2020年,我們的臭氧層到底怎麼樣了?

臭氧層正在「癒合」。

▲ 9月16日，國際臭氧層保護日。

今天（9月16日）是第26個國際臭氧層保護日。

不知道大家有沒有感覺到，曾經倍受關注的有關南極上空的臭氧層空洞問題，近幾年很少再聽人們提及。取而代之的是，霧霾肆虐、垃圾圍城、土壤汙染、淡水短缺等環境問題充斥在各大社交媒體。

那麼，我們的臭氧層現在到底怎麼樣了呢？「破洞」已經補起來了嗎？

01 臭氧層讓生命有可能存在

先來說說臭氧層。

大氣中的氧氣吸收太陽光的紫外線獲得高能，分解成兩個氧原子，每個氧原子再和沒有分解的氧氣合併，就形成了含有三個氧原子的臭氧。臭氧「氣如其名」，有一股難聞的魚腥味。臭氧分子不穩定，紫外線照射之後又分為氧氣和氧原子，臭氧變成「不臭」的氧，「不臭」的氧又結合成臭氧，循環往復，就產生了臭氧層。

▲ 臭氧形成過程。

一般來說，沿地球表面垂直向上，地球的大氣層分為：對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。臭氧層就位於距離地表15-35千米（也有說20~26千米）高的平流層，這裡集齊了地球約90%的臭氧。如果將這層臭氧單獨分離，在絕對溫度273K和1個大氣壓下，可構成一個0.29釐米厚的純臭氧氣層。

▲ 地球大氣層垂直向上依次分布：對流層（Troposphere）、平流層（Stratosphere）、中間層（Mesosphere）、熱層（Thermosphere）和散逸層（Exosphere）。

臭氧層為啥這麼重要呢？

臭氧層能吸收太陽光中一部分的中短波紫外線（UV-B，波長280-315納米）和全部的短波紫外線（UV-C，波長200-280納米）。對於人類而言，過多UV-B輻射暴露將增加患皮膚癌、白內障和免疫系統抑制的風險。對於生態系統而言，過量UV-B輻射會破壞生態系統的平衡。

▲ 臭氧層能吸收一部分UV-B和全部的UV-C。

臭氧層就相當於在地球外面塗的一層「防曬霜「，可別小看這層「防曬霜」，它與生命的進化都息息相關。

46億年前，地球剛剛誕生，地球大氣層中沒有氧氣，更沒有臭氧，含有高能紫外線的陽光直達地球表面，地球上沒有任何生命。在地球誕生5億年後，地球上才開始出現了最簡單的生物——細菌。此後，生物不斷繁衍發展，但早期生物只能依靠水層的保護，深藏於海、湖水面之下，很難走向陸地。

▲ 寒武紀的地球，雖然水下生機勃勃，但地面上卻是一片荒涼。

直到6億年前，隨著大氣中氧氣的逐漸增加，複雜的光化學反應的不斷發生，大氣中臭氧濃度達到了現今的10%左右，依靠臭氧對紫外線吸收的不斷增強，生物才開始能夠大規模地由海洋向陸地發展，高等生物乃至人類才得以出現。

▲ 登上陸地的提塔利克魚的生活重建圖。

儘管如此，臭氧也不是完美的，也會有「壞的」臭氧，比如低空臭氧，這種低空臭氧大致出現在距地表約2.5千米以內的近地層中。

這些「壞的」臭氧就像「隱形殺手」，沒有明顯的顏色或強烈的氣味。一旦空氣中的臭氧濃度超過一定指標，人類會引起胸痛、咽喉刺激、咳嗽以及影響心臟和肺部相關的健康狀況。另外，高濃度臭氧會降低作物產量。

02 臭氧層空洞為什麼都在南極？

臭氧層真的會破成一個「洞」嗎？

其實，臭氧層「空洞」 並不真的是一個洞，而是一個臭氧分子極其稀薄的區域。那麼這個「空洞「是怎麼形成的呢？

人類活動會產生消耗臭氧層物質，例如氟氯烴、哈龍和甲基溴等，對臭氧層有顯著的破壞作用。在紫外線輻射下，含氯和含溴氣體會轉換為含氯原子和溴原子的更活潑的氣體（也稱為活性含滷氣體），包括氧化氯和氧化溴，會嚴重損耗臭氧。

▲ 含氯氣體會嚴重損耗臭氧。

消耗臭氧層物質中含氯或溴原子越多，在大氣中的壽命越長，對平流層臭氧的破壞就越強。消耗臭氧層物質無處不在，包括冰箱、空調、電子產品、滅火器材、菸草、泡沫塑料、髮膠以及殺蟲劑等產品的生產或使用過程。

