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[臭氧层空洞为什么在南极]臭氧空洞为什么在南极

发布时间: 2020-11-09 10:48:44 来源: 百科讲坛 阅读数:

导语 : 臭氧层空洞为什么在南极_ 原来,在冬季半年里,南极上空有一个深厚的涡旋,气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭起来。从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空。 而

臭氧层空洞为什么在南极_

原来,在冬季半年里,南极上空有一个深厚的涡旋,气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭起来。从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空。

而在旋涡中上升的空气,因为上升过程中气温下降的速度要比实际大气中温度随高度分布的速度快得多。加上南极高原本来就海拔高气温低,因而形成极低的低温环境。

臭氧层所在的20公里高度上气温常常在-80℃以下(比北极要低得多)。南极大气涡旋中的空气上升过程中还会生成大量的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高。

一旦南极春季(9月)来临,极夜结束,阳光照射下冰晶云升温,氯氟烃气体迅速释放。而氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子……上面讲过的臭氧层受到破坏的过程立即开始,臭氧层因大量损耗臭氧而出现臭氧洞。

一旦春末南极旋涡残缺或破坏消失,大量富含臭氧的赤道南下的新鲜空气进入南极上空,臭氧洞于是便又匆匆消失。

天知道,可能因为地球磁极吧!自从发现在南极上空存在臭氧空洞以后,为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因,美国宇航局(NASA)牵头组织了数十个科学家于1986年和1987年的9~11月,两次赴南极进行臭氧探险活动,寻求揭示臭氧空洞形成的机理。

在第二次探险中获得了有效的探测结果,由此推理出臭氧空洞形成的机理。人类所排放的CFCs主要在北半球,其中欧洲、俄罗斯、日本和北美洲约占总排放量的90%。

这种不溶于水和不活泼的CFCs,前1~2年内在整个大气层下部并与大气混合。这种含有CFCs的大气从底部向上升腾,一直到达赤道附近的平流层。

然后分别流向两极,这样经过整个平流层的空气几乎都含有相同浓度的CFCs。然而由于地球表面的巨大差异,两极地区的气象状况是完全不同的。

南极是一个非常广阔的陆地板块(南极洲),周围又完全被海洋所包围,这种自然条件下产生了非常低的平流层温度。

在南极黑暗酷冷的冬季(6~9月),下沉的空气在南极洲的山地受阻,停止环流而就地旋转,吸入周围的冷空气,形成“极地风暴旋涡”。

这股“旋涡”上升到20km高空的臭氧层,由于这里温度非常低,形成了滞留的“冰云”。“冰云”中的冰晶微粒把空气中带来的CFCs和哈龙吸收在其表面,并不断积聚其中。

当南极的春季来临(9月下旬),阳光照向“冰云”时,冰晶溶化,释放出吸附的CFCs和哈龙。它们受到紫外线UV-C照射,分解出CI?和Br?并与臭氧反应生成CIO?和BrO?消耗臭氧。

由于冰晶的吸附作用,积累的CFCs和哈龙在一段时间内集中分解出CI?和Br?再加上形成冰晶会发生各种各样的化学变化,促成了每年9~11月臭氧快速耗减,在特定高度臭氧几乎完全消失,导致臭氧空洞形成。

随着夏季的到来,南极臭氧层得到逐渐恢复,然而臭氧减少的空气可以传输到南半球的中纬度,造成全球规模的臭氧减少。

臭氧层空洞为什么在南极

[臭氧层空洞为什么在南极]臭氧空洞为什么在南极上空

问题:人类活动多集中在北半球,儿而臭氧空洞却出现在南极上空,这有什么合理的解释吗?受地转偏向力和信风影响破坏气体被带到那的地球的大气是不断运动的。

由于高低纬度间的温度不同及地转偏向力的作用,形成三圈环流。污染物(氟利昂)随气流上升,扩散到空气中,在随着环流的运动,飘到南极上空,与臭氧发生反应,造成臭氧空洞。

不过是有时间性的,基本上都在每年的10—12月。臭氧空洞指的是因空气污染物质,特别是氧化氮和卤化代烃等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。

随着人类活动,特别是氟氯碳化物(CFCs)和海龙(halons)等人造化学物质被大量使用,很容易就会破坏臭氧层,使大气中的臭氧总量明显减少,在南北两极上空下降幅度最大。

在南极上空,约有2000多万平方千米的区域为臭氧稀薄区,其中14-19千米上空的臭氧减少达50%以上,科学家们形象地将之称为“臭氧空洞”。

臭氧水平的持续降低,将会使人类受到过量的太阳紫外辐射,导致皮肤癌等疾病的发病率显著增加。人类所排放的CFCs主要在北半球,其中欧洲、俄罗斯、日本和北美洲约占总排放量的90%。

