南极臭氧洞是如何形成的?

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南极臭氧洞是怎么形成的呢？

1985年，英国学者Joseph Farman等人发现，自1970年以来，9-10月南极上空的臭氧浓度逐年迅速地下降。由於臭氧的减少会增加对流层紫外线的入射量，这份研究报告震惊全世界。在此之前，美国太空总署的卫星已经连续几年监测臭氧浓度，却因为系统的瑕疵，将低臭氧浓度值当成错误的资料，作了人为的调整，因而没有发现到此一现象。一旦将该瑕疵修正，卫星资枓验证了南极臭氧急遽下降的现象，更发现涵盖面积极广而且逐年扩大。 观测发现，臭氧浓度的减少主要发生在10-20公里之间，也就是原本浓度较高之处
　　南极上空的臭浓度原本就有明显的季节变化。 冬季时，由於臭氧生命期较长，被大气环流从低纬度地区传送到高纬度地区，聚集在南极上空的环流涡旋之内，不易与涡旋外臭氧浓度较低的大气混合，因而维持高浓度。 到了春季，短波辐射的入射量迅速增加，臭氧为光解反应所破坏，浓度因此下降。 但从1970年中期至今，南极的春季( 9-10月)臭氧浓度逐年下降的现象已不止是季节变化的问题。几十年来，英国的Antarctica British Survey一直在南极Halley Bay测量臭氧浓度(也就是Farman的资料来源)，他们的资料显示Halley Bay上空的每年10月总臭氧在1960年代约为310DU，在1970年代迅速下降，到了1994年只剩下130 DU(图5-7)。光是1979年至1990年的12年间，总臭氧就减少了50%。
　　南极臭氧洞的发现和观测，是臭氧层损耗现象Z直观的证明，也是研究臭氧层损耗成因Z重要的自然背景。南极臭氧洞成因有多种假设，其中主要有：
　　a、与太阳活动周期有关的自然现象
　　b、火山活动的影响
　　c、当地天气动力学过程的影响
　　d、人为活动的影响——如氯化物的排放进入大气平流层层
　　各种假设均有一定的说服力和自身的特点，目前还不能完全肯定某一种而否定另一种。但不管怎样，归根到底是物理和化学的作用。化学作用是影响臭氧浓度Z根本的动力，物理过程影响着化学过程的效率，因为物理过程创造和影响化学作用过程的外部环境。物理过程（动力学过程）可能是南极臭氧季节性变化的主导因素，其他的自然因素可能为臭氧的化学消耗提供或创造适宜的环境或者一定程度上直接影响臭氧的浓度。但是，在漫长的历史过程中，臭氧的动态平衡已经形成，并为地球上的万灵生存提供免遭紫外伤害的保护伞。显然，没有人为活动的影响，臭氧损耗不可能象今天这样显著。况且，人类文明发展至今，人类在自然界面前不再仅仅是自然的产物，而且能够并且有意识或无意识地作为一种新的地质力量参与自然界的作用。在这种意义上，人为活动对臭氧损耗以至于整个环境的影响尤其重要，它有可能导致人类对文明发展的重新估量和定向。
　　根据科学家科考结果，科学家们推断：携带北半球散发的氯氟烃的大气环流，随赤道附近的热空气上升，分流向两极，然后冷却下沉，从低空回流到赤道附近的回归线。
　　在南极黑暗酷冷的冬季（6-9月份），下沉的空气在南极洲的山地受阻，停止环流而就地旋转，吸入冷空气形成“极地风暴漩涡”。旋涡上升至臭氧层成为滞留的冰晶云，冰晶云吸收并积聚氯氟烃类物质。
　　当南极的春季来临（九月下旬），阳光照射冰云，冰晶融化，释放吸附的氯氟烃类物质。在紫外线的照射下，分解产生氯原子，与臭氧反应，形成季节性的“臭氧空洞”。
　　因为北极没有极地大陆和高山，仅有一片海洋冰帽，形不成大范围的强烈的“极地风暴”，所以不易产生象南极那样大的臭氧洞。但是，北极上空的臭氧在不断地减少。

在平流层中一个氧分子受到太阳强紫外辐射变成两个氧原子：O2+hv→O+O，氧原子与邻近的氧分子反应生成臭氧：O+O2→O3，臭氧受强烈紫外辐射分解成氧分子和一个氧原子或与活泼的氧原子作用形成两个氧分子：O3+hv→O2+O或者O3+O→O2+O2。上述的生成与分解过程维持着微妙又脆弱的平衡。

　　太阳紫外辐射强弱决定臭氧量的多少。紫外辐射强度变化有两个原因，一是太阳活动强弱，太阳黑子活动峰年时，紫外辐射强度大，臭氧量增加，有人认为多3%；二是太阳紫外辐射强度随地球纬度的分布，赤道获得强度Z大，两极Z小，甚至，在极地冬季极夜期间没有太阳辐射，本地的臭氧完全靠风自赤道向极地输送。可以说赤道上空是臭氧的主要来源，但是，由于风向两极输送臭氧，两极的臭氧量反而远远大于赤道。注意到两极的冬季臭氧的补充取决于风自赤道向两极的输运过程，如果有一个围绕极地旋转的强大气流，阻断了自赤道向极地的臭氧输送过程，极地的臭氧量与夏季相比不会有很大变化。