時訊：還記得“臭氧層空洞”嗎？它自己悄悄長好了

小時候，我們經常會在新聞上看到和“臭氧層空洞危機”相關的報道。臭氧層空洞讓有害紫外線進入大氣層，讓人類患上皮膚癌和白內障的風險增加，甚至會為一些物種帶來滅頂之災。

近些年，關于臭氧層空洞的新聞好像變少了，但實際上，人類從沒停止過修復臭氧層的努力。直到最近，我們終于等來了好消息： 臭氧層它快要長好啦！

(資料圖)

1月9日，在美國氣象學會的會議上，聯(lián)合國的一個專家小組發(fā)布的報告稱：“臭氧層正在穩(wěn)步恢復。”報告確認，從2000年起，南極洲上方的臭氧層空洞就在緩慢修復。 預計到2040年，全球臭氧層就能整體恢復到1980年的水平，即臭氧層空洞問題出現(xiàn)之前的水平。兩極地區(qū)臭氧層的恢復需要花更長的時間，但也可以說勝利在望了。

臭氧層的修復是一個令人振奮的好消息，一方面，人類終于不必再擔心臭氧層破壞帶來的過量紫外線暴露了，另一方面，這也證明我們?yōu)榫徑鈿夂蛭C作出的努力不全是徒勞。

我們的保護傘，破了一個“洞”

臭氧層空洞實際上并不是一個“洞”，這個概念指的是臭氧層密度和厚度的下降。

臭氧層處在約20千米高空的平流層中，它就像一把巨大的遮陽傘，吸收了一部分來自太陽的紫外線，從而減少抵達地面的紫外線輻射。

紫外線雖然有助于合成維生素D，但它也有很強的“殺傷力”，容易引發(fā)皮膚癌和視網膜病變，更重要的是，人類和動植物經歷漫長的演化，已經適應了有臭氧層保護的紫外線水平。如果這個保護層突然變薄、消失，整個生物圈都會遭到滅頂之災。

你可能也聽說過氟利昂會消耗臭氧層，但科學界最早關注到臭氧層問題，卻是因為另一個“時代的眼淚”，那就是超音速飛機。

1971年，美國科學家哈羅德·約翰斯頓（Harold Johnston）發(fā)現(xiàn)，超音速飛機可能對臭氧層造成威脅，因為它的飛行高度恰好在臭氧層中，產生的氮氧化物會催化臭氧的分解。由于超音速飛機的研發(fā)是當時的熱門項目，這個問題馬上引發(fā)了高度關注，并催生了一系列大氣化學研究。

盡管因為經濟效益原因，超音速飛機逐漸退出歷史舞臺，這些研究后來卻派上了大用場。

1985年，英國地球物理學家約瑟夫·法曼（Joseph Farman）發(fā)現(xiàn)，南極洲上方的臭氧層厚度在70年代之后出現(xiàn)大幅下降，其破壞程度遠遠超出了當時科學家的預期。

經過研究，科學家們發(fā)現(xiàn)，導致臭氧層空洞的最大兇手是當時廣泛使用的氯氟烴（CFCs）類物質，俗稱氟利昂。它們在當時廣泛存在于冰箱、空調、香水、殺蟲劑之中，一旦它們進入空氣，升入平流層，就會成為分解臭氧的催化劑，經過近一百年才能基本完全被分解消化。

南極哈雷灣（Halley Bay）上方臭氧層厚度變化示意圖，可見從70年代末起，臭氧層厚度出現(xiàn)大幅下降 | nobelprize.org

臭氧兇手氟利昂

19世紀20年代，人類發(fā)明了氟利昂，這種物質化學性質穩(wěn)定，對人體安全性高，一度被作為制冷劑和發(fā)泡劑廣泛應用。過去的一些泡沫發(fā)膠，或者給冰箱、空調補充的“雪種”，使用的就是氟利昂。

但在1974年，墨西哥化學家馬里奧·莫利納（Mario Molina）、美國化學家舍伍德·羅蘭（Sherwood Rowland）等人的研究發(fā)現(xiàn)了氟利昂的致命缺點：釋放到環(huán)境中的氟利昂會隨著大氣運動逐漸遷移到臭氧層，在這里受到強紫外線照射后分解，產生游離氯原子，催化臭氧的分解。

