地球臭氧层目前状况如何?5个问题解答

A passenger enters a Kansas City Metro bus that warns of an Ozone Alert in Kansas City, Missouri, August 1, 2011. Sticky heat was expected to smother much of the country's midsection in coming days as hotter-than-usual temperatures continued to roast parts of the Midwest and South, forecasters said. REUTERS/Dave Kaup (UNITED STATES - Tags: ENVIRONMENT)
This is what the science says about the Montreal Protocol.Image: REUTERS/Dave Kaup
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如今,大气科学家对臭氧层状况的主流看法是什么?

总体情况很明确:《蒙特利尔议定书》减少了消耗臭氧层化学物质的使用,并将推动臭氧层修复。这是一项重要目标,因为平流层臭氧能保护我们免受紫外线辐射;紫外线会增加白内障、皮肤癌及其他有害影响的风险。

当然,如果各国偏离条约承诺,或者科学界未能发现可能消耗臭氧层、但不受该条约管控的气体排放,这一预测就会落空。

自20世纪70年代中期以来,我们对平流层臭氧消耗的认识不断加深。当时,Mario Molina和F. Sherwood Rowland首次提出,臭氧层可能因氯氟烃(即CFC)而遭到消耗——这项研究为他们赢得了诺贝尔奖。1985年,Joseph Farman报告称,“臭氧空洞”正在形成——实际上,这是臭氧层大范围变薄的现象,每年南半球春季都会在南极上空出现。

Susan Solomon及其同事的后续研究明确指出,臭氧空洞是由CFC及其他含氯、溴元素的消耗臭氧层化学物质造成的。他们还强调了发生在极地平流层云上的异常反应。1987年,美国和其他45个国家签署《蒙特利尔议定书》,要求逐步停止使用消耗臭氧层物质。如今已有197个国家批准了该条约,它阻止了臭氧层大规模消耗及其有害后果。消耗臭氧层物质也是会将热量困在大气中的温室气体,因此,根据《蒙特利尔议定书》逐步淘汰这些物质也

有助于减缓气候变化。大气需要数十年才能清除CFC及其他消耗臭氧层物质。因此,即使《蒙特利尔议定书》生效后,这些物质的浓度直到1998年前后才达到峰值,而且至今仍然很高。尽管如此,根据大气观测、化学反应实验室研究和平流层数值模型,科学家普遍认为,臭氧层正按计划逐步恢复,预计在2060年前后恢复,误差约为十年。我们也知道,臭氧层的未来与气候变化紧密交织。

在地球大气中,氧气与紫外线相互作用,臭氧不断生成又不断分解,但人为制造的化学物质可能扰乱这一过程。

今年早些时候有报告称,低平流层臭氧持续减少,这一现象可能如何解释?

当然,我们对臭氧层的认识仍有一些空白,而这两份新报告凸显了这些空白。

第一项研究

报告称,尽管高平流层中的臭氧浓度正在上升,低平流层中的浓度却仍在下降。研究提出了几种可能原因,例如,人类活动产生的、未经管控且寿命极短的气体增加,这些气体会消耗臭氧层;此外,气候变化导致的大气环流变化也可能是原因之一。第二项研究发现,某些含氯化学物质的浓度正在上升。这些物质被称为极短寿命物质,可能会继续消耗臭氧层。

这些报告有些出人意料,但并不令人震惊。科学家预计,我们对臭氧层的认识还会继续加深;随着我们消化这些发现,理解也会逐步形成。《蒙特利尔议定书》要求科学界每四年开展一次臭氧消耗科学评估,正是因为我们预计这类新信息还会不断出现。其中一项评估目前正在进行,将于今年晚些时候发布。

如果低平流层臭氧下降是工业活动造成的,《蒙特利尔议定书》成员国可以修订条约,以应对这些新威胁。2016年,各国就曾这样做,以逐步淘汰氢氟碳化物——这种制冷剂用于空调和冰箱,后来发现它们是强效温室气体。

如果低平流层臭氧水平已经连续20年下降,为什么科学家现在才发现这一趋势?臭氧水平每年都会自然变化,因此科学家需要查看较长时间段的数据,才能辨别趋势。短寿命氯、溴气体可能影响臭氧层这一点,科学界早已知晓。近来,科学家开始测量大气中的二氯甲烷浓度。二氯甲烷是一种广泛用作溶剂的液体;他们据此推断,如果其浓度继续上升,就可能成为问题。这些化合物的排放趋势尚不确定,但近期一些结果显示,其增速可能没有几年前看起来那么快。这些研究发现臭氧空洞发生了什么变化吗?

没有。研究考察的是赤道南北纬60度范围内的臭氧变化,而非南极上空。我们预计,除非极短寿命物质的排放大幅增加,否则它们不会显著影响臭氧空洞;不过,这又多了一个需要密切关注它们的理由。

这些最新发现会让你质疑《蒙特利尔议定书》是否有效吗?

不会!事实上,它们让我更加信任这项议定书。

对于任何环境协定,无论是应对臭氧消耗、酸雨、气候变化还是其他问题,在“问责阶段”保持警惕都很重要——这一阶段是指政策决定作出之后、预期目标实现之前。我相信,如果科学发现表明有必要,《蒙特利尔议定书》成员国会采取进一步行动,我的孙女们也会亲眼见到臭氧空洞消失的那一天。在此期间,地球日正是庆祝《蒙特利尔议定书》的好时机。

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自20世纪70年代以来,研究人员一直呼吁世界各国帮助修复臭氧层。我们离目标还有多远?

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