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文／徐玉標（台灣大學生物環境系統工程學系 名譽教授）
（二）臭氧層破洞
包圍在地球表面有大氣層，厚度20-50公里（12-30哩），其外圍約占全厚度2/3為同溫層，層間有臭氧存在，能吸收絕大部分（99%以上）紫外線，使地球上的生物得免遭受輻射灼熱之害。這種存在同溫層的臭氧，一般稱為臭氧罩（ozone shield）。
當太陽光照射到臭氧時，紫外線撞擊到臭氧，引起O3分裂：
UV + O3 → O + O2
然而，產生的游離氧原子便立刻再和O2結合，成為另一個O3，同時釋出熱量：
O + O2 → O3 + 熱能
這種反應幾乎在瞬間同時進行，使絕大部分射入同溫層的紫外線轉化成熱能，讓臭氧罩依舊維持原有的濃度，達成生態上的動態平衡。大自然如此巧妙的安排，目的除了能確保地球上的動植物生命延續，所形成的光和熱亦成為千萬物種的營養供給來源。
可惜，這種有關物種生命的微妙平衡，卻由人類文明的發展，面臨破壞的威脅，起因由於人們種種活動，主要有：
（1）罐頭工業噴漆塗料的興起，以及冰箱製造業使用Freon（二氯二氟代甲烷）冷凍劑。
（2）噴射機在同溫層飛行，引擎排放NO及NO2。
（3）自來水廠及汙水處理工廠，利用氯氣殺菌處理。
紫外線的波長短於可見光（可見光在0.4-0.7μm）在0.02-0.30μm之間，略遜於X-rays（0.002-0.02μm）。在如此強的短波下，若沒有轉化成熱量而直接照射到生物時，生物組織中蛋白質和DNA都將遭到破壞，造成日燒現象（sunburn）；若紫外線完全不被吸收而全部射到地表，毫無疑問，全球的動植物都將被烤焦而毀滅，縱使入射律低於1%，情況還是很嚴重，據統計，在美國每年已有200,000-600,000人因sunburn而引發皮膚癌。
Freon是商業名稱，實際是chlorofluorocarbon (CFCs)，為碳氫化合物，但氫被氯或氟取代而成新化合物，主要用途為冰箱的冷凍劑；當冰箱用完損破，CFCs便逸散進入大氣中。亦有電子工業清洗電腦晶片，與罐頭噴霧殺菌劑，多用CFCs。此外，各城市公共用水處理直接用氯氣消毒，這些氯、氟離子，最後將匯集在同溫層。CFCs之暖化潛能是CO2的5873倍，是非常強烈的空氣汙染質，全球在1980年代年產60萬噸，相當於30億噸CO2暖化潛能。
同溫層臭氧罩臭氧間的動態平衡是不穩定的，然而氯離子對臭氧能產生的觸媒反應（catalyst）作用，使臭氧層破壞成分子氧。
除氯離子外，其他如噴射機在同溫層飛行噴出的氮化物NO及NO2，也是破壞臭氧層的角色。此外，早年在太空進行核爆炸試驗、農業大量施用氮質肥料、水田沼氣逸出、畜牧飼養，以及工業上製造氯甲烷、四氯甲烷等，都或多或少的破壞了臭氧層。
由於CFCs在同溫層的濃度不斷增加，1980年代美國科學家發現，在南極州的上空，已出現和英國面積一樣大小的臭氧破洞。奇怪的是，此破洞多是在春季於南極上空形成，到夏季稍見緩和。經科學家與氣象學者的研究解釋是：當冬季來臨，南極地區上空會發生氣流漩渦，環繞極圈，漩渦造成極地雲層，雲層受冷，結成冰晶，冰晶破壞臭氧，使成游離氧。經化學家進行實驗，的確如此，可以解釋臭氧破洞大多於冬季發生於南極上空的原因。
