為什麼臭氧層................

為什麼臭氧層不論在半球還是北半球,在春天的時候濃度總是最低的?

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    2 decades ago
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    根據調查顯示,自1978年開始的十年內,全球各緯度平流層的臭氧含量降低約1.2%至10%不等,南極上空則是臭氧被破壞最嚴重的地區,甚至在春季期間更會出現所謂的「臭氧洞」。若因人為活動及工業污染等造成臭氧層破洞因素持續存在,在二十一世紀末,平流層臭氧含量將大為降低,屆時,人類將會面臨一場空前的浩劫!(一)臭氧層破壞的情形從世界氣象組織研究報告中發現:位於加拿大、中歐、日本的臭氧觀測儀器在過去20年來,每年平流層的臭氧含量平均遞減約1%,且不同高度的臭氧遞減率並不相同。1995年在南極圈上形成了一個和歐洲一樣大的臭氧層破洞;1996年3月的報告指出,北半球的臭氧濃度也正急速在下降中;1996年9月至10月間的南極曾出現一個臭氧層破洞,其面積超過了二千二百萬平方公里,約歐洲面積二倍的臭氧破洞;1997年4月的報告指出,北極臭氧層比前一年同期約減少了15%~25%,受害最深的區域包括了北極與西伯利亞。臭氧層是地球的防護面紗,當它越來越薄,破洞也越來越大的時候,地球上的生物與環境會受到多大的影響呢?(二)為什麼臭氧層會有破洞?臭氧於平流層中,藉由紫外線照射而產生,形成可以保護地球的臭氧層,但臭氧層高高在上為什麼會受到破壞呢? 1970年荷蘭科學家郭祿貞(Paul Crutzen)指出有些耐久的人造物質很可能損害臭氧層。1974年美國科學家馬林納(Mario Molina)及勞倫(Sherwood Rowland)證實噴霧罐及家電中如冰箱等所用的氟氯碳化合物(Chlorofluocarbons,簡稱CFCs)足以嚴重破壞臭氧層。以常用做冰箱和冷氣機冷媒的Freon-12為例,分子式為CCI2F2。經太陽光分解後會產生氯原子 (CI)如下:CCl2F2 +hn →CCIF2+Cl. 氯原子破壞臭氧後產生一氧化氯如下: CI+O3→ClO+O2這個一氧化氯和氧原子經下列反應後,回復成為氯原子,又可以重覆破壞臭氧工作:CIO+O→CI+O2據估計每一個氯原子,在它的平均壽命中,約可破壞十萬個臭氧分子。如果照現況延續下去,到2050年時臭氧層預估將減少16%,地球上因強烈紫外線肇致的疾病將大量增加。如臭氧層破壞達30%,前面提到過的各類紫外線都能夠達到地面,後果將不堪設想。CFCS主要是由北半球工業國家所排出,在北半球大氣中的CFCS濃度也高於南半球,但為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在其他地方?顯然南極特殊的地理環境和氣候狀況,與臭氧洞的形成有密切關聯。冬季在極區上空平流層形成的渦旋阻斷了空氣的交換,造成極低溫狀態(低於-80℃),這種極低溫有助於極性冰晶雲產生。氟氯碳化物經過化學反應形成CIONO2、BrONO2和HCI等化合物,被吸附在冰晶表面。當早春陽光出現時,這些化合物被轉換成化性活潑的CI、Br或CIO、BrO以驚人的效力造成O3大量損耗。雖然自1988年起,北極地區冬春季期間亦出現類似O3破壞情形,但沒有南極嚴重,原因有二:1.北極地區平流層溫度很少低於-80℃ 。2.北極地區平流層氣旋在陽光出現前通常已經消散,帶著O3的空氣可進來,補充流失的O3。 (三)什麼是氟氯碳化合物(CFCS) 氟氯碳化合物就是破壞臭氧層的元凶。俗稱的氟利昂(Freon),約在1930年代開始製造,由於穩定性高,具有不自燃、不助燃也不易起化學變化,以及對人體傷害較小等優點,因而使用遍及各種工業及日常生活用品。然而也因其化性穩定,因此必須上升到平流層後才會分解,造成臭氧層的破壞。 