logo 首頁 > 文匯報 > 百科啟智 > 正文

【科學講堂】臭氧「亦正亦邪」 愈多地球愈熱

2019-06-26
■我們可以鑽探出深層的冰塊,再從其中的氣泡分析出過去大氣層的氣體含量。 網上圖片■我們可以鑽探出深層的冰塊,再從其中的氣泡分析出過去大氣層的氣體含量。 網上圖片

各位應該有聽過臭氧這種無色的氣體:化學上來說,臭氧由三個氧原子組成;日常影印機的文件影印過程,容易催使空氣中的氧氣變為臭氧,因此我們在影印機旁邊不時嗅到刺鼻氣味,就是臭氧的味道。在談及地球環境的時候,我們也經常擔憂大氣層中的臭氧層是否穿了個大洞:蓋因這個臭氧層能夠為我們阻隔來自太陽的紫外光,以免我們受其傷害。不過臭氧與我們的關係「亦正亦邪」:剛才提到的臭氧層距離海平面大約15公里至35公里,屬於大氣層中較為平靜的平流層(stratosphere)。然而臭氧也會存在於平流層以下、為我們帶來不同天氣狀況的對流層(troposphere),這些「飄浮」於對流層中的臭氧,卻被科學家分類為溫室氣體,是地球暖化的原因之一;這些對流層的臭氧愈多,同時也反映出那個地區的污染愈嚴重。

找出大氣含量 理解氣候影響

正因如此,要可靠地認識並計算臭氧(以至於其他溫室氣體)對地球氣候的影響,在這個地球環境面臨大幅變化的時候,就顯得十分重要。

不過,這個任務看來不是很容易:今天的氣候,是過去許多年的成果,因此要理解不同氣體對氣候的影響,我們有需要知道過去百多年來不同氣體在大氣層中的含量;這些數據也可以用來確認,我們對這些氣體在大氣層中的作用的理解,是否正確。

不過,要找出過去大氣層的含量,有什洛i靠的方法?兩極深厚的冰層,為這個問題提供了一個解答:愈深入地底的冰塊,凝結的年代就愈久遠;因此被關在這些冰層中的氣泡,其實就藏住了當年的空氣。

我們可以鑽探出深層的冰塊,再從其中的氣泡分析出過去大氣層的不同氣體的含量。不過臭氧在這些冰塊中不是十分穩定,所以這個方法適用於二氧化碳、甲烷、氧氣等等,卻不可以用於臭氧之上。

不是電腦測錯 只是污染太多

要量度大氣中的臭氧含量,一般是依賴臭氧能夠吸收部分紫外光的特性:波長較短、對人體較為有害的紫外線C絕大部分會被臭氧吸收;波長較長的紫外線B就只有部分會被臭氧阻隔;而波長更長的紫外線A就有更多能夠穿過大氣層,到達地面。科學家們藉由量度不同紫外線被吸收的程度,就能計算出大氣中臭氧的含量。早在19世紀的時候,這個方法就在世界各地被使用了。

不過,這些19世紀量度到的結果,卻與我們現在的預期不太吻合。大氣層跟地球不同部分的相互影響極其複雜,因此科學家們一直在發展電腦模型去理解數據並預測未來;科學家們也一直在優化這些模型,令它們愈來愈可靠。可是當這些模型利用現代的數據去計算19世紀臭氧的時候,卻發現那時量度到的臭氧數量,與預期相比出奇地少。

這個差異可能反映出嚴重的後果:我們一直在發展的模型,是否有問題?我們對臭氧的認識,是否有錯?如果從19世紀以來臭氧的增幅比我們以前預期的多,那炫銈髀鵀a球暖化的影響會不會比我們猜想的更大,值得我們留意更多?

科學家們當然也想到,19世紀的量度結果可能不是完全準確:大氣中的污染物(例如二氧化硫)會影響臭氧的測量結果,不過卻沒有很可靠的方法去找出污染物的影響。美國萊斯大學的Laurence Yeung和他的研究團隊想到,氧氣除了常見的氧-16原子外,還有同位素氧-18原子。空氣中氧氣的這兩種原子的數量,其實受臭氧的左右。所以冰層中的氣泡雖然不容許我們直接量度臭氧的多少,還是可以讓我們間接找到答案。

最後Yeung的研究發現,我們一路以來對臭氧的理解沒有問題,的確是過往的量度受到污染物的影響了。■張文彥博士 香港大學理學院講師

短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

逢星期三見報

讀文匯報PDF版面

新聞排行
圖集
視頻