科学研究中的理论创新：从臭氧洞的危害到臭氧洞的福音

                                                                 杨学祥

      关键提示

      1987年，主要工业国签署了《蒙特利尔公约》，确认臭氧洞的危害，要求逐步停止使用危害臭氧层的化学物质。2021年，美国科学家在8月１日出版的《地球物理研究杂志》上证实说，以带电粒子冲击地球大气层的太阳风暴可能破坏上层臭氧层。我们早在1999年就指出，太阳风暴是臭氧洞产生的元凶。理论研究表明，臭氧洞的危害主要表现在危及人类和生物的生存，臭氧洞的福音，表现在过量太阳射线和紫外线可以杀灭新冠病毒。

      臭氧空洞的危害：

     对人类生存

      10多年来，经科学家研究；大气中的臭氧每减少1%，照射到地面的紫外线就增加2%，人的皮肤癌患病率就增加3%，还受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。居住在距南极洲较近的智利南端海伦娜岬角的居民，已尝到苦头，只要走出家门，就要在衣服遮不住的肤面，涂上防晒油，戴上太阳眼镜，否则半小时后，皮肤就晒成鲜艳的粉红色，并伴有痒痛；羊群则多患白内障，几乎全盲。据说那里的兔子眼睛全瞎，猎人可以轻易地拎起兔子耳朵带回家去，河里捕到的鲜鱼也都是盲鱼。

       推而广之，若臭氧层全部遭到破坏，太阳紫外线就会杀死所有陆地生命，人类也遭到“灭顶之灾”，地球将会成为无任何生命的不毛之地。可见，臭氧层空洞已威胁到人类的生存了。

       对生物圈

       由于臭氧层中臭氧的减少，照射到地面的太阳光紫外线增强，其中波长为240~329纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用，对生物圈中的生态系统和各种生物，包括人类，都会产生不利的影响。

       臭氧层破坏以后，人体直接暴露于紫外辐射的机会大大增加，这将给人体健康带来不少麻烦。首先，紫外辐射增强使患呼吸系统传染病的人增加；受到过多的紫外线照射还会增加皮肤癌和白内障的发病率。此外，强烈的紫外辐射促使皮肤老化。

       臭氧层破坏对植物产生难以确定的影响。近十几年来，人们对200多个品种的植物进行了增加紫外照射的实验，其中三分之二的植物显示出敏感性。一般说来，紫外辐射增加使植物的叶片变小，因而减少俘获阳光的有效面积，对光合作用产生影响。对大豆的研究初步结果表明，紫外辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害。臭氧层厚度减少25%，可使大豆减产20~25%。

       紫外辐射的增加对水生生态系统也有潜在的危险。紫外线的增强还会使城市内的烟雾加剧，使橡胶、塑料等有机材料加速老化，使油漆褪色等。

       臭氧除了能够对气候变化产生影响，从而影响环境和生态外，还对人类健康产生强烈的直接影响。由实验及实际观测推论会造成以下的影响。

       对人类

1．增加皮肤癌：臭氧减少1%，皮肤癌患者增加4%－6%，主要是黑色素癌；

2．损害眼睛，增加白内障患者；

3．削弱免疫力，增加传染病患者。

      对生态影响

1．农产品减产及其品质下降。试验200种作物对紫外线辐射增加的敏感性，结果2/3有影响，尤其是大米、小麦、棉花、大豆、水果和洋白菜等人类经常食用的作物。估计臭氧减少1%，大豆减产1%。

2．减少渔业产量。紫外线辐射可杀死10米水深内的单细胞海洋浮游生物 。实验表明，臭氧减少10%，紫外线辐射增加20%，将会在15天内杀死所有生活在10米水深内的鳗鱼幼鱼。

3．破坏森林。

      据研究，臭氧减少影响人类健康及生态系统的主要机制是紫外线辐射的增加会破坏脱氧核糖核酸（DNA），以改变遗传信息及破坏蛋白质。除了影响人类健康和生态外，因臭氧减少而造成的紫外辐射增多还会造成对工业生产的影响，如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。

