现代女娲补天

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人类科学自七0年代开始关注臭氧层破洞问题，而最近又发现到，全球暖化与南极臭氧破洞有交互的影响，这显现出地球这一复杂巨大体系，是牵一发而全身动，要窥其全貌并非易事。

南半球漫漫长冬结束，太阳又将照耀南极上空，平流层里的氯和溴化合物，却开始破坏使地球免受紫外线伤害的臭氧层。未来的数月，这些污染物造成的臭氧层损耗，会在南极大陆上方弄出一个破洞。

自一九七0年代起，这个现象就年年上演，不过是过了好几年才被科学家注意到。一九八五年，英国南极调查小组在《自然》杂志上发表论文，揭示出臭氧层的破洞，举世震惊。大约同时，科学家也确认，保护地球的臭氧层对大气中的污染物非常敏感。这一发现使许多国家在一九八七年一致同意，管制生产破坏臭氧层的化合物，可说是面对全球环境问题最有魄力的行动。

多亏有「蒙特娄议定书」，各国对修复地球防护层都付出了一大努力。虽然南极上空的臭氧层破洞，每年还是一样大，至少大气层里的氯化物有开始减少了，其它地区变稀薄的臭氧层也有好转的迹象。

众人欢欣之余却忘了问，天空的大洞到底什么时候才会补好。十年前科学家预计，臭氧层到二0五0年可以完全复原，但是如今却不再能肯定预估。其中一项使情况更趋复杂的因素是，蒙特娄议定书签署以来，温室气体已大幅改变了大气层的特性，有些有助于臭氧层恢复，有些却会使情况恶化。

科学家现在才刚有足够的能力做长期模拟，来研究气候暖化的效果到底为何。研究结果显示，某些地区的臭氧层会比原先预估的提早数十年恢复旧观，但南极臭氧层破洞却比预期的晚数十年才会复原。

复杂交互影响

气候变迁和臭氧层状况会交互影响。南极臭氧层破洞使得南极半岛加速暖化，冰层融化，也可能间接造成了澳洲更频繁的干旱和大火。

美国科罗拉多州国家海洋暨大气总署的大气化学家所罗门（Susan
Solomon）认为，平流层的臭氧和地表气候在许多方面都不可分割。「它们之间奥秘的交互影响，我们可能还不知其详。」

早在一九七四年，加州大学尔湾分校的化学家罗兰（Sherwood Rowland）和莫里纳（Mario
Molina）就曾提出，氟氯碳化物（CFCs）在平流层中会分解，释放出的氯原子可能会破坏臭氧层。他们与德国马克斯普朗克化学研究所的克鲁琛（Paul
Crutzen），因臭氧化学的杰出研究共享一九九五年的诺贝尔化学奖。

这些对臭氧层稀薄化甚至破洞的关注，促成一九八七年「蒙特娄破坏臭氧层物质管制议定书」的签定。议定书在二十年前开始生效，随后又有修正案明令禁用破坏臭氧最严重的化合物，例如用于冰箱与冷气冷媒和泡沫生成剂的氟氯碳化物，以及用于灭火剂的溴化物。这些作为可说立即见效；平流层中破坏臭氧的化合物浓度在一九九0年代末浓度最高，之后就开始下降。

蒙特娄条款对改善气候也有贡献，因为和二氧化碳比起来，氟氯碳化物类化合物是温室效应更强的气体。在减缓暖化的效果上，这个拯救臭氧的条约比起京都议定书要强上五到六倍。

世界所幸免的

让我们看看要是没有了臭氧层会发生什么事。美国马里兰的太空总署葛达德太空飞行中心研究员纽曼（Paul
Newman）与同事对破坏臭氧层物质未经管制，且每年还增长百分之三进行模拟，得到的结果是二0六五年，全球三分之二的臭氧层将会消失，到二十一世纪末全球的臭氧层将完全消失。世界上无论是住在纽约、布宜诺斯艾利斯或东京的人，以及住在中纬度地区（纬度三十到六十度之间的温带地区）的人都会直接曝晒于强烈紫外线，在五分钟之内造成严重晒伤。DNA突变机率会增加六倍，罹患皮肤癌机率急遽上升。