▲ 如果人們不採取任何措施，預測在2065年時，地球的臭氧層的厚度如右側的圖所示。

為什麼我們聽說的臭氧層空洞總是出現在南極，而不是北極或者其他地方呢？原因就在於特殊的氣象條件和化學條件。

首先是消耗臭氧層物質的儲備。人類活動產生的消耗臭氧層物質會隨著大氣運動進行長距離遷移，飄著飄著就佔據了整個平流層。

其次是低溫。臭氧層空洞的形成需要足夠低的溫度，形成極地平流層雲，平流層氣體就會與其他區域平流層氣體隔絕。發生在極地平流層雲表面的反應，能夠顯著提高氧化氯的濃度，加速對平流層臭氧的損耗。

▲ 南極的氣候異常寒冷，圖為南極半島勒梅爾海峽的浮冰和上空的柱狀雲。

南極就有這個「優勢」。南極的冬天最小的日均溫度通常遠遠低於北極，能夠保持在極地平流層能夠形成的溫度之下。

另外，環繞極地的極強的風可以形成極地渦旋，極地渦旋能夠阻止平流層中氣體的傳輸和混合，從而催化破壞臭氧的反應。當南極臭氧層在一個隔絕的狀態下不斷被損耗，就會出現臭氧層空洞。

▲ 圖中的白色箭頭是包圍著南極大陸的盛行西風帶，這裡常年盛行著8級大風，捲起超過7米的大浪。

從全球來看，臭氧損耗程度隨緯度的變化呈現出很大的差異，其中南極地區臭氧損耗最為嚴重，然後依次是北極地區、中緯度地區，熱帶地區臭氧總量損耗非常小。

▲ 1957到2001年，南極臭氧層空洞的變化。

當然，例外也會存在。2020年3月份，北極出現了極端異常的極地渦旋，就出現了北極有史以來面積最大的臭氧空洞，面積大約相當於3個格陵蘭島。但是，過了一個月之後，這個空洞又關閉了！

▲ 2020年三月北極的臭氧層空洞。

03 臭氧層空洞可以修復嗎？

神話小說中，天塌之後還有女媧補天。那麼，臭氧層空洞可以「修補」嗎？

早在1987年，為了阻止人類活動破壞臭氧層，多個國家在加拿大蒙特婁籤訂了《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》。而現在，聯合國承認的197個主權國家全部成為議定書的締約方。

▲ 2016年，美國國務卿克裡就《蒙特婁議定書》的修訂發言。此次修改要求停止氫氟烴的生產和使用，這一行為將有助於避免到本世紀末全球溫度升高0.5攝氏度，並減少上千億噸的二氧化碳排放。此次修改最終獲得通過。

該公約要求197個締約方按照商定的時間表，儘可能完全取締近100種具有臭氧消耗潛能的化學品的生產和消費。

效果是明顯的！就南極臭氧層空洞而言，自1982年開始監測以來，南極臭氧層空洞的面積不斷增加，2006年臭氧層空洞的面積達到最大值2700萬平方千米。此後這個數值有所下降，並穩定在2300萬平方千米左右。2019年10月，受極端異常天氣影響，南極上空的臭氧空洞的面積僅1000萬平方千米，為歷年最小。

▲ 保護臭氧層，保護我們自己。

研究表明，如果全世界都能遵循《蒙特婁議定書》的規定，在未來數十年間，隨著平流層中消耗臭氧層物質和活性含滷氣體的減少，由於消耗臭氧層物質導致的臭氧層損耗大概會在21世紀中期恢復。

除消耗臭氧層物質外，氣候變

除消耗臭氧層物質外，氣候變化也會對未來臭氧含量帶來重要影響。但是氣候變化的影響在熱帶、中緯度和極地地區會出現差異，而這種差異在很大程度上取決於未來的二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的排放。

▲ 經過人類的努力，許多工廠已實現了汙染零排放。

不同地區的臭氧總量恢復的時間不太一樣。

相關模型預測，如果以1980年臭氧總量水平為標準，南極地區會在21世紀中葉恢復；北極地區會在2020-2035年恢復，並且會繼續上升直至21世紀末。熱帶地區的臭氧總量會在2040年緩慢恢復，在2060年左右達到峰值，此後又逐漸下降直至21世紀末。

希望還是有的。

前提是，全世界都能遵循規定。