      臭氧洞的出现 ,全球臭氧含量的减少 ,会使大气吸收紫外线的能力大大减弱 ,导致到达地球表面的紫外 线特别是 UV - B 明显增加 ,这将给人类健康和生态环境造成一系列灾难性影响 . 研究表明 ,长期接受过量 紫外线辐射 ,会引起人体细胞中脱氧核糖核酸 ( DNA) 的改变 , 形成腺嘧啶二聚物 , 从而阻止 DNA 双螺体分 离 ,使细胞自身修复机能减弱 ,人体免疫机能减退 . 强紫外线辐射会诱发人体皮肤癌变 ,使眼球晶状体混浊 , 产生白内障以至失明 . 据分析 ,平流层臭氧减少 1 % ,辐射到地面的紫外线数量就会增加 1. 5 % - 3. 0 % ,全球 皮肤癌发病率将增加 5 % - 7 % ,白内障发病率将增加 0. 6 % - 0. 8 %. 臭氧减少 2. 5 % ,每年死于皮肤癌的人 数将增加 1. 5 万人 , 由于白内障而引起失明的人数将增加10 000 - 15 000人 . 如果不限制 CFCS 的生产和消 费 ,按臭氧层破坏速率推算 ,到 2075 年时 ,地球臭氧总量将比 1985 年再耗减 25 % ,全世界人口中将有皮 肤癌患者 1. 54 亿人 ,死于皮肤癌者 320 万人 ,眼睛患白内障者1 800万人 . 紫外辐射增加造成人体免疫机能的抑制 ,还会使许多疾病的发病率和病情的严重程度大大增加。 [3] 

       扩张趋势

       不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了 20%，已形成了面积约为南极臭氧空洞三分之一的北极臭氧空洞。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每 10 年 2.7% 的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。

      北极上空

       北极上空出现臭氧空洞， [6] 

        这个臭氧空洞主要因北极地区罕见长时间寒冬而形成。北极地区15公里至23公里的高空臭氧严重减少，最大幅度减少发生在18公里至20公里的位置，减少幅度超过80%。研究人员连续27天观测到极低的总柱状臭氧值。“低于250多布森单位的最大区域大约200万平方公里，大概5倍于德国或加州。”

       尚不清楚这个臭氧空洞是否已对人体健康构成任何风险。

       研究人员认为，北极首次出现臭氧空洞由极地涡旋引发，但不是因为更冷，而是因为冷的时间更长，致使能够破坏臭氧的含氯化合物更活跃，以至于观测到比往年冬天厉害得多的臭氧减少。

       臭氧洞的成因

       臭氧层为什么会出现“空洞”？许多科学家认为，是使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用的结果。氟利昂由碳、氯、氟组成，其中的氯离子释放出来进入大气后，能反复破坏臭氧分子，自己仍保持原状，因此尽管其量甚微，也能使臭氧分子减少到形成“空洞”。我国科学家新近提出，仅仅是氟利昂的作用还不够，太阳风射来的粒子流在地磁场的作用下向地磁两极集中，并破坏了那里的臭氧分子，这才是主要原因。（杨学祥，1999）而无论如何，人为地将氯离子送进大气，终是一种有害行为。

https://blog.sciencenet.cn/blog-40692-1255719.html

  美研究表明太阳风暴破坏臭氧层

　  2001-08-02 13:10:38

　　新华网华盛顿８月１日专电 美国科学家在１日出版的《地球物理研究杂志》上证实说，以带电粒子冲击地球大气层的太阳风暴可能破坏上层臭氧层。

 　美国国家航空航天局的研究人员２０００年７月１４日至１６日使用卫星观测了太阳风暴对地球北半球产生的影响，此次太阳风暴被科学家称为３０年来第三大“太阳质子事件”，太阳风暴造成大量带正电荷的质子冲击地球。

