2018年5月26日 星期六

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6月兩位加州大學的化學家刊登於《自然》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100萬噸以上的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C1,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。
每年6月極地冬季來臨,極地渦旋與PSCs開始形成。

7至8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)。

9月極地春季開始,陽光重新降臨,臭氧開始被大量分解。
10月極地上空臭氧濃度達到最低ClO+ClO(ClO)22Cl+O2Cl+O3ClO+O2.11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。


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