南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风：太阳粒子如何破坏我们的臭氧层？

                                        吉林大学：杨学祥，杨冬红

长春科技大学教授杨学祥1999年撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。

上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。

1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。

1999年，杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因，这一观点依据不足。他说，事实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。

他在论文中指出，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。    

杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。

学者叶倾城2021年撰文指出，自21世纪初之后，基于陆续发射升空的新型观测卫星，科学家掌握越来越多的证据表明，太阳粒子在影响极地臭氧方面发挥着重要作用。在太阳活动特别活跃的时候，当太阳向太空释放大量粒子时，海拔50千米以上的地区多达60%的臭氧会被消耗，该影响可能持续几个星期。

在更低的地球大气位置，大约低于距离地球表面50千米的区域，太阳粒子是造成极地臭氧水平逐年发生变化的重要因素，太阳粒子袭击将持续导致臭氧损失，然而，最近一项研究表明，太阳粒子还有助于抑制南极臭氧空间进一步损耗。

https://www.kepuchina.cn/more/202104/t20210402_2980297.shtml

据《中国青年报》 2000-08-09报道，太阳风暴给臭氧层带来的影响引起科学家的关注，不过两种截然不同的观点使这个问题成为一桩新的科学悬案。

一种看法认为，太阳风暴有利于臭氧层的恢复；另一种意见则认为，太阳风是导致南极臭氧空洞的“元凶”。提出这两种观点的都是我国从事相关研究的科学家，他们都持之有故、言之成理。

http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html

这一科学悬案现在基本定案，彻底解决有待于进一步的科学研究。

相关报道

太阳粒子如何影响地球气候变化？它会破坏我们的臭氧层

新浪科技 2021-04-02 作者：叶倾城

　　当我们思考太阳对地球的气候产生影响时，通常会想到太阳辐射，我们非常清楚紫外线辐射灼伤皮肤所带来的痛苦。尽管太阳为地球生命提供能量，但潜在的危险似乎无处不在。太阳是一颗活跃的恒星，不断地释放所谓的“太阳风”——主要由质子和电子组成的带电粒子，以每秒数百公里的速度喷射出来。

一些带电粒子在地球磁场的引导下进入地球极地大气层，因此我们可以在南半球看到神秘美丽的南极光，以及北半球的北极光。这种可见太阳粒子进入地球大气层的表现是一种表征现象。但不仅仅是发出光线，太阳释放的带电粒子还会产生其他方面的影响。

太阳粒子和地球臭氧

　　当太阳粒子进入地球大气层，太阳粒子的高能量会电离地球大气的中性氮、氧分子，这两种分子占地球大气99%的成分，太阳粒子也被称为“高能粒子降雨”，得名于它像来自太空的粒子雨，是地球极地上空30千米以上区域大气电离的主要来源，它会引发一系列的反应，产生促进破坏臭氧的化学物质。

　　据悉，太阳粒子对地球大气层臭氧产生影响最早是1969年观测到的，自21世纪初之后，基于陆续发射升空的新型观测卫星，科学家掌握越来越多的证据表明，太阳粒子在影响极地臭氧方面发挥着重要作用。在太阳活动特别活跃的时候，当太阳向太空释放大量粒子时，海拔50千米以上的地区多达60%的臭氧会被消耗，该影响可能持续几个星期。

在更低的地球大气位置，大约低于距离地球表面50千米的区域，太阳粒子是造成极地臭氧水平逐年发生变化的重要因素，太阳粒子袭击将持续导致臭氧损失，然而，最近一项研究表明，太阳粒子还有助于抑制南极臭氧空间进一步损耗。

臭氧如何影响地球气候

　　地球大气层中的臭氧大部分位于距离地球表面20-25千米的薄层——“臭氧层”，但是臭氧在大气中无处不在，从地球表面至海拔100千米之上，它是一种温室气体，在加热和冷却大气中发挥着关键作用，这使得它对气候系统至关重要，在南半球，极地臭氧的变化会影响区域气候条件。

