人們意識到臭氧層破壞問題，最早是1974年美國科學家羅蘭(Sherwood Rowland)和莫里納(Mario Molina)提出氟氯碳化合物(chlorofluorocarbons, CFC，為冷媒、工業(yè)清潔劑、填充劑、噴霧劑等的主要成份)破壞臭氧層的理論；至1985年南極觀測站的科學家利用探空氣球發(fā)現(xiàn)臭氧濃度有減少趨勢后，更加確認上述論點。由于臭氧層會吸收紫外光，保護地表生物，若破洞不斷擴大，高量的紫外光將危及動、植物的健康，因此各國很快在1987年簽訂蒙特婁公約，管制CFC的生產。然而，2007年美國噴射推進實驗室的研究員波普(Francis Pope)卻得出CFC破壞臭氧的速率低，不足以形成臭氧洞。究竟臭氧洞與CFC之間的關聯(lián)性如何？

　　破洞形成關鍵

　　根據科學家測得的臭氧濃度顯示，臭氧層破洞形成于每年極區(qū)的冬天至初春，初春達最大，過了初春，破洞開始縮小，至夏、秋之際臭氧濃度逐漸升高，但到來年冬天破洞又會逐漸形成、擴大。南極的臭氧洞問題比北極嚴重得多，目前的理論認為，關鍵在于南極有強勁的“極區(qū)渦漩”，因為臭氧洞大小及形成時間與極區(qū)渦旋正好相吻合。

　　臺灣“中央大學”大氣科學系教授王國英表示，受大氣環(huán)流、南極陸地面積小等諸多因素影響，南極冬天的平流層會出現(xiàn)風速每秒約60~70公尺的渦漩，強勁渦漩隔絕了外來的暖空氣，再加上冬天缺乏太陽輻射，致使渦漩內溫度不斷下降，低溫會持續(xù)三個月，最低可達-100℃以下。

　　這樣的低溫會導致平流層產生冰晶，形成“極區(qū)平流層云”(polar stratospheric clouds, PSC)，人造的CFC進入平流層時，會先受到光化分解形成如HCl、ClONO2等化合物，之后再與極區(qū)平流層云的固態(tài)冰晶碰撞，釋出氯分子，氯分子受到陽光照射，就會分解為氯原子。氯原子就是導致臭氧濃度下降的元兇，它會產生催化作用，加速臭氧分解成氧氣(見圖)。人類排放的氯原子含量其實不到臭氧分子的1/1000，但由于氯原子是扮演催化劑角色，可持續(xù)分解臭氧，因此對臭氧層造成相當大的威脅。

　　在南極上空，極低溫時期長達三個月，濃厚的極區(qū)平流層云會使CFC大量分解。北極雖然也會形成渦漩，但強度不大，冷暖空氣有機會混合，因此極區(qū)渦漩內的極低溫不太可能長達三個月，臭氧層遭破壞情形也就沒那么嚴重。

　　如何證明CFC是不是元兇？

　　目前科學家主要是依據過氧化氯吸收陽光放出氯原子的反應速率，來預估CFC造成臭氧洞的嚴重性。傳統(tǒng)測定法是讓紫外光通過過氧化氯的樣品槽，藉由測量紫外光衰減的程度，推算出過氧化氯吸收陽光的截面積，其值越大表示越容易吸收紫外光，破壞臭氧的速度就越快。然而純的過氧化氯不易制造，又無法確定樣品槽內各種分子吸收紫外光的比例，造成的誤差范圍可高達20~50%，也因此不同科學家推算CFC的破壞速率都不一樣。不過大部份的研究結果都認為CFC確實能造成臭氧洞，直到波普在2007年得出相反結果，學界才開始懷疑先前臭氧洞形成的理論。

　　然而，“中央研究院”原子與分子科學研究所與交通大學應用化學系合聘副研究員林志民領導的團隊以此為題進行研究，卻再次推翻了波普的研究結果。他們?yōu)榱颂嵘龑嶒灉蚀_率，改采質譜儀測量過氧化氯受紫外光照射后過氧化氯分子減少的數目。由于質譜儀可以只偵測過氧化氯分子，不受其它雜質干擾，誤差降到5%。林志民團隊測得的過氧化氯在351奈米波段的吸收截面積約為10-19平方公方，是波普的10倍(截面積越大表示越容易吸收陽光而分解出氯氣)，也就是說，實驗結果重新證實過氧化氯分解出氯原子的速度相當快，CFC確實是臭氧洞的元兇。該成果發(fā)表在今年5月的《科學》。

　　自從蒙特婁公約于1989年生效后，臭氧層破壞物已有下降趨勢，不過臭氧洞最快也要等到2050年才有機會復原，未來只要各國遵守公約，讓平流層的氯及其它能夠透過催化反應、加快臭氧分解的分子，以ClONO2、HNO3等較重分子的形式沉降至對流層后，就能使臭氧洞縮小，地球的生物圈也就不用再受到紫外光的威脅了。

　　“福衛(wèi)三號”也能偵測臭氧層破洞

　　科學家測量臭氧層破洞的方法，最早是施放專門偵測臭氧濃度的探空氣球至平流層測量臭氧濃度。1990年代后，科學家發(fā)現(xiàn)臭氧洞的大小與“極區(qū)渦漩”范圍吻合，因此藉由釋放偵側平流層溫度的探空氣球，同樣也能推估臭氧洞的大小。不過探空氣球大多得從陸地釋放，而且人力有限，極區(qū)氣象站每天只能定時放兩次探空氣球，加上儀器進入高空低溫狀態(tài)后容易故障，因此無法收集到完整信息。

　　2006年福爾摩沙衛(wèi)星三號升空后，“中央大學”大氣科學系研究團隊便率先利用福衛(wèi)三號測量南極上空平流層的溫度，成功計算出臭氧洞大小。福衛(wèi)三號是由六顆微衛(wèi)星所組成，所在高度為600~800公里高空，可接收來自高度約3萬公里的24顆全球定位衛(wèi)星(GPS)的電磁波信號。GPS朝地球發(fā)射信號，遇大氣層后，會產生向地球偏折的折射現(xiàn)象，使得原本被地球擋住的信號得以彎曲前進而被福衛(wèi)三號接收，從電磁波的折射路徑可算出沿途大氣的溫度、濕度、壓力等。

　　“中央大學”大氣科學系教授王國英表示，福衛(wèi)三號每天可取得200多筆南極地區(qū)的氣溫資料，為探空氣球的20倍以上，這些信息不僅證實南極冬天形成的極區(qū)渦漩是臭氧洞的主因，也能推算未來極區(qū)平流層云的形成情形，估計出臭氧洞大小，進而及早對全球發(fā)出紫外線警告。