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何謂臭氧南極上空產生臭氧洞的現象，一直是環境問題中備受大家所關切的，究竟臭氧在保護地球生態中扮演怎樣的角色呢？它與大氣中其他分子互動的關係又是什麼呢？就讓我們一一來探討。臭氧（3）是一種具有刺激性氣味，略帶淡藍色的氣體，平流層中含有臭氧的比例約為90。距離地表約20-50公里的平流層寬僅30公里，它卻是地球表面生物免遭受紫外線傷害的保護者（3反射掉約99的紫外線,註一）。 然而，用來製造冷氣機、電冰箱中冷媒的原料-氟氯碳化物（CFCs），不僅不容易分解，釋放到空氣中後，還會一點一滴的消耗平流層中的臭氧，使得臭氧含量日漸降低，在南極上空還產生了一個大洞。過量的紫外線長驅直入，長期照射下，對人類容易產生皮膚癌、白內障等病變；對整個生態系而言，它還可能造成基因突變、氣候變遷、生態失調的嚴重後果。若直觀的想，臭氧減少的速率和空氣中所含氟氯碳化物的量應該成正相關。的確，根據實驗數據顯示，平均每一個氯原子，可以消滅10000個臭氧分子，其威力驚人，也難怪世界各國的環境組織早在1985年通過維也納協定、1987年通過蒙特婁公約限制氟氯碳化物的生產及使用量，且於1989年開始逐年消減，希望19981986年的二分之一。大氣臭氧量作用我們所居住的地球周圍。環繞著一層大氣。這層大氣的主要成分是氮和氧，約占99%以上。此外，還有少量的氬、二氧化碳、水汽和臭氧(O3)等等。雖然大氣中二氧化碳、水汽和臭氧含量很少，但對整個地球氣候的變化卻影響很大。 包圍地球的大氣，其特性會隨高度不同而有許多變化，科學家便依照氣溫梯度，來劃分大氣的垂直結構。最接近地表的是對流層，其次為平流層、中氣層和熱氣層。熱氣層是大氣的最外圈，大氣愈向外愈稀薄，並沒有一條明顯的界限。由於大氣是受地球重力吸引而環繞在地球四周，因此離地表越近，空氣密度越高，大約90%的空氣都聚集在離地表30公里的範圍之內；到了離地100公里處，大氣密度已不及海平面的百萬分之一，故若與地球半徑約6370公里相比，大氣的確只有薄薄一層而已。 平流層的位置大約在離地1050公里處，但大氣中的臭氧絕大部分都集中在離地面大約2530公里的上平流層中，稱為臭氧層。名雖為一層，但實際上臭氧分布各地並不均勻，而且大氣中臭氧的總含量非常少，尚不到1ppm。這極薄的一層臭氧，對於地球上的生命非常常重要，因為臭氧能吸收陽光中的紫外線，將這些波長很短，而且有致命危險的輻射線，轉換成熱能，只有極少量能到達地表。紫外線會破壞包括DNA在內的生物分子，增加罹患皮膚癌、白內障的機率，而且和許多免疫系統疾病有關。此外，紫外線對於農作物，甚至海洋生態系都會造成負面影響。然而這層重要的臭氧已經受到嚴重破壞，而且清形一年比一年惡化。什麼是氟氯碳化物 破壞臭氧層的元凶，即是俗稱氟利昂(Freon)的氟氯碳化物，由於穩定性高，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。其中又以CFC-11(CCl3F)、CFC-l2 (CCl2F2) 及CFC-113(C2Cl3F3)三種原料佔最大使用量，使用範圍包括： 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 。 冷媒：冷凍機、冰箱、汽車、空調用冷媒，如：CFC-11、CFC-12 。 清洗劑：印刷基板、半導體材料等電子零件及光學零件清洗劑，如CFC-113。 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)也是全鹵化碳氫化合物，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(ODP)更甚於CFC，所以在使用上更值得關切。 CFCs和臭氧的破壞人類一直到1970年代初期才開始警覺有許多人為因素會破壞大氣中的臭氧，直到1974年六月兩位加州大學的化學家刊登於 Nature雜誌的一篇文章，才真正使臭氧問題國際化。