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回答网友的质疑：臭氧空洞的闹剧
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光明网 - 光明观察 - 随笔杂谈
从改造自然到破坏自然，再到修复自然－－
人类对自然力量错误认识的三部曲
从臭氧层变化谈起
杨学祥
光明观察刊发时间： 2006-9-25 13:52:09 http://guancha.gmw.cn
一 问题的提出
科技日报华盛顿2006年5月29日电 由美国宇航局和大学研究人员组成的研究小组发现，地球大气低同温层中臭氧逐渐恢复的原因中，有50％归功于人类氟氯化碳（CFC）排放的减少，其他原因可能是大气风模式的变化。
在《地球物理学》杂志上，题为“低同温层臭氧恢复原因”研究报告的主撰稿人、美国乔治亚工学院研究人员杨恩苏（音译）介绍说，研究小组先用卫星、气球和地面仪器测量不同高度的臭氧浓度，然后将测量的结果同计算机对臭氧恢复的预测进行比较。在研究中，研究人员考虑了多种相关因素，如太阳黑子的周期、臭氧层季节性变化以及准两年振荡。研究人员发现地球大气高同温层（距离地面约18公里以上），CFC排放的减少是其臭氧恢复的主要因素。在低同温层（距离地面10公里至18公里）中，其臭氧的实际恢复情况比仅考虑CFC减少单一因素的计算结果要好得多，因此必定还有其他因素帮助了低同温层臭氧的恢复。研究人员认为这个其他因素也许就是大气风模式。研究报告作者之一、美国全球水利和气候中心的迈克•纽切西表示，变化的风模式影响了臭氧的平衡，能够促进低同温层臭氧的恢复。按照现在的趋势发展下去，在2030年至2070年间，臭氧将恢复到1980年的水平，那时南极上空的臭氧空洞也许会弥合上[1]。
正像20世纪80年代南极臭氧洞扩大现象匆匆而来，21世纪初南极臭氧洞扩大现象又匆匆而去。氟利昂破坏臭氧的理论面临新的考验：能在大气中滞留50年以上的氟利昂为什么突然失去了破坏臭氧的功能？
“拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文•黑尔于 1996 年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”(ODP)。科学研究的初步结果表明，ODP 同南太平洋赤道洋流“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象有着极其密切的关系，被喻为“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲”，“拉马德雷”一词在西班牙语中的意思也正是“母亲”。“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续 20 年至 30 年。近 100 多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于 1890 年至 1924 年，而 1925 年至 1946 年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于 1947 年至 1976 年，1977 年至 90 年代后期为“暖位相”。当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时，北美大陆附近海面的水温就会异常升高，而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时，太平洋气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时，情况正好相反。
对比可知，在1978-2000年南极臭氧洞快速增大时期，正处于拉马德雷现象的暖位相；在1957-1976年和2002-2004年南极臭氧洞快速收缩时期，正处于拉马德雷现象的冷位相。由此可见，南极臭氧洞与高空气压流密切相关，它首先是一种自然现象。或许，人类修补南极臭氧洞的努力有点象猴子捞月亮，真正决定臭氧洞增减的是自然力量而不是人类。根据拉马德雷现象变化规律，2000-2030年为臭氧层恢复期，2030-2060年为臭氧层消耗期。时间会告诉我们最终的结论[2，3]。
最近，由美国宇航局和大学研究人员组成的研究小组发现，地球大气低同温层中臭氧逐渐恢复的原因中，有50％归功于人类氟氯化碳（CFC）排放的减少，其他原因可能是大气风模式的变化。这为自然力量决定臭氧变化提供了新证据。
新的证据在不断出现，让我们静观2000-2035年拉马德雷冷位相时期的臭氧变化。
