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超级火山爆发后对臭氧有何影响?

强火山爆发以后,除了大量的岩浆、火山灰会给当地造成灾难性的破坏外,大量的硫化物气体进入平流层并转化为硫化物气溶胶,还会造成全球性的气候变化和臭氧损耗。1985年臭氧空洞的发现让全世界都开始担忧,保护地球一切生命体的“大伞”——臭氧层的破坏成为当时最大的环境问题。幸运的是,随着1987年《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》(简称:蒙特利尔议定书)的签订,损耗臭氧的“头号元凶”氟利昂被严令禁止生产与使用,平流层中的臭氧损耗物质也正在逐渐清除,全球避免了最严重的臭氧层破坏,臭氧层经历“触底反弹”正在逐渐恢复,预计到本世纪中叶能基本恢复到上世纪80年代初水平。然而,由于强火山爆发的潜在威胁,在臭氧逐渐恢复的将来,如果一次超级火山爆发,也有可能对臭氧层的造成严重影响,从而中断然臭氧层的恢复过程。

围绕上述问题,中国科学院大气物理研究所博士研究生徐路扬、魏科副研究员及其合作者,利用大气输送模式和化学气候模式,模拟了在未来臭氧恢复的不同阶段,一次超级火山爆发后对平流层臭氧的影响。研究表明,在臭氧损耗物质只有20世纪90年代一半的背景下,一次超级火山爆发会造成全球平均臭氧含量6%的损耗,赤道地区损耗为6.4%。而当人造的臭氧损耗物质全部清除,只剩下自然排放源(主要为CH3Cl和CH3Br)时,全球平均臭氧损耗为2.5%,赤道地区为4.4%。不要小看这百分之几的损耗,世界气象组织在2014年的臭氧评估报告中指出,20世纪90年代臭氧损耗最严重的时期,赤道外地区的臭氧损耗值也为2.5%。

文章的通讯作者魏科副研究员还指出,由于超级火山爆发同样可能将大量的卤素注入平流层,而这些卤素同样会直接损耗臭氧,因此,超级火山爆发造成的臭氧损耗很可能会比我们所估计的还要严重。但是,目前对于一次火山爆发到底有多少卤素进入平流层仍然不清楚,值得进一步深入研究。同时,由于地球上活跃的板块运动,地震和火山等地质过程频繁,在臭氧层比较稀薄的地质期,超强火山活动造成的对臭氧层的破坏作用是否会影响地球生命演化和气候过程,还需要进一步深入研究。

以上研究已被《Advances in Atmospheric Sciences》接收并预出版,得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的共同资助,徐路扬为第一作者,魏科副研究员为通讯作者。

 

 

图1 1991年6月皮纳图博火山爆发实景图(供图:徐路扬,素材取自Global Volcanism Program: https://volcano.si.edu/)

论文信息:

Xu, L. Y., K. Wei, X. Wu, S. P. Smishlyaev, W. Chen, V. Y. Galin, 2019: The effect of super volcanic eruptions on ozone depletion in a chemistry--climate model. Adv. Atmos. Sci., 36(8), 000--000, https://doi.org/10.1007/s00376-019-8241-8.