作者Waitingchen (Rejoyce )
看板EarthScience
标题为什麽臭氧洞出现在南极？
时间Thu Apr 7 01:54:02 2011
※ [本文转录自 Ecophilia 看板 #17BtMTSz ]
作者: Waitingchen (Rejoyce ) 看板: Ecophilia
标题: Re: [问答] 为什麽城市制造温室效应 却在南极破洞？
时间: Tue Nov 6 03:57:14 2007
※ 引述《weitzern (高级杂工)》之铭言：
: ※ 引述《nantonaku (nantonaku)》之铭言：
: : 我朋友问我说
: : 为什麽制造废气、排放大量CO2、造成温室效应的是城市
: : 但是臭氧层破洞却破在南极？
: : 为什麽不直接在城市上空破洞？
: : 我答不出来……
: : 请问有人可以答吗？
: : 谢谢喔
: 我不是专业的，我只会google。
: 「……CFCS主要是由北半球工业国家所排出，但为什麽至今最大的臭氧洞是出现在南极而不
: 是在其他地方？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关联。冬季
: 在极区上空平流层形成的漩涡阻断了空气的交换，造成极低温状态（低於摄氏负八十度）
: ，这种极低温有助於极性冰晶云产生。氟氯碳化物经过化学反应形成CIONO2、BrONO2和
: HCI等化合物，被吸附在冰晶表面。当早春阳光出现时，这些化合物被转换成化性活泼的
: CI、Br或CIO、BrO以惊人的效力造成O3大量损耗。」
: （老实说化学式那堆有的没的我真的看不懂）
: 北极亦出现类似状况，但没有南极严重，原因请参见pdf档！
: http://www.shs.edu.tw/works/essay/2005/10/2005103121044287.pdf
: 作者是明道中学高中部的学生喔，真是太专业了！
其实weitzern查到的这一篇写得就很详细了，
但是我被点名了所以就来解释一下好了。
下面说的是针对平流层的臭氧，
跟在近地面影响空气品质的臭氧虽然是同一种物质，O3，
主宰生成与消失机制的化学反应却很不一样，
而且阻绝紫外线的主要是平流层的臭氧，
近地面的臭氧只会让人过敏不舒服....
（1）自然状况下，南极冬末春初的平流层臭氧浓度就比其他地方低
平流层的臭氧需要阳光照射才会形成，
因为一年之中阳光直射赤道的时间最多，
所以大气中主要制造平流层臭氧的地方是赤道高空。
而平流层的大气环流是从赤道往南北两极流动，
赤道上空生成的臭氧会被环流传送到中高纬度，
因此高空臭氧的分布状况大致是赤道浓度低，中高纬度浓度高。
但如果观察臭氧浓度的季节变化，
会发现南极在冬末春初的臭氧浓度，
会比其他纬度任何季节都更低。
这是两个原因配合下的结果，
一是破坏臭氧的化学物质在低温下更有效，
二是南极冬季温度比其他地方都来得低。
南极冬季温度比北极低，
原因已经有几个人提到了，
主要是因为南极是个完整平坦的大陆，周围都是海洋，
在冬季进入永夜後，大陆很快就降温冷却，
跟海洋的温差对比帮助大气发展出一个封闭的涡漩环流，
笼罩在南极大陆上空，
南极周围的海流也是类似的封闭环流，
所以中低纬度比较温暖的空气难以进入，
温暖的海水也没办法流入调节温度，
所以南极冬季温度会迅速降低。
至於破坏臭氧的化学物质，天然状况下其实就存在着，
主要是氯原子（Cl）、溴原子（Br）、氮氧化物（NOx）跟氢氧化物（HOx）等，
所以平流层臭氧原本就有一个固定的消失速度。
这些化学物质很容易附着在云的冰晶上，
而低温有利於冰晶生成，
正好南极冬季温度最低，
所以有比较多的冰晶可以储存这些化学物质。
当春天阳光开始照射到南极，
冰晶融化将化学物质释放，
一下子就产生破坏臭氧的化学反应，
偏偏封闭的大气涡漩要到春末才会打开，
低纬度的空气没有办法被传送进来补充臭氧，
南极上空就像一个独立的「臭氧摧毁反应炉」，
让当地臭氧浓度快速降低，
所以南极在冬末春初原本就会个天然的臭氧极低值。
（2）人为排放的氟氯碳化物，在南极更能发挥破坏臭氧的功效
人为排放的氟氯碳化物（CFC）生命期很长，
虽然排放点集中在北半球工业国，
却会随着大气环流的传送，慢慢累积在南北两极。
由於南极的环流比北极更封闭，
所以CFC只要被传送进南极上空就近似与外界隔绝，
长时间下来，南极上空CFC的浓度就变得比其他地方高。
偏偏这些CFC被阳光照射後会慢慢分解产生氯原子，
参与破坏臭氧的反应，
（恐怖的是，参与反应後这些氯原子还不会消失，可以一再循环使用，
要等到它们自己从天上落下来，或被雨水雪水冲刷下来，才会离开大气）
之前提过南极冬末春初之际，
