北極臭氧層遭破壞，規(guī)模前所未有，全球變暖或?yàn)?“真兇”
pixabay.com
撰文 | 夏志堅(jiān)
責(zé)編 | 馮灝
● ● ●
地球大氣平流層中有層稀薄（平均厚度2~3毫米）的臭氧層，因?yàn)榭梢晕仗?yáng)高能紫外線輻射，保護(hù)地球上的生命免遭輻射傷害，而被形象地稱為 “地球保護(hù)傘”。然而，一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)，全球變暖正在破壞北極上空這柄珍貴的 “保護(hù)傘”。
時(shí)間撥回2020年3月，NASA研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)月12日北極上方的臭氧水平創(chuàng)下歷史新低，只有205多布森單位（Dobson units，DU）。而通常在3月，北極上空臭氧的最低水平也在240DU左右 [1]。
DU是用于衡量大氣中臭氧柱狀密度的單位，以英國(guó)物理學(xué)家和氣象學(xué)家戈登·多布森（Gordon Dobson）的名字命名。1DU指在標(biāo)準(zhǔn)溫度與標(biāo)準(zhǔn)壓力下，0.01毫米厚純臭氧層所含的臭氧數(shù)量 [2]。
2020年3月12日北極平流層臭氧降至205多布森單位 | 圖源：NASA
2020年3月北極上空臭氧水平不同尋常的低，主要由于此前的2019年末到2020年初，高層大氣波動(dòng)異常微弱 [1]。通常情況下，高層大氣波動(dòng)會(huì)擾動(dòng)北極上空的極地渦旋，為北極補(bǔ)充其他地區(qū)平流層的臭氧；同時(shí)，大氣波動(dòng)會(huì)使極地高層大氣變暖，殘留在大氣中的氯和溴更難被釋放。而氯和溴是破壞臭氧層的罪魁禍?zhǔn)住?/span>
當(dāng)高層大氣波動(dòng)微弱到難以影響北極極地渦旋、無(wú)法溫暖極寒的北極高空，臭氧層的破壞就發(fā)生了。但是，令科學(xué)家們不解的是，波動(dòng)怎么突然就變?nèi)趿?？?dāng)時(shí)NASA戈達(dá)德太空飛行中心的地球科學(xué)首席科學(xué)家 Paul Newman 說(shuō)：“我們不知道是什么原因?qū)е铝私衲瓴▌?dòng)的減弱” [1]。
最近的一項(xiàng)研究或許能回應(yīng)當(dāng)時(shí)的困惑。
6月23日，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上的一篇論文認(rèn)為，氣候變化改變了北極的大氣條件，加劇了北極臭氧層的季節(jié)性損耗，未來(lái)，如果溫室氣體持續(xù)高速排放，這種季節(jié)性損耗將持續(xù)惡化，到本世紀(jì)末將造成更加嚴(yán)重的破壞 [3]。研究團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自德國(guó)阿爾弗雷德·韋格納研究所亥姆霍茲極地和海洋研究中心、芬蘭氣象研究所和馬里蘭大學(xué)。
研究人員搜集了北極過去半個(gè)世紀(jì)的氣象數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，極地平流層云的本地最大值（PFPLM）在過去五十年里出現(xiàn)了顯著上升。由于極地平流層云表面可以吸附含氯物質(zhì)并活化其中的氯，因此其在臭氧空洞的形成中扮演著重要角色：PFPLM越大，臭氧層就越容易被破壞。
造成PFPLM不斷變大的原因是北極上空存在時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)的極地渦旋。研究人員發(fā)現(xiàn)，過去半個(gè)世紀(jì)，北極極地渦旋每十年就會(huì)增加3.5-4.8天，而極地渦旋內(nèi)的低溫是形成極地平流層云不可或缺的條件。
利用氣象模型模擬之后，研究人員發(fā)現(xiàn)，造成北極極地渦旋持續(xù)時(shí)間不斷增加的原因在于大氣中愈來(lái)愈多的溫室氣體對(duì)于氣候系統(tǒng)的改變：溫室氣體增加使得輻射驅(qū)動(dòng)力（radiative forcing）升高，也即太陽(yáng)輻射所帶來(lái)的能量被更多地存留在了地表，北極上空的平流層變得比以前更冷；此外，在氣候變化影響下，北太平洋海面溫度的改變也減弱了大氣波動(dòng)，從而使得北極渦旋變得越來(lái)越強(qiáng)。
另一個(gè)不可忽視的因素是人類活動(dòng)排放的甲烷（一種增溫效果更顯著的溫室氣體），甲烷在平流層氧化后形成的水蒸氣使平流層變得比以前更加濕潤(rùn)，這也讓氯的活化和極地平流層云的形成變得更加容易。
模型研究結(jié)果顯示，如果維持當(dāng)前的溫室氣體排放不變，未來(lái)北極上空的臭氧層狀況將變得更糟：到本世紀(jì)末，季節(jié)性臭氧損失將達(dá)到70-100DU。
為遏制臭氧層損耗，1989年開始生效的《蒙特利爾議定書》（Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer）要求締約國(guó)逐步淘汰氯氟烴、哈龍等臭氧層破壞物質(zhì)的生產(chǎn)，被公推為歷來(lái)最成功的多邊環(huán)境協(xié)定之一 [4]。然而，氣候變化正在削弱人類過去幾十年保護(hù)臭氧層的努力，甚至可能重現(xiàn)曾經(jīng)的危機(jī)。
“我們正處于一場(chǎng)賽跑之中：一邊，人類社會(huì)正在努力加速恢復(fù)臭氧層，大氣中的氯氟烴會(huì)在50-100年的時(shí)間里慢慢消失；而另一邊，氣候變化使得極地渦旋的溫度快速變低，又為氯氟烴破壞臭氧層創(chuàng)造了便利條件，即使這些臭氧層破壞物質(zhì)的總量在逐步減少”，參與這項(xiàng)研究的馬里蘭大學(xué)教授 Ross Salawitch 說(shuō)，“盡管臭氧層破壞物質(zhì)的總量在減少，但隨著氣候的變化，北極臭氧層的損耗卻仍在增加?！?/span>
制版編輯 | 盧卡斯
