人类为何需要臭氧层？臭氧层又为何会出现个洞？

地球大气层中的臭氧分子，能够吸收阳光中对生物有害的紫外线，然而臭氧层却因为人类近数十年来的活动，在南极上方破了一个大洞。

要了解臭氧层对于人类的重要性，首先要从光子能量与波长的关系说起，也就是爱因斯坦获颁诺贝尔奖的普朗克关系式： E = hv 。光子能量 E 与光的频率 v 成正比，而光的频率跟波长成反比，因此光子能量与光的波长之间，存在着一个成反比的关系；大多数化学键的强度大约落在 80 - 100 KCal/mol 之间，这个光子能量强度正好对应到紫外线光的波长，也就是说受到紫外线光照射的化学键，分子分解的机率就会大增。

第二个我们要知道的事实，是分子吸收光子的截面积各有不同，同一种分子吸收光子的截面积，也会随着光的波长而改变——换句话说，各种分子吸收光子能量的能力不但有所差异，其擅长吸收的波长也各有千秋。地球大气中浓度很高的氧分子，只能吸收紫外线光的短波长段 UV-C ；比氧分子多一个氧原子的臭氧分子，就能够吸收中波长段的紫外线光 UV-B ，其吸收光子的截面积也是在 UV-B 的波长达到高峰。

臭氧分子吸收光子能量后，可能会变成温度比较高的臭氧分子，或是裂解成氧分子跟氧原子；氧原子本身还是很容易跟氧分子结合，再度成为臭氧分子，因此在自然状态下，大气中的臭氧浓度，大致可以维持一种动态平衡的稳定状态。但是如果大气中有高浓度的氯原子，它首先会跟臭氧反应，形成氧化氯自由基，再进一步结合成氧化氯二聚体，之后在低温条件下吸收阳光能量，释放出原本从臭氧那里得到的氧原子形成氧分子，同时本身还原成氯原子。这个过氧化氯循环，会不断消耗大气中的臭氧。

科学家在 1970 年代发现，因为其稳定、无毒、不易燃的特性，被广泛使用的氟氯碳化物，会停留在大气中长达 40 到 150 年，而氟氯碳化物吸收光子能量后，恰恰会释放出消耗臭氧能力极强的氯原子；这个理论在 1980 年代得到证实，也就是在南极上方出现著名的臭氧层破口。当时世界各国对于这个环保问题的反应还算积极，在 1987 年签署的蒙特利尔公约中，议定管制排放氟氯碳化物；之后发现管制幅度仍嫌不足之后，陆续在伦敦跟哥本哈根召开的会议中提出修正案，扩大列管物质，并提前停止生产的期限。

人类当初因为对于氟氯碳化物与臭氧的反应机制所知不足，加上贪图生活便利，大量使用氟氯碳化物，遂造成臭氧层的严重破口。人类既不知道氧化氯二聚体的催化循环效率如此之高（一个氯原子可以消耗大约十万个臭氧分子），也没有估算到氟氯碳化物可能会留存在大气里上百年。所幸亡羊补牢，犹未晚矣，人类在弥补臭氧层破口这件事上，算是作为积极，也获得了还不错的成果。但愿我们面对其他重大的议题时，也能够如同处理臭氧层破口那般，积极且及时地弥补过错。

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