最近注意到兩件事情,都與高空臭氧層破洞有關。頭一件有點諷刺:因為氣候變化難以預測,紫外光透射地表情形也沒顯著改善,所以人潛在的憂慮增加不少。某一廠商就開始促銷防曬、防紫外線的油劑,要人注意皮膚保養。但無意中稍微看了一下資料,才發現該廠商其實也正是CFC及HCFC(氟氯碳化合物)等冷煤的生產者,而CFC或HCFC正是使臭氧層破洞的主要化學品之一。想想,真不知是否該感謝這家廠商周到的「售後」服務?還是該怨自己為啥既用這類冷媒,又買它產製的防紫外線油劑?
第二件是今年八月底,一篇在 Science 期刊發表的論文,指出「笑氣」(laughing gas, N2O, 氧化亞氮),將會繼CFC(氟氯碳化合物)後成為臭氧層最大殺手。這則消息引起科學界相當的關注,因為過去廿多年裡,笑氣對臭氧層的影響被低估了。
笑氣與CFC 都是空氣污染物(其他還包含:漂浮微粒,硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化物等),它們的產生都與我們的生活有關,如:使用石化燃料;焚燒垃圾廢物;農業用肥料與畜牧業廢物;及廢水處理廠排放的有機廢氣等。
氟氯碳化合物,過去在冷煤、溶劑、高分子加工上應用廣泛,也是滅火原料,但進入大氣層後,經紫外線照射,會釋出活性氯原子,再經過化學反應,能使臭氧分子轉化成氧分子,因此使之濃度降低,導致臭氧層變薄(臭氧層主要介於距地表15到45公里間),使紫外線(UV-B)可直入地表,對人與生物造成威脅。
為解決臭氧層破裂問題,1987年在加拿大蒙特婁,主要工業國就議定,要逐年降低氟氯碳化合物之使用與生產,並自2000年起,工業化國家全面禁產CFC。經過近二十年的努力,一些對臭氧較為友善的新冷媒也漸漸取代了CFC等。最近幾年對大氣層的監測結果,也顯示在高空大氣層內臭氧消失的速率有減緩的趨勢,顯然這是管制CFC的結果。照理來說,臭氧層或可因此有復生的機會,人們的憂慮也可以減少一點,但事情也許沒這麼簡單,為什麼?
有兩個可能原因,一方面是因氟氯碳化合物在高空存活期相當長(1到100年),高空積存量仍多,這些化合物經紫外光照射,仍繼續促使臭氧分子轉變成氧分子(一個氯原子,少說可使十萬個臭氧分子解體);另一方面是其他化合物,如氮氧化物,包含笑氣,在高空也經由類似的反應,造成臭氧減少。
笑氣和氧氣混合可作為外科和牙科手術的麻醉劑,它也有其他工業用途,但使用量不大。大氣中的笑氣或氧化亞氮,部分來自農業用含氮肥料與畜牧業產生的廢物,另一部分來自河川、湖泊、與土壤,因微生物自然消解作用而釋出。此外燃燒石化原料取得動力,也是釋出氧化亞氮的主要源頭,早在1970年代,就有化學研究員注意到高空飛機排出的廢氣(一般遠程飛機飛航高度在10公里上下),會使臭氧解體。
在大氣層高空中,「笑氣」含量雖沒CFC多,可是有效生命期卻很長,而且,它吸收紅外線光的能力,比CO2要高出百倍,因此它除了能破解臭氧外,還是個很有效的溫室效應氣體(也就是說,它有雙殺的威力)。
要怎麼控制「笑氣」或其他氮氧化物排放?這遠比控制CFC或HCFC為難,因為它的來源分散。汽車、飛機滿地跑、滿天飛,如何有效管制?全球大大小小的農地、牧場,要怎麼經濟有效的收集他們的廢氣與排泄物?那些來自河川水域、土壤的氮氧化物,多年來其釋出量原本穩定,但因山林與土地開發,使得N2O及其他氮氧化物釋出量增高,這又該如何限制?...這些都是大氣層下嚴峻的挑戰。
不論是CFC、是笑氣,這些飛舞於大氣中的化學物,在一百年前都是少見的,可是如今卻成為問題,這顯示整個文明在走向工商業化與都市化時,為滿足人愈來愈大的「消費胃口」、「能源胃口」、「享樂胃口」,竟將上天所造美好的地球給糟蹋了,甚至把天賜的保護層也弄出個大洞,這樣的問題絕不是抹抹防曬油就能解决的。
有人說:在教學時用少許N2O作實驗,可給學生製造些學習「笑果」,藉此說明化學品的特性,但若是要認真解決笑氣所造成的問題,這可就不是什麼好笑的事了。這話果真有幾分道理。
圗與文// 沙塵豹 09-25-2009
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