現代女媧補天

人類科學自七0年代開始關注臭氧層破洞問題，而最近又發現到，全球暖化與南極臭氧破洞有交互的影響，這顯現出地球這一複雜巨大體系，是牽一髮而全身動，要窺其全貌並非易事。

南半球漫漫長冬結束，太陽又將照耀南極上空，平流層裡的氯和溴化合物，卻開始破壞使地球免受紫外線傷害的臭氧層。未來的數月，這些污染物造成的臭氧層損耗，會在南極大陸上方弄出一個破洞。

自一九七0年代起，這個現象就年年上演，不過是過了好幾年才被科學家注意到。一九八五年，英國南極調查小組在《自然》雜誌上發表論文，揭示出臭氧層的破洞，舉世震驚。大約同時，科學家也確認，保護地球的臭氧層對大氣中的污染物非常敏感。這一發現使許多國家在一九八七年一致同意，管制生產破壞臭氧層的化合物，可說是面對全球環境問題最有魄力的行動。

多虧有「蒙特婁議定書」，各國對修復地球防護層都付出了一大努力。雖然南極上空的臭氧層破洞，每年還是一樣大，至少大氣層裡的氯化物有開始減少了，其它地區變稀薄的臭氧層也有好轉的跡象。

眾人歡欣之餘卻忘了問，天空的大洞到底什麼時候才會補好。十年前科學家預計，臭氧層到二0五0年可以完全復原，但是如今卻不再能肯定預估。其中一項使情況更趨複雜的因素是，蒙特婁議定書籤署以來，溫室氣體已大幅改變了大氣層的特性，有些有助於臭氧層恢復，有些卻會使情況惡化。

科學家現在才剛有足夠的能力做長期模擬，來研究氣候暖化的效果到底為何。研究結果顯示，某些地區的臭氧層會比原先預估的提早數十年恢復舊觀，但南極臭氧層破洞卻比預期的晚數十年才會復原。

複雜交互影響

氣候變遷和臭氧層狀況會交互影響。南極臭氧層破洞使得南極半島加速暖化，冰層融化，也可能間接造成了澳洲更頻繁的乾旱和大火。

美國科羅拉多州國家海洋暨大氣總署的大氣化學家所羅門（Susan Solomon）認為，平流層的臭氧和地表氣候在許多方面都不可分割。「它們之間奧秘的交互影響，我們可能還不知其詳。」

早在一九七四年，加州大學爾灣分校的化學家羅蘭（Sherwood Rowland）和莫裡納（Mario Molina）就曾提出，氟氯碳化物（CFCs）在平流層中會分解，釋放出的氯原子可能會破壞臭氧層。他們與德國馬克斯普朗克化學研究所的克魯琛（Paul Crutzen），因臭氧化學的傑出研究共享一九九五年的諾貝爾化學獎。

這些對臭氧層稀薄化甚至破洞的關注，促成一九八七年「蒙特婁破壞臭氧層物質管制議定書」的簽定。議定書在二十年前開始生效，隨後又有修正案明令禁用破壞臭氧最嚴重的化合物，例如用於冰箱與冷氣冷媒和泡沫生成劑的氟氯碳化物，以及用於滅火劑的溴化物。這些作為可說立即見效；平流層中破壞臭氧的化合物濃度在一九九0年代末濃度最高，之後就開始下降。

蒙特婁條款對改善氣候也有貢獻，因為和二氧化碳比起來，氟氯碳化物類化合物是溫室效應更強的氣體。在減緩暖化的效果上，這個拯救臭氧的條約比起京都議定書要強上五到六倍。

世界所倖免的

讓我們看看要是沒有了臭氧層會發生什麼事。美國馬里蘭的太空總署葛達德太空飛行中心研究員紐曼（Paul Newman）與同事對破壞臭氧層物質未經管制，且每年還增長百分之三進行模擬，得到的結果是二0六五年，全球三分之二的臭氧層將會消失，到二十一世紀末全球的臭氧層將完全消失。世界上無論是住在紐約、布宜諾斯艾利斯或東京的人，以及住在中緯度地區（緯度三十到六十度之間的溫帶地區）的人都會直接曝晒於強烈紫外線，在五分鐘之內造成嚴重晒傷。DNA突變機率會增加六倍，罹患皮膚癌機率急遽上升。

