← 回教案 | 避免污染、節約資源 1.5-IV
1.5-IV ｜ 國中 13–15 歲 ｜ 4 個活動

大氣的防護罩
與氮的雙面人生

臭氧層、氮循環與 RRRR

UNESCO ESD ｜ 繁體中文

開場謎題

CFC 主要在歐美北半球排放，
為什麼臭氧洞出現在南極？

思考 30 秒——大氣結構、極地氣旋、還是別的原因？

活動 1

平流層的防護罩

臭氧層功能、CFC 破壞機制、蒙特婁議定書與延遲效應。

C1 臭氧層 C2 兩層樓 S1 國際合作
活動 1 — 步驟 1

南極臭氧洞：反直覺的謎題

— NASA 南極臭氧洞衛星影像（1979 vs 2000 年前後對比） 比較圖
南極臭氧洞：反直覺的謎題 南極上空臭氧層三個時期的比較（從南極上方俯視）：1979 年為基準，臭氧層健全，臭氧柱量正常、CFC 排放量低；2000 年前後破洞最大，面積約 2,900 萬 km²，UV-B 穿透增加，CFC 大氣濃度達峰；2066 年預計恢復至 1980 年水準，前提是各國持續遵守蒙特婁議定書。CFC-12 大氣壽命約 100 年，停止排放不等於立刻恢復。面積比例為教學示意，資料來源 WMO/UNEP Ozone Assessment 2022。 示意圖南極臭氧洞：1979 基準2000 年最大2066 年預計恢復WMO/UNEP Scientific Assessment of Ozone Depletion 2022 ｜ 面積為示意比例1979 年（基準） 南極洲臭氧層健全臭氧柱量：正常水準CFC 排放量低2000 年前後（最大破洞） 臭氧洞面積最大期破洞面積：約 2,900 萬 km²CFC 大氣濃度達峰2066 年（預計恢復） 南極洲臭氧層恢復中預計恢復至 1980 年水準前提：各國持續遵守蒙特婁議定書UV-B 穿透增加 延遲效應：CFC-12 大氣壽命約 100 年 — 停止排放 ≠ 立刻恢復；今天的行動，為 2066 年負責資料：WMO/UNEP Ozone Assessment 2022 ｜ 面積比例為教學示意
南極臭氧洞：反直覺的謎題
  • CFC 在對流層穩定不分解，慢慢飄至平流層才被強紫外線裂解。
  • 南極極渦（Polar Vortex）將 CFC 集中在南極上空，無法與外界空氣混合。
  • 極地平流層雲（PSC）提供反應介面，加速氯原子連鎖破壞。
  • 1 個氯原子可連鎖破壞約 10 萬個臭氧分子。
C1
活動 1 — 步驟 2

臭氧層：地球共用的防曬傘

15–35 公里
臭氧層在平流層的高度範圍；攤平壓到地表只有約 3 毫米厚
全部 UV-C
大氣（主要是臭氧層）吸收全部 UV-C 與大部分 UV-B（WHO）；臭氧層薄 1% → UV-B 增加 2%
  • UV-C 直接破壞 DNA；UV-B 引發皮膚癌與白內障。
  • 「不同樓層、不同身分」：CFC 在對流層（一樓）是溫室氣體；到平流層（二樓）變臭氧殺手。
  • 同一物質，位置不同，危害完全不同——不能混為一談。
C1C2
活動 1 — 步驟 3｜C2 核心

兩層樓的故事：臭氧洞 ≠ 全球暖化

一樓：對流層
CFC/HFC 吸收紅外線 → 溫室效應 → 全球升溫
關鍵詞：GHG、GWP、溫室效應
二樓：平流層
CFC 被 UV 裂解 → Cl 原子 → 連鎖破壞 O₃ → 臭氧洞
關鍵詞：ODS、UV-B、皮膚癌
學習單 §2 任務：連線配對「汙染物 ↔ 發生位置 ↔ 後果」6 題，≥5/6 正確。
C2
活動 1 — 步驟 4｜國際治理

蒙特婁議定書：史上最早獲全體國家批准的條約之一

1987
議定書簽訂年份；已開發國家 1996 年完成 CFC 全面停用
198
締約方數量（含歐盟）——2009 年與維也納公約成為聯合國史上最早獲普遍批准的條約
2066
南極臭氧層預計恢復至 1980 年水準的年份（延遲效應）
  • 為什麼成功？科學共識快速形成、替代品（HFC）可行、責任歸屬清楚。
  • 延遲效應：CFC-12 大氣壽命約 100 年，停止排放 ≠ 立刻恢復。
  • 北極恢復預計 2045 年，中緯度地區 2040 年。
S1
活動 2

