北極臭氧層遭破壞，規(guī)模前所未有，全球變暖或為 “真兇”
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撰文 | 夏志堅
責(zé)編 | 馮灝
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地球大氣平流層中有層稀薄（平均厚度2~3毫米）的臭氧層，因為可以吸收太陽高能紫外線輻射，保護地球上的生命免遭輻射傷害，而被形象地稱為 “地球保護傘”。然而，一項最新研究發(fā)現(xiàn)，全球變暖正在破壞北極上空這柄珍貴的 “保護傘”。
時間撥回2020年3月，NASA研究人員發(fā)現(xiàn)，當月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指在標準溫度與標準壓力下，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，高層大氣波動異常微弱 [1]。通常情況下，高層大氣波動會擾動北極上空的極地渦旋，為北極補充其他地區(qū)平流層的臭氧；同時，大氣波動會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首。
當高層大氣波動微弱到難以影響北極極地渦旋、無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，波動怎么突然就變?nèi)趿?？當時NASA戈達德太空飛行中心的地球科學(xué)首席科學(xué)家 Paul Newman 說：“我們不知道是什么原因?qū)е铝私衲瓴▌拥臏p弱” [1]。
最近的一項研究或許能回應(yīng)當時的困惑。
6月23日，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上的一篇論文認為，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，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，到本世紀末將造成更加嚴重的破壞 [3]。研究團隊成員來自德國阿爾弗雷德·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世紀的氣象數(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間越來越長的極地渦旋。研究人員發(fā)現(xiàn)，過去半個世紀，北極極地渦旋每十年就會增加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)時間不斷增加的原因在于大氣中愈來愈多的溫室氣體對于氣候系統(tǒng)的改變：溫室氣體增加使得輻射驅(qū)動力（radiative forcing）升高，也即太陽輻射所帶來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，從而使得北極渦旋變得越來越強。
另一個不可忽視的因素是人類活動排放的甲烷（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，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，如果維持當前的溫室氣體排放不變，未來北極上空的臭氧層狀況將變得更糟：到本世紀末，季節(jié)性臭氧損失將達到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臭氧層的努力，甚至可能重現(xiàn)曾經(jīng)的危機。
“我們正處于一場賽跑之中：一邊，人類社會正在努力加速恢復(fù)臭氧層，大氣中的氯氟烴會在50-100年的時間里慢慢消失；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”，參與這項研究的馬里蘭大學(xué)教授 Ross Salawitch 說，“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。”
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