好在有蒙特娄条款，我们才能活在有防晒层保护的地球上。德国太空中心的大气与气候科学家达美利斯（Martin
Dameris）说，「我们已经避免了最坏的情况。不过这也是个警告，提醒我们绝不可放松标准。」

环保团体特别忧虑农用杀虫剂里的溴化甲烷。根据保护臭氧层条款规定，开发国家在二00五年，开发中国家则在二0一五年要停用此一化合物。但在农业团体游说之下，此法规暂停执行，至今许多开发国家仍继续使用。另一项隐忧是许多老旧的冷气机和灭火系统里，还有大量氯化物和溴化物，迟早会逸入大气层。

这些化合物一旦进入大气层，就会留上数十年。所以就算现在停用氟氯碳化物等臭氧破坏物质，那些化合物还是会继续破坏臭氧层好多年。目前平流层的臭氧浓度，大约比一九六四至一九八0年平均值低了百分之四，但是破坏的程度南北半球各纬度差异很大。热带地区臭氧破坏较少。中纬度地区大气层与南北极臭氧层破坏之大气层多有混合，一九八0年来在北半球的臭氧浓度已降低百分之三，南半球则降至百分之六。

虽然中纬度地区臭氧层破坏程度没有南极严重，但因此地区人口稠密，因此影响较大。紫外线的增加，可能使全世界每年增加数十万皮肤癌病例，而最糟的情况还在数十年之后。

但还是有好消息；中纬度地区的臭氧浓度似乎有增长的迹象。高达太空中心的大气化学家史托拉斯基（Richard
Stolarsky）相信，减用氯化物是原因之一。

「要是臭氧层非有一个洞不可，那最好还是在南极，因为要是发生在热带地区，对生物会有很大伤害。」

--所罗门

虽然科学家原先预计还要等到二0五0年中纬度地区臭氧层才会完全恢复，但计算机仿真显示这件事说不定会提早二十年发生，尤其是较不受南极臭氧破洞影响的北半球。全球气候暖化或许对此有正面影响。因为温室气体将热量留在较低的大气层中，使上方平流层温度降低，也使破坏臭氧的化学反应变慢。另外，模拟指出暖化效应使得气流循环加速，热带地区富含臭氧的大气会流向中纬度，也使臭氧浓度提高。

快速反应

以南极臭氧层破洞为例，全球暖化的影响力在两极并不显著。平流层的冷却会促进极地生成平流层云，进而造成臭氧分解。南极上空平流层相当干燥，一旦温度低于摄氏零下七十八度，就会生成极地平流层云。它提供可让化学反应发生的大气面，使得原本由三个氧原子组成的臭氧分子迅速脱去一个。

冰晶粒子对臭氧分解扮演相当重要的角色。在极区以外，平流层中单一氯原子，可以循环分解数百个臭氧分子，直到它和如氧化亚氮气体分子作用而终止反应。然而极地冰晶粒子表面却能催化反应加速，分解数以万计的臭氧分子。南极臭氧洞的中心海拔约十四到二十一公里处，臭氧消失速率可达每日百分之三。十月初在极地平流层云的媒介下，破坏了几乎所有同海拔区间内的臭氧。

一九九二年，研究人员预测温室暖化会加剧臭氧层的破坏，甚至北极上空都可能开一个洞。「不过那时他们忽略了布鲁尔-多普森环流（Brewer-Dobson
circulation）的影响」普林斯顿地球物理流体力学实验室的奥斯登（John
Austin）解释，一般布鲁尔-多普森环流会带动热带地区空气上升至平流层，接着朝高纬度地区流动，并在该处沈降。空气沈降，压力上升，温度增高，如果气候变迁加速环流，那么极地上方的空气应该更热，使得臭氧消失速度减缓才是。

