在南極洲上空臭氧層是空的（臭氧消耗）在社會層面引起了廣泛關注。 然而，近年來，關於臭氧層空洞的說法很少。 是因為人類在災難面前變得麻木了嗎？當然不是，今年1月9日，世界氣象組織（WMO）和聯合國環境規劃署（UNEP）生動地向我們解釋了“默默發財”的意義，他們發布了乙個振奮人心的好訊息：
預計南極的TCO（總臭氧柱）將在2024年左右恢復到2024年的水平，北極的TCO（總臭氧柱）將在2024年左右恢復到2024年的水平，在2024年左右將接近全球平均水平（60°N 60°S）恢復到2024年的水平。
這就像臭氧洞在說，“我要悄悄地縮小，給大家乙個驚喜。 ”
2024年至2024年最大臭氧空洞範圍的變化）。
這是人類首次通過全球努力解決這一重大氣候危機，為人類文明的生存而奮鬥的歷史性時刻。
什麼是臭氧層？為什麼臭氧空洞如此重要？人類是如何修復臭氧層的空洞的？這樣一來，我們過去只知道卻不了解的問題，今天一下子就交代清楚了。
2024年至2024年臭氧空洞的變化）。
什麼是臭氧層？
地球大氣層極其厚，總計幾千公里，從下到上可以很容易地分為對流層（0 10 20 km）、平流層（10 20 50 km）、中間層（50 85 km）、熱層（85 800 km）和逃逸層（800 3000 km）。
對流層是大氣層中最靠近地球表面的部分，幾乎包含了整個生物圈，是我們人類和其他生物生活的環境同時，它也是密度最高的大氣層，總質量約為大氣總質量的75%。 對流層的溫度主要來自地表，呈現出底部熱、頂部冷的情況，上下對流運動非常活躍，因此得名對流層。
平流層從地球表面以上約 10-15 公里的高度開始，延伸到約 50 公里的高度。 與對流層不同，平流層是冷熱的，因此該層的氣流非常穩定。 平流層的平流特性使其非常適合飛機執行，因此大多數民用飛機在平流層底部都有水平飛行階段。
平流層性質的原因與臭氧層有關，臭氧層是我們文章的主角。 大多數臭氧（約90%）存在於平流層，臭氧濃度最高的是海拔約15至35公里的高度，通常被稱為“臭氧層”。 臭氧層能夠吸收紫外線的大部分熱量，加熱平流層上層，從而形成平流層。
至於中間層、熱層和逸散層，它們離我們人類太遠了，在科學研究中成為空間科學的研究範疇。
臭氧層是指平流層中臭氧濃度高的層，其峰值出現在海拔約20 25 km處。 臭氧層雖然被稱為一層，但其豐度仍然相對較低，即使在臭氧層濃度最高的地區，每十億個空氣分子也只有幾千個臭氧分子。 如果我們把大氣中的所有臭氧分子帶到地球表面，形成乙個覆蓋整個地球的純臭氧層，那麼所得層的平均厚度約為3公釐。
但即使是這薄薄的 3 公釐，在保護地球上的生命方面也起著至關重要的作用。
大氣中的臭氧）。
臭氧層的作用。
臭氧分子的結構使其對紫外線具有極強的吸收性，可以將大多數紫外線光子的能量轉化為熱量並消散
這一特性使得大部分紫外線對被臭氧層阻擋的生物體有害，巨大的能量轉化為平流層以上加熱的基本熱能，使平流層能夠穩定地承載飛機飛行，為地表生物和氣象系統的正常執行奠定了基礎。
同時，紫外線也是造成臭氧層的主要原因;平流層頂部的氧氣在短波紫外線（UVC）的作用下形成臭氧
平流層臭氧產生過程）。
此外，某些自然活動會消耗臭氧;如火山活動等。 2022 年 1 月湯加火山噴發導致西南太平洋和印度洋的平流層臭氧總量在短短一周內減少了 5%今年9月16日，歐洲航天局監測資料顯示，南極臭氧空洞面積達到2600萬平方公里，接近歷史最大。
