那个不断扩大的臭氧空洞，如今怎么样了？

南极空臭氧枯竭引起了社会的广泛关注。但是近年来，关于臭氧层空洞的新闻很少被提及。人类在灾难面前麻木了吗？

当然不是。今年1月9日，世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)向我们生动地解释了什么是“专注于沉默而发财”，他们发布了一个令人振奋的好消息:

就像臭氧层上的洞空说“我要悄悄地把它缩小，给大家一个惊喜。”

(1979年至2019年最大臭氧空空洞范围的变化)

这是一个历史性的时刻，人类即将通过全球努力首次解决这一关系到人类文明存亡的重大气候危机。

什么是臭氧层？为什么臭氧层空洞如此重要？人类是如何修复臭氧层空洞的？这样，过去我们只知道而不明白的问题，今天一下子都搞清楚了。

(1960年至2100年臭氧空洞的变化)

1.什么是臭氧层？

地球的大气层非常厚，总共有几千千米。自下而上可简单分为对流层(0~10/20km)、平流层(10/20~50km)、中间层(50~85km)、温跃层(85~800km)和中间层(800~3000km)。

对流层是大气中最接近地表的部分，几乎包含了整个生物圈，是我们人类和其他生物的生存环境。同时也是最稠密的大气层，其总质量约占大气总质量的75%。对流层中的温度主要来自地表，呈现下热上冷的局面，上下对流运动十分活跃，故命名为对流层。

平流层从地球表面上方约10~15公里(km)开始，延伸到约50公里的高度。与对流层不同，平流层是冷热相间的，所以这一层的空气流非常稳定。平流层的平流特性使其非常适合飞机运行，所以大部分民用飞机的平流阶段都在平流层底部。

平流层之所以如此自然，与我们这篇文章的主角——臭氧层有关。大部分臭氧(约90%)存在于平流层，臭氧浓度最高的区域约在海拔15至35公里处，通常被称为“臭氧层”。臭氧层可以吸收紫外线带来的大部分热量，加热平流层上部，从而造成平流层的出现。

至于中间层，热层化，逃逸层，离我们太远了，成了科研中空的科研范畴。本文暂时不展示它们。

臭氧层是指平流层中臭氧浓度较高的一层，其浓度峰值出现在大约20 ~ 25公里的高度。虽然臭氧层被称为层，但其丰度仍然相对较低。即使在臭氧浓度最高的地区，每十亿个空气体分子中也只有几千个臭氧分子。如果我们把大气中的臭氧分子全部带到地球表面，形成覆盖整个地球的纯净臭氧层，平均层厚约3毫米。

但就是这薄薄的3毫米，对保护地球生命起着至关重要的作用。

(大气中的臭氧)

第二，臭氧层的作用

臭氧分子的结构使其对紫外线有很强的吸收能力，可以将大部分紫外光子的能量转化为热能进行耗散；

这一特性使得大部分对生物有害的紫外线被臭氧层阻挡，巨大的能量转化为加热到平流层以上的基本热能，使平流层能够稳定承载飞机飞行，为地表生物和天气系统的正常运转奠定了基础。

同时，紫外线也是臭氧层的主因；平流层顶部的氧气在短波紫外线(UVC)的作用下会形成臭氧；

(平流层臭氧产生的过程)

此外，一些自然活动会消耗臭氧；比如火山活动。2022年1月汤加火山喷发，一周内使西南太平洋和印度洋的平流层臭氧总量空减少了5%。今年9月16日，欧洲局空监测数据显示，南极臭氧空空洞面积达到2600万平方公里，接近历史记录。

从长期来看，不同的自然活动和大气化学作用使大气中的臭氧浓度保持在一个相对稳定的范围内，但近几十年来，情况似乎发生了变化…

第三，臭氧层的危机

20世纪初，借助卡诺循环原理，人们找到了一种有效的制冷方法，即通过压缩液化气体，然后通过气体的蒸发吸热。

然而，在早期的制冷设备中，大多数使用廉价且容易液化的气体，如二氧化硫(SO2)或氨(NH3)。例如，SO2可以在-10℃或2.5个大气压下液化，而NH3可以在-33℃或9个大气压下液化。

