太空生物學·黃媂
今天我們一起來探索一下
地球生死攸關的大氣平流層，大概距離地面10km-50km的範圍叫做“平流層”，又稱，“平溫層”。它在我們能看到的所有云的上方，也就是那塊藍色的地方，因為這裡沒有太多的上升和下沉的氣流運動，空氣主要以水平流動為主，非常適合飛機飛行，所以把它稱之為“平流層”。
為什麼“平流層”對於我們來說是一種生死攸關的存在呢？
首先，平流層大概有半年的時間是東風環流，另外半年大約是西風環流，平流層的風速非常快，比地球上任何的颱風和颶風的風速都要快，所以在冬季平流層有非常強烈的西風，會把全球最冷的空氣禁錮在北極地區。
冬季時平流層的環流形狀和夏季時的不同，夏季的很規則，而冬季經常會發生一些扭曲和變形，每當發生扭曲變形的時候，就意味著有低層的冷空氣活動，因此，將平流層比喻成“極端冷空氣的製造機”。
下面給大家介紹一些案例：
- 案例一：
2016年的冬天非常寒冷，因此，在網上有很多人把這個冬天稱之為“霸王級寒潮”。
- 案例二：
2019年1月份的北美超級寒冷，感覺一下子就進入了冰河時代。這是因為1月份北極極渦的中心被分裂了，一直偏離到了北美的上空，所以才造成了北美的天氣異常寒冷。
雖然說平流層的環流形狀會發生一些扭曲和變形，造成大寒流。但是平流層還給我們撐起了一把無處不在的“保護傘”，把我們保護了起來
地球上能接受到最多的宇宙輻射就是太陽光，大家都覺得太陽光溫暖、純淨、而又明亮，但實際上太陽光裡包含了很多我們看不見的光線，比如紫外線，紫外線按照波長可以分為三種:
- UVA、
- UVB、
- UVC、
其中“UVC”是最危險的紫線外線。如果長期在“UVC”紫外線的照射下，是沒有任何生命可以存活。
舉例說明：
紫外線消毒類--“黑光燈”、
其實這種燈發出來的光線就是肉眼看不見的“UVC”，它可以用來消毒，殺菌。
圖解：黑光燈
- 而在“UVB”的長期照射下，我們人類很容易中患有皮膚癌和白內障，每年因為皮膚癌而死亡和因白內障失明的人都非常的多。
- 至於“UVA”，在它的照射下，人的皮膚很容易變老、變黑、長皺紋，人類變以老首先就是從皮膚開始的。
幸運的是，我們頭頂的平流層就像一把巨大的太陽傘，它無所不在的，時時刻刻在保護著我們，它就是“臭氧層”。
“臭氧層”
臭氧層位於距離地面20km-30km之間，身處在平流層範圍裡，它可以非常有效地（100%）隔絕最危險的“UVC”紫外線，隔絕90%的“UVB”紫外線，同時還能隔絕50%的“UVA”紫外線，所以能夠到達地球表面的紫外線只是很少的一部分。對於這一部分紫外線，我們一般都可以用防曬產品來對抗它們。
“臭氧層”形成的時間大概只有6億年，相對於地球誕生了46億年來說它的形成時間並不算長，距今6億年前，地球上空形成了一個濃度大概只有現在1/10的臭氧層，有了這個臭氧層之後，地球表面才變得安全起來，在臭氧層形成之前，所有的生命都生活在深海里，因為海洋表面和地球表面太危險了，紫外線毫無遮攔地照射在地球表面，當臭氧層形成之後沒過多久，大概在5.4億年前就發生了著名的“寒武紀生命大爆發”。
地球上突然湧現了各種各樣的生物，因為地球表面變得安全了，所有的生命從深海到淺海，然後從淺海到了陸地，從此地球上的生命種類開始急劇增加，出現了各種各樣的大型動物，比如恐龍。恐龍稱霸地球的時間曾長達1.6億年，正是在陸地變得安全之後，它才有了生命的空間。
人類在1902年發現了平流層，1913年發現了臭氧層，可惜自從發現了平流層和臭氧層，由於發明了各種各樣的化學化合物，並把它們排放、輸送到平流層裡，經過大氣環流後開始破壞臭氧層。
圖解：工業廢氣
這些危害最大的化合物主要是“氟利昂”，這種化學元素就是空調為了製冷，往冰箱和空調里加了“氟”，老式滅火器裡噴出來的那種泡沫、髮膠、這些日常用品中都是含有“氟”元素的。
自從1984年在南極發現了巨大的臭氧洞之後，臭氧洞正在不斷地擴大，在2018年臭氧洞的面積約為2300萬平方千米，而到了2000年的時候臭氧洞的面積擴大到了約為2700萬平方千米，當然這個臭氧洞並不是一個真正的“洞”，只是說它的臭氧密度值比正常的要小的很多。
2019-2020年之間， 研究人員通過高空氣球來測量臭氧的含量，從而發現了臭氧空洞。北極地區出現了史無前例的臭氧層空洞，面積達到了格陵蘭島的三倍。
正常的臭氧密度應該是“300DU”