隨著時間的流逝，不同的自然活動和大氣化學使大氣中的臭氧濃度保持在相對穩定的範圍內但近幾十年來，情況似乎發生了變化。
臭氧層的危機。
20世紀初，借助卡諾迴圈原理，發現了一種有效的製冷方法，即通過壓縮液化氣體，然後依靠氣體的蒸發來吸收熱量。
然而，在早期的製冷廠中，他們中的大多數使用廉價且易於液化的氣體，例如二氧化硫 （SO2） 或氨 （NH3）。 例如，SO2 可以是 -10 或 2在 5 個大氣壓下液化，而 NH3 在 -33 或 9 個大氣壓下液化。
製冷裝置給人們的生活帶來了舒適和便利，但也播下了災難的種子。
SO2 和 NH3 都是極具刺激性和毒性的氣體。 2024年，美國俄亥俄州一家醫院使用的一台大型冰箱發生嚴重氨洩漏事故，造成100多人死亡。
慘痛的教訓迫使人們積極尋找這些有毒氣體的替代品，很快，一種非常“優秀”的替代品被發現。
美國發明家托馬斯·公尺利奇在研究了這些元素後，發現了一種物質：二氟二氯甲烷（CF2Cl2），沸點為-298是一種無色、無毒、無腐蝕性、無刺激性的惡臭氣體，氣體中不含H元素，不能燃燒，被認為是一種近乎“完美”的製冷劑。 2024年，美國杜邦公司開始大規模工業化生產這種化合物，商品名“氟利昂”。（在今天的編號系統中，化合物是R12）氟利昂在問世後的短短十多年時間裡，由於其穩定、安全、高效的優勢，幾乎取代了以往所有的製冷劑，並在千家萬戶中流行起來。 然而，正是這種近乎“完美”的感知，在地球上造成了巨大的傷痕。
2024年，臭氧光譜儀問世，人類開始定期觀測大氣中的臭氧含量，在此期間，在英國氣象學家戈登·多布森的領導下，美國、埃及、印度、蘇聯、紐西蘭、斯匹次卑爾根群島（北極）相繼建立了臭氧濃度觀測點，拉開了人類研究臭氧層的序幕。
2024年，二戰結束後不久，英國皇家學會的探險隊在南極洲的布倫特冰架上建立了哈雷研究站，對南極洲的大氣進行長期觀測。
2024年，美國科學家馬里奧·莫利納（Mario Molina）和舍伍德·羅蘭（Sherwood Rowland）提出：環境中氯氟烴（CFCs）的含量正在穩步上公升，平流層光解產生的大量氯原子會破壞大氣中的臭氧層；此過程的工作原理如下：
顯然，該反應過程中的氯自由基是可以極高效地破壞大氣臭氧層並在大氣中持續作用數十年的催化劑，總反應大致如下：
（注：溴化烴有類似的反應，大致如下：.）
雖然看起來與氯催化過程基本相同，但總反應為：
可以看出，溴和氯雖然看起來差不多，但還是有一定的區別的，兩者的催化反應有本質的區別）。
臭氧破壞週期1）。
他們提到，如果氟氯烴的生產繼續以目前每年10%的速度生產，大氣中的臭氧含量將在20年內減少5.7%，在75年內減少30.50%。
上面提到的“二氟二氯甲烷”是HCFC的一種;需要注意的是，消耗臭氧層的物質不僅是氟氯烴，還有二氟二氯溴甲烷、三氟溴甲烷等哈龍等物質。
上世紀70年代，美國的氯氟烴產業價值超過80億美元，直接或間接地提供了140萬個工作崗位，因此化工巨頭們並不關心這一研究成果。 減少或禁止氟氯烴的計畫受到嚴重阻礙，無法實施。
十年後的2024年，英國南極調查局的科學家有了乙個驚人的發現。
他們分析了自2024年以來哈雷研究站的大量臭氧觀測結果，發現在2024年至2024年間，南極洲哈雷灣大氣中的臭氧量在春季（9月至11月）減少了40%以上。 這項研究很快得到了科學界的證實，研究結束後發現：高層大氣中的臭氧消耗更是可怕，南極大陸上空有乙個巨大的“臭氧洞”......