好在有蒙特婁條款，我們才能活在有防晒層保護的地球上。德國太空中心的大氣與氣候科學家達美利斯（Martin Dameris）說，「我們已經避免了最壞的情況。不過這也是個警告，提醒我們絕不可放鬆標準。」

環保團體特別憂慮農用殺蟲劑裡的溴化甲烷。根據保護臭氧層條款規定，開發國家在二00五年，開發中國家則在二0一五年要停用此一化合物。但在農業團體遊說之下，此法規暫停執行，至今許多開發國家仍繼續使用。另一項隱憂是許多老舊的冷氣機和滅火系統裡，還有大量氯化物和溴化物，遲早會逸入大氣層。

這些化合物一旦進入大氣層，就會留上數十年。所以就算現在停用氟氯碳化物等臭氧破壞物質，那些化合物還是會繼續破壞臭氧層好多年。目前平流層的臭氧濃度，大約比一九六四至一九八0年平均值低了百分之四，但是破壞的程度南北半球各緯度差異很大。熱帶地區臭氧破壞較少。中緯度地區大氣層與南北極臭氧層破壞之大氣層多有混合，一九八0年來在北半球的臭氧濃度已降低百分之三，南半球則降至百分之六。

雖然中緯度地區臭氧層破壞程度沒有南極嚴重，但因此地區人口稠密，因此影響較大。紫外線的增加，可能使全世界每年增加數十萬皮膚癌病例，而最糟的情況還在數十年之後。

但還是有好消息；中緯度地區的臭氧濃度似乎有增長的跡象。高達太空中心的大氣化學家史托拉斯基（Richard Stolarsky）相信，減用氯化物是原因之一。

「要是臭氧層非有一個洞不可，那最好還是在南極，因為要是發生在熱帶地區，對生物會有很大傷害。」
--所羅門

雖然科學家原先預計還要等到二0五0年中緯度地區臭氧層才會完全恢復，但計算機模擬顯示這件事說不定會提早二十年發生，尤其是較不受南極臭氧破洞影響的北半球。全球氣候暖化或許對此有正面影響。因為溫室氣體將熱量留在較低的大氣層中，使上方平流層溫度降低，也使破壞臭氧的化學反應變慢。另外，模擬指出暖化效應使得氣流循環加速，熱帶地區富含臭氧的大氣會流向中緯度，也使臭氧濃度提高。

快速反應

以南極臭氧層破洞為例，全球暖化的影響力在兩極並不顯著。平流層的冷卻會促進極地生成平流層雲，進而造成臭氧分解。南極上空平流層相當乾燥，一旦溫度低於攝氏零下七十八度，就會生成極地平流層雲。它提供可讓化學反應發生的大氣面，使得原本由三個氧原子組成的臭氧分子迅速脫去一個。

冰晶粒子對臭氧分解扮演相當重要的角色。在極區以外，平流層中單一氯原子，可以循環分解數百個臭氧分子，直到它和如氧化亞氮氣體分子作用而終止反應。然而極地冰晶粒子表面卻能催化反應加速，分解數以萬計的臭氧分子。南極臭氧洞的中心海拔約十四到二十一公里處，臭氧消失速率可達每日百分之三。十月初在極地平流層雲的媒介下，破壞了幾乎所有同海拔區間內的臭氧。

一九九二年，研究人員預測溫室暖化會加劇臭氧層的破壞，甚至北極上空都可能開一個洞。「不過那時他們忽略了布魯爾-多普森環流（Brewer-Dobson circulation）的影響」普林斯頓地球物理流體力學實驗室的奧斯登（John Austin）解釋，一般布魯爾-多普森環流會帶動熱帶地區空氣上升至平流層，接著朝高緯度地區流動，並在該處瀋降。空氣瀋降，壓力上升，溫度增高，如果氣候變遷加速環流，那麼極地上方的空氣應該更熱，使得臭氧消失速度減緩才是。

