臭氧

臭氧的作用

我们所居住的地球周围。环绕着一层大气。这层大气的主要成分是氮和氧，约占99%以上。此外，还有少量的氩、二氧化碳、水汽和臭氧(O3)等等。虽然大气中二氧化碳、水汽和臭氧含量很少，但对整个地球气候的变化却影响很大。

包围地球的大气，其特性会随高度不同而有许多变化，科学家便依照气温梯度，来划分大气的垂直结构。最接近地表的是「对流层」，其次为「平流层」、「中气层」和「热气层」。热气层是大气的最外圈，大气愈向外愈稀薄，并没有一条明显的界限。由于大气是受地球重力吸引而环绕在地球四周，因此离地表越近，空气密度越高，大约90%的空气都聚集在离地表30公里的范围之内；到了离地100公里处，大气密度已不及海平面的百万分之一，故若与地球半径约6370公里相比，大气的确只有薄薄一层而已。

平流层的位置大约在离地10~50公里处，但大气中的臭氧绝大部分都集中在离地面大约25~30公里的上平流层中，称为「臭氧层」。名虽为一层，但实际上臭氧分布各地并不均匀，而且大气中臭氧的总含量非常少，尚不到1ppm。这极薄的一层臭氧，对于地球上的生命非常常重要，因为臭氧能吸收阳光中的紫外线，将这些波长很短，而且有致命危险的辐射线，转换成热能，只有极少量能到达地表。紫外线会破坏包括DNA在内的生物分子，增加罹患皮肤癌、白内障的机率，而且和许多免疫系统疾病有关。此外，紫外线对于农作物，甚至海洋生态系都会造成负面影响。然而这层重要的臭氧已经受到严重破坏，而且清形一年比一年恶化。

臭氧的破坏

人类一直到1970年代初期才开始警觉有许多人为因素会破坏大气中的臭氧，直到1974年六月两位加州大学的化学家刊登于" Nature"杂志的一篇文章，才真正使臭氧问题国际化。

大部分平流层中臭氧的减少，或是臭氧洞的形成主要原因是CFCs（氟氯碳化物）释放至大气，所导致的化学变化。对流层的最上部是「对流层顶」（Tropopause），对流层顶的高度各地并不相同，会因季节和纬度而异，以在赤道附近最高，约达18公里；在高纬度的两极，则只有 8公里，而夏季比冬季时略高。副热带地区会产生不连续的现象，形成「对流层顶缺口」。在这个缺口处，上下层空气混合非常强烈，CFCs等物质便因而进入平流层。CFCs在工业上应用广泛，而且非常安定，生命期长达40-150年，因此会在大气中不断累积，最后将上升至平流层，在平流层因受到紫外线照射而分解产生氯原子，活泼的氯原子会与臭氧反应，使臭氧分解消失，平流层所能接纳的氯相当有限，即使大幅降低CFCs的使用量大气也需要一段相当长的时间，才能减缓臭氧的分解。

在CFCs未受管制之前，全世界每年都要排放大约一百万吨以上的CFCs，而这些管制前就被排放到大气中，总重量约在2000万吨的CFCs，目前大部分仍留在对流层中。

CFCs所以会对臭氧层造成如此严重的破坏，主要关键就在其中所含的Cl，科学家估计由CFCs所释出的一个氯原子，只要数个月的时间就能使大约10万个臭氧分子消失。

由于世界主要工业国家多位于北半球，因此北半球大气中CFCs的平均浓度较南半球高，然而，为什么至今最大的臭氧洞是出现在南极而不是在其它地方？显然南极特殊的地理环境和气候状况，与臭氧洞的形成有密切的关系。

六月：极地冬季来临，极地涡旋与PSCs开始形成。

七至八月：极地冬季气温降至最低点，PSCs进行脱氮作用：

ClONO2(g)+HCl(s)→Cl2(g)+HONO2(s)。

九月：极地春季开始，阳光重新降临，臭氧开始被大量分解。

十月：极地上空臭氧浓度达到最低：

ClO+ClO→(ClO)2→2Cl+O2Cl+O3→ClO+O2 。

十一月：极地涡旋消解来自中纬度地区饱含臭氧的空气进入极地上空。
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