人們意識(shí)到臭氧層破壞問(wèn)題，最早是1974年美國(guó)科學(xué)家羅蘭(Sherwood Rowland)和莫里納(Mario Molina)提出氟氯碳化合物(chlorofluorocarbons, CFC，為冷媒、工業(yè)清潔劑、填充劑、噴霧劑等的主要成份)破壞臭氧層的理論；至1985年南極觀測(cè)站的科學(xué)家利用探空氣球發(fā)現(xiàn)臭氧濃度有減少趨勢(shì)后，更加確認(rèn)上述論點(diǎn)。由于臭氧層會(huì)吸收紫外光，保護(hù)地表生物，若破洞不斷擴(kuò)大，高量的紫外光將危及動(dòng)、植物的健康，因此各國(guó)很快在1987年簽訂蒙特婁公約，管制CFC的生產(chǎn)。然而，2007年美國(guó)噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究員波普(Francis Pope)卻得出CFC破壞臭氧的速率低，不足以形成臭氧洞。究竟臭氧洞與CFC之間的關(guān)聯(lián)性如何？

　　破洞形成關(guān)鍵

　　根據(jù)科學(xué)家測(cè)得的臭氧濃度顯示，臭氧層破洞形成于每年極區(qū)的冬天至初春，初春達(dá)最大，過(guò)了初春，破洞開(kāi)始縮小，至夏、秋之際臭氧濃度逐漸升高，但到來(lái)年冬天破洞又會(huì)逐漸形成、擴(kuò)大。南極的臭氧洞問(wèn)題比北極嚴(yán)重得多，目前的理論認(rèn)為，關(guān)鍵在于南極有強(qiáng)勁的“極區(qū)渦漩”，因?yàn)槌粞醵创笮〖靶纬蓵r(shí)間與極區(qū)渦旋正好相吻合。

　　臺(tái)灣“中央大學(xué)”大氣科學(xué)系教授王國(guó)英表示，受大氣環(huán)流、南極陸地面積小等諸多因素影響，南極冬天的平流層會(huì)出現(xiàn)風(fēng)速每秒約60~70公尺的渦漩，強(qiáng)勁渦漩隔絕了外來(lái)的暖空氣，再加上冬天缺乏太陽(yáng)輻射，致使渦漩內(nèi)溫度不斷下降，低溫會(huì)持續(xù)三個(gè)月，最低可達(dá)-100℃以下。

　　這樣的低溫會(huì)導(dǎo)致平流層產(chǎn)生冰晶，形成“極區(qū)平流層云”(polar stratospheric clouds, PSC)，人造的CFC進(jìn)入平流層時(shí)，會(huì)先受到光化分解形成如HCl、ClONO2等化合物，之后再與極區(qū)平流層云的固態(tài)冰晶碰撞，釋出氯分子，氯分子受到陽(yáng)光照射，就會(huì)分解為氯原子。氯原子就是導(dǎo)致臭氧濃度下降的元兇，它會(huì)產(chǎn)生催化作用，加速臭氧分解成氧氣(見(jiàn)圖)。人類排放的氯原子含量其實(shí)不到臭氧分子的1/1000，但由于氯原子是扮演催化劑角色，可持續(xù)分解臭氧，因此對(duì)臭氧層造成相當(dāng)大的威脅。

　　在南極上空，極低溫時(shí)期長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月，濃厚的極區(qū)平流層云會(huì)使CFC大量分解。北極雖然也會(huì)形成渦漩，但強(qiáng)度不大，冷暖空氣有機(jī)會(huì)混合，因此極區(qū)渦漩內(nèi)的極低溫不太可能長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月，臭氧層遭破壞情形也就沒(méi)那么嚴(yán)重。

　　如何證明CFC是不是元兇？

　　目前科學(xué)家主要是依據(jù)過(guò)氧化氯吸收陽(yáng)光放出氯原子的反應(yīng)速率，來(lái)預(yù)估CFC造成臭氧洞的嚴(yán)重性。傳統(tǒng)測(cè)定法是讓紫外光通過(guò)過(guò)氧化氯的樣品槽，藉由測(cè)量紫外光衰減的程度，推算出過(guò)氧化氯吸收陽(yáng)光的截面積，其值越大表示越容易吸收紫外光，破壞臭氧的速度就越快。然而純的過(guò)氧化氯不易制造，又無(wú)法確定樣品槽內(nèi)各種分子吸收紫外光的比例，造成的誤差范圍可高達(dá)20~50%，也因此不同科學(xué)家推算CFC的破壞速率都不一樣。不過(guò)大部份的研究結(jié)果都認(rèn)為CFC確實(shí)能造成臭氧洞，直到波普在2007年得出相反結(jié)果，學(xué)界才開(kāi)始懷疑先前臭氧洞形成的理論。