制冷设备给人们的生活带来了舒适和便利，但也埋下了灾难的种子…

SO2和NH3都是刺激性很强的有毒气体。1929年，美国俄亥俄州一家医院使用的大型冰箱发生严重氨气泄漏，造成100多人死亡。

惨痛的教训迫使人们积极寻找这些有毒气体的替代品。很快，人们找到了一个非常“优秀”的替代品。

美国发明家托马斯·米利奇(Thomas milic)研究元素后发现了一种物质:二氟甲烷(CF2Cl2)，它是一种无色、无毒、无腐蚀性、无刺激性的气体，沸点为-29.8℃。此外，这种气体不含氢元素，不能燃烧，因此被认为是一种近乎“完美”的制冷剂。

1931年，美国杜邦公司开始大规模工业化生产这种化合物，商品名为“氟利昂”(在今天的编号系统中，该化合物为R12)，氟利昂凭借其稳定、安全、高效的优势，问世后短短十余年几乎取代了以往所有的制冷剂，风靡千家万户。然而，正是这种近乎“完美”的东西，给地球留下了巨大的伤疤…

1924年，臭氧光谱仪问世，人类开始定期观测大气中的臭氧含量。这一时期，在英国气象学家戈登·多布森的领导下，美国、埃及、印度、苏联、新西兰和斯匹次卑尔根群岛(北极)相继建立了臭氧浓度观测点，揭开了人类对臭氧层研究的序幕。

二战后不久，1957年，英国皇家学会的科研团队在南极布伦特冰架上建造了哈雷科考站，对南极地区的大气进行了长期观测。

1974年，美国科学家马里奥·莫利纳和舍伍德·罗兰提出，环境中含氯氟烃的含量在稳步增加，其在平流层中光解产生的大量氯原子可以破坏大气臭氧层；该过程的原理如下:

显然，这个反应过程中的氯自由基是一种催化剂，可以高效率地破坏大气臭氧层，在大气中持续作用几十年。总反应大致如下:

溴代烃也有类似的反应，大致如下:

虽然它与氯催化过程基本相同，但其总反应是:

可以看出，溴和氯在外观上是相似的，但还是有一些区别，它们的催化反应有本质的不同。

(臭氧破坏循环)

他们提到，如果氯氟烃的生产继续以当时每年10%的速度增长，20年后大气中的臭氧含量将减少5%~7%，75年后减少30~50%。

上面提到的“二氟甲烷”只是一种含氯氟烃；需要注意的是，破坏臭氧层的物质不仅仅是含氯氟烃，还有哈龙，如二氟氯甲烷、三氟溴甲烷等一些物质。

20世纪70年代，美国CFC产业的价值超过80亿美元，直接或间接提供了140万个就业岗位。所以，政府和化工巨头并没有在意这个研究结果。减少或禁止含氯氟烃的计划受到极大阻碍，无法实施…

十年后的1985年，英国南极调查局的科学家们有了惊人的发现。

他们分析了1956年以来海利科考站的大量臭氧观测数据，发现在1977年至1984年的春季(9月至11月)，南极海利湾大气中的臭氧含量下降了40%以上。这项研究很快得到了科学界的证实。经过研究，人们发现高空大气中的臭氧消耗更为可怕，南极大陆上存在一个巨大的“臭氧层空空洞”…

这个远远超过十年前研究的实测数据震惊了世界，证实了氯氟烃对臭氧层有很大的杀伤力。一时间，大气臭氧的化学和动力学成为研究热潮。无数的理论和观察都证明了这种可怕的情况，社会对含氯氟烃等物质的态度突然发生了变化。

四、救赎:“女神补天”行动

随着国际社会意识到臭氧层危机迫在眉睫，这场灾难终于迎来了转机。1985年3月22日，国际社会签署了《保护臭氧层维也纳公约》，宣布了拯救地球的宏伟计划。两年后的1987年9月16日，蒙特利尔会议上《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》问世，在全球范围内掀起了一场声势浩大的“修复天空行动”。

这两份历史性文件誓言要加强对消耗臭氧层物质(ODS)的控制。缔约方名单汇集了世界主要工业国，如美国、苏联和德国。中国也分别于1989年和1991年加入了这两个公约，站在了这场保卫战的第一线。

