臭氧層與紫外線防護

《臭氧層與紫外線防護》是一個 3D 大氣化學模擬程式，模擬海拔 15 至 35 公里之間的平流層臭氧柱。入射的太陽輻射分為致命的 UV-C（100 至 280 nm）、引起曬傷的 UV-B（280 至 315 nm）和低能量的 UV-A（315 至 400 nm）。學生觀察三原子臭氧 (O3) 分子在查普曼循環中分裂和重組，以阻擋 100% 的 UV-C 和幾乎所有的 UV-B。拖曳或點擊氯氟碳化合物 (CFCl3) 分子會釋放出反應性氯自由基（Cl 和 ClO），牠們會催化剝離臭氧中的氧原子，使臭氧柱厚度降至 220 多布森單位的臭氧洞閾值以下，從而讓 UV-B 穿透到地面。

• 觀察健康臭氧水平 (~300 DU) 下的三條入射波束：紫色 UV-C 在高空停止，紫色 UV-B 被 O3 阻擋，琥珀色 UV-A 穿透而過。
• 將 CFC 排放量提高到 90%，並將蒙特利爾議定書年份設為 1995 年，以使臭氧柱降至 220 多布森單位以下，並觀察 UV-B 到達地球。
• 點擊平流層中的綠色 CFC 分子，裂解出反應性的橙色氯自由基，並觀察它催化攻擊附近的 O3 分子。
• 將蒙特利爾議定書年份從 2000 年向後滑動到 2065 年，以觀察平流層氯的逐漸消退和臭氧層的恢復。

1. 1區分平流層臭氧層如何吸收 UV-C、UV-B 和 UV-A 太陽輻射。
2. 2描述自然查普曼循環中紫外線光子如何持續產生和破壞臭氧。
3. 3解釋 CFC 分子中的單個氯自由基破壞數千個 O3 分子的催化機制。
4. 4解釋多布森單位 (DU) 中的臭氧柱厚度，並評估 1987 年《蒙特利爾議定書》的影響。

教師常問的問題