科學如何拯救臭氧層 _科學

確定中國地方站測量的CFC-11排放源的反向軌跡。學分:布里斯托爾大學
據對話（凱西·克萊伯）：2023年1月9日，聯合國發布了關于臭氧層狀況的最新報告。它強調指出，這一保護屏障正在恢復，并應在21世紀下半葉完全恢復。
迫切需要有助于限制氣候變化的解決方案，但有效的決策仍然具有挑戰性。鑒于這種情況，值得回顧導致簽署1987年《蒙特利爾議定書》的科學傳奇。
該案文是科學家、實業家和決策者杰出協調努力的結果，是第一個獲得一致批準的環境協定。今天，該條約及其隨后的修正案為徹底消除破壞臭氧層的物質鋪平了道路。
不可或缺的臭氧
正如2023年年度報告所指出的，南極洲上空的臭氧洞每年9月至11月都會重現。在這三個月期間，臭氧濃度下降到220多布森單位以下。
臭氧通過將最強的紫外線吸收到大氣的上游(地球表面以上10到50公里)來保護我們免受太陽輻射。因此，沒有臭氧就意味著地球上沒有生命。
我們早就知道哪種化學過程會產生和破壞這種充滿平流層的大氣化合物。事實上，自從兩次世界大戰之間的時期(1919-1939)以來，臭氧測量就已經開始了。但從20世紀80年代開始，越來越多的臭氧監測設備被開發出來，從地面儀器到氣象研究所定期釋放的氣象氣球，以及監測全球臭氧分布的衛星。
早在20世紀80年代，科學家們就擔心超音速飛行和其他潛在擾動對這一穩定的大氣層的影響，與靠近地球的大氣層相比，這一穩定的大氣層受氣團的影響較小。
南極洲上空的問號
1984年，一項發現促使科學界優先考慮的事情發生了根本性的轉變。兩個獨立的小組——一個來自日本，另一個來自美國——報告說每年10月在南極洲上空觀察到臭氧的損耗，而且這種損耗一年比一年嚴重。他們發現的第一個困惑是，在地球上一個本應不受人類排放影響的地區觀察到了濃度的降低。
人們很快就開始懷疑氯代化合物，主要目標是含氯氟烴和哈龍。20世紀60年代，這些“神奇”的工業化合物變得隨處可見。從那時起，它們被用于從推進劑到制冷和空調、泡沫制造、滅火器等等的方方面面。
這些化學物質的優點是非常穩定(在大氣中存留50至100年)，對健康無害。然而，與人類活動產生的大多數污染物不同，它們不會在對流層中被破壞，因此可以到達平流層。
化學家進行了實驗室實驗，證明氯和溴原子能夠與臭氧分子混合，從而破壞它們。(他們因這一發現獲得了諾貝爾獎。)
但是科學家們仍然有其他難題需要解決。為什么這種大范圍的破壞只發生在南極？為什么衛星沒有發出任何警告？
在后一種情況下，發現處理觀測數據和丟棄異常數據的計算機代碼一直在系統地拒絕測量值，因為與通常在地球兩極測量的預期濃度相比，這些值太低了。
為了闡明這一現象，觀測活動導致了氣象氣球和飛機的發展，用于測量不同高度的臭氧。
他們的觀察表明，在15到20平方公里的范圍內，臭氧已經被完全破壞了(被稱為“臭氧洞”) 。但是為什么這種損耗在大氣中臭氧最多的較高區域，特別是在我們頭頂上方25公里處不那么明顯呢？
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1985年:覺醒
當這個謎題在1985年被解開時，三個“成分”被揭示出在起作用:平流層的動力學在冬天以漩渦的形式捕獲了非常冷的氣團；當這些渦流內部的溫度下降到大約-80攝氏度時，會產生特定的云類型(即極地平流層云)；春天陽光更強，這將在這些云的表面引發一系列催化反應，包括前幾周積累的穩定的氯化和溴化化合物。
這些發現引起了多米諾骨牌效應，最終導致聯合國在同年簽署了《保護臭氧層維也納公約》。該案文承認需要加強國際合作，以限制人為對這一層的破壞。基于這一共識，兩年后《蒙特利爾議定書》誕生了。
雖然當時的工業家提議使用更具反應性的替代品，這些替代品在到達平流層之前就會分解，但科學界承諾每四年發表一次科學報告。這些權威報告將整理所有關于臭氧及其演變的可用信息。
就目前情況來看，臭氧空洞還沒有消失，因為相當數量的氯氟烴和哈龍仍然留在平流層。然而，這些物質的濃度正在迅速下降，科學家們今天認為臭氧層正在“緩解” 。事實上，幾年來的測量顯示，臭氧洞不再擴大，而是逐漸縮小。
目前的知識預測，一旦所有有害物質從平流層中消失，它將在2060年至2070年之間的某個時候恢復平衡。
潛在延誤
然而，有幾個原因導致這種再平衡的生效日期比目前預測的要晚。首先，所有國家都必須信守承諾。2018年，根據遍布全球的監測站的數據，研究人員檢測到CFC-11的濃度沒有以應有的速度下降。通過回溯分析，他們確定相關排放來自中國東部省份。
另一個原因，部分解釋了為什么這個過程已經稍微落后于最初的估計，與大氣低層的變暖有關。本質上，當大氣層底部吸收更多能量時，平流層由于補償效應而降溫。天氣變得越冷，極地平流層云形成得越快，這反過來破壞了更多的臭氧。
第三個潛在原因與氣候工程有關，特別是故意將懸浮粒子送入平流層以模擬火山爆發并偏轉部分太陽光線的技術。進行了一項模擬南極洲上空粒子注入的實驗。其結果發現，盡管全球氣溫將下降0.5攝氏度，但臭氧空洞將恢復到類似于20世紀90年代觀察到的高水平破壞。
前進的道路？
臭氧層恢復可以作為減緩氣候變化的模板。眾所周知，人類引起的溫室氣體排放阻擋了紅外輻射，并已經導致氣溫上升。
政府間氣候變化專門委員會的報告每五至六年為決策者匯編一次最新的科學知識。2015年巴黎協議等雄心勃勃的國際協議已經到位，以將全球氣溫上升保持在“遠低于2攝氏度” 。
但這里最大的不同是規模。僅僅說服少數工業家找到合適的化學替代品是不夠的；我們需要的是徹底改變我們依賴化石燃料的社會的運作方式。