火山喷发会对大气臭氧层产生破坏性影响
 
作者：马瀚青 来源：中国科学报 发布时间：2012-7-12 9:12:04
 
    近日，美国地球物理协会（AGU）在冰岛召开关于火山与大气的专题研讨会，会上来自德国亥姆霍兹基尔海洋科学研究中心（GEOMAR）的科学家指出，距今7万年前的尼加拉瓜火山喷发时释放了大量的溴和氯，在火山喷发过程中这些气体足以到达平流层，并对臭氧层造成破坏性影响。
 
    研究人员进一步阐述了火山喷发时这些气体是如何释放的。分析认为，这些气体在岩浆房里聚集在矿物晶体内，通过电子同步加速器的高压辐射，检测微量元素，包括溴等卤族元素。这样，研究人员可以估算出在喷发前岩浆房里的气体总量，也可以得知火山喷发后火山熔岩里的气体量。这个差值与现存喷发规模的现场数据结合，研究人员可以推算出火山喷发时溴和氯的释放量。科学家们发现，通过取14次尼加拉瓜喷发平均值，平流层中的溴和氯浓度剧烈上升，相当于2011年这些气体浓度的2～3倍。
 
    而在2.45万年Upper Apoyo喷发时，就释放了1.2亿吨氯和60万吨溴至平流层。研究人员表示，下一步工作就是要调查这些火山气体对臭氧层的破坏力究竟有多大，并且在中美洲活火山区未来火山喷发会有什么样的影响。（马瀚青）
 
《中国科学报》 (2012-07-12 A2 国际)
 
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/7/266866.shtm

 

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。

    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”。

    太阳风是一种形象的说法，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

 

臭氧洞并非人类独创：火山爆发曾创造史上最大臭氧洞

[ 2007/6/6 5:11:00 | By: 杨学祥 ]

 

人类违背自然规律只能导致自身的灭亡

——真正决定臭氧洞增减和温室气体增减的是自然力量而不是人类

 

作者：杨学祥

关键字：臭氧洞，火山，生物灭绝，恐龙灭绝，科学假说，实践检验，自然规律

 

    新浪科技讯 北京时间6月4日消息，据英国《泰晤士报》报道，英国研究人员表示，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。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。人类向大气中排放的破坏臭氧层的化学物质的作恶时间要更长一些。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[1]。

 

    众所周知，在距今约1.3亿年前的侏罗纪，恐龙家族曾在生物界称霸一时。但到了距今约6千万到7千万年前的白垩纪，这些“霸主”们却都神秘地灭绝了。俄罗斯科学院地质构造和地球物理学研究所的基里洛娃博士指出，近年来，俄科研人员在俄远东的昆杜尔地区和布列亚河附近等4个地点发掘出了大量的白垩纪恐龙骨骼化石。专家在对其进行研究时发现，很多恐龙的骨骼化石上都留有该恐龙生前曾长期肢体溃烂的证据。俄专家将上述发现与本地区的地球历史研究成果相结合，提出了一个观点：恐龙灭绝的原因与臭氧层空洞的出现和剧烈的气候变化密切相关。基里洛娃介绍称，在白垩纪时期，太平洋中部曾发生过规模极大的海底火山爆发。火山爆发后，海水涌向了陆地，部分地改变了恐龙的生存环境。规模如此之大的火山喷发必然会生成大量含碳气体，这些气体足以严重改变地球大气成分，使大气中出现超大面积的臭氧层空洞。这样，阳光中的紫外线就会肆无忌惮地穿过“空洞”射向地球。过量的紫外线辐射不但能使恐龙的肢体上产生病变和溃烂，而且还能够影响食物链和改变地球气候。对于适应能力不强的恐龙来说，这无异于灭顶之灾。此后，火山爆发的影响逐步减弱，海水开始退却，含碳气体排放量急剧减少，臭氧层空洞逐渐消失，地球气候再次大规模改变[2]。

 

