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臭氧洞為什么只在南極有?

小知識

在接近地面的對流層中， 臭氧含量并不多， 尤其是在近地面， 臭氧是一種對生態系統有害的污染物 。 這就是說， 在高空的平流層中， 臭氧是“好”的；而在近地面的對流層中， 臭氧是“壞”的 。
臭氧是一種由 3 個氧原子組成、有特殊 “臭”味的氣體， 主要分布在平流層， 特別是在離地面 20 ～ 30 千米的臭氧層里濃度最大 。 臭氧是一種化學性質很不穩定和氧化性很強的物質， 它在平流層中的生成和分解與太陽輻射有密切關系 。 臭氧是一種痕量氣體， 在大氣中含量很少 。 在標準情況下， 如果把大氣柱中的臭氧全部收集起來， 其全球平均累積厚度僅為 3 毫米左右， 即只相當于兩枚 5 分硬幣的厚度 。 臭氧總量通常用多布森單位（DU）來度量， 1 個多布森單位指的是， 標準狀況下臭氧累積厚度為 0.01 毫米， 3 毫米就是 300 DU 。
可別小看這區區的 3 毫米， 就是這平均 3 毫米的臭氧層， 大量吸收了來自太陽的紫外輻射， 其中對生物特別有害的 UV-B 輻射大部分（95%）被吸收， 對地球生態系統和大氣環境有重要影響 。 可以形象地說， 臭氧層就是保護地球生命的盾牌 。 若沒有臭氧層， 我們賴以生存的地球就會在對生物有致命殺傷的太陽紫外線面前毫無遮攔， 其結果將是地球生靈的滅絕 。
20世紀70年代末以來， 全球臭氧總量是下降的， 尤其是在南極地區下降最明顯 。 80 年代中期， 日本和英國科學家先后發現， 春季南極站觀測到的大氣臭氧總量值與 10 年前相比減少了 30% ～ 40%；隨后美國科學家用衛星資料也證實了這一結果 。 在春季， 南極地區臭氧總量急劇減少， 會出現低于全球平均值30～40%的閉合低值區,與周圍地區相比， 就顯得南極洲上空出現一個臭氧低值的“空洞”， 這就是南極臭氧洞 。

南極臭氧洞的出現與人類活動關系密切 。 為制造冰箱和空調器等， 人類發明和使用了氟利昂和溴化烴等含氯和溴的化合物， 正是這類污染物質最終導致了臭氧層的破壞， 在南極地區的實地考察研究也找到了氯氟烴等物質消耗臭氧層的確鑿證據 。
形成臭氧洞需要滿足 2 個條件：大氣中存在人類活動排放的氟利昂和溴化烴等消耗臭氧層物質（人為因素）， 是春季南極臭氧洞形成的一個必要條件；而春季南極平流層極地渦旋中較長時間的低溫（自然因素）， 則是南極春季臭氧洞形成的又一必要條件 。 只有同時滿足這兩個條件， 在平流層極地渦旋中低溫（溫度低于 -78℃）條件下形成的冰晶云或液態硫酸氣溶膠表面， 吸附了大氣污染物質， 才能在太陽光照耀下， 激發氯和溴的活性， 通過光化學反應大量消耗臭氧， 在南極春季形成臭氧洞 。
近幾十年來， 北極地區的臭氧也是減少的， 但迄今為止， 還未出現過像南極那樣的“臭氧洞” 。 北極會不會出現“臭氧洞”也是大家十分關心的 。 在任何一張全球臭氧分布圖上， 我們都可以看到， 既有高值區， 也有低值區 。 臭氧洞有嚴格的科學定義， 并不是所有的臭氧低值區都能稱為臭氧洞 。
北極更加接近人類活動的地區， 北極大氣中污染物的濃度也比較高， 與南半球相比污染更為嚴重， 但是它不滿足， 或很難滿足形成臭氧洞的平流層極渦中低溫的必要條件 。 南極地區是一塊由海洋包圍的冰雪大陸， 而北極卻是一片由大陸包圍的冰雪海洋 。 海陸分布的差異， 對氣候和大氣環流產生了很大影響 。 例如， 全球最低氣溫出現在南極地區， 且南極的最低氣溫至少比北極低 20℃；在平流層極地渦旋中， 南極的溫度也低于北極 。 雖然北極冬季平流層極地渦旋中的溫度也能低于 -78℃， 但在極夜過后的春季， 北極平流層極地渦旋中的溫度大多在 -78℃以上， 在春季北極平流層中， 很難滿足形成冰晶云的低溫條件 。

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