　　臭氧在南极洲上空的耗竭产生了降温效应，反之促进了环绕南极洲的西风急流，随着南极臭氧空洞的逐渐恢复，西风急流会进一步向北蜿蜒，影响降雨模式、海洋表面温度和洋流，南环模型描述了环绕南极地区的风带由北至南运动状况。

　　臭氧对未来的气候预测十分重要，它不仅存在于稀薄的臭氧层，而且从整个大气层了解影响臭氧变化的因素至关重要，无论是人为因素还是像太阳这样的自然因素。

太阳粒子使大气中的氮分子和氧分子电离，从而导致其他化学反应，破坏臭氧层太阳粒子使大气中的氮分子和氧分子电离，从而导致其他化学反应，破坏臭氧层。

太阳产生的直接影响

　　太阳粒子和臭氧之间的联系是非常明确的，但是太阳粒了对气候会产生怎样的直接影响呢？我们有观测证据表明，太阳活动影响地球两极区域气候变化，气候模型还显示，这种极地效应与更大的气候模式（例如北部和南部环形模式）有关，并影响中纬度地区的地理条件。

　　太阳对地球产生具体详细的影响尚不清楚，但太阳粒子对气候系统的影响将首次纳入即将举行的政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估的气候模拟。

　　通过太阳辐射和粒子作用，太阳为我们的气候系统提供了关键的能量输入。虽然太阳磁场活动周期为11年，但它们不能解释最近由于气候变化而导致的全球气温快速上升。

　　我们知道地球大气中不断增多的温室气体正在导致地球表面温度升高（19世纪物理学家就已知道这一气候趋势），同时，我们还明白人类活动促进大气温室气体不断增多，这两个因素结合在一起将解释当前我们所观测到的全球气温升高现象。

　　太阳粒子对云层的影响如何？

　　云层位于大气低端位置，比大多数太阳粒子穿透大气层的位置低很多，太阳粒子被称为星际射线，它们可能与云层形成密切相关。

　　专家曾认为，宇宙射线可以影响凝结核的形式，而凝结核相当于云层的“种子”，但近期欧洲核子研究中心（CERN）研究表明，这种影响微不足道，不会对云层形成起到重要作用。但该研究并未排除宇宙射线影响云层形成的其他机制，但迄今为止未发现相关证据支持。

https://www.kepuchina.cn/more/202104/t20210402_2980297.shtml

地球历史上出现最大臭氧洞是火山爆发造成

(2007-06-06 08:28:53)

    转发者按：网上搜索的意外收获，我10年前的观点还有人记得，谢谢了！

据《中国日报》报道 英国研究人员日前表示，地球历史上出现的最大臭氧洞并非人类所为，而是2.51亿年前的一次火山爆发所“创造”的。

【英国专家：火山制造史上最大臭氧洞】

这个臭氧洞环绕在地球赤道周围，向北最远延伸至葡萄牙中部，向南最远延伸至阿根廷南部。它是因为西伯利亚的火山喷发形成的，这些喷发导致当时地球上出现规模最大的生物灭绝惨剧，加速了无数动植物种群走向灭亡。

根据科学家的计算，刺穿这个臭氧洞的紫外线强烈程度最高可达穿过人类使用氟利昂和其它化学物质制造的臭氧洞的紫外线的6倍。这些曾在二叠纪－三叠纪时代破坏臭氧层的化学物质，一旦停止“入侵”大气层，遭破坏的臭氧层大约需要10年时间才能得以恢复。与它相比，人类不过是向大气中排放的破坏臭氧层的化学物质的“作恶时间”更长一些。

由英国谢菲尔德大学大卫·毕尔林教授领导的研究小组在《皇家学会哲学汇刊》上刊登了他们的发现。

【我国教授：南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风】

无独有偶，1999年我国吉林大学地球探测科学与技术学院杨学祥教授就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。

杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。

http://www.cnhubei.com/200705/ca1355014.htm

本文引用地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=257627

本文关键词：         臭氧洞 火山爆发

相关文章：    

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我国科学家杨学祥提出新观点:臭氧空洞"元凶"是太阳风

太阳风是一种高能粒子流,穿越地球磁层后,沿磁力线集中到南北两极,并与臭氧结合成水,进而破坏极地臭氧层.