最近臭氧破洞不但在南極發生，在北半球地區也有日漸擴大的趨勢。1988年，美國科學家指出，北美洲加拿大、美國、蘇俄及歐洲的人口稠密地區，臭氧量已減少1.7-3.0%，最嚴重是在南極圈附近，包括阿根廷南端。根據最近衛星觀測北極地區臭氧洞已然成形，唯情況不如南極明顯，原因是北極之極地旋風不如南極猛烈，氣溫較溫和，減緩了臭氧的破壞，但嚴重性不容忽視。
早在1980年，聯合國環境規劃署(UNEP)科學家便提出研究報告，並警告：要是目前（1980年全球CFCs總產量約58萬噸）CFCs每年再增產2.5%，則2075年同溫層臭氧層厚度將減少26%以上。
根據醫學界的研究，臭氧層厚度只要減少1%，人類產生皮膚癌的機率將增加2-4%。科學家從衛星觀測研究中預測，以目前的減少速度持續下去，不出數年，全球患皮膚癌人數可能超過300,000人，僅美國死亡就可達12,000人，每年罹患白內障的人數也將達到160萬人。
海洋及湖沼學家也發現南極浮游生物及藻類已減少6%～12%，由於水生植物遭紫外線照射，破壞了食物鏈，南極企鵝也急遽衰退中。
早在1970年，瑞典、芬蘭、挪威、美國及加拿大諸國就已針對臭氧層減少提出警告，但直到1987年才在聯合國主導下，由24個國家成立「蒙特婁協定」，但會議中各國意見紛紜，沒有成效。1992年聯合國環境規劃署(UNEP)專家經電腦估算，發現除非將CFCs減產85%，否則禍在眼前。由於問題實在太嚴重，才經由74個國家簽訂「蒙特婁修正協定」，限制了CFCs及四氯甲烷的生產，目前均在嚴格有效的管控中。但只是限量減產，化學物仍將危害臭氧層，化學家指出，短期的施害，仍需長時間才能復元，臭氧破洞的威脅，至今依然存在。
（三）溫室效應
我們都知道，當汽車關閉窗門，在太陽下曬著時，汽車裡面會熱起來，那是因為太陽光（光能）從窗戶進入汽車中後，被沙發及其他內含物吸收，光能轉變成熱能、產生紅外線輻射作用，於是沙發變熱。紅外線和可見光不同，它無法穿透玻璃，因此會被鎖在車內無法散逸，熱能也因此被捕住，因而使空間內的溫度升高；同樣情形，當太陽的能量透射進入地球的大氣層後，若大氣中含有足夠的二氧化碳，則發出的紅外線輻射能被CO2及某些其他氣體所吸收，便使大氣層的溫度提高。此種溫度隨著CO2在大氣中濃度增加而愈高的溫度反應，情形和汽車或溫室中的效應完全相同，因此稱為「溫室效應」。
我們對地球上的氣候及溫度，已經習慣了在CO2濃度為0.03%或300ppm的大氣自然環境。適量的CO2存在對地球上的生物是有利的，科學家指出，如果地球上沒有CO2，則地表僅能維持約12℃的溫度，許多物種不能生存；但若CO2濃度過高，也將帶來禍害。
根據美國EPA的調查報告，自1870-1991年間，全球CO2濃度自290ppm增高至355ppm，增加幅度約33%。由於燃料煤及石油消耗遽增，以及森林破壞的結果，專家估計，到2030-2050年，大氣中CO2濃度將倍增，根據電腦估算，大氣層的溫度每10年可增加0.5℉，到2090年，可能使大氣溫度提高3-8℉。
溫室效應並不是單由CO2引起，但它是主體，約占57%，其他還有甲烷（CH4），由溼地、水田、牧場產生，約占12%，還有氮化物，由農田施肥及煤氣燃料而來，約占6%。上述三者可說是自然來源，共計占75%；但還有人為的化合物，便是CFCs，它是乳膠噴漆及冷凍劑，近40年來產量急遽增加。雖然就量來說，CFCs的全球年產不及百萬噸，但其暖化潛能值（GWP）極大，是CO2的5,873倍，所以人造CFCs對溫室效應影響的份量，占25%，不謂不大。
