臭氧洞

臭氧洞    

          近年來,「臭氧洞」成為家喻戶曉的名詞,但此洞非空空洞洞也!乃指大氣上空臭氧含量減少稀薄化之現象。

       本來,南極上空「冬季」(北半球夏季)天生便有一個臭氧洞。因為南極在冬天時照不到日光,空有自由氧氣亦無法製造臭氧。所以此時南極上空幾乎沒有什麼臭氧,這就是天生的臭氧洞。但近幾年來卻發現這個洞有擴大的的趨勢,甚至於北半球和北極的臭氧量也有大幅度減少,這其中遍有耐人尋味之處。

 

南極臭氧洞

       1985年,英國南極觀測站的科學家Farman et.al等人,首先提出南極哈雷灣(Halley Bay)上空的總臭氧量,自1979年來每年的南極春季(10月)便不斷下降,至1985年以減少40%以上。1986年,Stoarski et al.採用TOMS資料,分析出45°S~南極間臭氧均有減少,證實臭氧洞的存在,引起世人的注意

         在長期的監測下,自1979年臭氧洞不斷向赤道擴張,1982~1991年的10年間,南極臭氧洞的積擴大10倍,深度增加了2倍,被破壞的臭氧量估計為過去的4.3倍。且自1900年後,南極上空臭氧量洞的形成時間逐漸提早。1992年,南極臭氧洞曾一度最大超過2300萬平方公里,約為南極大陸面積的1.5倍。1993年情況亦不樂觀,破洞不但遍及南極大陸,且將擴及南美洲部分。

        南極臭氧洞形成原因很多,但由於南極特殊的氣候型態,使科學家相信,南極臭氧洞應是平流層化學反應與大氣環流等多因素交互作用下的產物。事實上,在南極地區,冬季盛行強大的極地漩渦(Polar Vortex),從410日這種環流控制著南極上空,阻止極地大氣與中低緯度大氣交換,並造成平流層極低的溫度,在加上冬季無太陽輻射,臭氧產量減少,於是在極區上空形成臭氧濃度極低的區域。此外,在南極地區冬季是長夜,所以夜間溫度很低。在南極上空20公里附近溫度會降至零下80度,當氣溫降至零下78℃時,平流層中的’’三水硝酸’’HNO3.3H2O)便會包圍直徑約0.1微米的硫酸微粒,而凝結成「極地平流層雲」(Polor  stratospheric cloud  簡稱PSC),這些硫酸微粒來自人為或自然(火山)。這種雲由冰晶所構成,在冬季時平流層的氯化合物及封閉在這些冰晶中,到了春季(10月)陽光開始照射,冰的表面溶解,使氯化合物釋出,當氯化合物因陽光分解,就會放出破壞臭氧的氯,而使臭氧量減少。

 

北極臭氧洞

        過去在北極上空冬季也會出現PSC,但是由於北極不是大陸,所以冬季的溫度比南極高,因此北極的PSC持續的時間很短,出現的次數較少,所以北極上空的臭氧洞遠比南極臭氧洞小。但現在有了變化,自1990年,北極上空臭氧量已降至200D.U以下。

        19921月在北極上空,出現歷年最高濃度的氧化氯自由基(ClO),結果必是讓該地區的臭氧受到大規模破壞。1992~1993年冬春之初,臭氧量均達歷年最低值,由此可見北極和北半球上空的臭氧已岌岌可危。就全球而言,1990年前10年間大氣臭氧平均減少2.7%,而近幾年世界各地迅速減少。就減少速率而言,高緯度地區大於低緯度區,而南半球大於北半球。

 

破壞臭氧的禍首--CFC及破壞歷程

        CFCs一種冷煤劑、噴霧劑,是人類科學文明的產物,如今卻是破壞臭氧的禍首。CFCs的化學結構是碳和鹵素原子(氟和氯)的結合,是對熱與化學作用都很穩定的化合物,在大氣中反應性極低,幾乎不能被分解而能順利達到平流層。CFCs在大氣的壽命相當長,在60~400年間不等。

        世界的CFCs生產量每年超過100萬噸,截至目前,總量約2000噸以上,其中一成左右達到平流層,大部分仍舊保留於其中。由於臭氧的破壞起因於平流層中的氯原子,所以不僅是CFCs,凡是含有氯原子茹火山噴發物、太空梭排放的HCl…或多或少皆會破壞臭氧。此外溴也會導致臭氧被破壞,所以含有溴的哈隆(Halom)亦是元兇之一。

        臭氧被破壞的歷程相當複雜,但其主要反應過程是在平流層的位置,短波長紫外線將CFCs(氟氯碳化合物)中氯釋放出來,而這氯原子依照下列方程式扮演觸媒的角色,使臭氧變成氧:

CFCs  ®  Cl+ClO

Cl+O3  ®  ClO+O2              Þ O3+O  ®   2O2

ClO+O  ®  O2+Cl

科學家認為,一個氯原子在平流層發揮數萬次的觸媒作用,嚴重結果是促使臭氧的分解。