 　研究认为，一旦这些质子冲击到上层大气层，就会分解氮气分子，形成氮氧化物。这些氮氧化物可以在几周甚至几个月内长期存在，并破坏高度为１５至５０公里的上层同温层中９％的臭氧。太阳质子还分解大气层中的水分子，形成氢化物。这些氢化物可以破坏高度为５０至９０公里的中间层中７０％的臭氧。但这些氢化物只在发生太阳质子事件时存在。

　　然而，中间层和上层同温层中的臭氧含量较少，８０％以上保护地球的臭氧存在于高度为１５至３５公里的中低层同温层中。如果从北半球的整个大气层来看，太阳质子事件只破坏了不到１％的臭氧层。https://tech.china.com/zh_cn/news/tech/154/20010802/10071748.html

      科学家称太阳风暴卷走了北极臭氧层

http://www.sina.com.cn 2005年03月09日 15:33 竞报

　　文/曹阳

　　2004年北极约有60%的臭氧分子遭到破坏，科学家分析认为———

　　臭氧能保护地球免受危险的来自太空的紫外线辐射。去年北极臭氧大幅减少，其急剧程度前所未见，引起了科学界极大的关注。克罗拉多大学的大气专家经多方分析，认定太阳风暴是造成高空臭氧减少的主要原因。

　　2004年，北极低空中间层和高空同温层同时约有60%的臭氧分子遭到破坏，科学家只知道CFC化合物是造成低空臭氧减少的主要原因，但无法解释为什么离地面30-40公里以上的高空同温层臭氧也减少的原因。最近科学家在《天体物理学研究》杂志上撰文认为，来自太阳的粒子流，加上极端的天气条件，是导致这一现象的罪魁祸首。

　　要区分到底是自然原因还是人为原因造成大气变化是很困难的。克罗拉多大学的大气专家CoraRandall带领的研究小组经多方分析，认定太阳风暴是造成高空臭氧减少的主要原因。2003年强烈的太阳风暴携带高能量电子和质子进入地球高空大气层，促进了那里氧化氮的产量，氧化物被认为是臭氧杀手。北极同温层旋涡中强大的风力(去年的风力尤其强)，将氮更多地送入大气层，在大约40公里的高度，混合形成氧化氮，破坏了臭氧层。但科学家同时表示，将此现象认定为完全是由于巨量太阳粒子反常活动所造成的，还需要进一步的研究。

　　上世纪80年代在南极第一次观察到臭氧洞的存在，促使1987年旨在逐渐废除使用CFC的蒙特利尔条约诞生。臭氧洞确实定期出现在南极，但在北极只有在非常寒冷的冬天才会出现臭氧洞。此次反常现象，不论是自然的还是人为的，都给大家敲响警钟。研究自然现象、人为因素对大气合成物的影响对保护可持续发展的环境有重要意义。

https://tech.sina.com.cn/d/2005-03-09/1533545934.shtml

“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应” 

我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N₂和O₂/O₃所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O₃所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1346460.html

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1412383

        太阳风压缩大气层、地磁层、臭氧层、海洋圈、岩石圈、地幔和外核，形成大气尾、臭氧洞、地磁层空洞、内外磁尾、海洋尾，以及地球各圈层的差异旋转和相互运动，对地震的影响不可避免。

        根据最新发现，太阳风周期对厄尔尼诺、拉尼娜和地震火山活动，都有显著的控制和影响，这在潮汐组合预报中最为显著。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412660.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412213.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412321.html

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1402732

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1413349

       臭氧层空洞的福音  

       研究表明 ,长期接受过量 紫外线辐射 ,会引起人体细胞中脱氧核糖核酸 ( DNA) 的改变 , 形成腺嘧啶二聚物 , 从而阻止 DNA 双螺体分 离 ,使细胞自身修复机能减弱 ,人体免疫机能减退 . 强紫外线辐射会诱发人体皮肤癌变 ,使眼球晶状体混浊 , 产生白内障以至失明 . 据分析 ,平流层臭氧减少 1 % ,辐射到地面的紫外线数量就会增加 1. 5 % - 3. 0 % ,全球 皮肤癌发病率将增加 5 % - 7 % ,白内障发病率将增加 0. 6 % - 0. 8 %. 臭氧减少 2. 5 % ,每年死于皮肤癌的人数将增加 1. 5 万人 , 由于白内障而引起失明的人数将增加10 000 - 15 000人 . 

