春天的花兒秋天開?都是溫室效應惹的禍!

 
2005/04/07 鍾崇燊 | 清華大學化學系
向曼菁 | 清華大學化學系     20,901
 
話說「溫室效應」

你一定聽過溫室效應,但你對它的了解有多少呢?你知道它會對你的生活帶來多大的影響呢?讓我們先談談溫室效應的由來。

地球的能量主要來自太陽,而太陽的能量是用短波輻射的方式穿越大氣層。如果扣掉反射回太空的輻射能,在輻射平衡的情況下,地球的溫度應該很低。但是,這些輻射線有一部分會被大氣中對流層的氣體吸收,使得能量再進入地球表面,所以造成地表的平均溫度比輻射平衡時高。這種自然界反射和吸收太陽輻射的作用,我們就稱它為大氣的溫室效應(atmospheric greenhouse effect)。

其實,大氣的溫室效應對於生活在地球上的我們是有利的,假如沒有溫室效應的話,地表的平均溫度會很低,地球便成為一個寂冷的世界。就是因為有溫室效應的作用,使得地表的平均溫度得以增加,許多生物得以存活,人類才有一個舒適美麗的生活環境。

現今的「溫室效應」

現在的冬天幾乎都是所謂的暖冬,溫度都不會太低,夏天的溫度更是一年比一年高,迫使我們大量使用冷氣機,因此用電量屢創新高。這麼炎熱的天氣,真是讓人受不了,你知道造成這種現象的罪魁禍首是誰嗎?待我慢慢說給你聽!

生物呼吸吐出二氧化碳,而二氧化碳卻是植物行光合作用的主要原料之一,因此在自然界中會達到平衡。如果破壞了這種平衡狀態,二氧化碳過多便會造成地表溫度上升,就是我們現在感受到的炎熱氣候。

在18世紀中葉開始的工業革命,改變人類舊有的農業生活,也因此帶動了經濟的發展,提升了人類的生活水準。不過在這開發的背後,人類所要付出的代價是慘痛的。因為我們過度開發地球上的天然可用資源,大量燃燒化石燃料,再加上要取得更多耕地而大規模砍伐森林,也正因為人類的這些活動使得大氣中的二氧化碳含量不斷增加,加強溫室效應,導致全球溫度上升。

在工業革命前,大氣中的二氧化碳含量大約是280 ppm。距離工業革命的100年後,二氧化碳的含量已經增加到350 ppm,增加量超過30%。如果不加以控制而任由二氧化碳繼續增加,預計在2030年時,二氧化碳的含量會超過550 ppm,濃度會變成工業革命開始時的兩倍多。當二氧化碳的濃度增加一倍,地球表面的溫度就會上升3 ~ 5度。溫室效應的影響是長久,而且全球性的,即使從現在開始停止排放所有的人造溫室氣體,從工業革命以後所累積的溫室氣體仍會繼續影響地表的溫度。

溫室氣體

我們最常聽到的溫室氣體有四種,也就是二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)、甲烷(CH4)和氟氯碳化物(CFCs)。它們都具有一個特性,就是在大氣中的生命期相當長。因此當這些氣體進入大氣以後,只能藉由自然的過程使它們逐漸消失,這也是為何溫室效應會持續不斷的原因之一。以下針對各種溫室氣體做個介紹。

二氧化碳 人類因為大量使用煤、石油及天然氣等化石燃料,造成全球二氧化碳的濃度上升。雖然每莫耳二氧化碳的溫室效應並不是最大的,但是二氧化碳含量遠大於其他的溫室氣體,所以它對溫室效應的影響是最大的。有數據指出二氧化碳對全球溫升的貢獻占全部溫室效應氣體的55%。

氧化亞氮 微生物、化學肥料分解和化石燃料的燃燒,都會排放出氧化亞氮。

甲烷 發酵和腐化的過程或者物質的不完全燃燒,都會產生甲烷。它的主要排放來源有牲畜、水稻田、掩埋和汽、機車等。

氟氯碳化物 氟氯碳化物是引起地球暖化的第二重要氣體。當我們大量使用冷媒、噴霧和發泡產品時,其中就含有氟氯碳化物,當中又以CFC-11、CFC-12、CFC-13的使用量最多。

決定溫室氣體對地球暖化影響的因素有二種:第一種是對輻射的吸收能力;第二種是它們存在大氣層中的時間年限。所以,科學家發展出一套溫室氣體的溫室因數(green house factor),用來區別不同溫室氣體的溫室效應能力。溫室因數的量測方式是1莫耳的氣體,在一定期限內,所能吸收的總能量值,並且把二氧化碳的溫室因數值訂為1.0,再分別決定其他溫室氣體的相對數值。