　　然而，“中央研究院”原子與分子科學(xué)研究所與交通大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系合聘副研究員林志民領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)以此為題進(jìn)行研究，卻再次推翻了波普的研究結(jié)果。他們?yōu)榱颂嵘龑?shí)驗(yàn)準(zhǔn)確率，改采質(zhì)譜儀測(cè)量過(guò)氧化氯受紫外光照射后過(guò)氧化氯分子減少的數(shù)目。由于質(zhì)譜儀可以只偵測(cè)過(guò)氧化氯分子，不受其它雜質(zhì)干擾，誤差降到5%。林志民團(tuán)隊(duì)測(cè)得的過(guò)氧化氯在351奈米波段的吸收截面積約為10-19平方公方，是波普的10倍(截面積越大表示越容易吸收陽(yáng)光而分解出氯氣)，也就是說(shuō)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重新證實(shí)過(guò)氧化氯分解出氯原子的速度相當(dāng)快，CFC確實(shí)是臭氧洞的元兇。該成果發(fā)表在今年5月的《科學(xué)》。

　　自從蒙特婁公約于1989年生效后，臭氧層破壞物已有下降趨勢(shì)，不過(guò)臭氧洞最快也要等到2050年才有機(jī)會(huì)復(fù)原，未來(lái)只要各國(guó)遵守公約，讓平流層的氯及其它能夠透過(guò)催化反應(yīng)、加快臭氧分解的分子，以ClONO2、HNO3等較重分子的形式沉降至對(duì)流層后，就能使臭氧洞縮小，地球的生物圈也就不用再受到紫外光的威脅了。

　　“福衛(wèi)三號(hào)”也能偵測(cè)臭氧層破洞

　　科學(xué)家測(cè)量臭氧層破洞的方法，最早是施放專門(mén)偵測(cè)臭氧濃度的探空氣球至平流層測(cè)量臭氧濃度。1990年代后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)臭氧洞的大小與“極區(qū)渦漩”范圍吻合，因此藉由釋放偵側(cè)平流層溫度的探空氣球，同樣也能推估臭氧洞的大小。不過(guò)探空氣球大多得從陸地釋放，而且人力有限，極區(qū)氣象站每天只能定時(shí)放兩次探空氣球，加上儀器進(jìn)入高空低溫狀態(tài)后容易故障，因此無(wú)法收集到完整信息。

　　2006年福爾摩沙衛(wèi)星三號(hào)升空后，“中央大學(xué)”大氣科學(xué)系研究團(tuán)隊(duì)便率先利用福衛(wèi)三號(hào)測(cè)量南極上空平流層的溫度，成功計(jì)算出臭氧洞大小。福衛(wèi)三號(hào)是由六顆微衛(wèi)星所組成，所在高度為600~800公里高空，可接收來(lái)自高度約3萬(wàn)公里的24顆全球定位衛(wèi)星(GPS)的電磁波信號(hào)。GPS朝地球發(fā)射信號(hào)，遇大氣層后，會(huì)產(chǎn)生向地球偏折的折射現(xiàn)象，使得原本被地球擋住的信號(hào)得以彎曲前進(jìn)而被福衛(wèi)三號(hào)接收，從電磁波的折射路徑可算出沿途大氣的溫度、濕度、壓力等。

　　“中央大學(xué)”大氣科學(xué)系教授王國(guó)英表示，福衛(wèi)三號(hào)每天可取得200多筆南極地區(qū)的氣溫資料，為探空氣球的20倍以上，這些信息不僅證實(shí)南極冬天形成的極區(qū)渦漩是臭氧洞的主因，也能推算未來(lái)極區(qū)平流層云的形成情形，估計(jì)出臭氧洞大小，進(jìn)而及早對(duì)全球發(fā)出紫外線警告。