請問臭氧層是如何形成而來的？

Question

如題，請問臭氧層是如何形成而來的？　　　　　　　　　　　　　　

Answer 1

臭氧(O3)是一種具有刺激性氣味，略帶有淡藍色的氣體，在大 氣層中，氧分子因高能量的輻射而分解為氧原子(O)，而氧原子與另 一氧分子結合，即生成臭氧。臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物 質反應而分解消失，由於這種反覆不斷的生成和消失，乃能使臭氧含 量維持在一定的均衡狀態，而大氣中約有90%的臭氧存在於離地面 15到50公里之間的區域，也就是平流層(Stratosphere)，在平流層 的較低層，即離地面20到30公里處，為臭氧濃度最高之區域，是為 臭氧層(Ozone Layer)，臭氧層具有吸收太陽光中大部分的紫外 線，以屏蔽地球表面生物，不受紫外線侵害之功能

Answer 2

臭氧層的位置及命名：

地球大氣層之分層方法有幾種，最常見的是根據溫度的垂直分布與變化來劃分，最低的為對流層，其上為平流層，再上為中氣層，最高層為增溫層。各層之厚度及分界，常因時因地而異，並非一成不變
　　其中平流層(Stratosphere)之範圍，約自10餘公里至50－55公里，自對流層頂至高約30－35公里處屬平流層下部，氣溫幾恒定不變，或隨高度之增高而略為上升。30餘公里以上，溫度反隨高度而增，平均每升高1公里，溫度約增加攝氏5度，至50－55公里處溫度達最高峰。平流層內源自地面之水汽及灰塵幾已絕跡，氣流平穩。而臭氧層就是位在平流層上部。
　　之所以名為臭氧層，就是因為在此層的臭氧佔了大氣中約90%的臭氧，臭氧(O3)是一種具有刺激性氣味，略帶有淡藍色的氣體，在大氣層中，氧分子因高能量的輻射而分解為氧原子(O)，而氧原子與另 一氧分子結合，即生成臭氧。臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物質反應而分解消失，由於這種反覆不斷的生成和消失，乃能使臭氧含量維持在一定的均衡狀態，而臭氧層具有吸收太陽光中大部分的紫外線，以屏蔽地球表面生物，不受紫外線侵害之功能。臭氧吸收太陽的紫外線輻射後會放出熱能，於是平流層在此處的氣溫升高。


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臭氧層中的反應：

　　對臭氧層傷害最大的是氟氯碳化物(CFCs)，顧名思義，即是含有氟(F)、氯(Cl)、碳(C)的化合物，CFCs所以會對臭氣層造成如此嚴重的傷害，主要關鍵就在其所含的「氯」(Cl)。由於其化學性質相當穩定，所以其分子要上升到平流層才會分解，此時CFCs中所含氯會被釋出，而破壞臭氧。CFCs自l970年開始大量生產及使用，1986年全球CFCs消費量達113萬公噸。其中約有70%的量，會排放至大氣中，CFCs化性安定，生命期長達數十年至百年之久，因此會在大氣中不斷累積，最後上升至平流層。在這裡受到紫外線照射而分解產生氯原子與臭氧反應，使臭氧分解消失。科學家估計，由CFCs所釋出的一個氯原子在失去活性以前，足以破壞一萬個臭氧分子，因此對臭氧層造成莫大的威脅。

　　在正常狀況下，平流層中的臭氧分子，是處於一種動態平衡的狀態。高層大氣中的氧分子(O2)吸收紫外線，分解成活潑的氧原子(O)：
　　O2+hv→O+O
氧原子再與鄰近的氧分子反應生成臭氧：
　　O+O2→O3
臭氧也會因受強烈紫外線照射而分解，生成氧原子和氧分，或是與活潑的氧原子作用形成氧分子：
　　O3+hv→O2+O
　　O3+O→O2+O2
臭氧就在這些反應中不斷生成與分解，維持著微妙但脆弱的平衡。


　　氯則會破壞這種平衡。CFCs在平流層受強烈紫外線照射而分解產生氯，氯會與臭氧反應，生成氧化氯自由基(ClO)：
　　Cl+O3→ClO+O2
帶有自由基的ClO非常活潑，若與同樣活潑的氧原子反應，便生成氯和較安定的氧分子：
　　ClO+O→Cl+O2
　　而這個被釋出的氯，又可以再與臭氧反應，因此氯一方面能夠不斷消耗臭氧，另一方面卻又能在反應中再生。

　　但過去有些研究認為CFCs對臭氧的破壞有限，那是因為氯和ClO也會和大氣中的其他成分作用，而生成不會破壞臭氧的化合物。其中氯會與甲烷(CH4)作用生成氫氯酸(HCl)，ClO則會與二氧化氮(NO2)作用，生成硝酸氯(ClONO2)。HCl和ClONO2被稱為「氯貯存物質」(chlorine reservoirs)，因為它們本身不會與臭氧反應，但在某些狀況下卻可以釋出能破壞臭氧的氯。
　　既然氯會形成不破壞臭氧的「氯貯在物質」，為什麼還會有臭氧洞？而且CFCs主要是由北半球工業國家所排出，在北半球大氣中的CFCs濃度也高於南半球，那麼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關聯。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-80"C)，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：

北極地區平流層溫度很少低於 -80℃。

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。


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氟氯碳化合物的使用範圍：

　　氟氯碳化物之所以會被大量使用，是由於穩定性高，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。


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臭氧層破洞對生物圈的影響：

　　由於臭氧能吸收波長230至350 Å (埃)的紫外線，失去臭氧層的保護，將使地球生物圈暴露於更多的輻射線下，這可能會造成：

●人類皮膚癌、白內障等疾病罹患率增加

●動物免疫系統受抑制

●植物生長遲滯、農作物減產

●破壤自然生態的平衡

●改變氣候、造成溫室效應，間接造成海平面上升


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全球管制 CFCs 遏止臭氧層繼續惡化：
　　基於使用 CFCs 將導致地球臭氧層被破壞之共識，聯合國環境委員會召集世界各國共商對策，於一九八七年在加拿大蒙特婁舉行會議，簽署了「蒙特婁議定書」，對氟氯碳化物的使用進行國際性的限制行動，將 CFCs 用量凍結於一九八六年的水準，再分階段削減。截至一九九一年六月蒙特婁議定書第三次締約國大會上，締約國已增至七十一個國家，而我國雖未成為締約國，亦同樣配合其管制措施。

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生活中如何保護臭氧層：

避免購買以CFCs為發泡劑所製成的紙和塑膠產品。

避免使用聚苯、乙烯泡沫膠製品，包括泡沫填充劑和冷藏箱。

避免用以CFCs為動力的噴霧式產品，改採用機械噴霧式之產品。

採用替代品，例如用丙烷代替CFC，做為噴霧劑及以對臭氧破壞能力較小的HCFCs取代CFCs。

購買使用CFCs替代品為冷媒的汽車、冰箱和冷凍空調設備。

汽車空調補充冷媒時，應要求維修廠服務人員，先將存留在冷氣系統中之CFC冷媒回收或回用，以減少CFC使用量及排放量。

不購買以氟溴烷當推進器的火器。

使用保麗龍和泡綿，因其原料含 CFCs ，而且使用完後，其廢棄物是永久的公害。

考慮暫緩購買新的冷、暖氣機和冰箱，等到目前已在發展和試驗階段的替代品上市。