作 者： 周长庆 高景泰

刊 名： 科技文萃

英文刊名： DIGEST OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

年，卷(期)： 1999 (8)  

机标分类号： X13 P42

机标关键词： 科学家；臭氧空洞；地球磁层；太阳风粒子流；合成水；磁力线；臭氧层

http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjwc199908034.aspx

我国科学家杨学祥提出新观点：臭氧空洞“元凶”是太阳风

   周长庆，高景泰

太阳风是一种高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。

本报长春6月29日电（新华社记者周长庆、本报记者高景泰）长春科技大学教授杨学祥最近撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。

杨学祥一直从数学模式的视角进行地球科学理论研究，迄今已出版一本专著，发表论文50多篇。目前他正在从事获得“国家自然科学基金”资助的有关地球演化和气候变化的研究。上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。

1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。

杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因。这一观点依据不足。他说，事实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。

他在论文中指出，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。

太阳风是一种形象地说法，其实它不是流动的空气，而是一种高能粒子流。当彗星向太阳靠近时，太阳风及光压、太阳电磁辐射将彗星的彗发物质吹走，形成一条背光的彗尾。同彗星一样，包括地球在内的行星在趋近太阳时，也会产生大气的背光运动并丢失一部分质量。

行星大气的演化为此提供了可靠证据，如离太阳最近的水星大气极为稀薄，离太阳较近的类地行星原始大气早已消失殆尽。而离太阳较远的类木行星都有浓厚的大气，成份以原始大气氢和氦为主。

杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。

根据计算，进入南极的太阳粒子比进入北极的多6.6%。还有资料表明，近百年来，地磁偶极矩减少了5%，造成对地球的保护能力下降，使南极上空臭氧空洞逐年扩大。太阳高能粒子进入大气层每年消耗掉地球臭氧含量的10％，但由于地球上生物的作用，使一部分二氧化碳变成氧，使消耗的部分得到弥补。

地球公转轨道近日点在冬至前后时，南极圈更多地处于太阳光照射下。在太阳风的作用下，南极的大气产生背光北移运动，因此大气层变薄，大气质量（包含臭氧）大量散失到太空中。

根据杨学祥的研究，地球南半球是个逐渐开裂的半球（北半球则是压缩半球），因地壳的开裂喷发出大量包括卤素在内的地下气体，更直接地消耗了南半球的臭氧含量。地球产生的卤素比人类制造的氟利昂多得多，我国天山火山6千年前的一次喷发释放出相当于人类170多年制造的氟利昂的总量。他强调说：“这并不是说，人类就可以肆无忌惮地制造和使用氟利昂。事实上，人类减少使用氟利昂，更好地保护环境，会对臭氧层保护起到积极影响。”

为什么北极上空没有形成臭氧空洞？杨教授解释说，在夏至时，太阳光直射北回归线，从而产生北半球上空大气的背光南移，此时地球远离太阳而进入远日点，所以北极大气背光南移规模变得更小，不足以产生臭氧空洞。

他指出，“臭氧空洞是个动态的、在两极之间进行漂移的自然过程。”由于地球围绕太阳旋转的轨道是一个椭圆，其近日点和远日点相互变化周期为2.1万年。所以臭氧空洞有一半时间即1.05万年在南半球，另一半时间在北半球。根据天文资料计算，地球公转轨道近日点到公元l1500年将与夏至重合。杨教授说：“南极臭氧空洞正在向北方移动，1万年后臭氧空洞将出现在北极。这一重大环境变迁应该引起全世界的注意。”

《科学时报》1999-6-30 第二版

http://www.envir.gov.cn/info/np/file.asp?file=996-30-80.txt

太阳风暴与臭氧层“约会”引发科学争议

(2000.06.09 14.20.45)

