Maan han?（什麼呢）

下文刊載於四二七期的 Nature（pub. Jan/22/2004）。Nature 是全球頂尖的科學期刊之一，本文作者是高層大氣物理研究者。這篇文章雖然長，但有助於釐清對南極臭氧層破洞的一些疑惑。請諸君參考。


洞悉真相
The Hole Truth
Nature 427, 289 - 291 (2004) doi:10.1038/427289a
By Susan Solomon（NOAA 高層大氣物理實驗室研究員）

← 南極上空臭氧層破洞的出現使這片大陸成為媒體的焦點。

關於臭氧層破洞的新聞（和非新聞）
一九八五年，南極臭氧層史無前例地出現了「破洞」，這發現預告著一個環境故事的開始，也是二十世紀末最具影響力的環境故事之一。[1] 這個關於世界底部失蹤臭氧的故事，因為它強烈的季節性變化而變得更加耐人尋味。每年八月和九月（南極的春天）臭氧量下跌得最快；在九月底到十月初時，臭氧的洞通常破得最深。然後在一月底，附近富含臭氧的空氣大量地填滿這個洞，為來年的循環做好準備。

一九八○和九○年代每年南極的春天，熱心的科學家們都與同樣熱心的著迷民眾一起分享關於破洞的新聞。慢慢地，圍繞著這雪白南方大地的謎題，也漸漸為雙方所了解。[2] 一些工業製造的化學物質，被指認為是造成這個破洞的根源。為了要淘汰這些化學藥劑，世界各地的決策者很快地同意了蒙特婁議定書（Montreal Protocol），到一九九○年代末期，全球這些氣體的製造量已減少了 90% 以上。（見：『我們怎麼知道蒙特婁議定書有沒有用？』）我就跟許多涉入科學與公眾知識變化的科學家一樣，曾因這些議題所受到的廣泛關注而受到激勵，因為連學童都有能力了解這故事的主要元素而備受鼓舞。

許多人認為，臭氧破洞是自蒙特婁議定書生效以來，全球環境政策成功的故事。但最近幾年裡，大眾對於新聞報導中破洞的出現似乎迷惑多於好奇，對此我至為關心。儘管蒙特婁議定書明顯地很成功，破洞的消失卻明顯以不對稱的速率在進展。而且，由於破洞的大小和形狀會改變（圖表一），要告訴大眾這代表什麼意思也變得困難得多。

【圖表一】（按圖可看原寸）
一九八○、一九八一、二○○○、二○○一、二○○二及二○○三年九月二十四日南極上空全部臭氧的衛星圖，此時臭氧破洞最接近其年度高鋒。圖右的彩色縮尺以多卜生單位（譯註：Dobson units，專用於度量地球臭氧量的單位）顯示臭氧量，這顯示出破洞的深度。這些影像以好幾組衛星記錄和分析為基礎，在很多地方都可以取得，也包括加拿大多倫多的世界臭氧及紫外線蝠射數據中心（World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre）。

我覺得這是對科學界的新挑戰。現在的情況是：對臭氧有害的化合物，其全球產量幾近於零，但臭氧的消耗在未來許多年內都還會繼續下去，科學家們要怎樣在公眾對臭氧破洞的理解上，協助保持這個非凡的成就呢？我們要如何才能對此做出最佳解釋：為什麼它在言語上對學生、老師以及其它領域的科學同僚們來說，是如此容易理解？──確實，這個問題是一個既具科學性，也具歷史性，既是技術性，又是社會學性的現象，而對每一個與我們在這現象上有同樣興趣的人來說，它都很好理解。當我們可預期臭氧破洞將進入一段緩慢的回復期時，我們要怎樣區分什麼是新聞、什麼不是新聞？在『臭氧破洞的變化』和『蒙特婁議定書是否有用』這兩者之間，有什麼可見的關聯？如果沒有的話，我們要怎樣知道這個協定是否脫軌？

原因和結果
在發現臭氧破洞後五年內，原因就獲得確立了。大氣中直接觀測到的化學物質顯示，平流層裡氯濃度的增加是此事的主要起因。氯濃度增加主要是因為氟氯化碳（chlorofluorocarbons, CFCs）──這是化學工業所製造出來的長壽化學物質，有很多種用途，比方說，當做冰箱或冷氣裡的冷媒，或吹泡劑和溶媒。