这种不溶于水和不活泼的CFCs,前1~2年内在整个大气层下部并与大气混合。这种含有CFCs的大气从底部向上升腾,一直到达赤道附近的平流层。

然后分别流向两极,这样经过整个平流层的空气几乎都含有相同浓度的CFCs。然而由于地球表面的巨大差异,两极地区的气象状况是完全不同的。

南极是一个非常广阔的陆地板块(南极洲),周围又完全被海洋所包围,这种自然条件下产生了非常低的平流层温度。

在南极黑暗酷冷的冬季(6~9月),下沉的空气在南极洲的山地受阻,停止环流而就地旋转,吸入周围的冷空气,形成“极地风暴旋涡”。

这股“旋涡”上升到20km高空的臭氧层,由于这里温度非常低,形成了滞留的“冰云”。“冰云”中的冰晶微粒把空气中带来的CFCs和哈龙吸收在其表面,并不断积聚其中。

当南极的春季来临(9月下旬),阳光照向“冰云”时,冰晶溶化,释放出吸附的CFCs和哈龙。它们受到紫外线UV-C照射,分解出CI?和Br?并与臭氧反应生成CIO?和BrO?消耗臭氧。

由于冰晶的吸附作用,积累的CFCs和哈龙在一段时间内集中分解出CI?和Br?再加上形成冰晶会发生各种各样的化学变化,促成了每年9~11月臭氧快速耗减,在特定高度臭氧几乎完全消失,导致臭氧空洞形成。

随着夏季的到来,南极臭氧层得到逐渐恢复,然而臭氧减少的空气可以传输到南半球的中纬度,造成全球规模的臭氧减少。

南极地区气温最低,平流层也最低,臭氧层破坏最为严重,已经出现了臭氧空洞;北极地区臭氧层破坏较轻,另外在地球的第三极——青藏高原也出现了臭氧层变薄.南极臭氧洞首先是一种自然现象,太阳风是臭氧空洞的元凶,温暖海水蒸发、电解等也可产生氯离子;天然产生的溴也是破坏臭氧层的重要原因。

人类活动导致臭氧洞进一步扩大。例如,氯气、氯化物、溴化物的制造使用,人类活动导致的全球变暖使海洋蒸发量加大、热带风暴加剧、海平面上升和地震火山活动增多等等。

什么臭氧层空洞只出现在南极,或者说为什么南极的臭氧量下降得特别多呢?原来,在冬季半年里,南极上空有一个深厚的涡旋,气流沿着南极高原作顺时针旋转,把南极大陆封闭起来。

从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空。而在旋涡中上升的空气,因为上升过程中气温下降的速度要比实际大气中温度随高度分布的速度快得多。

加上南极高原本来就海拔高气温低,因而形成极低的低温环境。臭氧层所在的20公里高度上气温常常在-80℃以下(比北极要低得多)。

南极大气涡旋中的空气上升过程中还会生成大量的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高。一旦南极春季(9月)来临,极夜结束,阳光照射下冰晶云升温,氯氟烃气体迅速释放。

而氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子……上面讲过的臭氧层受到破坏的过程立即开始,臭氧层因大量损耗臭氧而出现臭氧洞。

一旦春末南极旋涡残缺或破坏消失,大量富含臭氧的赤道南下的新鲜空气进入南极上空,臭氧洞于是便又匆匆消失。

[臭氧层空洞为什么在南极]为何臭氧空洞在南极

因为南极和北极大陆上空的平流层会形成一个环极涡旋,此涡旋的活动会扰动上面的电离层,破坏带电粒子云的受力平衡,导致电子相对过剩的带电粒子云进入平流层,随涡旋一起运动,从而使平流层的氧化环境遭到破坏,臭氧难以存在下去,含量不断减少。

但是南极和北极又有不同,北极上空的离子为净正电荷离子,负电荷离子大大少于南极地区,使平流层总的氧化环境没有遭到彻底破坏,同时北极地区的环极涡旋强度和持续的时间都不及南极,所以北极上空臭氧的损失不如南极厉害。

在北极地区形成的臭氧空洞面积较小,持续的时间也较短。因为南极和北极都在地球的旋涡处臭氧在1849年首次被人类发现,臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首先提出来的。

他们认为,在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃(CFC)被输送到平流层后,在那里分解产生的原子氯(CI)就将有可能破坏臭氧层。

20世纪70年代末开始,科学家们开始每年春天在南极考察臭氧层。1994年,人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞,它的面积相当于一个欧洲,有24O0万千万千米。