氣候變遷既可能使極地平流層溫度升高也可能下降，科學家並不清楚究竟何種效應會勝出。這方面研究領域遲遲未能進展的原因，在於計算機運算能力不足。以普林斯頓實驗室為例，以一百個處理器模擬一個百年尺度的體系，必須不間斷地連算三個月。「我每天都得盯著它看，以免算到一半卡住，不然三個月就可能會拖成四、五個月。」奧斯登說。

大部分的科學家都不預期，臭氧層的復原會在二十年內發生。相關模擬結果顯示，南極上方平流層中破壞臭氧物質的濃度，十到二十年內仍會處於飽和狀態。許多模型推測在二0六0或二0六五年，臭氧層才可能完全復原，屆時破壞臭氧物質的濃度將會降到一九八?年代水平。

「臭氧化學與大氣動力學彼此牽連，很難斷定孰輔孰阻」
--達美利斯

最新的研究結果顯示，溴化物的影響增加了問題的複雜性。平流層中溴化物濃度比理論預期的還多。依此趨勢，根據普林斯頓實驗室的預測，在二0六五年後數十年，臭氧層破洞還會有現在的十分之一大。奧斯登提醒這只是初步結果，「直至本世紀結束，我們都未必能見到臭氧層復原。」

對人類或其它動植物來說，穿過臭氧層破洞的紫外線危害並不顯著。因為雖然臭氧層在初春時節破損最大，但此時日照角度小，因而也限制了入射地表的紫外線。

所羅門說，「要是臭氧層非有一個洞不可，那最好還是在南極，因為要是發生在熱帶地區，對生物會有很大傷害。」
臭氧層破洞除了增加紫外線的入射，在南半球大部分區域，都能察覺其對區域氣候間接改變的影響。由於臭氧能夠吸收紫外線能量，在平流層中一直扮演著巨大熱源的角色。極地平流層若缺少臭氧，溫度將會下降攝氏六度之多。所羅門發，現此冷卻效應加強了流經冰帽的極地西風渦流，助長南極大陸的冰封。

這項發現解開了諸多南極氣候之謎。強大的西風渦流將寒冷的空氣困在南極大陸內部高原，使其與溫室效應隔絕。過去三十年來，南極大部分區域氣溫都呈現下降趨勢。這點經常被反對全球暖化人士拿來做反例，然而所羅門的研究卻顯示，南極溫度下降實由於加溫不足所致，真正原因乃臭氧濃度減少。

瓶中信息

困在南極內陸的冷空氣，並不如外圍空氣那樣容易向外流動。這或許部分解釋了，何以暴露在相對溫暖海洋空氣中的南極半島，成為地球上暖化最顯著的區域之一。過去幾年間，有兩片大型冰架自半島崩落，其它六片則呈現融化消退，同時將巨大的冰山送入南冰洋。

假使本世紀內臭氧洞的規模縮小，西風渦流減弱將使原本侷限在南極大陸內部的冷空氣，更容易接近半島區。目前南極附近羅斯海海面的「海冰」覆蓋面積正逐漸增加。最新研究結果印證了臭氧洞影響大氣循環的模式，正好呼應海冰的擴張和南極氣候的變化。

澳洲莫納什大學動態氣象及海洋研究中心的李斯貝（James Risbey）認為，澳洲南部雨量變少，乾旱頻繁，皆起因於臭氧濃度下降。南極大陸因臭氧量減少而降溫，造成渦流增強，南極氣壓下降，將含雨量豐沛的盛行西風往南拉離澳洲陸地。他推測，南極的臭氧濃度下降，至少讓澳洲干季降雨量掉了兩成。

達美利斯的模擬研究結果顯示，熱帶海洋表面的溫度上升，增強了布魯爾-多普森循環，使得熱帶地區內的臭氧減少，而中緯度地區臭氧濃度卻異常增高。他說，「雖然增加的臭氧有助保護人類，但因而干擾平流層內化學反應，或者阻礙植物生長則不是我們所樂見。」

長久來說，當含氯和溴的污染物從天空中除去，氣候變遷將出來接手，成為影響臭氧濃度的主要人造因素。達美利斯認為，「沒什麼人會去想這意味著什麼，但差不多是該好好想想的時候了。」