气候变迁既可能使极地平流层温度升高也可能下降，科学家并不清楚究竟何种效应会胜出。这方面研究领域迟迟未能进展的原因，在于计算机运算能力不足。以普林斯顿实验室为例，以一百个处理器模拟一个百年尺度的体系，必须不间断地连算三个月。「我每天都得盯着它看，以免算到一半卡住，不然三个月就可能会拖成四、五个月。」奥斯登说。

大部分的科学家都不预期，臭氧层的复原会在二十年内发生。相关仿真结果显示，南极上方平流层中破坏臭氧物质的浓度，十到二十年内仍会处于饱和状态。许多模型推测在二0六0或二0六五年，臭氧层才可能完全复原，届时破坏臭氧物质的浓度将会降到一九八?年代水平。

「臭氧化学与大气动力学彼此牵连，很难断定孰辅孰阻」

--达美利斯

最新的研究结果显示，溴化物的影响增加了问题的复杂性。平流层中溴化物浓度比理论预期的还多。依此趋势，根据普林斯顿实验室的预测，在二0六五年后数十年，臭氧层破洞还会有现在的十分之一大。奥斯登提醒这只是初步结果，「直至本世纪结束，我们都未必能见到臭氧层复原。」

对人类或其它动植物来说，穿过臭氧层破洞的紫外线危害并不显著。因为虽然臭氧层在初春时节破损最大，但此时日照角度小，因而也限制了入射地表的紫外线。

所罗门说，「要是臭氧层非有一个洞不可，那最好还是在南极，因为要是发生在热带地区，对生物会有很大伤害。」

臭氧层破洞除了增加紫外线的入射，在南半球大部分区域，都能察觉其对区域气候间接改变的影响。由于臭氧能够吸收紫外线能量，在平流层中一直扮演着巨大热源的角色。极地平流层若缺少臭氧，温度将会下降摄氏六度之多。所罗门发，现此冷却效应加强了流经冰帽的极地西风涡流，助长南极大陆的冰封。

这项发现解开了诸多南极气候之谜。强大的西风涡流将寒冷的空气困在南极大陆内部高原，使其与温室效应隔绝。过去三十年来，南极大部分区域气温都呈现下降趋势。这点经常被反对全球暖化人士拿来做反例，然而所罗门的研究却显示，南极温度下降实由于加温不足所致，真正原因乃臭氧浓度减少。

瓶中信息

困在南极内陆的冷空气，并不如外围空气那样容易向外流动。这或许部分解释了，何以暴露在相对温暖海洋空气中的南极半岛，成为地球上暖化最显著的区域之一。过去几年间，有两片大型冰架自半岛崩落，其它六片则呈现融化消退，同时将巨大的冰山送入南冰洋。

假使本世纪内臭氧洞的规模缩小，西风涡流减弱将使原本局限在南极大陆内部的冷空气，更容易接近半岛区。目前南极附近罗斯海海面的「海冰」覆盖面积正逐渐增加。最新研究结果印证了臭氧洞影响大气循环的模式，正好呼应海冰的扩张和南极气候的变化。

澳洲莫纳什大学动态气象及海洋研究中心的李斯贝（James
Risbey）认为，澳洲南部雨量变少，干旱频繁，皆起因于臭氧浓度下降。南极大陆因臭氧量减少而降温，造成涡流增强，南极气压下降，将含雨量丰沛的盛行西风往南拉离澳洲陆地。他推测，南极的臭氧浓度下降，至少让澳洲干季降雨量掉了两成。

达美利斯的仿真研究结果显示，热带海洋表面的温度上升，增强了布鲁尔-多普森循环，使得热带地区内的臭氧减少，而中纬度地区臭氧浓度却异常增高。他说，「虽然增加的臭氧有助保护人类，但因而干扰平流层内化学反应，或者阻碍植物生长则不是我们所乐见。」

长久来说，当含氯和溴的污染物从天空中除去，气候变迁将出来接手，成为影响臭氧浓度的主要人造因素。达美利斯认为，「没什么人会去想这意味着什么，但差不多是该好好想想的时候了。」