地球上空的臭氧层，这个正在逐渐变瘦的飞天“少女”，在今年夏天被太阳风暴多次热烈地“拥抱”。但她又陷入困惑，不知道太阳风暴的热“吻”对她而言究竟是福是祸。这几天，太阳风暴给臭氧层带来的影响引起科学家的关注，不过两种截然不同的观点使这个问题成为一桩新的科学悬案。

一种看法认为，太阳风暴有利于臭氧层的恢复；另一种意见则认为，太阳风是导致南极臭氧空洞的“元凶”。提出这两种观点的都是我国从事相关研究的科学家，他们都持之有故、言之成理。

中科院大气物理所的专家认为太阳风暴对大气臭氧具有补充作用。该所的研究员邹捍说，在赤道地区平流层的高层，太阳辐射把氧原子从氧分子中激活出来，和另外的氧分子结合成臭氧，这是臭氧的产生过程。由于太阳风暴带来更多的紫外线辐射，这样产生的臭氧就会增多。臭氧的产生主要是紫外线光合作用的结果。从理论上讲，紫外线辐射越强，臭氧也会越多。而根据最近十几年的统计数据分析，太阳活动高峰年份臭氧浓度有所增加。

大气层中的臭氧被称为地球生物的“保护伞”，它能抵御来自太阳的有害辐射。

对于地球臭氧空洞的形成，国内还有别的科学家进行了研究分析。长春科技大学教授杨学祥指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”恰恰就是太阳风。他在一篇论文中指出，南极臭氧层出现空洞的主要原因是太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。太阳风暴带来的高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。杨教授的论文曾在《科学美国人》上发表，世界四大通讯社之一的法新社，也全文转发了新华社的英文稿。

中国空间科学学会理事长、北京大学教授萧佐接受本报记者采访时表示，太阳风暴与臭氧层的关系目前科学界还没有定论，产生科学争议可以引导大家做更深入的研究。一般而言，国际上多数科学家认为臭氧的减少是人类活动所造成，尤其是大量使用氟利昂。但这个结论本身还有待于进一步证实，也有少数科学家对此提出不同的观点，争议还将存在。

目前，国内科学界还是倾向于认为，太阳风暴将能够使臭氧成分增加，但作用可能十分有限。如果真是这样，太阳风暴对臭氧层来说影响不大。

（《中国青年报》 2000-08-09）

http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html

参考文献 (References)

杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学,  长春：吉林大学出版社,1998。85-89

杨学祥, 陈殿友, 宋秀环. 太阳风、地球磁层与臭氧层空洞. 科学（ScientificAmerican 中文版）, 1999, （5）：58~59

杨学祥. 地磁层和大气层漏能效应. 中国学术期刊文摘, 1999, 5（9）：1170~1171

杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见：中国地球物理学会年刊2000. 武汉：中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48

Yang, Xuexiang, Chen Dianyou, Gao Yanwei, Su Hongliang and YangXiaoying, et al, Geophysical and Chemical Evidence in the Depletion of Ozone.J. Geosci. Res. NEAsia, 1999, 2 (2): 121~133

杨学祥. 臭氧洞与厄尔尼诺. 中国学术期刊文摘, 1999, 5（10）：1301~1303

杨学祥. 臭氧洞漏能效应及其形成原因. 见: 中国地球物理学会年刊1999, 合肥：安徽技术出版社, 1999, 191

杨学祥, 陈殿友. 地球流体运移动力与自然灾害. 同上, 326

陈殿友, 杨学祥, 宋秀环. 地球轨道效应与重大自然灾害周期. 同上, 256.*

杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见：中国地球物理学会年刊2000. 武汉：中国地质大学出版社, 2000. 307

杨学祥. 大气圈差异旋转及其对臭氧层的影响. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（2）：199~201

杨学祥. 大气氯粒子层的形成原因. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（3）：370~371

杨学祥. 太阳活动驱动气候变化的证据. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（5）：615~617

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331774.html