臭氧層（Ozonosphere）為何在那呢？

臭氧層（Ozonosphere）為何在那呢？
臺北市立建國高級中學地球科學科江豪章老師/國立台灣師範大學地球科學系陳正達教授責任編輯

不論是國中的自然與生活科技課本，到高中基礎地球科學課本，只要談到臭氧層（Ozonosphere），課本上都會說臭氧層位於平流層（Stratosphere）中，高度大約在 25~30公里的位置；也因為有臭氧層吸收大量紫外線（Ultraviolet），使得平流層的溫度隨著高度增加而增加，最高溫出現在平流層頂（Stratopause），但這其中有很多的現象需解釋清楚，包括為何臭氧層會出現在25公里的位置呢？以及平流層的最高溫為何不是出現在臭氧層，而是出現在平流層頂呢？

針對第一個問題：「為何臭氧層會出現在25公里的位置？」，要從臭氧的形成說起，臭氧是由氧分子與氧原子結合而成，氧原子則是氧分子吸收波長短於2400 埃米(A)的紫外線分解而成，但是2400-3000埃米(A)間的紫外線卻無法被氧氣所吸收，而需要臭氧來完成使命。否則地表很多的生物將在強烈紫外光的照射下死亡。紫外線是由太陽輻射至地球，氧分子含量是愈下層含量愈高，綜合紫外線與氧分子含量的分佈情況，可知在平流層的氧原子含量是愈上層含量愈高；以氧分子與氧原子含量隨高度的分佈來看，在高度25公里附近，兩者碰撞而形成臭氧的機率最高。不過必須注意的是，臭氧濃度最大的高度受到平流層環流的影響會隨著緯度與季節略有變化，此外上述只考慮紫外線與氧分子含量分佈的簡化臭氧層生成模型，並沒有考慮氯（Cl）、氧化氮（NO）等稀有氣體對平流層臭氧的影響，會比實際觀測值高估臭氧含量。

而第二個問題：「平流層的最高溫為何不是出現在臭氧層，而是出現在平流層頂？」，這是因為太陽輻射中的紫外線在行經大氣時，首先被上層的臭氧吸收而逐漸向下層減弱，因此最大加熱率在臭氧密度最大的高度之上；又因為高度愈高空氣密度愈稀薄，也就愈容易加熱，所以溫度最高處是在平流層頂，而非臭氧層內。臭氧對太陽輻射的有兩個吸收較大的高度，在45公里處有較弱的極值，主要是紫外光頻段的吸收，在此高度以下，向下太陽輻射的紫外光頻段吸收已近乎飽和，而在20 公里附近的極大值主要是可見光區的臭氧吸收帶所造成，吸收量雖然比較多，但是空氣密度比較大，反而加熱率比較小。

參考資料：
1. 小倉義光（1995），普通氣象學，第20-23頁。
2. 張智北（1970），我們的大氣圈， 科學月刊，第一卷第一期，第54-61頁。
3. 維基百科：http://en.wikipedia.org/wiki/Stratosphere
4. http://www.gebi.com.tw/earth/e-02.htm
5. http://www.phy.ntnu.edu.tw/demol … erydayPhysics/ozone
6. http://scifun.chem.wisc.edu/CHEMWEEK/Ozone/Ozone.html