人民网2006年9月21日讯 近日气象学专家指出，地球的臭氧层可能于本世纪中期得到恢复。臭氧层曾经在1980年特别的稀薄，经过科学家25年的观察和分析，发现位于极地上空平流层的臭氧从1997年开始就不再变薄。臭氧层能够保护地球免于太阳发射的紫外线的辐射，但是人类排放的化学物质，特别是在一些制冷剂和气溶胶喷射剂中的氯氟烃会消耗平流层中的臭氧，致使这个地球的保护层越来越稀薄。科学家称臭氧层的恢复很大程度是因为执行了1987年蒙特利尔国际协议。这个协议主要的目的是为了限制那些危害臭氧的化合物的排放。乔治亚技术学院的Eun-Su Yang曾分析过相关数据，称，“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。”“按照现在臭氧的恢复速度，臭氧层到本世纪中期应该能够回复到1980年的水平” Eun-Su Yang杨云苏说。以上这些分析发表在《地球物理学研究》杂志中。但是美国宇航局和一些其他机构的研究员在六月发表的一篇名为《南极洲上空臭氧空洞将于2068年恢复》报告中认为，臭氧层恢复时间比先前预期的要晚20年[4]。
人民网关于臭氧恢复的最新报道[4]与科报网[1]相比不够客观，忽略了自然因素对臭氧层的影响，使该报道的科技含量降低，误导读者得出简单化的错误概念。
二 历史的争论
正像20世纪80年代南极臭氧洞扩大现象匆匆而来，21世纪初南极臭氧洞扩大现象又匆匆而去。氟利昂破坏臭氧的理论面临新的考验：能在大气中滞留50年以上的氟利昂为什么突然失去了破坏臭氧的功能？
由于公众对生态环境的关注，商业战争往往打出绿色环保的旗帜。曾庆存院士指出，一开始提出人类使用氟里昂是破坏臭氧层罪魁祸首论调的是一些与杜邦公司竞争的公司，当时杜邦公司是氟里昂这种制冷剂的主要供应商。杜邦公司还为此出了一本书，专论“臭氧空洞根本就是骗局”。后来，杜邦公司研制成功了氟里昂的代用品，它马上反咬一口，提出氟里昂是破坏大气臭氧层的罪魁祸首，以此限制别的公司使用氟里昂。可以显见，这些论调都是西方一些垄断资本家和政客玩弄的把戏。温室效应也好，对臭氧层的破坏也好，是科学家作为科学研究而提出来的，是值得肯定和无可厚非的。但这些学术探讨性的观点有时就被编造成了所谓的“科学根据”，被西方一些发达国家用来压制别的国家、特别是发展中国家[5]。
人类已经把 1500 万吨以上的氯氟烃排放到大气中。进入大气中的氯氟烃，只有一部分参与臭氧层破坏作用，大部分还在大气中游荡，因而，虽然现在很多地方已停止生产和使用氯氟烃，臭氧层仍然会继续遭到破坏。何况，除了氯氟烃外，工业废气、汽车和飞机的尾气、核爆炸产物、氨肥的分解物，其中可能含有氮氧化物、一氧化碳、甲烷等几十种化学物质，都是破坏臭氧层的因素。由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻，1990年通过《蒙特利尔议定书》伦敦修正案。1992年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充．完全淘汰的日程也一次次提前。从这里我们不仅可以看到人类日益紧迫的步伐，而目也发现，即使如此努力地弥补我们上空的“臭氧洞”，但由于臭氧层损耗物质从大气中除去十分困难．预计采用哥本哈根修正案．也要在2050年左右平流层氢原子浓度才能下降到临界水平以下．到那时，我们上空的“臭氧洞”可望开始恢复[6]。
事实与氟里昂理论的预测完全相反。从2000年南极臭氧洞的最大面积2830万平方公里，到2004年南极臭氧洞最小面积1200万平方公里，只用了四年的时间。南极臭氧洞扩大现象的来去匆匆，证明南极臭氧洞是一种自然现象，人类的作用是有限的。这使人类花费巨资修补臭氧洞的成功成为猴子捞月亮似的童话。中国市场经济报(科技周刊)记者熊德早在1997年就预言了这个童话似的谎言[5]。
1．1978-2000年南极臭氧洞的快速扩大
科学家在南极地区最早发现了严重的臭氧层破坏。南极是一个非常寒冷的地区，终年被冰雪覆盖，四周环绕着海洋。1985 年，英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现：在过去10-15年间，每到春天南极上空平流层的臭氧都会发生急剧的大规模耗损。极地上空臭氧层的中心地带，近95%的臭氧被破坏。从地面向上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成了一个“洞”，直径上千千米，“臭氧洞”就是因此而得名的。臭氧洞可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间。