化學家計算，每燃燒1磅燃料（煤、石油或天然氣），大致可產生3磅或相當於2m3的CO2。根據1992-1993年的聯合國世界資源報告，1860-1949的90年中，全世界因燃燒燃料而釋放的CO2為1,870億噸；然而在1950-1989的40年間，化石燃料使用急遽增加，排放量已達5,590億噸；自1990年迄今更是倍增，汙染量增加之快，令人怵目心驚。排放量最大的國家首推美國，約占1/5以上，其次是歐盟及蘇俄，中國大陸也急起直追，名列第三，日本則緊追在後。溫室效應已成聯合國最迫切亟待解決之課題。
溫室效應到底會發生哪些後果，對地球生態又有何影響呢？這問題可分以下諸方面來探討：
（1）氣候對流及溫度季節性變化產生巨變：
在工業革命（1860年）以前，地球大氣CO2濃度保持在300ppm左右，數世紀來保持的季節性動態平衡並未受重大影響，唯近年來已經不同，地球氣溫明顯升高，水面蒸發加速，雲霧增加，降雨也增加，但降雨量分布不均衡，因氣流變化，有些地區可能經常遭颱風暴雨襲擊，有些則終年乾旱無雨。換言之，溫室效應加大了目前降雨幅度及均衡性。
（2）地球上目前所保持乾溼區域水文循環現象發生變化：
例如北美洲美加地區、蘇聯、西伯利亞、中國華北、中東、歐洲及非洲撒哈拉沙漠，以及澳洲內陸，都將發生水文重大變化。
（3）南極及北半球融雪及雪崩，引起海洋沿岸都市與島嶼淹沒：
例如太平洋諸多島嶼已瀕臨淹沒危機，嚴重時將波及紐約、東京及上海等世界上文明精華大都市。
（4）海洋暖流及寒流發生變化：
大平洋、大西洋緯度間的暖流及寒流路徑將產生變化，例如南美洲及東南亞海洋聖嬰現象日益明顯，同時也影響魚類及藻類等生物的生殖。
（5）影響森林及農業生產：
因降雨分布變異，直接影響森林生態，以及農業上水稻及麥類生長的地區。
總之，溫室效應影響生態上許多動態平衡，關係錯綜複雜。美國的氣象學者曾預估指出，到2030年，美國華盛頓特區夏天的氣溫將自目前的32℃上升到36℃，成酷熱的夏季；達拉斯市公用事業如冷氣裝置及農業灌溉設備設置將遽增17-78%，使數以百萬計的居民痛苦難受；到本世紀末（2100年），海平面將上升30-110cm，甚至更高，威脅全世界沿海都市。
今天人類人口有超過50%居住在沿海都市與其郊區，40%大都市都靠近沿海，一旦海平面上升，邁阿密、紐奧良、曼谷、漢堡、倫敦、列寧格勒、上海、雪梨、亞歷山大港等大城市將受波及。美國有一半以上居民居住在離海岸50哩（83公里）以內，只要海平面稍一提高，首先波及便是沿海溼地、低海拔農田及市鎮；若再碰上颱風，損失將再加劇，情況將慘不忍睹。因此，居民遷徙計畫成為必要，市區建築也需重新設計，或建在高地。海水升高不但使島嶼消失、耕地縮小，影響野生生物生存範圍，人類更將面臨生存競爭的壓力。
海洋上升亦將使開發中國家遭受重大的災害，例如在亞洲許多產米的國家，不但稻米生產將銳減，農田亦會鹽化，永遠荒蕪。孟加拉，這個人口超過一億兩千萬的國家，全國大部分面積都在平均海平面上下，1991年一次大颱風，淹死了6-14萬人，稻田減產更造成飢荒，專家估計到2030年，孟加拉全國將有17%可耕地沒入水中，情況嚴重，可見一斑。