摧毀臭氧的化學反應在南極以史無前例的效率發生，是因為在冬天和春天的月份裡，極地平流層非常寒冷。這使得溫度一降到 -85 °C 以下，特殊的高緯度雲層便很快地形成。[4] 這些雲裡冰冷的表面成為快速反應發生之處，將惰性的氯轉變成會破壞臭氧的形態。破洞在南極的春天出現，是因為主要的臭氧破壞反應會被陽光啟動，而冬季月份裡通常都沒有陽光。

那為什麼北極沒有破洞？因為春季和冬季大氣中，極冷的溫度在南極比在北極常見，氣流是翻過喜馬拉雅山脈、落磯山脈和陸地而到達北極──海溫的大幅落差引發了強大的「大氣波」。在地面上，當暴風通過的時候，我們經常就會體驗到這種大氣波，有些大氣波上行到平流層，最終將中緯度較暖的空氣與較冷的極地空氣混合起來。所以北半球不同的地形使得大氣波較多，平均說來，冬季和春季時，北極的極地平流層也較南極溫暖。[5]

簡言之，臭氧破洞是三個因素混合造成的：過量的氯，這是臭氧破洞為何最近才發生的原因；溫度寒冷，這是為什麼破洞是發生在南極；陽光，這解釋了為何破洞在光亮回到極地冰帽的春天開啟。

← 要評估減輕臭氧破洞的努力是否成功，監測空氣樣本中氟氯化碳的量就很重要。

修補損傷
當氟氯化碳不再繼續製造出來，加速臭氧損失的反應要花多久時間才會消失呢？箇中關鍵在於氟氯化碳在大氣中的壽命。許多空氣污染問題，例如酸雨，都與在大氣中壽命很短的化學物質有關，因為它們在幾天內就會在雨水裡溶解，或是很快就被化學作用所破壞。與此相似，大部分自然產生的氯，例如海洋或火山的飛沫，都會快速有效地溶解在雨水中，這使得它不會接觸到大氣層。[6] 但氟氯化碳在大氣中的壽命是五十到一百年，這使得它們不但大量接觸大氣層，而且在排放已停止後還會停留在大氣中很久。（見：『我們怎麼知道蒙特婁議定書有沒有用？』）

到了二○○一年，報告顯示，全球氟氯化碳的製造和排放量，已經從一九八○年代的高峰戲劇性地降低，這趨勢也為註 [7] 到註 [12] 的空氣樣本研究所確認。儘管如此，大氣中數百萬噸氟氯化碳的長壽意謂著，臭氧破洞明顯、持久的改善發生得很緩慢。除去破壞臭氧的氯並使南極臭氧層恢復到自然狀態將要花上數十年的時間。

不同的模式
與北半球相比，南半球因為地形較少變化，大氣算是相當不活躍的，但大氣波和天氣還是每年冬、春季都不相同。就像特別溫暖的春天有可能在紐西蘭威靈頓出現一樣，這樣的春天也有可能出現在南極平流層，而使臭氧在那一年損耗得較少。衛星數據也證實了大氣波的扭曲效應在每年臭氧破洞上影響的程度。

引起一般性混淆的，似乎就是這些上下起浮的臭氧破洞區域（有時候是臭氧破洞深度）的年度報告。比方說，二○○○年的臭氧破洞很大，這使得許多媒體（包括像 BBC 這樣受人敬重的機構）猜測道，破洞的恢復可能要比預期花上更久的時間。其它的新聞來源則揣測這是恢復逆轉的跡象，或認為這是蒙特婁議定書的問題。

但相反地，二○○二年的臭氧破洞就小得多，而且史無前例地分裂成兩個。九月時，有一個巨大的南極波導致平流層的溫度比過去五十年間觀測到的都高，這影響到破洞的地區和深度。[11] 這 是否是個罕見、受大氣動態的內部混亂（說到「世紀風暴」的話）所支配的事件，或者是一個較系統性的改變，目前還不知道。但這絕對不表示蒙特婁議定書比預期得更快速在作用，雖然我在無數地區性和全國性的電視台上看到的正是這樣的揣測。跟據《紐約時報》的一份報導，有些工業代表也做出這樣的解釋。