正常的臭氧密度應該是“300DU”（DU--多布森單位， 為了描述大氣中臭氧的密度，規定千分之一釐米厚度的臭氧層為一個多布森單位。），可是在1994年南極臭氧洞的中心數值，最小隻有92個多布森單位，即使到了2018年，它的數值也只有112個多布森單位，僅相當於正常值的1/3。
《蒙特利爾破壞臭氧層物質管制協定書》是迄今為止最成功的國際協議
20世紀80年代臭氧洞被發現的時候引起了全球性的恐慌，人們深知 臭氧層是全球所有生物生存下去的基礎，所以從那個時候開始所有的科學家和政治家都開始參與討論，所有國家都參與行動，大家簽署了一些公約和議定書，其中最著名的就是1987年，在加拿大東部城市蒙特利爾簽訂的《蒙特利爾破壞臭氧層物質管制協定書》，這個決定書決定，從1989年1月1日，開始停止生產銷售和使用最嚴重的5種“氟利昂物質”和3種“哈龍物質”。
現在的冰箱和空調里加的氟利昂，髮膠，隔熱層裡的泡沫材料等，都已被完全替換成了不會破壞臭氧層的新材料，對於臭氧洞危機，人類體現了空前的團結一致，聯合國下屬的196個會員國和地區全部加入了《蒙特利爾破壞臭氧層物質管制協定書》，並認真執行了議定書的決議，聯合國前秘書長“安南”先生稱，簽訂的《蒙特利爾破壞臭氧層物質管制協定書》是迄今為止最成功的國際協議。
平流層不僅跟臭氧變化有關，而且還會放大各種自然過程的影響
- 影響一：火山爆發
- 大約7.4萬年前，印度尼西亞有一個叫“多巴”的火山，發生了非常強烈的噴發，火山灰被噴射到了平流層，因為平流層裡的大氣是水平運動的，所以火山灰瀰漫到了整個平流層裡，阻擋了太陽的輻射，造成了地球表面的巨幅降溫，很多動植物都在這次災害中滅絕了。
- 1815年，印度尼西亞的“坦博拉”火山發生了7級，火山灰以及各種硫酸鹽被噴射到了平流層，隨著平流層的水平風這些物質瀰漫到了全球，阻擋了太陽的輻射，因為平流層裡有很多小顆粒，它們會散射太陽光，所以很長一段時間天空都是紅色的。
英國風景畫家“Turner”曾畫了兩幅畫，一幅是火山爆發前的景象，一幅是火山爆發後的景象，從畫中能夠鮮明地感受到紅色天空是那麼光彩奪目。
圖解：左為爆發前、右為爆發後、
- 影響二：氣候
1816年全球很多地方都非常冷，根據新聞記載，1816年6月6日的紐約還在下雪，7月賓夕法尼亞的湖裡還有冰塊，夏天還沒來，秋天就來了，那一年整個歐美的糧食都減產了，歐洲大饑荒一共造成了20多萬人的死亡。
平流層的影響可以放大整個氣候的過程，把局部地區的過程變成全球的氣候過程。
全球性核戰爭會能引起“核冬天”
核冬天的意思就是，核武器會讓易燃物燃燒產生的黑炭被噴射到平流層，然後瀰漫到全球，阻擋太陽輻射引起地面降溫，使地表成嚴寒如冬的天氣。
1983年“TTAPS”小組，他們使用了一個地球大氣層的二維簡化模型計算了核冬天效應，結果發現全面核戰爭會導致地球的溫度降至零下，模擬實驗結果如下：
模擬中的核彈頭都很小，100枚核彈頭1.5萬噸的TNT當量（相當於二戰時“小男孩”的當量）的核爆炸會向全球注入約500萬噸黑碳，黑炭進入平流層之後會在半年之內迅速瀰漫整個平流層，從南極到北極阻擋太陽的輻射，因為平流層的大氣以水平運動為主，空氣很穩定，即使10年後大氣層裡還會有100萬噸的黑炭殘留，這些殘留的黑炭會造成全球性的氣候影響。
最主要的體現就是農業，會令農業作物大減產，帶來的是全球糧食危機，物價飛漲。
如果核戰爭規模再大一點，1000枚彈頭將會有5000萬噸的黑炭被噴射到平流層，全球氣溫將降低三攝氏度左右。
如果爆炸的核彈頭數量增加到3000枚，全球氣溫將降低7攝氏度左右。現在全球的平均氣溫是15攝氏度，如果降低7攝氏度，那就直接從15攝氏度的春天降到大概8攝氏度的冬天了，一個真真實實的核冬天就會來臨。
總結·平流層：
- 全球極端冷空氣的發動機。
- 特殊的氣候放大鏡。
- 一把無處不在的遮陽傘。
正是有了它的存在，地球才變得更為宜居。
從1989年到現在在執行了《蒙特利爾破壞臭氧層物質管制協定書》議定書的決議以來，經過這30多年的努力，臭氧洞已經被控制在沒有繼續惡化的程度，現在基本上已經進入到了觸底反彈的階段了，正在慢慢的恢復。據估算臭氧洞大概要到2060年才能恢復到20世紀80年代的水平，到2100年才能恢復到20世紀60年代的水平。
（完）
作者：黃媂·95後女·喜歡創作生物、化學、物理、地質和天文科學文章，歡迎關注互相學習。
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