氟氯碳化合物最大的用途是作為冷媒,如冷氣機及冰箱等電氣產品;另一用途則用作噴霧罐推進劑,如美髮用品、殺蟲劑或油漆等;亦可用作發泡劑,如保麗龍;或電子產品零件之清潔劑。使用量最大者,包括CFC-11、CFC-12及CFC-113等三種原料,使用範圍包括:1、發泡劑:硬質PU發泡、軟質PU發泡、聚苯乙烯(PS)發泡及PE發泡等,如CFC-11。2、冷媒:冷凍機、冰箱、汽車、空調用冷媒,如CFC-11、CFC-12。3、清洗劑:印刷基體電路板、半體導體材料等電子零件及光學零件清洗劑,如CFC-113。4、噴霧劑:化粧品、醫藥品、清潔用品等需要推進之噴霧裝置,如CFC-11、CFC-12。此外,海龍(Halon)也是全鹵化氟氯碳化物,因具有特別的防火效果,常作為許多需要防火安全場所的滅火劑。然而,由於海龍破壞臭氧的能力更甚於CFCS,所以在使用上更值得關切。 (四)蒙特婁公約 基於繼續使用CFCS等化學物質,將導致地球臭氧層被破壞之共識,聯合國環境規劃署(UNEP)召集世界各國共商對策,1985年共有28個國家於維也納達成保護臭氧層協議(Vienna Convention),並決定研議一國際管制公約以補該協議之不足。1987年9月16日再於加拿大蒙特婁市舉行國際會議,並由全世界26個國家共同簽署「蒙特婁破壞臭氧層物質管制議定書(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer)」,管制氟氯碳化物使用之國際公約,於1989年1月起正式生效。而後,為挽救日益惡化之臭氧層,於1990年6月在倫敦召開之蒙特婁議定書締約國第二次會議,對議定書內容作了大幅修正,其中最為重要者即為擴大列管物質,除原先列管之CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五項及三項海龍外,另增加CFC-13等10種,四氯化碳及三氯乙烷,計12種化學物質,並加速管制時程,提前於2000年完全禁用氟氯碳化物、海龍及四氯化碳。由於臭氧層仍日趨惡化,1992年11月在丹麥哥本哈根召開之第四次締約國大會,決議將氟氯碳化物禁產時程提前於1996年1月起實施,而消費量除必要用途外應減為零。我國身為國際社會的一份子,已訂定管制削減時程,加強列管化學品之管制使用,並積極研發替代品以順應此一世界性的環保潮流。 由於政府及產業的共同努力,使得我國列管物質消費量削減情形,一直符合蒙特婁議定書的規定。1994年開始,已將海龍的消費量降為零,而1996年開始,亦成功地將其他CFCs列管物質消費量降為零。 參考資料www.ypjh.tn.edu.tw/80047/yy.htm 氟氯碳化合物,簡稱CFCs,由於其化學性質相當穩定,所以其分子要上升到平流層才會分解,此時CFCs中所含氯會被釋出,而破壞臭氧。 CFCs主要是由北半球工業國家所排出,在北半球大氣中的CFCs濃度也高於南半球,為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在其他地方?顯然南極特殊的地理環境和氣候狀況,與臭氧洞的形成有密切關聯。   冬季在極區上空平流層形成的渦旋阻斷了空氣的交換,造成極低溫狀態(低於-80"C),這種極低溫有助極性冰雲產生。氟氣碳化物經過化學反應形成ClONO2、BrONO2、和HCl等化合物,被吸附在冰雲表面。當早春陽光出現時,這些化合物被轉換成活潑的Cl、Br或Cl0、BrO以驚人的效力和O3分子反應,造成平流層O3大量損耗。雖然自 1988年起,北極地區冬春季期間亦出現類似的O3破壞情形,但沒有如此嚴重,原因有二: •北極地區平流層溫度很少低於 -80℃。 •北極地區平流層氣旋在陽光出現前通常已經消散,帶著O3的空氣可以進來,補充流失的O3。

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