氮的雙面人生

哈伯法拯救糧食，也打亂了氮循環——從固氮到水污染到優養化。

C3 氮循環 S2 相互關聯 S4 同理心
活動 2 — 步驟 1

氮循環：幾十億年的平衡被打破

— 氮循環示意圖 流程圖
氮循環：幾十億年的平衡被打破 氮循環示意圖：大氣 N₂（大氣層 78% N₂）極穩定，生物無法直接吸收；根瘤菌固氮使 N₂ 變成土壤中可吸收態氮 NH₄⁺／NO₃⁻，植物吸收（同化）成為有機氮，分解（氨化）後回到土壤；脫氮作用把氮送回大氣；硝酸鹽流失進入水體，造成優養化風險；硝化作用逸散 N₂O（GWP × 273，破壞臭氧層）。人類的哈伯法（1909 年發明）工業固氮，每年人工固氮量已超過自然固氮量的一半（Fowler et al. 2013：2010 年哈伯法 120 Tg N，約為全部自然固氮 203 Tg N 的 59%），打破數十億年氮平衡。概念示意，流量比例未按比例繪製。 示意圖 氮循環示意圖：自然平衡與人為干擾（哈伯法） 概念示意圖（非實測流量） 大氣層（78% N₂） 土壤 ／ 生物圈 大氣 N₂極穩定，生物無法直接吸收 N₂O 逸散大氣GWP × 273 ／ 破壞臭氧層 NH₄⁺ ／ NO₃⁻（土壤中可吸收態氮） 植物 ／ 生物體（有機氮化合物）水體（河川 ／ 湖泊）優養化風險哈伯法工業固氮1909 年發明固氮（根瘤菌）脫氮作用植物吸收（同化）分解（氨化）硝酸鹽流失硝化→N₂O 逸散 哈伯法每年人工固氮量已超過自然固氮量的一半，打破數十億年氮平衡 — Fowler et al. 2013 概念示意，流量比例未按比例繪製
氮循環：幾十億年的平衡被打破
  • 大氣 N₂ 非常穩定，生物無法直接吸收，需依賴根瘤菌固氮或哈伯法（工業）。
  • 哈伯法（1909）讓人工氮肥量產，養活全球約 50% 人口——「20 世紀最重要發明」。
  • 代價：每年額外注入氮量超過自然固氮量的一半以上，循環失衡。
C3
活動 2 — 步驟 2

臺灣河川水質：在地數字

65.7%
未（稍）受污染河段（2025 年，50 條重要河川 2,933.9 公里，環境部）
24.3%
中度加嚴重污染河段（2025 年）；氨氮與 BOD 為主要指標
三大來源
生活污水、事業廢水、畜牧廢水並列河川三大污染來源；全國豬隻 30.0% 在雲林縣（2025 年 11 月調查，環境部水質保護網）
在地任務
用手機查「你家鄉最近河段」的水質等級（環境部環境資料開放平台），於學習單 §4 記錄河段名稱、等級、主要污染源。
C3S4
活動 2 — 步驟 3

優養化連鎖：一包氮肥如何殺死一條河

步驟 1
氮磷過剩 → 藻類暴增，水面變綠或紅色（藻華）
步驟 2
藻類死亡 → 分解菌耗光水中溶氧（DO 降至接近 0）
步驟 3
魚蝦缺氧大量死亡，漁業崩潰、水源污染
步驟 4
生態系崩潰，需數年甚至數十年才能恢復
任務：學習單 §5 繪出四步驟因果鏈（系統思考）；觀看魚類缺氧短片 30 秒後，寫一句話情緒反應。
C3S2S4
活動 3