臭氧(03)是氧气(O2)的一种异构体,在大气中的含量仅占一亿分之一,其浓度因海拔高度而异。臭氧层可以说是地球的保护层,它主要围绕在地球外部离地面20—25公里高度的地方,起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV-B(UV-B是紫外线的一段波长,为280—315nm)的作用。

同时,由于紫外线是平流层的热能来源,臭氧分子是平流层大气的重要组成部分,所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用,发挥着调节气候的重要功能。

南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的,可是仅在一个世纪里就被破坏了60%。氟利昂作为氯氟烃物质中的一类,是一种化学性质非常稳定,且极难被分解、不可燃、无毒的物质,被广泛应用于现代生活的各个领域。

清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂。氟利昂在使用中被排放到大气后,其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年。

由于氟利昂不能在对流层中自然消除,只能缓慢地从对流层流向平流层,在那里被强烈的紫外线照射后分解。分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层。

研宪表明,臭氧层被破坏后,紫外线会通过大气层长驱直入。强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力,会使白内障和皮肤癌患者增加。

如果臭氧层的总量减少1%的话,UV-B就将增加2%,其结果是使皮肤癌发病率提高2-4%。此外,紫外线的增强还会影响农作物的生长,并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统。

据统计,目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨,迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨,大部分仍停留在对流层中,只有10%左右到达了平流层。

什么是臭氧层空洞?它为何出现在南极上空?要了解这些问题,我们必须先从臭氧层入手。臭氧层是地球大气层中臭氧含量比较大的层次,臭氧的分子式是O3,它是由一个氧原子和一个氧分子结合而成。

在低层大气中,由于紫外线辐射很弱,缺乏氧原子,生成臭氧的机会很少。随着高度增加,太阳紫外线辐射增强,氧分子在紫外线辐射作用下发生分解,氧原子增加,生成臭氧的机会就多。

大致在距地面10千米以上臭氧的含量逐渐增加,在20-30千米的高空,氧原子和氧分子的含量都比较多,这一高度臭氧的含量最大,形成明显的臭氧层。

在此高度以上,紫外线辐射更加强烈,大部分氧分子被分解为氧原子,出现氧原子过多而氧分子过少的状况,结合成臭氧的机会就少,所以臭氧的含量也逐渐减少,大致在50千米以上高空,臭氧的含量就极少了。

臭氧的含量虽少,却极其重要,因为这薄薄的臭氧层,能把太阳紫外线中波长短于290纳米,能杀死地球上包括人类在内所有生命的短波紫外线统统吸收掉,使地球上的生物免受紫外线的伤害。

但臭氧层不吸收波长较长的太阳紫外线,这些紫外线对人类和生物则是有益的。因为它们能杀死细菌,并能促成人体内合成维生素D,以防止佝偻病的产生。

所以臭氧层如同一把保护伞,保护着地球上的生命。臭氧层空洞,是指南极上空大范围的高密度臭氧分子遭到破坏而出现的衰竭现象。

臭氧层的破坏,给地球环境和人体健康带来极大危害。首先,臭氧减少,射向地面的紫外线增多,会损害人和动物的免疫能力,易爆发流行性传染病,皮肤发生癌变,使眼睛出现白内障以至失明,还使发育停滞。

其次,短波紫外线会破坏植物的叶绿素,影响植物的光合作用,使农作物减产。那么到底是谁破坏了臭氧层?绝大多数科学家以为,“元凶”是由人类活动排放到大气里的氯氟烃。

这种物质世界上本来没有,使20世纪30年代人类使用制冷剂、发泡剂、灭火剂等制造出来的一种化合物。它的性能极其稳定,在低层不易分解,上升到平流层后,在强烈紫外线作用下分解产生氯原子,从臭氧众夺取一个氧原子,成为一氧化氯,臭氧分子就变成了普通的氧分子。

而一氧化氯是不稳定的,空气中游离的氧原子可以夺取其中的氧原子而成为普通的氧分子,氯原子则再次游离出来去重复上述破坏臭氧分子的过程。

这种过程可以重复上万此,使臭氧的浓度不断降低,最后便形成了臭氧层空洞。可见,人为排入大气中的氯氟烃是一个名副其实的臭氧杀手。

可见,氯氟烃的源地是在北半球,且北半球大气中氯氟烃的浓度比南半球还略高,为什么臭氧层空洞却发生在南极呢?

这与南极特异的气候有关。因为南极大陆纬度高,海拔高,冰川反射率强,具有特殊的环极旋涡和低温条件,环极旋涡把南极大陆封闭起来,从北方来的富含臭氧的气流不能进入它的上空。

低温使南极上空大气中有众多的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高,更加速了对臭氧的破坏。

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