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地球的未來:可怕的臭氧情景受阻

  • 2009-03-20
  • Armanda
全球臭氧濃度模擬顯示了現實世界的臭氧層(左)與“避免的世界”,其中氟氯化碳從未被禁止。紅色代表高度集中;深藍色顯示低濃度。請注意兩極臭氧的季節性脈衝,以及它如何減少為空洞(藍色),然後到 2050 年代變成全球消耗。此處顯示的是 2009 年。 (圖片來源:NASA 戈達德科學可視化工作室)

一項新的模擬顯示,如果 193 個國家沒有在 1989 年同意禁止使用消耗地球保護臭氧層的化學物質,那麼本世紀後期的世界將會發生很大的變化,近三分之二的臭氧層消失,臭氧空洞將永久存在於南極洲上空。

曬傷會在幾分鐘內發生,導致皮膚癌的輻射也會激增。

臭氧是地球上的天然防曬霜,可吸收和阻擋大部分來自太陽的紫外線 (UV) 輻射,並保護生命免受 DNA 損傷射線的侵害。

這種氣體是通過高層大氣中的光化學反應自然產生和補充的,其中紫外線將氧分子 (O2) 分解成單個原子,然後重新組合成三部分臭氧 (O3) 分子。

當臭氧被高層風在全球範圍內移動時,臭氧會被自然產生的大氣氣體慢慢耗盡。這是一個自然平衡的系統。

但氯氟烴 (CFC) 於 1928 年作為製冷劑和化學噴霧的惰性或非反應性載體發明,打破了這種平衡。

研究人員在 20 世紀 70 年代和 80 年代發現,雖然 CFC 在地球表面呈惰性,但它們在平流層(海拔 6 至 31 英里,或 10 至 50 公里)卻非常活躍,地球上大約 90% 的臭氧都聚集在平流層中。

紫外線輻射導致平流層中的氟氯化碳和類似的溴化合物分解成元素氯和溴,很容易破壞臭氧分子。最糟糕的是,此類消耗臭氧層物質在分解之前可以在平流層中停留數十年。

20世紀80年代,消耗臭氧層物質開啟了冬季,這推動了 1989 年《蒙特利爾議定書》的頒布,該議定書禁止使用 CFC。

美國簽署了最初的《蒙特利爾議定書》協議,許多其他國家也簽署了協議,其中包括、印度、伊朗和巴西。

“該規定的前提是,如果不採取行動,就會導致嚴重的臭氧消耗,從而導致地球表面太陽紫外線輻射水平嚴重增加,”位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心

戈達德和他的同事使用計算機模擬來展示如果《蒙特利爾議定書》從未實施的話“可能會發生什麼”。

該團隊使用了一個計算機模型來模擬地球大氣層的循環,並考慮了臭氧水平的變化如何影響該循環。他們將 CFC 和類似化合物的排放量每年增加 3%,這一速度約為 20 世紀 70 年代初增長率的一半。然後他們讓模擬世界從 1975 年發展到 2065 年。

到 2020 年,根據多布森單位 (DU)(用於量化給定臭氧濃度的測量單位)的下降來評估,到 2020 年,全球 17% 的臭氧將被消耗。北極上空每年都會開始形成臭氧空洞,而北極曾經是臭氧水平極高的地方。

到 2040 年,在實際情況並未發生的情況下,全球臭氧濃度將降至 220 DU 以下,與目前南極洲上空“空洞”的水平相同。 (1974 年,全球平均臭氧濃度為 315 DU。)在晴朗的夏日中午左右,中緯度城市的紫外線指數達到 15(今天,紫外線指數為 10 就被認為是極端的),大約10分鐘後。在南極洲上空,臭氧空洞成為全年的固定現象。

2050年代,熱帶地區平流層的臭氧水平急劇下降至接近於零,這一過程類似於造成南極臭氧空洞的過程。

到 2065 年模型運行結束時,全球臭氧濃度降至 110 DU,比 1970 年代下降了 67%。全年極值徘徊在 50 至 100 DU 之間(從 1960 年的 300 降至 500)。地球表面的紫外線輻射強度加倍;在某些較短的波長下,強度會增加多達 10,000 倍。導致皮膚癌的輻射猛增。

“我們模擬了一個被迴避的世界,”紐曼說,“我們應該慶幸我們迴避了這個世界。”

一些模擬結果,在期刊上在線詳細介紹大氣化學與物理,甚至對於團隊中的科學家來說也是出乎意料的。

戈達德科學家兼研究小組成員理查德·斯托拉斯基說:“我們的‘避免世界’計算有點超出了我的想像。” “這些數量可能並不絕對正確,但基本結果清楚地表明了大氣可能發生的情況。模型有時會向你展示一些你沒有預料到的東西,比如熱帶地區的急劇下降。”

現實世界中受控外國公司的監管要溫和一些。大約 15 年前,臭氧消耗物質的生產大部分已停止,但由於這些化學物質可在大氣中存留 50 至 100 年,因此其豐度才剛剛開始下降。大氣中 CFC 的豐度峰值出現在 2000 年左右,迄今為止已減少了約 4%。

中緯度地區平流層臭氧已消耗 5% 至 6%,但最近幾年。最大的南極臭氧空洞發生在2006年。

  • 毀滅地球的十大方法
  • 臭氧是好是壞?

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