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極地任務--認識臭氧洞

氧?一聽到這個名詞,你會不會覺得很奇,臭氧是很臭的氧氣嗎?我怎麼都沒有聞到?臭氧在哪裡呢?一連串的問題有沒有把你的腦袋瓜轟得七葷八素?先來認識地球的「臭氧層」,再一層一層解開心中的疑惑吧!

臭氧層是什麼?

臭氧(O3)是大氣中的氧氣(O2)受到陽光中紫外線照射後,產生化學作用所變成的氣體。因為臭氧帶有淡淡的藍色以及刺鼻的味道,所以被叫做「臭」氧。

臭氧普遍存在大氣中,不過90%的臭氧集中在離地面15到50公里之間的區域,就是大氣圈中的「平流層」。其中,又以平流層的底部臭氧濃度最高(距地面約20到30公里處),我們就把這一層區域稱為「臭氧層」(Ozone Layer)。

你可別小看它臭臭的,臭氧就像是地球的防護罩,可以降低我們受到紫外線的傷害。如果我們被太陽光中的紫外線過度照射,皮膚與眼睛可能會產生病變(像是癌症、白內障),人類的免疫系統也可能遭到破壞!幸好平流層內的臭氧層發揮了保護作用,它會吸收大部的紫外線,讓地球生物不受紫外線的傷害。

臭氧層位於平流層底部,約距離地面20到30公里。

臭氧層的分布位置

臭氧層破洞了!

你知道地球有一個臭氧洞嗎?你是否想著:可糟糕了,一定會有很多的紫外線從那個洞跑進來吧!該怎麼辦才好?

其實臭氧洞的意思並不是臭氧層「破了一個洞」,只是表示臭氧含量特別稀少、狀態反常的區域!

從1980年代開始,在南極監測的科學家意外地發現南極上空的臭氧含量變得特別稀薄,跟周圍的臭氧濃度比起來,簡直就像是破洞一樣,所以就被稱為「臭氧洞」。

其實,不只是南極的上空,科學家們也觀察到除了熱帶地區之外,全球的臭氧都出現了減少的趨勢,只是南極上空在春天的時候,情況最明顯與嚴重。

1980年代發現南極上方的臭氧洞,衛星圖片上清楚可辨。

1980年代南極臭氧洞狀況嚴重

哪個調皮蛋戳出了臭氧洞?

真糟糕!我們的保護網出現破洞,可是件大事!到底是誰能破壞離地面那麼高的臭氧層呢?

科學家研究了許多年後,發現有許多種人類製造出的化學物質會加速消耗平流層的臭氧,造成臭氧減少。其中以「氟氯碳化物」(簡稱CFCs)跟一種叫作「海龍」的滅火劑造成南極臭氧洞及全球臭氧快速減少的主要原因。

人們認為CFCs的化學性質穩定、毒性低、而且沒有腐蝕性,所以在臭氧洞被發現前的30年左右(1950~1970年代),CFCs被廣泛使用在製造冷媒、噴霧推進器、發泡劑、電子零件清洗溶劑等產品中;而海龍則是一種常見的滅火劑。

但當它們被強烈的紫外線照射後,會分解釋放出「氯」,這個物質會促使「臭氧」分解,加速臭氧的消耗。

雖然地面(高度10km以下的大氣層)的紫外線濃度相對較低,CFCs跟海龍乎不會產生化學反應,而且也融於水,但是只要一丁點兒氯飄到臭氧層,就可以使非常大量的臭氧分解,乎是「以一打萬」的比例,所以將CFCs跟海龍稱為殺手級的臭氧消耗者一點也不為過

氟氯碳化物用途廣泛,可應用在冷媒、噴霧推進器、發泡劑、電子零件清洗溶劑上;而海龍則是常見的滅火劑。

用途廣泛的氟氯碳化物與海龍滅火劑

為什麼臭氧洞在南極的春天特別嚴重呢?

南極春天的臭氧濃度特別低,主要是因為南極特殊的氣候條件,使得破壞臭氧的物質大聚集,並且在春天大肆發威,造成了臭氧洞。

南極因為海洋面積比例比北極小,少了海洋的調節,氣候與溫度比北極還嚴酷許多!在南極嚴酷的冬天中,除了沒有陽光的永夜,還生成了兩個與臭氧洞有關係的因素:

第一,極地特有一種強烈的低氣壓,稱極地渦旋」,而且南極冬天的渦旋非常強悍!它就像原地打轉的洗衣機水流一樣,被吸進來的氣體很難再流出去。

第二,南極冬天平流層溫度常低於-80°C,有利於生成「極地平流層雲」,這種雲裡面的冰晶特別會吸附破壞臭氧的物質,但是因為沒有陽光作用,所以不會消耗臭氧,這時就好像把野獸封印在裡面一樣。

同時,大氣層中的空氣以及其中的物質,都會跟著「大氣環流」進行長途旅行、跨越南北半球。所以這些破壞臭氧的化學物質,在旅行到南極附近時,被捲入南極黑夜的渦旋中,冰封在冰晶雲裡,濃度越來越高。

當春天來臨,紫外線開始發威,高濃度的破壞物質彷彿從冬眠中醒來,開始與臭氧作用;加上臭氧本來就會跟著陽光的出現開始分解,於是臭氧大被消耗,而造就了南極的臭氧洞!

極地渦旋&極地冰晶雲鎖住了破壞臭氧的化學物質,加速春季臭氧消耗。

南極臭氧洞的主因

保護自己,保護臭氧層!

世界各國都已認同臭氧層遭到破壞會嚴重影響人類的健康與安全,也揪出主要的兇手了!所以聯合國便開會議,邀請各國一起討論解決問題的辦法!

這個會議於1987年在加拿大蒙特婁市召開,26個國家在會議中簽了「蒙特婁破壞臭氧層物質管制議定書(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer)」。求各國有義務共同保護臭氧層,方法是禁止使用破壞臭氧層的物質,以替代品或研發更好的生產技術取代原本被廣泛使用的CFCs、海龍等化合物。同時臺灣也積極地配合,像是你可能聽過的「行政院國家永續發展委員會」,就一直在進行許多相關的工作。小朋友如果想知道更多,可以到臭氧層保護的網站查詢相關的資料喔!

最後,你一定想知道,過了這麼久,臭氧洞有變小嗎?令人振奮的是,經過30年的努力,證據顯示南極的臭氧洞已逐漸縮小囉!你可以上美國國家航空太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的網站,隨時掌握第一手資訊,持續關心臭氧層!

美國太空總署架設了一個公布全球臭氧濃度監測結果的網站,可以查詢南北半球臭氧層濃度的最新狀況。

美國國家航空太空總署架設的臭氧層網頁

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