12-为什么臭氧空洞只出现在南极?

为什么臭氧空洞只出现在南极?

                                                      对(好搜问答)的回答

       南极臭氧洞的出现与人类活动关系密切。为制造冰箱和空调器等,人类发明和使用了氟里昂和溴化烃等含氯和溴的化合物,正是这类污染物质最终导致了臭氧层的破坏,在南极地区的实地考察研究也找到了氯氟烃等物质消耗臭氧层的确凿证据。这类污染物质的化学性质十分稳定,泄漏排放到大气中滞留的时间很长;在大气垂直环流作用下会从对流层到达平流层,并通过大气环流的远距离输送和极涡的辐合效应将这些大气污染物在极地平流层中聚合起来。人类活动排放到大气中的氟里昂和溴化烃等含氯和溴的消耗臭氧层物质(ODS),在极地平流层低温条件下形成的冰晶云(PSCs)或液态硫酸气溶胶表面,会通过光化学反应大量消耗臭氧,而为光化学反应提供活动界面的平流层冰晶云或液态硫酸气溶胶,只有在温度低于-78℃时才出现。

       因此,形成臭氧洞需要满足2个条件:大气中存在有人类活动排放的氟里昂和溴化烃等消耗臭氧层物质(人为因素),是春季南极臭氧洞形成的一个必要条件;而春季南极平流层极地涡旋中较长时间的低温(自然因素),则是南极春季臭氧洞形成的又一必要条件。只有同时满足这两个条件,在平流层极地涡旋中低温(温度低于-78℃)条件下形成的冰晶云或液态硫酸气溶胶表面,吸附了大气污染物质,才能在太阳光照耀下,激发氯和溴的活性,通过光化学反应大量消耗臭氧,在南极春季形成臭氧洞。也就是,只有这两个必要条件合起来,才是形成臭氧洞的充分必要条件。目前在南极地区的春季这两个条件都能满足,因此,每年春季在南极都会出现臭氧洞。        

      北极更加接近人类活动的地区,北极大气中污染物的浓度也比较高,与南半球相比污染更为严重,但是它不满足,或很难满足形成臭氧洞的平流层极涡中低温的必要条件。南极地区是一块由海洋包围的冰雪大陆,而北极却是一片由大陆包围的冰雪海洋。海陆分布的差异,对气候和大气环流产生了很大影响。例如,全球最低气温出现在南极地区,且南极的最低气温至少比北极低20℃;在平流层极地涡旋中,南极的温度也低于北极。虽然北极冬季平流层极地涡旋中的温度也能低于-78℃,但在极夜过后的春季,北极平流层极地涡旋中的温度大多在-78℃以上,在春季北极平流层中,很难满足形成冰晶云的低温条件。因此,到目前为止,北极春季并没有出现过臭氧洞。

      在目前大气环境被破坏的情况下,无论是南极还是北极,存在消耗臭氧物质的必要条件总是能满足的,关键在于能否出现形成平流层冰晶云的低温必要条件。南极春季,大都能满足出现臭氧洞的平流层低温必要条件,因此春季南极臭氧洞仍将出现;在北极很难满足出现臭氧洞的平流层低温必要条件,只是当春季平流层温度异常偏低时,才有可能在春季出现臭氧低值区。南北极大气臭氧亏损的程度将随大气环流,特别是极地涡旋的状况而发生变化。

      正是由于平流层温度、极地涡旋强度和位置的变化,造成了2002年南极春季臭氧洞的异常偏小(最小时只有同期平均面积的1/7)和各年南极臭氧洞强度和范围的变化。在当前大气环境被污染的情况下,极地大气臭氧亏损的程度更多地将随大气环流,特别是极地涡旋中的低温状况而发生变化。其中,极夜结束后极涡中的持续低温是南极臭氧洞形成的关键因素。

       1979年以来,只有2011年和1997年2年,由于北极极涡强、温度特低,在极夜过后的春季,平流层极涡还短暂(10-15天)保持低于-78℃的低温。2011年在北极地区,出现了亏损40%的异常低值中心,此时因化学原因产生的臭氧亏损量达160-200 DU,可与发生南极臭氧洞时的亏损量相比拟。虽此时北极平流层中大气臭氧的化学亏损的数值也很大,但由于当地春季大气臭氧通常为400 DU以上,本底值要比南极地区高100DU;加之低温持续时间短,在北极仍未出现低于220 DU的区域。

                                             ( 三极风云 ,20140108)