溫室效應的影響

地球是一個大而且複雜的系統,往往是牽一髮而動全身,人類造成的溫室效應不僅對自身造成極大的負面影響,也連帶影響了海洋和生態系的運作。這些影響如以下介紹。

地球表面溫度的上升 這是我們聽到溫室效應的第一個直覺反應。沒錯!從前面的介紹中,你應該多少有所了解,溫室效應對地球溫度有著直接的影響。如果不管制溫室氣體的排放量,預估到2050年時,地球的平均溫度大約會上升攝氏2度,到時候會牽連到下面所敘述的各種變化。

全球暖化造成氣候轉變 因為地球暖化,會造成北半球冬季縮短,而且更濕更冷,但是夏季變長,而且更乾更熱。現在夏天的溫度已經過高,讓人如此難耐,想像溫度還會持續升高,你能忍受嗎?而且因為氣溫的上升,增加水汽的蒸發速率,影響降雨的型態,結果使得有些地區轉為乾旱,造成沙漠化的擴大。但是相反地,有些地區雨量大增,植物的分布也會大大地受到影響。

海平面的上升 隨著全球溫度的升高,冰川和格陵蘭以及南極洲上的冰山融化,會使海洋水量增加,預估在2100年海平面大約會升高15~95公分左右,海水也會淹沒低窪地區。全球三分之一居住在海岸邊緣居民的生存,也會面臨威脅。

影響農作物的生產 溫度的上升改變了農作物的分布和生長的狀況。此外,高緯度地區的植物種類也會產生急遽的變化,例如溫度上升攝氏3度,寒帶森林會減少37%。
造成動物大遷移  不同的生態系,因為氣溫分布及地域的改變,會使得大量物種隨溫度的變化而產生遷移的動作,不適應者則面臨滅絕的危機。

危害人體的健康 氣候變遷及動物遷移造成一些傳染性疾病大規模的蔓延,危害人類的健康。

保護美麗的地球

看到以上的說明,你是否有所警覺,如果再不實施溫室氣體的減量策略,以後會牽連到我們子子孫孫的生活。因此,在國際方面,已經有許多公約的訂定,希望藉著世界各國的力量,保護我們賴以生存的這個地球。

聯合國環境規劃署(UNEP)和世界氣象組織(WMO)在1988年成立「針對氣候變化的跨政府專家委員會」(Intergovernmental Panel On Climate Change, IPCC),就全球氣候變化的趨勢,進行政府間的監測和科學研究。

依IPCC的研究成果,聯合國在1992年5月9日通過「氣候變化綱要公約」(The Framework Convention On Climate Change, FCCC)。同年6月在巴西里約熱內盧的「地球高峰會議」上,有155個國家簽署這一項公約,並在1994年3月21日開始生效,成為正式的國際法。

公約的目標在「把大氣中溫室氣體的濃度,限定在防止氣候系統受到危險的人為干擾水準」,具體訂定管制溫室氣體排放的數量與時程,並建立國際間財物支援與技術轉移的權利與義務。公約宣示在2000年把二氧化碳及其他溫室氣體排放量抑制在1990年的水準,到2005年,再削減為1990年排放量的20%。

1996年7月,FCCC的締約國在瑞士日內瓦舉行第二屆會議,決議在1997年12月,在日本京都舉行會議,訂定具有法律效力的「溫室氣體減量議定書」,並以2005年、2010年和2020年為減量目標年。美國和其他37個工業國家在日本京都達成協議,同意在2012年,把溫室氣體排放減少到比1990年的標準低5%。

除了需要各國政府的共識和訂定條約約束溫室氣體的排放量之外,最重要的是每個人都要具備環保的概念,重視地球是屬於大家共有的大環境。以下是幾個預防溫室效應繼續蔓延的策略。

儘量搭乘大眾交通工具 由於汽機車的排放氣體中含有大量的氮氧化物與二氧化碳,如果能搭乘大眾運輸工具,會有助於減少廢氣的排放量,以抑制二氧化碳和氮氧化物等溫室氣體的產生。

不要使用含氟氯碳化物的物品 就CFC-12來說,它在大氣中的生命期長達102年,因此只有避免使用含有氟氯碳化物的物品,才可以達到預防溫室效應繼續蔓延的目的。
鼓勵大眾使用天然氣  以改善區域空氣品質。

增加能源使用效率 除了本身要節約用電及其他可用能源外,最重要的是政府能夠加強電力負載管理,減少尖峰用電需求,並加強推動全國性的節約能源計畫。

鼓勵使用太陽能 太陽能是一種無污染而且豐沛的能源,如果大眾儘量使用太陽能,可以有助於減少化石燃料的使用量,對於降低溫室效應有直接的效果。

運用並發展其他的替代能源 可以利用水力、風力、生質能、海洋能及地熱等再生能源,來逐漸取代化石燃料的使用。利用這種可以重複循環的再生能源,對於減少二氧化碳排放量會有很大的效果。

溫室效應和你我都有切身的關係,不只是政府擬定方案而已,更需要的是民眾自己親身實踐才行。不要讓現在我們生活所形成的污染,影響到日後的子孫,甚至使地球面臨無可挽救的危機。