【影评】从《极地寒流》看大气温差与臭氧层及其空洞

科幻电影的呈现让我们对环境有哪些值得思考的点?


极地寒流

《极地寒流》海报

《极地寒流》是2010年加拿大与澳大利亚合拍的科幻灾难片,它的题材与2004年美国灾难片《后天》类似,都是描写极度寒冷的天气对人类生活造成的影响。影片主打视觉效果,其设定是,一次奇怪的日食让太平洋上空的臭氧层产生了一个大洞,臭氧层上方的冷空气因为比重较大的缘故便源源不断地下沉到海面并四处扩散,巨型寒潮给船舶以及沿海城市带来了几乎是毁灭性的打击。包括主人公在内的人类科学家绞尽脑汁用各种方法对付冷空气均无效果,后来突发奇想用一发导弹击中臭氧层空洞,诱发大量闪电产生臭氧填补空洞,切断了冷空气的供应。这釜底抽薪的一招奏效了,失去后勤补给的寒潮逐渐消失,人类在和大自然的斗争中又一次获得了胜利。

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《极地寒流》海报

大气温差分布

常识里,海拔高度越高,气温的确越低,高山山顶比平原上冷,登山者需要携带足够的装备才能有效御寒。不过这个规律只适用于对流层。对流层是大气层里离地面最近的、高度约10到16千米的区域,这片区域里大气对流激烈,复杂的气流运动产生多变的气象,因此也叫气象层。气象层里的热量来源主要是来自地面的散热型的长波辐射,因此越高越冷,高度平均每上升100米气温降低0.6摄氏度,在顶部10千米高度附近能降低到零下五六十度,但它温度总体呈较为均匀的梯度分布,从热到冷逐步下降,不会产生影片中突然冒出大量冷空气下沉的效果。

对流层之上是较为稳定的平流层,飞机一般在这层区域里飞行。平流层内部大约离地面约20到25千米高的区域内,臭氧浓度较高,因而这片薄薄的区域被称为臭氧层。在这个高度的大气里,普通氧气分子容易被阳光中的短波紫外线激发分解为两个氧原子,独立的氧原子易和原有的氧分子结合为新的臭氧分子。当然,臭氧分子也较为不稳定,也容易在紫外线的照射下再次分解,如此氧到臭氧循环往复,给地球覆盖了一层能显著吸收短波紫外线的天然屏障。

包括臭氧层在内的平流层因为吸收紫外线的缘故,其气温较之对流层相反,随高度增加而迅速上升,到其离地面约50千米的上界处,气温甚至能回归到地面上的水准。不过再往上进入中间层的话,由于臭氧浓度降低,温度再次迅速下降,这便是影片中”佛挡杀佛“的冷空气的真正来源了。

总体来说,从地面往高处走到中间层,大气层粗略呈“热、冷、热、冷”的变化趋势,两处热量来源分别是地面辐射与阳光中的紫外线,其余区域则寒冷有加。可能有读者要问,常识里冷空气较重,为何高空中的它们平时不下沉到地面上来?原因很简单,”冷空气较重“是我们在气压较高的地面附近也就是对流层里所得到的”常识“,对流层之上的空气已经极其稀薄,其密度远低于地面,即使冷至零下几十度,也仍然身轻如燕,断无随随便便就施展千斤坠的道理。

臭氧层的空洞

早在1976年,卫星数据便已粗略观测到南极臭氧层的破洞,1985年5月,英国南极勘测局的科学家在《自然》杂志上发表文章,首次正式公布这一发现,引起了全球环保人士的关注。1995年的诺贝尔化学奖颁给了三名科学家,正是他们揭示了臭氧层被破坏的深层次原因。

破坏臭氧层的因素很多,但罪魁祸首是含氯原子的气体,如1920年发明的氟利昂。氟利昂主要用于冰箱、空调的制冷,由于含有氟氯碳化物,排放到大气中后,容易在阳光作用下分解释放出氯原子,而氯原子是分解臭氧的强力催化剂。据估算,氟利昂被排放到大气中之后能存在上百年的时间,在这段漫长的时光里,一个氟利昂分子能分解近十万个臭氧分子。如果人类不加节制地排放氟利昂,臭氧层的破坏将会在不久的将来达到十分严重的地步,地面上接受到的紫外辐射也会大大增强,不仅会提升人类患皮肤癌的风险,紫外辐射在近地所产生的臭氧也会危害到我们的健康。

为了应对臭氧层空洞问题,1985年联合国制定了《保护臭氧层维也纳公约》。1987年,该公约的26个成员国在加拿大签订了《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》,致力于消除工业产品中的氟氯碳化物对地球臭氧层继续造成恶化及损害。此后的二十多年时间里,各国逐渐停止了这类有害物质的使用,臭氧层的破坏速度也因此有明显减慢。

读者可能要问,除了减少使用破坏臭氧的物质外,我们有没有主动去修补臭氧层空洞的办法?很遗憾,至今仍然没有。影片中的“导弹触发闪电”法只是一种“定性”的科幻构思:雷雨后空气清新是因为闪电产生少量臭氧,因而认定空洞里的强烈闪电能直接产生大量臭氧修复空洞,这种构思缺乏“定量”的规划,并没有实际参考意义,就像《流浪地球》中木星的氢气和地球的氧气混合点燃后远不足以推动地球一般。而且,影片里,这种“定性”但不“定量”的科幻构思不光这一处,还有因为阳光能够导致氧分解重新合成生成臭氧,便认为一个日食能够停止这种机制从而造成臭氧层空洞;以及臭氧层上面存在冷空气,便认为冷空气较重,能够直接从臭氧层的空洞落到地面上来,这些“想当然”的设定未免多少会撼动影片的科幻内核,让观众产生不专业的感觉,因而这部影片评分并不高,口碑远不如“新冰河时期”背景的《后天》,只能作为软科幻的类型拿来泛泛讨论一番。