）最新發(fā)布的監(jiān)測結(jié)果，貌似潑出了一盆冷水。衛(wèi)星監(jiān)測顯示，今年9月16日，南極洲上方的臭氧層空洞面積達(dá)到了2600萬平方千米——面積約為三個(gè)巴西的大小——已經(jīng)接近歷史最大紀(jì)錄，即2000年9月9日的2990萬平方千米（也有測量結(jié)果為2840萬平方千米）。

 

　　臭氧層空洞的現(xiàn)狀

　

　　臭氧層位于距地面15km到30km的平流層，發(fā)揮著防止地球生物遭受過度紫外線傷害等重要作用。1985年，科學(xué)家在南極洲上空發(fā)現(xiàn)一個(gè)巨大且持續(xù)在增大的臭氧層空洞。1987年，由全球眾多國家參與的《蒙特利爾議定書》（Montreal Protocal）開始通過消除或限制近百種“消耗臭氧層物質(zhì)”（ozone-depleting substances, ODS）——尤其是氟利昂——來保護(hù)臭氧層。

　　

　　在《蒙特利爾議定書》的推動(dòng)下，“消耗臭氧層物質(zhì)”的使用大大減少。而且自2000年開始，臭氧層空洞已經(jīng)有了逐漸縮小的趨勢。

　　

　　2019年，臭氧層空洞面積達(dá)到了1985年以來的最小值（全年最大為1640萬平方千米），但這更多是由于當(dāng)年南極洲上空氣溫較高，臭氧消耗效率降低所致。隨后幾年，臭氧層空洞面積又回到了較高的水平。

　　

　　歷年來臭氧層空洞大?。▓D片來源：Copernicus Atmosphere Monitoring Service）

　

　　震動(dòng)地球的火山

 

　　除了人類活動(dòng)的直接影響，臭氧層消耗還可能和一些自然事件有關(guān)，如森林大火、火山爆發(fā)。而科學(xué)家認(rèn)為，本年度臭氧層空洞的增大，便主要和一次火山爆發(fā)相關(guān)。

　

　　2022年1月15日，位于南太平洋湯加王國的洪阿哈阿帕伊島海底火山（后稱湯加火山）發(fā)生劇烈爆發(fā)。這是過去30年里最大的一次火山爆發(fā)，也是現(xiàn)代設(shè)備觀測到的最大的一次火山爆發(fā)。

　　

　　美國航空航天局（NASA）的科學(xué)家吉姆·加文（Jim Garvin）說，這次火山爆發(fā)的能量相當(dāng)于數(shù)百倍廣島原子彈爆炸所釋放的能量?；鹕奖l(fā)在全球多地引發(fā)了海嘯，從火山中噴發(fā)的物質(zhì)甚至到達(dá)了海拔55千米的高空。

　　

　　湯加火山的爆發(fā)引起了全球的廣泛關(guān)注，當(dāng)然也包括科學(xué)家們。在火山爆發(fā)后的不到一周內(nèi)，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)就在火山下風(fēng)向的一個(gè)島上放飛了氣象氣球，開始觀測火山引起的氣象變化。他們發(fā)現(xiàn)，在火山爆發(fā)的僅一周之后，熱帶的西南太平洋和印度洋上空的平流層臭氧就減少了5%。

　　

　　有科學(xué)家推測，火山噴發(fā)柱會(huì)將海拔較低的對流層中臭氧含量低的空氣，帶到海拔更高的平流層中，從而導(dǎo)致火山上方平流層臭氧濃度的降低。但若是這種情況，平流層的臭氧濃度會(huì)在噴發(fā)結(jié)束后迅速恢復(fù)；而事實(shí)上，噴發(fā)后數(shù)日，平流層中的臭氧還在持續(xù)減少。

　　

　　這說明，除了對流層空氣的影響外，火山噴發(fā)還導(dǎo)致平流層發(fā)生了化學(xué)改變，進(jìn)而導(dǎo)致了臭氧的持續(xù)快速消耗。　

 

　　火山對平流層的改變

　

　　通常來說，平流層中的鹵素化合物是造成臭氧層損耗的重要罪魁禍?zhǔn)字?，比如氯化氫（HCl）、硝酸氯（ClNO3）和溴化氫（HBr）。以氯化氫為例，它們在光照和氫氧化物等的作用下會(huì)產(chǎn)生活躍的氯自由基或一氧化氯自由基，在這些自由基的作用下，臭氧會(huì)迅速地被消耗。

　　

　　在通常情況下，氯化氫在光照作用下分解為自由基的效率很低，但如果是在云層或氣溶膠的表面，這一反應(yīng)發(fā)生的效率就會(huì)非常高。這也部分解釋了為什么臭氧層空洞出現(xiàn)在南極上空——這主要是因?yàn)槟蠘O溫度很低，導(dǎo)致平流層容易形成云，使鹵素自由基更多，進(jìn)而導(dǎo)致臭氧層的大量消耗。

　　

　　這次的湯加火山爆發(fā)，就向平流層注入了大量的鹵素化合物，其中一部分可能來自于蒸發(fā)的海鹽。但在臭氧消耗上，起到關(guān)鍵作用的是水蒸氣。此次火山噴發(fā)出的水蒸氣，占全球平流層總負(fù)荷的10%。

　

　　大量的水蒸氣使得二氧化硫（大氣中存在，火山爆發(fā)也會(huì)釋放）更容易形成硫酸鹽氣溶膠，加速鹵素自由基的產(chǎn)生。氣象氣球的測量結(jié)果顯示，火山上方海拔26.4千米處的氣溶膠表面積密度峰值為286.9平方微米/每立方厘米，比平流層的一般水平高了600倍。

　

　　此外，火山水蒸氣注入平流層會(huì)導(dǎo)致濕度增加，并增強(qiáng)輻射制冷作用，也會(huì)讓鹵素自由基更容易形成。并且，硫酸鹽氣溶膠會(huì)降低氮氧化物的濃度，進(jìn)而加速了鹵素自由基消耗臭氧的速率。

　　

　　上述關(guān)于湯加火山爆發(fā)對臭氧層影響的研究，已經(jīng)于10月20日發(fā)表在了《科學(xué)》（Science）上。這或許是在提醒我們，人類對自然界造成的傷害，就算在人類已經(jīng)停止了傷害行為之后，其后果可能在很長一段時(shí)間內(nèi)肉眼可見。

　　

　　希望數(shù)十年后，我們能真的迎來聯(lián)合國的臭氧層消耗報(bào)告預(yù)測的那樣，臭氧層空洞回到1980年時(shí)水平的那一天吧。