1987年10月，南极上空的臭氧浓度下降到了1957-1978年间的一半，臭氧洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后，臭氧浓度下降的速度还在加快，有时甚至减少到只剩30%，臭氧洞的面积也在不断扩大。1994年10月观测到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。近年臭氧洞的深度和面积等仍在继续扩展，1995年观测到的臭氧洞的天数是77天，到1996年几乎南极平流层的臭氧全部被破坏，臭氧洞发生天数增加到80天。1997年至今，科学家进一步观测到臭氧洞发生的时间也在提前，1998年臭氧洞的持续时间超过100天，是南极臭氧洞发现以来的最长记录，而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%，几乎可以相当三个澳大利亚的面积。这一迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之中。
卫星观测表明，此洞覆盖面积有时比美国的国土面积还要大。到 1998 年臭氧空洞面积比 1997 年增大约 15%，几乎相当于三个澳大利亚大。前不久，日本环境厅发表的一项报告称，1998 年南极上空臭氧空洞面积已达到历史最高记录，为 2720 万平方公里，比南极大陆还大约 1 倍。
美、日、英、俄等国家联合观测发现，近年来，北极上空臭氧层也减少了 20%。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。根据全球总臭氧观测的结果表明，除赤道外，1978 - 1991 年总臭氧每 10 年间就减少 1% - 5%。
据新华社伦敦2000年9月8日电 美国宇航局的科学家说，9月3日南极上空的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里，相当于美国领土面积的3倍。这是迄今观测到的最大的臭氧层空洞。
据美宇航局7日发表的新闻公报介绍，有关数据是由宇航局地球观测卫星上的“全臭氧绘图分光计”测得的。在此之前，人们观测到的最大臭氧层空洞是1998年9月19日出现的，面积为2720万平方公里[6]。
2．2002-2004年南极臭氧洞的快速缩小
2002年9月，南极臭氧洞已经不可思议地缩减到原来的1/3大小，并且在近日一分为二。迄今为止仅有的解释是，空前的大规模气候变化将同温层变暖，于是抑制了能对臭氧层产生破坏的大气中化学物质的反应，同时还能引入一部分新的臭氧。新增加的臭氧可以帮助阻挡有害的紫外线辐射，这对于企鹅和居住在南半球南部的人来讲无疑都是喜讯。
在过去的6年当中，臭氧洞的面积一直稳定在大约2400万平方公里左右。然而，在过去的两周里，臭氧洞的面积下降到1500万平方公里，是从1988年以来的最小数值。9月29日，根据美国国家航空航天局的大气物理学家Paul Newman提供的数据，臭氧洞面积下降到仅仅200万平方公里。在今年9月，臭氧洞开始拉长，并且向南极方向移动。上周，它开始分裂，形成了两部分，一部分在南极海岸朝向非洲的地方，另一部分靠近南美。
人造卫星上的臭氧监测仪，是由美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气层管理署管理使用的，它从1979年就被开始用来观察臭氧洞。但是过去臭氧监测仪一直都没有观察到类似今年发生的这种变化。
气象学家将臭氧洞的奇怪表现归因为全球范围内的大气环流。气流仅限于较低大气层，其能穿过同温层，进而改变臭氧的分布模式，在南半球，现在的环流尤其明显。研究人员认为，这能使同温层变暖，就会降低化学物质对臭氧层的破坏，通过抑制能促进化学物质反应的冰云粒子的形成，气流能通过携带富含臭氧的空气来修复部分空洞。
目前大家都在试图找出这其中的原因。但是，新增加的臭氧只能临时性的缓解问题。只有靠大气层中的那些可以破坏臭氧层的污染物的缓慢自净，以及持续减少排放这些化学物质才是解决问题的关键[7]。
中新网2002年9月19日电：据英国《独立报》18日报道说，澳大利亚科学家发现，南极上空臭氧层上的臭氧洞已开始萎缩，并将在2050年消失。报道说，据科学数据显示，大气层中破坏臭氧层的氯含量正在减少，因为自1987年的蒙特利尔环保协议之后，全球禁止在冰箱和空调中再使用氟氯碳化物(CFCs)。《独立报》说，负责此项研究的是澳大利亚大气科学家弗雷泽。他认为，这是个大新闻，也正是人们等待的好消息[8]。
中新网2003年8月1日电 科学家表示，他们首次发现确切证据显示南极臭氧层正在恢复到原来的健康状况。一个美国科学家小组发现，臭氧层受到破坏的速度正在出现显著下降。然而，科学家们也表示，臭氧层巨洞的完全弥合也至少需要50年的时间。这些研究结果是科学家们对过去20年来通过卫星和地面仪器收集的数据进行分析处理得出的。研究人员表示，1987年签署的首个全球环境保护条约《蒙特利尔议定书》是造成臭氧层逐渐弥合的原因之一[9]。