　　杨学祥教授在1999年指出，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，发表在今年五月份出版的《科学美国人》杂志中文版上，题目为《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》。在这篇论文里，杨教授指出，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。

 

　　杨学祥认为："人类使用氟利昂是造成南极臭氧空洞的主要原因的观点说不通。"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。他说，太阳风才是地球臭氧空洞的"元凶"。太阳风是一种高能粒子流。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，最容易和臭氧合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。

 

　　根据杨教授的研究，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，中国的长白山火山六千年前的一次喷发，释放出相当于人类一百七十多年制造的氟利昂的总量[3]。

 

    科学家刚刚宣布：“一切结果都证明了蒙特利尔国际协议和它的修正案成功抑制了臭氧的消耗”[4]，接踵而来的却是2006年南极臭氧洞接近历史最大水平[5]；世界减排二氧化碳的呼声日益强烈，却又遭遇甲烷自然排放高潮而处境尴尬[6]。正如我们前几天所说，从改造自然到破坏自然，再到修复自然，这是人类对自然力量错误认识的三部曲。事实上，人类不过是自然的一部分，最终决定性的力量不是人类，而是自然规律[7，8]。

 

    科学的理论要经得起科学实践的检验。南极臭氧洞和温室效应首先是一种自然现象。或许，人类修补南极臭氧洞和减排温室气体的努力有点象猴子捞月亮，真正决定臭氧洞增减和温室气体增减的是自然力量而不是人类。2006年南极臭氧洞的重新扩大使人类成功保护臭氧的神话彻底破灭。时间会告诉我们最终的结论。我们等待时间的检验。

 

    从改造自然到破坏自然，再到修复自然，这是人类对自然力量错误认识的三部曲。事实上，人类不过是自然的一部分，最终决定性的力量不是人类，而是自然规律[7]。人类违背自然规律只能导致自身的灭亡。

 

    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：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，刺穿这个臭氧洞的紫外线强烈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。俄罗斯科学院的专家最近在对俄远东地区的4处已被发掘的“恐龙墓地”进行研究后认为，恐龙灭绝的原因与臭氧层空洞密切相关。事实证明，人类并不是制造臭氧洞的元凶。

 

 

参考文献

 

1．任秋凌。2.51亿年前火山爆发曾创造史上最大臭氧洞。2007年06月05日 07:28 新浪科技。http://tech.sina.com.cn/d/2007-06-05/07281545156.shtml

2．回春。俄罗斯专家研究:恐龙灭绝与臭氧层空洞有关(图)。 腾讯科技。2007年5月22日 来源：中国经济网 http://sci.ce.cn/funny/03/200705/22/t20070522_11445294.shtml

3．我国科学家指出太阳风才是臭氧空洞元凶。1999年6月29日 11:20 华声报http://tech.sina.com.cn/news/ology/1999-6-29/1283.shtml

4．毛黎。低平流层中臭氧恢复还有外因 一半归功于人类氟氯化碳排放的减少。气象港-快讯。2006年5月31日。朝霞*自科报网---科技日报 2006-5-31   http://qxg.com.cn/n/?cid=0&fc=nd&nid=6112

5．黄龄。南极臭氧层空洞扩大 已逼近历史记录。2006年9月30日。气象港。朝霞*自腾讯科技 http://qxg.com.cn/n/?fc=nd&cid=0&nid=8056

6．群芳。全球湿地甲烷排放“此消彼长”。2006年9月30日。气象港。朝霞*自科学网--科学时报 2006-9-29 http://qxg.com.cn/n/?fc=nd&cid=0&nid=8060

7．杨学祥. 人类对自然力量错误认识的三部曲. 2006-9-25光明网 - 光明观察 –随笔杂谈. http://guancha.gmw.cn/show.aspx?id=966

8．杨学祥. 2006年南极臭氧空洞的范围达到创纪录的原因. 2006-10-25光明网论文发表交流中心。http://www.gmw.cn/03pindao/lunwen/show.asp?id=10763

 

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