臭氧洞與酸雨

臭氧的時空分布臭氧的時空分布

比例 : 每百萬個分子僅 有一個為 O3

最高密度 : 5x1012 個 O3 分子 /cm3

90%

10%

O3

• 單位面積上方所含之臭氧總量以 Dobson unit (DU) 計算

• 1DU = 10-5m / 1 atm / 0 C• 全球平均臭氧厚度 =300DU

• 東西向分布均勻 , 南北向分布變化大• 季節總變化量 : 北半球 > 南半球• 總量 : 冬半球 > 夏半球

平流層化學平流層化學

O2+hv→O+O 產生臭氧O+O2+M →O3+M 淨效應 :3O2 →2O3

O3+hv→O2+O 破壞臭氧O+O3 →2O2 淨效應 :2O3 →3O2

光解反應 Photodissociation reaction

X+O3→XO+O2 破壞臭氧O3+hv →O+O2 淨效應 :2O3 →3O2

O+XO →X+O2 X n XO: 自由基 ( HOx NOx, ClOx )

催化循環 (catalytic cycle)

CH3Cl+HO→Cl+……… 破壞臭氧

大氣對臭氧的傳送大氣對臭氧的傳送

夏半球 冬半球

春秋分

冬夏至

臭氧洞臭氧洞

南極 Halley Bay 上空總臭氧量

Question 1:臭氧洞形成的原因 ?

Question 2:為何在南極 ?

Question 1

CFCl3+hv → CO2+HF+3Cl or 3ClOCFCs ( 氟氯碳化物 )來源—人類 ( 主要 ): 冷煤 , 溶劑 , 發泡劑 天然 ( 少數 ): 火山爆發 , 海草及生質燃燒

全球七個測站測得之 CFC-11 及 CFC-12濃度月平均值

北半球南半球

Question 2原因一 : 特殊環境的催化反應

HO+NO2 →HNO3

ClO+NO2 →ClONO2 ( 催化循環反應停頓 )

低溫狀況下儲存分子產生以下反應 :ClONO2+HCl →Cl2( 氣體 )+HNO3( 冰粒 )Cl2+hv →2Cl ( 催化反應復活 , 且高效率之反應 )

原因二 : 與大氣環流有關

儲存分子 (reservoir molecules)

平流層臭氧減少的影響平流層臭氧減少的影響• 1% decrease cause 2% increase of UV-B

radiation in sea level• 10% decrease in stratosphere cause 50-90%

increase of skin cancer• Affect growth and reproduction of some

organisms

140-340nm 太陽輻射穿透大氣之程度

DNA 對 260-360nm 紫外線敏感

酸雨•一般雨水因溶有空氣中之 CO2其 PH=5.6•燃燒石化燃料產生 SO2及 NO2,溶於雨水後其 PH大都 <5.6

酸雨有多酸 ?

酸雨有多酸 ?

1908 1969

都是酸雨惹的禍

1991/6 皮納度波火山爆發將大量之 SO2 注入平流層1991/9 高層大氣研究衛星測量到的 SO2 濃度分布

單位體積百萬分比 (ppmv)