臭氧空洞已经缩小,但科学家发现怪相,这并不是好事

笔者 东邪

地球能够孕育生命的原因与地球的外部环境和内部环境密不可分,在内部环境中,大气层的存在就像一层保护罩,过滤掉了许多宇宙辐射,从而让地球生物免受宇宙辐射的侵害(www.ruizuan.net)。而在大气层中,臭氧含量最高的那一层被称为臭氧层,它大概位于距离地面20~25公里高的区域。臭氧层里的臭氧能够与许多宇宙射线发生反应,从而达到削弱宇宙辐射的效果。

上个世纪末起,人类逐渐意识到臭氧层出现了巨大的空洞,于是各国采取措施应对臭氧空洞。经过几十年的努力,臭氧空洞的面积有所缩小,但是去年八月有一篇科学论文指出,美国国家海洋和大气管理局的科学家通过长期跟踪研究,发现北半球大气层的臭氧含量明显增多,然而科学家对此表示担忧,这是为何呢?

研究人员发现了什么?

在过去很长一段时间里,科学界缺乏对臭氧水平的有效监测方法,后来人造卫星探测器承担了部分责任,但科学家通过对探测数据的分析,发现数据与臭氧的真实水平还是存在一定的误差。那么是否有更好的方法能够监测大气的臭氧水平呢?后来有科学家想到了利用飞机对大气层进行探测,这次美国国家海洋和大气管理局的科学家也采取了相同的方法。

他们与欧洲一家民航客机公司达成合作协议,让客机携带专业的探测设备飞到万米高空之上,然后展开臭氧水平的检测。后来科学家了解到该航空公司从1994年就开始与一些科学机构展开合作,其中不少研究都是与臭氧水平相关的,因此科学家从该航空公司获得了过去22年探测数据。

通过对这些数据的分析,科学家发现曾经一些臭氧水平比较低的地区,进入21世纪后臭氧水平明显增加,其中就包括印度地区和东南亚地区。不仅如此,他们还发现这些地区的大气层臭氧含量超出了正常水平,并对此表示担忧。

臭氧含量增多为什么会引发担忧?

硬币有正反两面,任何事物都有好的一面和坏的一面,在我们的认知中,臭氧似乎只有保护地球生物的作用,而不会伤害生物,因为臭氧能与宇宙辐射结合,起到削弱辐射保护地球生物的作用,但当它的含量超出了正常水平,而且是臭氧层之外的区域发生了这种情况,那么臭氧含量增多反而会产生负面作用。

这次研究中发现的臭氧含量增多区域是对流层,距离地面大约10~15公里,该层次中的臭氧一般与低层大气中的臭氧进行互补流动,因此臭氧水平长期处于动态平衡状态。而臭氧层的距地高度是20~25公里,是大气层的最外层,所以能起到良好的保护作用。那么对流层的臭氧含量超出正常水平,会造成什么影响呢?

有研究表明,当对流层的臭氧含量增多后,该区域对应的陆地动物会出现明显损伤的情况,尤其是肺部损失。此外,打破动态平衡的臭氧含量会导致植物萎缩,进而影响生态系统的稳定性。总而言之,臭氧也并非只有好处而没有坏处,将它放在臭氧层中,它就能发挥积极作用。但将它放在对流层中,有可能发挥消极作用。

什么原因导致了臭氧含量的变化?

大气层中的臭氧含量变化分为两种情况,一种情况是含量减少,另一种情况是含量增加。先来说说臭氧含量减少的原因,也就是臭氧层被破坏的原因。一般情况下,臭氧含量受到太阳活动的影响。太阳辐射的变化情况会影响到大气的温度场和压力场,这两个因素的变化会影响生成臭氧的化学成分的移动和输送,进而影响臭氧的生成。

但从上世纪六七十年代开始,科学家们逐渐发现化学物会直接与大气中的臭氧发生反应,使得臭氧的含量降低、臭氧的生成受到抑制。根据研究发现,能与臭氧进行活跃反应的化学物质有氧化亚氮、水蒸气、甲烷、氟氯烃等。这些物质在大气层中原本是稳定物质,但在紫外线辐射的作用下活化成了臭氧的反应物。

臭氧的增多分为相对增多和绝对增多,相对增多的参考标准是变化后的水平,绝对增多的参考标准是正常水平。举个例子,上世纪后期大气臭氧水平跌破正常水平,这是变化后的水平,之后臭氧水平的升高就是相对这一水平而言。对流层的臭氧存在正常水平,因此这种情况的臭氧水平增加属于绝对增加,目前科学家们还未找到相应的原因。

谁是第一个发现臭氧的人?

许多人第一次听到“臭氧”这个词,都会好奇这种气体是不是有臭味的氧气。臭氧这个名字确实是这么来的,背后的故事要从150多年前说起。当时德国有一位名为先贝因的科学家,在一次水电解实验中闻到了一股臭味,这股臭味引起了先贝因的注意。他先后多次将该气味与自然闪电过后产生的气味相比,发现两者的气味十分相似,于是先贝因为其取名为臭氧。

虽然先贝因是第一个发现臭氧的人,但法国科学家法布里才是第一个发现臭氧层的人,他在20世纪初达成了这一成就。之后英国地球物理学家卡普满提出观点,认为臭氧层主要由氧分子和氧原子组成。低层次的氧分子跨越到更高的区域,在紫外线的作用下产生分解,进而产生臭氧。

臭氧是大气层必不可少的组成部分,它的存在让地球环境变得宜居,因此很难想象如果臭氧层消失了,地球自然环境将会变成什么样。同时这次研究也引起了科学家对大气臭氧的再次关注,上一次臭氧引起了全球关注,还是因为它的含量在不断减少。这次臭氧引起全球关注,却是因为它的含量在增加,真是让人捉摸不透。

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