我們若要知道蒙特婁議定書的未來是否會與它過去的成功相符，就有必要持續觀測氟氯化碳量的全球變化。（見：『我們怎麼知道蒙特婁議定書有沒有用？』）因此，當蒙特婁議定書的狀況被科學家或記者拿出來討論的時候，這些測量數據就會突顯出來。相反地，將破洞的大小與蒙特婁議定書的效果相連結，則不應受到鼓勵。對公眾理解來說比較好的，是科學家去強調：臭氧破洞區域（或深度）的逐年變化可能反映出來的，是平流層「天氣」狀況的變化，這變化會影響到臭氧在短期內的損耗，而不是影響到例如蒙特婁議定書有沒有效這樣長期的議題。

與臭氧破洞有關、更進一步的科學問題，包括了全球暖化是否開始影響到臭氧的消耗（不論是透過對大氣波或是對溫度的效果）、在未來幾世紀裡北極平流層是否也會產生類似南極的變化、以及大氣中甲烷、氧化亞氮濃度的變化將怎樣影響到臭氧破洞的化學作用。透過監測臭氧破洞而在這些議題上獲得的理解，大眾必然會感到興趣，但這不是單一年度，甚至幾年的觀察可得的，這也強調著在討論這些議題時必須要很小心。

基於這些考慮，關於臭氧破洞的發展和大小的年度報告是否還有新聞價值？人們可能會想，在一個眾所皆知、大家都了解的現象上，年度新聞聲明的時間已經過了，但就像許多科學議題一樣，許多人都忠實且正當地關切著臭氧破洞的問題。南半球各地的人們當然會想儘早知道南極上空發生了什麼事，因為嚴重缺少臭氧 的空氣有時候會移動到南美洲、紐西蘭、甚至往北到達澳洲。但臭氧破洞不是只屬於南半球的人，也不是只屬於對此感興趣的科學家，它屬於一個更廣的、好奇心已被激起的世界。將這些考慮進去的話，科學家和記者的年度宣告將會更能滿足公眾需求。

因為有好幾個臭氧破洞的資訊來源，過去幾年裡大家爭相要第一個宣佈破洞出現。然而多花一點時間在過去的科學家身上，以便搞清楚整件事，並確保分析的完整，才會促進公眾對此有更多的了解。多花一點時間注意記者，以避免報導跳躍到沒有根據的政策推論上去，將會鞏固報導的誠實性，而誠實標示著科學報導的品質。科學家和記者最能彼此溝通，也最能與大眾溝通，只要他們能一起確保：任何例行性臭氧破洞的宣告敘述的不止是每年正在發生的事，也敘述著破洞的出現意味著什麼，和不意味著什麼。●

原文所附的參考資料
(1) Farman, J. C., Gardiner, B. G. & Shanklin, J. D. Nature 315, 207–210 (1985).
(2) Cagin, S. & Dray, P. Between Earth and Sky (Pantheon Books, New York, 1993).
(3) Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1991 (Rep. 25, World Meteorological Organization, Geneva, 1991).
(4) Solomon, S., Garcia, R. R., Rowland, F. S. & Wuebbles, D. J. Nature 321, 755–758 (1986).
(5) Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998 (Rep. 44, World Meteorological Organization, Geneva, 1998).
(6) Tabazadeh, A. & Turco, R. P. Science 260, 1082–1086 (1993).
(7) McCulloch, A., Ashford, P. & Midgley, P. M. Atmos. Environ. 35, 4387–4397 (2001).
(8)Montzka, S. A. et al. Nature 398, 690–694 (1999).
(9) Walker, S. J., Weiss, R. F. & Salameh, P. K. J. Geophys. Res. 105, 14285–14296 (2000).
(10) Prinn, R. G. et al. J. Geophys. Res. 105, 17751–17792 (2000).
(11) Allen, D. R., Bevilacqua, R. M., Nedoluha, G. E., Randall, C. E. & Manney, G. L. Geophys. Res. Lett. 30, 1599–1602 (2003).
(12) http://www.afeas.org/prodsales_download.html
(13) http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/916037.stm
(14) Revkin, A. C. U.S. to Seek Support for Ozone Exemptions at Meetings. New York Times (10 November 2003).