天然防晒圈——臭氧层
大气层对于星球生命来说是非常重要的，我们的地球也拥有大气层，但是地球的大气层和其他星球的大气层很不一样，主要原因之一是因为地球的大气层中有一个结构叫做臭氧层，大气层中的臭氧大多都在平流层之中。从地面一直延伸到大约10公里的高度都是平流层大气，这个高度会随纬度而变化。
而臭氧其实是一种含有三个氧原子的分子，它们都集中在平流层，离地球表面大约有15到30公里。一般情况下，臭氧分子会不断地形成然后消失，这是一种依然修复的过程。平流层中的臭氧对我们来说非常重要，因为臭氧可以吸收太阳的有害光线辐射，阻止它到达地球表面，说到这里，臭氧最重要的就是它吸收了很大一部分紫外线辐射。
紫外线辐射对人体是有害的，紫外线辐射可以很大程度的破坏人体DNA，它是黑素瘤和其他类型皮肤癌的起因，臭氧层可以保护地球免受来自太阳的紫外线辐射的侵害。太阳的能量非常强大，平时即使在没有臭氧损耗的情况下，也要戴上帽子、太阳镜或者涂抹防晒霜来保护自己免受紫外线辐射的侵害。然而，随着臭氧损耗的加剧，这些预防措施将变得更加重要。
臭氧层对人类的重要性
在1979年以前，科学家们没有观测到大气臭氧浓度低于220个多布森单位。但是在20世纪80年代早期，通过地面和卫星的测量，科学家们开始意识到在每年春天，地球的“天然防晒层”正在变薄，这一情况引起了科学家们的注意，之后科学家还发现了南极洲平流层的臭氧含量远远低于全球平均数据，那么这是怎么回事呢？
地球大气层组成
当氯和溴原子与对流层中的臭氧接触时，它们会破坏臭氧分子。一个氯原子可以破坏超过10万个臭氧分子，人类的一些活动导致臭氧被破坏的速度比它自然形成的速度还要快。一些化合物暴露在强烈的紫外线下也会释放氯或溴，这些化合物会导致臭氧大量损耗，而让臭氧损耗的物质总称是臭氧损耗物质ODS。ODS包括氯氟碳化合物CFCs、氢氯氟碳化合物HCFCs、甲基溴、四氯化碳、氢溴氟碳化合物、氯溴甲烷和甲基氯仿等。
气态的氯氟烃在缓慢上升到平流层时，也会破坏臭氧层，因为氯氟烃会被强烈的紫外线辐射分解，释放氯原子，然后这些氯原子会与臭氧分子发生反应。当时，这些化学品在制冷、灭火、泡沫绝缘等领域有很大用处，是当红产品，在一段时间内，全球氯氟烃和其他ODS物品的产量还经历了快速增长。
在国际协议限制氯氟烃的使用之前，许多气溶胶推进剂都含有氯氟烃
之后科学家们建立了臭氧层损耗记录数据，距今已经有几十年了，这些数据详细记录了自然循环期间的正常臭氧水平。大气中的臭氧浓度随着太阳黑子、季节和纬度的自然变化而变化，这些过程是很容易预测的，每一次臭氧水平的自然降低都伴随着一次恢复。
但是从20世纪70年代开始，数据表明臭氧层的破坏远远超出了自然的修复过程，这一切都与人类的活动有关。20世纪70年代后期，人们开始关注ODS的影响，为了减缓臭氧损耗速度，保护臭氧层，世界各国最终在1987年签订了《蒙特利尔议定书》，这项协议包含了所有ODS物质，包括用于制冷、空调、包装、绝缘、溶剂或气溶胶推进剂领域的所有ODS。随着科学技术的发展，这些气体正被其他化合物所取代。
《蒙特利尔议定书》的第31次缔约方会议合照
臭氧层空洞——地球两极
臭氧极度损耗的一个例子来自20世纪80年代早期，在当时南极的上空出现了臭氧层空洞现象。空洞的意思不是说南极上空完全没有臭氧，科学家们用空洞这个词来比喻臭氧浓度低于220个多布森单位的历史阈值区域。用这个比喻，他们可以描述空洞区域大小和深度，这些数据结合起来就可以为我们展示臭氧空洞的状态了。
臭氧损耗并不局限于南极上空，之后的全球研究数据表明，臭氧损耗发生在包括北美、欧洲、亚洲、非洲的大部分地区、澳大利亚和南美洲在内的纬度地区，臭氧层空洞现象第一次让全世界看到了人类活动对大气的全球影响。