       臭氧洞的功过也是一分为二的。臭氧洞漏能效应带来过多的太阳射线和紫外线不仅危害人类健康和生物生存，而且有利于杀灭新冠病毒。

       科学家认为，病毒是我们这个地球上结构最为简单的一种奇特物种，只有一个核酸分子，主要寄生在宿主的细胞内繁殖和生存。因此，太阳风暴所辐射出来的大量高能粒子，就可以轻易破坏病毒的分子结构，彻底击断它的分子链，从根本上消灭病毒是极其高效的。历史上很多次病毒对人类的骚扰，都是被太阳风暴彻底终结的。

       2020年3月23日北极臭氧洞出现是福是祸？

根据地球轨道周期，臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现。由于没有达到臭氧洞低浓度的标准，即使是臭氧洞没有出现，但是北极臭氧稀薄区在3月和南极臭氧稀薄区在9月也会周期存在，从而形成每年3月和9月两极地区的臭氧稀薄区变化周期。这是新冠病毒季节性爆发的第一大原因。

第一、每年3-4月和9-11月的臭氧洞漏能效应，相当于大自然对地球的两次大规模消杀病毒过程，对冠状病毒的抑制或杀灭作用不可忽视。

第二、每年6-8月北半球夏季太阳黑子最强，每年1-2月和12月北半球冬季太阳黑子最弱，这是新冠疫情季节性波动第二大原因。南半球与此相反，每年6-8月南半球冬季季太阳黑子最弱，每年1-2月和12月南半球夏季太阳黑子最强，

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332521.html

巧合的是，2019年全球爆发了新冠病毒疫情，2020年3月发生北极臭氧洞和9月发生南极臭氧洞。大量太阳高能粒子通过臭氧洞进入地表，灭杀了新冠病毒，保护了人类，其作用和贡献却被忽视。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1330844.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1330966.html 

       两极臭氧洞首先是自然的产物。极夜和极昼的交替，极涡和低温条件，火山灰向极地的集中，臭氧洞在南北两极的轮换，都是自然规律运作的结果，远非人力所能控制。北半球大陆集中，人口稠密，如果《蒙特利尔议定书》的努力只是将臭氧洞从南极迁移到北极，这项成功究竟是福音还是灾难？

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

2022年3月19日地球两极正在经历异常的极端高温的条件：2020年9月南极出现臭氧洞（面积排序12位），2020年3月北极出现最大臭氧洞。与此同时，大量太阳风带来的高能粒子通过臭氧洞进入地球两极，杀灭新冠病毒，抑制了新冠疫情的发展，形成疫情的季节性波动，对应3-4月和9-11月疫情低谷期。

2020年两极臭氧洞阻碍了新冠病毒疫情的发展 

2020年3-5月北极出现臭氧洞，2020年9-12月南极出现臭氧洞。全球疫情爆发低谷在2020年3-5月和9-12月，臭氧洞扩大导致更多太阳高能粒子进入两极，有利于对病毒的消杀。

https://www.jiemian.com/article/7125750.html

https://new.qq.com/rain/a/20220222A03B1Q00

https://www.163.com/dy/article/H0Q9MGE60534A4SC.html?f=post2020_dy_recommends

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332835.html

     结论

      太阳风暴爆发带来的臭氧空洞和地磁层空洞的危害和福音都不能忽略。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1413391.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 

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332936.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412383.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1412976.html

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