新华网圣地亚哥2004年１１月１１日电 根据智利气象局９日的报告，自九月中旬以来，南极上空的臭氧层空洞面积已经减少了５０％，目前为１２００万平方公里。报告指出，当前臭氧层空洞的面积远远小于过去十年间１０月底的平均值，与２００２年同期的观测结果相当。
数据显示，南极臭氧层空洞在每年１０月面积达到最大。最新的观测结果似乎表明臭氧层空洞扩大的趋势今年有所抑制。本次报告中的数据来自智利的地面观测站，并得到空间卫星观测结果的证实[10]。
3．南极臭氧洞的形成机制
南极臭氧洞的发现和观测，是臭氧层损耗现象最直观的证明，也是研究臭氧层损耗成因最重要的自然背景。南极臭氧洞成因有多种假设，其中主要有：
a、与太阳活动周期有关的自然现象
b、火山活动的影响
c、当地天气动力学过程的影响
d、人为活动的影响——如氯化物的排放进入大气平流层层
各种假设均有一定的说服力和自身的特点，目前还不能完全肯定某一种而否定另一种。但不管怎样，归根到底是物理和化学的作用。化学作用是影响臭氧浓度最根本的动力，物理过程影响着化学过程的效率，因为物理过程创造和影响化学作用过程的外部环境。物理过程（动力学过程）可能是南极臭氧季节性变化的主导因素，其他的自然因素可能为臭氧的化学消耗提供或创造适宜的环境或者一定程度上直接影响臭氧的浓度。但是，在漫长的历史过程中，臭氧的动态平衡已经形成，并为地球上的万灵生存提供免遭紫外伤害的保护伞。显然，没有人为活动的影响，臭氧损耗不可能象今天这样显著。况且，人类文明发展至今，人类在自然界面前不再仅仅是自然的产物，而且能够并且有意识或无意识地作为一种新的地质力量参与自然界的作用。在这种意义上，人为活动对臭氧损耗以至于整个环境的影响尤其重要，它有可能导致人类对文明发展的重新估量和定向。
根据科学家科考结果，科学家们推断：携带北半球散发的氯氟烃的大气环流，随赤道附近的热空气上升，分流向两极，然后冷却下沉，从低空回流到赤道附近的回归线。
在南极黑暗酷冷的冬季（6-9月份），下沉的空气在南极洲的山地受阻，停止环流而就地旋转，吸入冷空气形成“极地风暴漩涡”。旋涡上升至臭氧层成为滞留的冰晶云，冰晶云吸收并积聚氯氟烃类物质。
当南极的春季来临（九月下旬），阳光照射冰云，冰晶融化，释放吸附的氯氟烃类物质。在紫外线的照射下，分解产生氯原子，与臭氧反应，形成季节性的“臭氧空洞”。
因为北极没有极地大陆和高山，仅有一片海洋冰帽，形不成大范围的强烈的“极地风暴”，所以不易产生象南极那样大的臭氧洞。但是，北极上空的臭氧在不断地减少[11]。南极基地风暴与9-11月地球自转速度变化有密切关系[12]。
4．南极臭氧洞与拉马德雷现象的关系
哥斯达黎加气象协会气象分析预报部主任加沃纳•斯托茨日前在这里接受本社记者采访时指出，据最新气象卫星云图预测，从 2000 年开始，“拉马德雷”正在进入“冷位相”阶段，这将使“拉尼娜”现象的影响加剧，对全球气候产生重大影响。
“拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文•黑尔于 1996 年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”(ODP)。科学研究的初步结果表明，ODP 同南太平洋赤道洋流“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象有着极其密切的关系，被喻为“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲”，“拉马德雷”一词在西班牙语中的意思也正是“母亲”。
“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续 20 年至 30 年。近 100 多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于 1890 年至 1924 年，而 1925 年至 1946 年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于 1947 年至 1976 年，1977 年至 90 年代后期为“暖位相”。
当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时，北美大陆附近海面的水温就会异常升高，而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时，太平洋气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时，情况正好相反。