一顆氮肥的旅程

N₂O 的三重危害（暖化、臭氧破壞、PM2.5）與減氮方法工具箱。

C4 N₂O 機制 C5 減氮方法 S3 責任感
活動 3 — 步驟 1–2｜一肥三害

N₂O：被忽視的「笑氣」威脅

× 273 倍
N₂O 的 100 年全球暖化潛勢（GWP-100），相對 CO₂（IPCC AR6 WG1 Ch.7）；人為 N₂O 排放中約四分之三（74%）來自農業施肥與糞肥（Global Carbon Project 2024）
暖化
GWP × 273；大氣濃度從工業前 270 ppb 升至 2023 年 336 ppb
臭氧破壞
CFC 受管制後，N₂O 成為目前最主要的人為臭氧層破壞物
PM2.5
氮肥揮發的氨（NH₃），會和汽機車、工廠排放的氮氧化物在空氣中轉化成的硝酸反應，形成硝酸銨等 PM2.5，影響呼吸健康
一肥三害路徑：施肥 → 土壤細菌（硝化/脫氮）→ N₂O 逸散 → 平流層破壞 O₃；施肥 → 氨揮發 → PM2.5；硝酸鹽流入河川 → 優養化。
C4
活動 3 — 步驟 3｜問題解決工作坊

減氮工具箱：如果你是農業部顧問

深施尿素
深施尿素可提高部分水稻田的氮利用效率、減少氮流失，但對 N₂O 的效果因田間條件而異；旱田宜搭配硝化抑制劑，否則 N₂O 可能不減反增（Sci Rep 2017、2018；Global Change Biology 2022）
硝化抑制劑
減慢硝化速率，降低 N₂O 逸散；與深施法效果可疊加
精準施肥
感測器+作物需求模型，按需施肥；減少過量損失
覆蓋作物/輪作
夏季種田菁、冬季種苕子或埃及三葉草等豆科綠肥，自然固氮，取代部分化肥
臺灣比例思辨：農業僅占總排放 1.2%（1.2% 已換算為 CO₂e；適當減少過量施氮可直接降低 N₂O 排放，並兼有改善河川氨氮、水庫優養化與空氣中氨的共伴效益）；多準則決策不能只看百分比。
C5S3
活動 4

RRRR 與我的承諾

蒙特婁精神延續至校園與社區——WSA 四面向整合行動。

S1 S3 讚賞責任 B1 B2 B3 行動
活動 4 — 步驟 1

RRRR：回收不是第一選擇

① Refuse
拒絕不必要購買——源頭減量，不產生廢棄物
② Reuse
重複使用——同一物品多次利用，延長壽命
③ Repair
修復延命——修好壞掉的，不急於買新品
④ Recycle
回收是最後手段——仍耗能且有殘餘污染
應用到氮污染：Refuse 過量肥料（精準施肥）> Reuse 廚餘堆肥 > Repair 土壤（綠肥輪作）> Recycle 最後手段。
S3B1
活動 4 — 步驟 2｜全校途徑（WSA）

學生永續委員會的四個戰場

治理 Governance
成立「學生永續委員會」氮污染與減塑分組；向學生議會或校務會議提案禁用一次性塑膠、化學實驗室廢液分流。
課程 Curriculum
跨自然（氮循環）、社會（國際治理）、綜合（行動提案）、健康（UV 防曬）整合；讓學科知識相互支援。
校園運作 Campus
學校菜圃改用有機堆肥（減氮肥）、實驗室廢液分流；採購規範納入「避免含 CFC/HFC 製品」。
社群 Community
與農會、河川巡守隊、環保局合作；進行「我家鄉的河」水質採樣（BOD、氨氮）；國小宣講活動。
B1B2B3
活動 4 — 步驟 4｜個人承諾

我的 30 天承諾卡

✦ 我的 RRRR 30 天承諾 ✦
Refuse
Reuse
Repair
Recycle
分享對象

朗讀承諾後貼於教室承諾牆——這是 B1「影響他人」的第一步。

S3B1
四節課的核心洞見

三個關鍵詞帶走

🏢
不同樓層
臭氧洞（平流層）≠ 全球暖化（對流層）；同一物質 CFC、N₂O 在不同高度有不同危害。
🌾
一肥三害
氮肥同時造成水污染（優養化）、暖化（N₂O × 273）、臭氧破壞——系統連鎖，不能單獨看。
⏳
延遲效應
停止排放 ≠ 立刻恢復；南極臭氧層 2066 年才恢復。今天的行動，為 30 年後的世界負責。
三個帶回家的問題：① 重新設計巴黎協定，你會學蒙特婁議定書的哪三件事？② 你家阿公習慣多施肥——「科學、情感、尊重」三軸，你會怎麼說？③ 你的 30 天承諾，第 30 天真的做到了嗎？