大部分平流層中臭氧的減少，或是臭氧洞的形成主要原因是CFCs（氟氯碳化物）釋放至大氣，所導致的化學變化。對流層的最上部是對流層頂（Tropopause），對流層頂的高度各地並不相同，會因季節和緯度而異，以在赤道附近最高，約達18公里；在高緯度的兩極，則只有 8公里，而夏季比冬季時略高。副熱帶地區會產生不連續的現象，形成對流層頂缺口。在這個缺口處，上下層空氣混合非常強烈，CFCs等物質便因而進入平流層。CFCs在工業上應用廣泛，而且非常安定，生命期長達40-150年，因此會在大氣中不斷累積，最後將上升至平流層，在平流層因受到紫外線照射而分解產生氯原子，活潑的氯原子會與臭氧反應，使臭氧分解消失，平流層所能接納的氯相當有限，即使大幅降低CFCs的使用量大氣也需要一段相當長的時間，才能減緩臭氧的分解。 在CFCs未受管制之前，全世界每年都要排放大約一百萬噸以上的CFCs，而這些管制前就被排放到大氣中，總重量約在2000萬噸的CFCs，目前大部分仍留在對流層中。CFCs所以會對臭氧層造成如此嚴重的破壞，主要關鍵就在其中所含的Cl，科學家估計由CFCs所釋出的一個氯原子，只要數個月的時間就能使大約10萬個臭氧分子消失。由於世界主要工業國家多位於北半球，因此北半球大氣中CFCs的平均濃度較南半球高，然而，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的關係。六月：極地冬季來臨，極地渦旋與PSCs開始形成。七至八月：極地冬季氣溫降至最低點，PSCs進行脫氮作用： ClONO2(g)+HCl(s)Cl2(g)+HONO2(s)。九月：極地春季開始，陽光重新降臨，臭氧開始被大量分解。十月：極地上空臭氧濃度達到最低： ClO+ClO(ClO)22Cl+O2Cl+O3ClO+O2 。十一月：極地渦旋消解來自中緯度地區飽含臭氧的空氣進入極地上空。為什麼臭氧層破洞會在南極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-80C)，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，原因有二：1.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的空氣可以進來，補充流失的O3。PSCs中氯的重分配三水硝酸PSCs在凝結形成的過程中，會吸收HCl至其晶界(grain boundary)中，再與ClONO2反應，以生成硝酸，但同時也放出氯氣(Cl2)：ClONO2(g)+HCL(s)Cl2(g)+HNO3(s)氯氣極不安定，一旦到了大約9月，極地春季陽光降臨，氯氣就能在短短數小時內，被紫外線分解成2個氯原子：Cl2+hvCl+Cl氯原子遂開始進行如前所述的臭氧分解反應。但是因為PSCs除了會放出氯氣外，同樣會消耗掉能反應生成氯貯存物質的氮化物，因此氯原子和臭氧反應生成的ClO，在缺乏反應物的情形下，會自行結合形成二聚物ClOOCl。這個二聚物很快會被紫外線分解，釋放出氯原子，再度開始分解臭氧的反應：Cl+OClO+O2 ClO+ClOClOOClClOOCl+hvCl+ClOOClOOCl+O2Cl+O3ClO+O2若綜合上列5項反應，所得的淨反應將是：O3+O33O2由此可見，氯在分解臭氧的反應中，基本上是扮演催化者的角色，以促使較不安定的臭氧反應成安定的氧，而氯在反應中則是以各種不同的面貌循環出現，因此少量的氯在重新分配(repartitioning)的過程中，就能造成大量的臭氧分解。註一：臭氧與紫外線的互動關係式（UV代表紫外線） UV + O3 O + O2 O + O2 UV + O3 註二：臭氧與氟氯碳化物的互動關係式 CF2Cl2 CFCl + Cl Cl + O3 ClO + O資料來源 : 網路網址 : .tw/senior/chemistry/tp_sc/surround/ozone/right1.htm心得感想 : 假使今天臭