在谈到“拉马德雷”与“厄尔尼诺”和“拉尼娜”之间的关系时，斯托茨介绍说，如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈，出现的次数更频繁；假如“冷位相”的“拉马德雷”与“拉尼娜”现象相遇，那么“拉尼娜”将显示强劲的势头，出现频繁[13]。
对比可知，在1978-2000年南极臭氧洞快速增大时期，正处于拉马德雷现象的暖位相；在1957-1976年和2002-2004年南极臭氧洞快速收缩时期，正处于拉马德雷现象的冷位相。由此可见，南极臭氧洞与高空气压流密切相关，它首先是一种自然现象。或许，人类修补南极臭氧洞的努力有点象猴子捞月亮，真正决定臭氧洞增减的是自然力量而不是人类。时间会告诉我们最终的结论。
三 实践的检验
最新研究结果显示：地球的臭氧层可能于本世纪中期得到恢复。臭氧层曾经在1980年特别的稀薄，经过科学家25年的观察和分析，发现位于极地上空平流层的臭氧从1997年开始就不再变薄。
1987年蒙特利尔国际协议后10年的1997年臭氧层不再变薄，氟利昂破坏臭氧的理论面临新的考验：能在大气中滞留50年以上的氟利昂为什么突然失去了破坏臭氧的功能？1997年人类完全停止向大气排放氟利昂了吗？没有。10年的尺度显示氟利昂不是破坏臭氧层的主要原因。
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。
参考文献
1． 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(气象港*20060531*kx2305*朝霞*自科报网---科技日报 2006-5-31) http://qxg.com.cn/n/?cid=0&fc=nd&nid=6112
2． 杨学祥. 决定臭氧洞增减的是自然力量而不是人类. 光明网-光明观察-学术观点. 2004 -11-28. show.aspx?id=615
3． 杨学祥。南极臭氧洞与拉马德雷现象的关系。 2004-11-25光明网论文发表交流中心。http://www.gmw.cn/03pindao/lunwen/show.asp?id=2431
4． 最新研究：南极臭氧层正在恢复。中国科技信息。 发布时间:20060922来源:人民网 http://env.people.com.cn/GB/46856/50510/4840213.html 中国科学技术信息研究所加工整理http://www.chinainfo.gov.cn/data/200609/1_20060922_144852.html
5． 熊德。真凶是太阳风?很可能!咋全赖氟里昂?有名堂! 中国市场经济报(科技周刊). 1997年7月24日第五版.
6． 保护臭氧层。http://www.acca21.org.cn/news/news07-03.html
7． 一分为二的南极臭氧洞。摘自《科学时报》。http://www.lckp.com/dqtm/hbdg/51.htm
8． 英报称南极臭氧洞已开始萎缩并将在2050年消失。 http://www.sina.com.cn 2002年09月19日09:51 中国新闻网 http://news.sina.com.cn/w/2002-09-19/0951732570.html
9． 科学家称南极臭氧洞逐渐弥合 完全恢复尚需50年. 2003年08月01日11时10分。来源:中国新闻网http://news.tom.com/Archive/1003/2003/8/1-40214.html
10． 王洋。南极臭氧洞面积减小50% 目前为1200万平方公里。2004-11-12 10:14:02来源：新华网。编辑：刘蕊 http://www.northeast.com.cn/kjnews/80200411120251.htm
11． 南极臭氧洞的形成原因。中国教育和科研计算机网. http://www.edu.cn/20030911/3090749.shtml
12． 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
13． 专家告诫：关注“拉马德雷”现象－－资料来源：《中国海洋报》2000-5-12 http://221.239.0.152/hyzh/ernn/ernn32.htm
14． 决定臭氧洞增减的是自然力量而不是人类。前沿网站2004-11-30 http://qy.swjtu.edu.cn/read.asp?sid=7&id=25009
http://guancha.gmw.cn/show.aspx?id=966
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html
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