溫室效應造成地球溫度變化，造成許多物種絕滅，僅存者亦將遭受難以忍受的折磨，勉強適應僅極少數，最終是地球生命的毀滅。美國明尼蘇達大學戴維斯教授電腦模擬研究指出，若按目前大氣中CO2濃度以目前速度增加下去的話，到了2050年，美國東北部的闊葉樹，除高山區外，都將消失不見，適林地將北移至New England及加拿大東南部以適應生存，但也得及時才能生效；然而根據最近一次冰河期的紀錄，適林帶北移的樹種子散播速度，北移10公里需要50年的時間；可是據溫室效應電腦預測，適林帶在今後50年中必須北移500公里才可以。可以預見，目前森林的樹種難逃被淘汰的命運，將被其他耐熱性強的新樹種所取代。
溫室效應將帶給沿海溼地及沼澤區的生態系統物種平衡上的大變動，如紅樹林淹沒後，海潮侵蝕加強，內陸的農田鹽化與沖刷作用，經濟上食用作物的前景，不容樂觀。不但植物界受影響，動物界方面除少數北移求生外，大部分將遭毀滅性打擊。根據美國史丹佛大學的研究指出，若是地球氣溫再上升3℃，將有43%哺乳動物、23%蝴蝶種類及許多鳥類死亡。和此種情況相反的，就是微生物的病原菌，它們適應能力強，地球溫度上升，反而是有利的繁殖條件，其危害將更見猖獗，美國耶魯大學學者研究指稱，許多熱帶的病原菌已迅速擴及北部，例如一種狂犬病原菌經吸血蝙蝠的傳播，已由中南美洲北傳到墨西哥，僅在美國德州畜牧業，就造成每年10億美金的損失；美國環境生態專家亦提出警告，溫室效應將使美國東海岸森林保護付出750-1,100億美金，其建水壩及修理灌溉水路系統等的費用，亦將增加數千億美金，政府不得不重視。
（四）最近警訊
2005年以來，全球各地環境警訊頻傳，兩極積雪已迅速崩解，高山、冰川後退上升，最明顯的是貝加爾湖（全球最大淡水湖，儲量為全球淡水總量1/5）已每年解凍，影響深層生物生態；格陵蘭已提早現出春天，牧場面積增加；鄂霍次克海浮冰南下漂移消失，北極熊和企鵝因棲息地無存而絕糧消滅中；海洋中最重要的魚類生活食物給源─南極蝦與藻類已逐漸減少；氣象方面也有諸多現象都破百年來紀錄，各地每年高溫日數逐年漸增，2006年印度出現55℃高溫持續數星期；日本北海道及中國哈爾濱冬季滑雪及冰雕舉辦不成，因氣溫在0℃上下，水不結冰；然而，隨之而來的大風雪，積雪卻可達2m以上，使一切交通癱瘓；華北地區沙塵暴有增無減，同時印尼及祕魯大水災也每年出現。以上僅是電訊報導所及而已。
為此，聯合國已提出緊急呼籲，將有數萬名以上的生態學者赴南北極區域從事長年觀察，希望提出更翔實的報告。1990年「京都議定書」原則上是希望全球CO2產量能減至該年產量之80%，但事隔多年，最大CO2產量國美國為了自身經濟利益，迄今不肯簽字同意，使減量前景蒙上陰影。目前以歐盟，尤以北歐諸國最為重視，行動較為積極，所採手段大抵是：採用替換能源、降低煤及石油燃料使用量，改採發酵酒精（生質能源）、風能、地熱能等，同時呼籲全球加強造林運動、減少砍伐。由於冰雪、水災與風暴頻傳，各國也都積極響應中，巴西已明令減少砍伐熱帶雨林，同時鼓勵酒精生產，目前產量已達車輛自給的程度；歐盟亦進行造林運動；中國大陸因經濟起飛、工業發達，CO2年產量增至占全球總量之29%，超過美國的20%，位居全球第一，但最近中國政府也答應，寧可降低工業生產、犧牲生活水平，也要完成CO2減產的任務。
總之，減緩或消滅地球上生態危機，辦法是有的，但最大的關鍵還是在人類智慧的覺醒，若各國政府（尤其是強權如美國）不放棄自私與貪婪，「京都議定書」的執行將遙遙無期，真正苦難的日子也將隨之來臨。
(本文刊載於荒野快報187期)
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