上面的图片显示了1979、1987、2006和2011年9月16日（国际臭氧层保护日）的南极臭氧洞。前两张地图基于Nimbus-7卫星臭氧图谱仪TOM数据，后面两张地图是使用Aura卫星上的臭氧监测仪的数据绘制的
模型显示，直到21世纪中期，平流层中氯和其他消耗臭氧物质的浓度才会恢复到1980年以前的水平。不过《蒙特利尔协定书》签署之后，各国一起努力，科学家们已经看到了臭氧恢复的第一个数据，他们观察到从2005年到2016年冬季臭氧损耗减少了20%。2019年，南极洲上层大气的异常天气模式极大地限制了臭氧损耗，所以2019年的臭氧层空洞是自1982年以来最小的。模型预测，到2040年，南极臭氧层将基本恢复。
那现在呢，现在两极的臭氧层空洞情况怎么样呢？刚才我们说到南极臭氧层空洞正在逐渐恢复，但是最近，在北极上空出现了一个巨大的臭氧层空洞，就在一个月前。这可能是北极地区有史以来最大的臭氧层空洞，北极的臭氧层空洞的规模甚至可以与每年在南极形成的臭氧层空洞相比较。
今年北极经历了一场不寻常的寒潮，当含氯氟烃被席卷到北方时，臭氧层空洞（以深蓝色斑点为代表）开始出现，这是自1979年以来北极臭氧层的最低含量
臭氧层空洞目前已经到北极中部的大部分地区，覆盖面积约为格陵兰岛面积的三倍。目前来说这些空洞不会威胁到人们的健康，但是对于科学家来说这是一种非凡的大气现象，需要记录并且详细分析。
南极臭氧空洞每年都会形成，因为在冬季该地区的温度通常会骤降，从而形成高空云层。科学家估计，今年在南极洲上空的平流层中，大约80%的氯和溴来自人类，而非自然。今年强劲的西风环绕北极，将冷空气困在极地区域中。也就是说今年北极上空的冷空气要比1979年以来任何一个冬天都要多。在极低的气温中，高空云层形成，臭氧层破坏的的就会更严重了。
科学家们绘制了两张北极臭氧层数据图，分别用去年3月和今年3月的臭氧层含量做了对比，空洞现象明显
《蒙特利尔协定书》象征着人类在环境问题面前的空前合作
北极在1997年和2011年经历过臭氧损耗情况，但今年的损耗看来会更多，不过我们不需要担心。如果各国没有在1987年共同通过《蒙特利尔议定书》，今年的情况会更糟。南极臭氧空洞现在正在恢复，去年的空洞是有记录以来最小的，但是化学物质要完全从大气中消失还需要几十年的时间。
毫无疑问，是《蒙特利尔协定书》拯救了我们，是197个国家对气候问题的空前致拯救了我们。不过有趣的是有科学家模拟了没有《蒙特利尔协定书》，也就是持续高ODS排放水平下的地球。到模拟的2020年，也就是今年，全球17％的臭氧将永远消失，北极和南极的空洞也会大的多，而且会无法愈合。到2040年，全球臭氧浓度都将低于220布森单位，这也就意味着不只是两极，臭氧会成为全球性问题。
全球ODS排放量
换句话说，在一个晴朗的夏日，中纬度城市的紫外线指数将达到极端水平。到2065年模型运行结束时，全球臭氧浓度下降到低于110布森单位，比上世纪70年代下降了67%。全年布森单位将徘徊在50到100之间（1960年为500布森单位）。地球表面的紫外线强度增加了一倍，某些较短的波长会增加10000倍，皮肤癌发病率将会飙升，全球每年会有超过2亿人患皮肤癌去世……
这是2020年4月4日，从早上9点36分至下午16点21分的地球实时图像
面对气候问题，我们需要科学数据，科学分析以及科学的应对，《蒙特利尔协定书》是全球国家与科学家应对气候问题的第一次胜利，虽然现在地球两极还有臭氧空洞，但是他们都在可控范围内，也在自然可修复范围之内。臭氧空洞只是人类面对的气候问题之一，在未来，希望人类面对气候问题时能多次统一，更要防患于未然，因为这不仅关系人类种族的存亡，更关系着人类的千秋万代和未实现的梦想与远方。
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