盡管氟利昂這類物質的排放是工業(yè)活動的結果，主要集中在北半球，但受損最嚴重的是極地上空的臭氧層。荷蘭大氣化學家保羅·克魯岑（Paul Crutzen）發(fā)現(xiàn)，這是因為極地地區(qū)溫度很低，導致水分冷凝形成極地平流層云，而這些云層中容易富集可催化臭氧分解的物質。

南極洲上空的平流層云 | Wikipedia

拯救地球，人類可以的

和今天氣候議題面臨的爭議一樣，臭氧層空洞問題在當時也被質疑過：造成極地臭氧層空洞的原因，究竟是人類的工業(yè)活動，還是氣候系統(tǒng)的自然波動？

氟利昂在工業(yè)界應用廣泛，想要限制氟利昂損害了不少人的利益，整個過程阻力重重，但最終，科學家們用證據(jù)說話，證明人類活動才是導致臭氧層空洞的主要原因。在他們的努力之下，《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》于1987年通過，1989年1月1日生效，在這份議定書的推動下，各國開始逐步停用氟利昂制冷劑，也開始尋找更環(huán)保的氟利昂替代品。

因為對保護臭氧層的貢獻，莫利納、羅蘭和克魯岑于1995年獲得了諾貝爾化學獎｜nobelprize.org

中國在1991年也加入了《蒙特利爾議定書》，最終于2007年7月1日起全面禁止了CFC類物質的生產。

臭氧層修復的過程也絕非一路順遂。2020年春，北極上空的臭氧層空洞一度擴大，損失的臭氧含量達到2011年以來的最大值。分析發(fā)現(xiàn)，這是因為當時出現(xiàn)了一道強大的平流層極地渦旋，它溫度很低，而且穩(wěn)定又持久。聚集在渦旋中的鹵族元素促進了臭氧的分解，而且渦旋的存在阻止了其他區(qū)域的臭氧流動擴散、填補空缺。

2020年3月，北極上方突然出現(xiàn)的臭氧層空洞（藍色區(qū)域）。北京大學胡永云教授團隊認為，它的形成可能和2020年1月到3月間北太平洋海水異常溫暖有關。| Yan Xia, DOI: 10.1007/s00376-021-0359-9

好在全球各國將近半個世紀的努力終于有了成果。

《臭氧層破壞科學評估》（Scientific Assessment of Ozone Depletion）報告每四年發(fā)布一次，最近剛剛發(fā)布的2022年報告是第10版，終于確認從2000年起，南極洲上方的臭氧層空洞就在緩慢修復，面積縮小，厚度也有所增加。

逐步限制消耗臭氧層物質的努力還在繼續(xù)。報告預測，如果繼續(xù)執(zhí)行當前政策，那么預計到2066年，南極洲臭氧層空洞就能修復，而北極只要到2045年。保護臭氧層不僅有助于防護紫外線，還有利于應對全球變暖。報告顯示，和不限制使用CFC、HFC類物質的場景相比，保護臭氧層的舉措將全球升溫幅度減少了0.5~1 °C。

更重要的是，“保護臭氧層行動為氣候行動作出了示范，”世界氣象組織（WMO）秘書長佩特里·塔拉斯（Petteri Taalas）說。既然人類能夠成功拯救臭氧層，那么只要有足夠的決心，氣候問題一定也能得到解決。這不僅是為了拯救地球，更是為了拯救人類自己。

參考文獻

[1]https://www.unep.org/news-and-stories/press-release/ozone-layer-recovery-track-helping-avoid-global-warming-05degc

[2]World Meteorological Organization (WMO). Executive Summary. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2022, GAW Report No. 278, 56 pp.; WMO: Geneva, 2022. [3]https://ozone.unep.org/system/files/documents/Scientific-Assessment-of-Ozone-Depletion-2022-Executive-Summary.pdf

[4]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1995/press-release/

[5]http://www.gov.cn/gzdt/2007-06/27/content_663208.htm

https://www.unep.org/ozonaction/who-we-are/about-montreal-protocol

[6]Xia, Yan, et al. "Record Arctic ozone loss in spring 2020 is likely caused by North Pacific warm sea surface temperature anomalies." Advances in Atmospheric Sciences 38.10 (2021): 1723-1736. https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-021-0359-9

關鍵詞： 超音速飛機 蒙特利爾