在这些协议的推动下，不仅工业化国家改革了制冷系统，发展中国家也采用了更环保的技术。广泛用于制冷、消防和清洁的有害物质逐渐退出市场。

现在，我们可以满意地说，那些曾经危害臭氧层的物质，比如R12等制冷剂，1211、1301等灭火剂，甚至高中时代耳熟能详的四氯化碳(CCl4)，都已经不再制造和使用了。它们已被更环保的制冷剂和灭火剂所取代，如R134a(CH2FCF3)、R32(CH2F2)和HFC-227EA (C3)。这些新材料基本上不会对臭氧层造成破坏。

这段历史告诉我们，当人们团结起来，为一个共同的目标而努力时，我们有能力克服环境挑战，保护我们的星球，创造一个更可持续的未来。它还提醒我们，我们每个人都有责任继续保护我们的环境，以确保我们星球的可持续发展。

动词 （verb的缩写）臭氧层空空洞对气候的影响

众所周知，臭氧层的作用主要是阻挡来自太阳和宇宙的高能紫外线辐射，为地球上的生命提供一个低紫外线辐射的良好环境。每个人或多或少都知道这一点，但是……臭氧层的作用仅限于此吗？

随着大气科学的逐步发展，人们逐渐认识到臭氧层更深层次的影响，更准确地说是平流层化学成分对气候的影响。

虽然全球变暖越来越严重，但实际上地球上任何地方都没有变暖。如上所述，臭氧层主要存在于20~50km高度的平流层。然而，值得注意的是；从1960年到2020年，这里的气温正以每十年0.6℃左右的速度缓慢下降。

臭氧在大气中的作用是帮助维持大气的温度平衡，但如果减少，会影响大气的运动模式，特别是在南极地区，可能会对地球的气候和气候模式产生重要影响。

当太阳发出的紫外线辐射进入大气层时，臭氧将这些高能辐射转化为热量。这有助于保护大气层，防止过多的紫外线照射到地球表面，从而防止过多的紫外线对生物和环境造成危害。因此，如果臭氧减少，大气中的平流层(大气层的一部分)将无法吸收足够的热量，从而导致大气温度下降。这种情况在南极地区，也就是地球的南极地区尤为明显。

与此同时，地球的南极和赤道地区之间存在显著的温差。赤道地区通常很热，而南极则很冷。这导致了流向南极的高空 空气流。由于地球自转和科里奥利力，这些气流在地球周围形成西风带，即高空气流自西向东流动的区域。

西风带不仅存在于对流层，也存在于平流层。它的存在大大削弱了南极平流层与其他地区之间的空气流。由于ODS通过各种渠道不断进入南极，消耗的臭氧得不到补充，南极就形成了“臭氧空洞”。

随着南极空臭氧空洞的不断扩大，该区域平流层的温度逐渐降低，使得南极高度空与赤道高度空的温差增大，南极周围的西风带和极地涡旋会加强。这种变化会通过极其复杂的气象原理在半个月左右影响对流层。那么这会有什么影响呢？

风的能量会影响海水的流动。强劲的西风带会加快南极环极流的流速，同时通过更强的埃克曼输送，将大量的极地表层海水输送到北方，使极地低层温暖的海水上移，加热南极洋面，减少南极海冰。

同时，我们需要知道，平流层中无法阻挡的紫外线辐射的能量并不是空消失，而是它们冲到地表，加热对流层，进一步影响我们的天气系统和大气流动。

但臭氧层空洞只是影响大气系统和海洋系统的众多因素之一，而且仅限于理论，难以证明。例如，2010年至2015年间，南极的海冰从约250万平方公里增加到约360万平方公里，去年骤降至192万平方公里。

目前我们还不能准确模拟天气系统，所以无法确认臭氧层空洞的影响，但我们终于看到了这场战争胜利的曙光。

根据美国气象学家antara Ban Naji等人的研究，可以确认，上述两个公约的有效实施，基本上停止了南极臭氧空洞引起的大气环流变化，臭氧层耗竭引起的大气变化将逐渐恢复。

团结延续文明之火。可以说，臭氧层问题的解决，不是神仙救世主之功，而是我们每个人都成为了补天的“女娲”，为了与自然和谐相处，赎罪，改变。希望在遥远的未来，人类能够战胜危险，与自然友好相处，团结一心，继续文明下去。

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