十多年前的測量資料震驚了世界，證實了氯氟烴（CFCs）對臭氧層具有巨大的致命作用;一時間，大氣物組學和動力學成為研究熱潮，無數的理論和觀察證明了這種可怕的局面，社會對氯氟烴等物質的態度突然發生了變化。
救贖 - “女媧修補天空”行動。
隨著國際社會認識到臭氧層危機迫在眉睫，這場災難終於變得更糟了。 2024年3月22日，國際社會簽署了《保護臭氧層維也納公約》，宣布了拯救地球的巨集偉計畫。 兩年後，即2024年9月16日，在蒙特婁會議上，《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》正式啟動修補天堂行動”。
這兩份歷史性檔案誓言要加強對消耗臭氧層物質（ODS）的控制。 締約國名單匯集了世界主要工業國家，如美國、蘇聯、德國等。 中國還分別於2024年和2024年加入了這兩個公約，並站在了這場戰爭的最前線。
這些協議不僅促使工業化國家改革其製冷系統，而且促使發展中國家採用更環保的技術。 曾經廣泛應用於製冷、滅火和清潔領域的有害物質正逐漸退出市場。
現在，我們可以放心地說，過去曾經危害臭氧層的物質，比如R12等製冷劑等滅火劑，甚至高中時熟悉的四氯化碳（CCL4），都不再製造和使用，取而代之的是更環保的製冷劑和滅火劑， 如R134A（CH2FCF3）、R32（CH2F2）、HFC-227EA（C3F7H）和Novec 1230（C6F12O）。這些新材料對臭氧層幾乎沒有損害。
這段歷史告訴我們，當人們齊心協力朝著共同目標努力時，我們就有能力克服環境挑戰，保護我們的星球，創造乙個更可持續的未來。 它還提醒我們，我們每個人都有責任繼續致力於保護我們的環境，以確保我們星球的可持續性。
臭氧空洞對地層的氣候影響。
眾所周知，臭氧層的作用主要是阻擋來自太陽和宇宙的高能紫外線輻射，為地球上的生命提供良好的低紫外線輻射環境。 臭氧層就是這樣嗎？
隨著大氣科學的逐步發展，人類逐漸認識到臭氧層的更深層次影響，更精確它是平流層化學成分對氣候的影響
儘管全球變暖加劇，但地球上並非所有地方都在公升溫。 如前所述，臭氧層主要存在於海拔20至50公里的平流層中。 然而，值得注意的是;從2024年到2024年，這裡的溫度約為06的速度正在慢慢下降。
臭氧在大氣中的作用是幫助維持大氣的溫度平衡，但如果臭氧減少，它會影響大氣的運動方式，特別是在南極地區，並可能對地球的氣候和氣候模式產生重要影響。
當太陽發出的紫外線輻射進入大氣層時，臭氧將這種高能輻射轉化為熱量。 這有助於保護大氣免受可能對生物體和環境有害的過多紫外線的傷害。 因此，如果臭氧減少，大氣中的平流層（大氣的一部分）無法吸收足夠的熱量，導致大氣溫度下降。 在地球的南極地區南極洲尤其如此。
同時，地球南極和赤道地區之間存在顯著的溫差。 赤道地區通常較熱，而南極較冷。 這導致空氣從上方流向南極地區，由於地球自轉和科里奧利力，南極地區在地球周圍形成西風帶，這是高空氣流從西向東流動的區域。
西風帶不僅存在於對流層，還存在於平流層。 它的存在大大削弱了平流層與南極洲其他地區之間的空氣流動隨著消耗臭氧層物質繼續通過各種途徑進入南極，臭氧消耗得不到補充，在南極上空形成了乙個“臭氧空洞”。
隨著臭氧空洞在南極洲上空的不斷擴大，該區域平流層溫度逐漸降低，使南極上部與赤道上空的溫差增大，環南極西風帶和極地渦旋將得到加強那麼這有什麼含義呢？
風的能量會影響海水的流動。 一條強大的西風帶將加速南極洋流繞極點的流速，同時，通過更強的埃克曼輸送，大量的極地表層海水將向北輸送，導致極地底部溫暖的海水向上移動，使南極洋表面變暖，南極海冰減少。
同時，我們需要知道，平流層無法阻擋的紫外線輻射能量不會在真空中消失，而是衝向地表，加熱對流層，進一步影響我們的天氣系統和大氣流動。
然而，臭氧空洞的影響只是影響大氣和海洋系統的眾多因素之一，而且理論上太過分，無法證明。 例如，2024年至2024年間，南極洲的海冰面積從約250萬平方公里增加到約360萬平方公里，去年達到192萬平方公里。
目前，我們無法對天氣系統進行準確的建模，因此我們無法確認臭氧空洞的影響，但我們終於看到了這場戰爭勝利的曙光。
根據美國氣象學家安塔拉·班納吉等人的研究，可以證實，上述兩項公約的有效實施，基本阻止了南極臭氧空洞引起的大氣環流變化，臭氧層消耗引起的大氣變化將逐步恢復。
可以這麼說，團結，延續文明的火焰解決臭氧層問題不是神靈和救世主的工作，而是我們每個人都成為“女媧”，修補天際，彌補以前的錯誤，為了與自然和諧相處而改變。希望在遙遠的未來，人類能夠克服危險，與自然友好相處，團結一致，保持文明。
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它不代表中國科學院地質與地球科學研究所的立場。
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