平流层臭氧浓度已经很低，
这些CFC贡献的氯原子让臭氧破坏的速率更为增加，
因此使臭氧浓度比自然状况更低，
也就形成了所谓的「臭氧洞」。
（3）全球暖化与臭氧洞的关系
臭氧洞的成因是因为人为排放CFC，贡献许多破坏臭氧的氯原子，
全球暖化则是因为人为排放温室气体，让地球不容易靠红外线辐射散热降温。
臭氧洞跟全球暖化没有因果关系，
但有几个相关之处：
a.CFC可以破坏臭氧，同时也是一种强力的温室气体
CFC生命期跟二氧化碳差不多，
吸收红外线辐射的能力却比二氧化碳高数千至万倍，
所以虽然CFC的浓度只有二氧化碳的十万分之一，
目前造成的温室效应约是二氧化碳的1/4，
幸好因为国际公约禁用，CFC对暖化的贡献正逐年降低。
b.全球暖化会阻碍臭氧洞的自我复原
因为温室气体增加，地面散热排放的红外线辐射都被保留在低层的大气，
虽然地面出现暖化，平流层的温度反而降低，
之前提到破坏臭氧的化学反应温度越低越有效，
因此尽管CFC浓度受控制而下降，
全球暖化却使平流层的温度变得不利於臭氧洞复原。
c.臭氧也是一种温室气体，臭氧洞抵销了小部份二氧化碳造成的暖化
虽然臭氧生命期比较短，温室效应能力也不算很高，
但仍然是一种不能忽略的温室气体。
过去数十年平流层臭氧浓度下降，
其实有略为帮助气候冷却（约是二氧化碳暖化效果的1/10），
不过对人类而言，这一点点冷却的好处，
难以抵销臭氧减少使得地面入射紫外线增加的危害。
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※ Waitingchen:转录至看板 TY_Research 11/06 04:00
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2F：推 yiting36:果然专业orz 11/06 09:19
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5F：推 weitzern:化学文盲看懂了（应该） ╮(╯▽╰)/ 11/06 19:07
6F：推 cd81:结论：所以有问题要多多发问 不管会不会试着回答也是好事(训) 11/07 20:09
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7F：→ silica:可以问一下什麽是温室气体吗? XD 04/07 23:24
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9F：推 h888512:写得很好 逻辑清楚流畅 04/08 20:08
10F：→ Waitingchen:回一楼，温室气体是会强烈吸收红外线辐射，但几乎不吸 04/09 08:31
11F：→ Waitingchen:收短波辐射的气体，大气中若有这类气体，可以把地面 04/09 08:32
12F：→ Waitingchen:放射出的红外线辐射保留在地表与大气层内，而不散逸到 04/09 08:33
13F：→ Waitingchen:太空中，效果类似「温室」所以叫温室气体 04/09 08:34
14F：推 silica:是啊, 所以臭氧会吸收红外线? 04/09 13:05
15F：推 lf8505:漩涡是指极地漩涡对吧?以前我也烦脑过为何是南极又是春季 04/10 01:37
16F：推 lf8505:但还是有点不懂破坏臭氧的化学物质在低温下更有效跟太阳照 04/10 01:45
17F：→ lf8505:射两者的关系 04/10 01:45
18F：→ Waitingchen:对，臭氧在紫外线与红外线区都各有几个吸收带， 04/12 02:09
19F：→ Waitingchen:红外线吸收带大约在4.7, 9.6, 14 micron 04/12 02:11
20F：→ Waitingchen:低温会形成比较多冰晶云，冰晶可以储存氯、溴等原子 04/12 02:14
21F：→ Waitingchen:但是在冰晶中这些原子还不会跟臭氧反应，要等到太阳 04/12 02:14
22F：→ Waitingchen:照射後，这些原子从冰晶中释出，破坏臭氧的反应才启动 04/12 02:15
23F：→ Waitingchen:漩涡是极地漩涡（polar vortex）没错 ^^ 04/12 02:15
24F：推 silica:^^ 谢谢 04/13 23:16
25F：推 lf8505:了解了,在低温下更有效指的是更有效聚集破坏臭氧的物质 04/14 03:14
26F：→ lf8505:这样我就能破除低温跟太阳光的死胡同了= = 04/14 03:15