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南極臭氧洞影響全球暖化?

李柏昱
・2013/11/04 ・1698字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)
2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)

南極的臭氧層破了個洞,這大家都知道。全球氣候正在逐漸暖化,大家應該也都聽膩了。不過如果說臭氧層破洞會影響全球暖化呢?看似無關的兩者間究竟有什麼關聯?氣候變遷造成自然災害的規模跟頻率增加,這點大家漸漸具有共識。但災害的分布並不平均,工業發展程度低,溫室氣體排放量也低的非洲南部國家反而成為自然災害頻仍下最大的受害者…

故事從天上的一個「大洞」開始

臭氧(Ozone)是由3個氧原子構成的分子,與我們呼吸所需的氧氣(兩個氧原子)不同。臭氧如果出現在地表,會被歸類為空氣污染物,對人體會造成頭痛、刺激呼吸道等負面影響。然而位於大氣平流層(stratosphere),離地約19至31公里高空的臭氧層,則是地表生物不可或缺的防護罩,能將大部分致命的太陽輻射吸收。

而在1980年代,科學家發現南極上空的臭氧層出現破洞,1年當中以南半球的春天,也就是9至11月時破洞最為嚴重,部分地區的臭氧濃度甚至減少70%。追根究柢,科學家發現臭氧洞是由當時廣泛使用於噴霧劑、冷媒中的氟氯碳化物(chlorofluorocarbons, CFCs)所導致,故在1987年的蒙特婁議定書中,全球全面禁止使用氟氯碳化物,臭氧洞才獲得控制。

臭氧洞與全球暖化

臭氧洞的出現,代表有更多的太陽輻射能抵達地表,造成南極地區能量分布產生變化。藉由電腦模擬,科學家發現臭氧洞會影響南極上空的噴射氣流(jet stream),讓雲層形成的位置更往南極靠近。由於大氣中的雲層能反射太陽輻射,雲越往高緯度移動,所能反射的太陽輻射就越少;換句話說,地表接收的太陽輻射隨之增加,導致地表增溫。

不過,臭氧層破洞直接導致的地表增溫幅度,與溫室氣體完全無法相比,臭氧洞在全球暖化中所占的比重極小。但是臭氧洞還是會間接透過影響南半球的風場與高低壓,造成南半球氣溫的改變。

臭氧洞影響非洲南部增溫

在最近一份針對非洲南部氣溫變化的研究中,便指出臭氧洞與暖化之間的關聯。非洲南部的平均氣溫在過去20年內顯著上升,尤其每年初夏時節,氣溫升高的幅度最為明顯。原先科學家歸咎於溫室氣體,但是氣候模型卻指出溫室氣體的影響應該是全年一致,不會因為季節而有所變化,這表示非洲南部暖化的原兇另有其人。

於是科學家比對了非洲南部在臭氧洞出現前後的氣象觀測資料,發現臭氧洞會影響南半球風場,並增強位於非洲西南沿海的安哥拉低氣壓(Angola Low),導致赤道較為炎熱的空氣往南吹往非洲南部。

「臭氧洞在非洲南部的氣候增溫中扮演重要的角色。」該研究計畫的主要作者德斯蒙德(Desmond Manatsa)說。根據氣象觀測資料,臭氧洞出現後非洲南部的平均氣溫上升了攝氏1度,而且初夏較大的增溫幅度也與當季臭氧層破洞較大的狀況符合。

在2012年,歐洲的科學家已經證實臭氧洞正在縮小,但是隨著全球溫室氣體的排放,未來南半球的天空將上演一場拔河比賽,結果將決定噴射氣流與雲層會更靠近赤道還是極區。究竟會如何演變誰也說不準,科學家需要對臭氧洞與全球暖化間的交互作用有更為透徹的了解,才能更為精確地評估南半球,甚至是全球的暖化速率。在台灣,儘管原因不同,災難承受者也多半是社經地位較低者,如提高弱勢族群的災難應受及調適能力,必然是將來防災應變的重點。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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提出蓋婭假說│科學史上的今天:7/26
張瑞棋_96
・2015/07/26 ・1033字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

蓋婭,希臘神話中的大地之母。她誕生自混沌之中,不但是眾神之母,也創造了宇宙與地球,孕育出自然萬物。英國科學家洛夫洛克(James Lovelock, 1919年7月26日 – )腦中不由浮現蓋婭溫柔地將整個地球環抱懷中的樣貌……。

洛夫洛克於 1957 年發明電子捕獲檢測器,可以偵測氣體所含的原子與分子,因此 NASA 於 1961 年請他協助研發可以精確分析行星大氣成分的儀器,以供將來的太空計畫之用,尤其是探測火星的計畫。洛夫洛克在工作的同時,一邊想著是否可能從大氣組成研判火星是否有生命──畢竟地球的大氣組成在生命出現前後即有極大的差異。

1969 年,他根據四年前天文學家透過光譜分析得到的火星大氣組成,大膽預測火星上沒有生命!不只是因為火星大氣絕大部分是二氧化碳。而是因為它處於靜態的化學平衡狀態,不像地球大氣因為生命的作用,二氧化碳與氧氣不斷地循環變化。洛夫洛克思考地球環境與生命的互動關係,而於 1972年提出了「蓋婭假說」(Gaia hypothesis)。

蓋婭假說的論點是:

地球提供了適合的地理條件孕育出生命,繁衍後的生命則反過來改變地球環境,並透過調節作用維持有利於生命的穩定狀態──包括大氣組成、氣溫、酸鹼值等。這整個是由小至細菌、浮游生物,大至森林、動物等地球上所有生命的反饋影響所致;就如同人會調節自己身體一樣,地球也可視為一個超級生命體。

蓋婭假說引起極大爭議,雖然環保份子與部分生態學家極力支持,但多數科學家卻持保留意見,道金斯與古爾德更是大力抨擊,認為作用於個體的天擇怎麼可能會影響到整個星球的穩定。

洛夫洛克於 1983 年以電腦模擬一個布滿只有黑白兩色雛菊的星球,黑白族群的數量會因太陽輻射的高低變化而消長,卻因此維持大氣溫度在一個穩定的範圍;相對地,沒有生命的星球則是隨著太陽輻射變化而氣溫劇烈改變。雖然洛夫洛克以雛菊模型有效反駁批評,爭取到更多支持,但歷史上多次冰河時期更迭以及諸多生物大滅絕事件,也使得蓋婭假說與仍難獲得主流科學界的認同。

反倒是洛夫洛克用電子捕獲檢測器率先在大氣層發現氟氯碳化物,才引領科學家找出南極臭氧層破洞的原因,開啟全球立法避免人為的破壞。如今地球暖化也證實了地球上最有影響力的生物──人類──的確正在改變整個星球的環境;蓋婭假說或許永遠只是個假說,卻是個具體意象提醒我們時時反省人類所應扮演的角色。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 570 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。