時(shí)訊：還記得“臭氧層空洞”嗎？它自己悄悄長(zhǎng)好了

小時(shí)候，我們經(jīng)常會(huì)在新聞上看到和“臭氧層空洞危機(jī)”相關(guān)的報(bào)道。臭氧層空洞讓有害紫外線進(jìn)入大氣層，讓人類患上皮膚癌和白內(nèi)障的風(fēng)險(xiǎn)增加，甚至?xí)橐恍┪锓N帶來滅頂之災(zāi)。

近些年，關(guān)于臭氧層空洞的新聞好像變少了，但實(shí)際上，人類從沒停止過修復(fù)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(zhǎng)好啦！

(資料圖)

1月9日，在美國(guó)氣象學(xué)會(huì)的會(huì)議上，聯(lián)合國(guó)的一個(gè)專家小組發(fā)布的報(bào)告稱：“臭氧層正在穩(wěn)步恢復(fù)?！眻?bào)告確認(rèn)，從2000年起，南極洲上方的臭氧層空洞就在緩慢修復(fù)。 預(yù)計(jì)到2040年，全球臭氧層就能整體恢復(fù)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(fù)需要花更長(zhǎng)的時(shí)間，但也可以說勝利在望了。

臭氧層的修復(fù)是一個(gè)令人振奮的好消息，一方面，人類終于不必再擔(dān)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(jī)作出的努力不全是徒勞。

我們的保護(hù)傘，破了一個(gè)“洞”

臭氧層空洞實(shí)際上并不是一個(gè)“洞”，這個(gè)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(yáng)傘，吸收了一部分來自太陽(yáng)的紫外線，從而減少抵達(dá)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(qiáng)的“殺傷力”，容易引發(fā)皮膚癌和視網(wǎng)膜病變，更重要的是，人類和動(dòng)植物經(jīng)歷漫長(zhǎng)的演化，已經(jīng)適應(yīng)了有臭氧層保護(hù)的紫外線水平。如果這個(gè)保護(hù)層突然變薄、消失，整個(gè)生物圈都會(huì)遭到滅頂之災(zāi)。

你可能也聽說過氟利昂會(huì)消耗臭氧層，但科學(xué)界最早關(guān)注到臭氧層問題，卻是因?yàn)榱硪粋€(gè)“時(shí)代的眼淚”，那就是超音速飛機(jī)。

1971年，美國(guó)科學(xué)家哈羅德·約翰斯頓（Harold Johnston）發(fā)現(xiàn)，超音速飛機(jī)可能對(duì)臭氧層造成威脅，因?yàn)樗娘w行高度恰好在臭氧層中，產(chǎn)生的氮氧化物會(huì)催化臭氧的分解。由于超音速飛機(jī)的研發(fā)是當(dāng)時(shí)的熱門項(xiàng)目，這個(gè)問題馬上引發(fā)了高度關(guān)注，并催生了一系列大氣化學(xué)研究。

盡管因?yàn)榻?jīng)濟(jì)效益原因，超音速飛機(jī)逐漸退出歷史舞臺(tái)，這些研究后來卻派上了大用場(chǎng)。

1985年，英國(guó)地球物理學(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)時(shí)科學(xué)家的預(yù)期。

經(jīng)過研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致臭氧層空洞的最大兇手是當(dāng)時(shí)廣泛使用的氯氟烴（CFCs）類物質(zhì)，俗稱氟利昂。它們?cè)诋?dāng)時(shí)廣泛存在于冰箱、空調(diào)、香水、殺蟲劑之中，一旦它們進(jìn)入空氣，升入平流層，就會(huì)成為分解臭氧的催化劑，經(jīng)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(jì)20年代，人類發(fā)明了氟利昂，這種物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)人體安全性高，一度被作為制冷劑和發(fā)泡劑廣泛應(yīng)用。過去的一些泡沫發(fā)膠，或者給冰箱、空調(diào)補(bǔ)充的“雪種”，使用的就是氟利昂。

但在1974年，墨西哥化學(xué)家馬里奧·莫利納（Mario Molina）、美國(guó)化學(xué)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(diǎn)：釋放到環(huán)境中的氟利昂會(huì)隨著大氣運(yùn)動(dòng)逐漸遷移到臭氧層，在這里受到強(qiáng)紫外線照射后分解，產(chǎn)生游離氯原子，催化臭氧的分解。

盡管氟利昂這類物質(zhì)的排放是工業(yè)活動(dòng)的結(jié)果，主要集中在北半球，但受損最嚴(yán)重的是極地上空的臭氧層。荷蘭大氣化學(xué)家保羅·克魯岑（Paul Crutzen）發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)闃O地地區(qū)溫度很低，導(dǎo)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(zhì)。

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(zhēng)議一樣，臭氧層空洞問題在當(dāng)時(shí)也被質(zhì)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(dòng)，還是氣候系統(tǒng)的自然波動(dòng)？

氟利昂在工業(yè)界應(yīng)用廣泛，想要限制氟利昂損害了不少人的利益，整個(gè)過程阻力重重，但最終，科學(xué)家們用證據(jù)說話，證明人類活動(dòng)才是導(dǎo)致臭氧層空洞的主要原因。在他們的努力之下，《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)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(dòng)下，各國(guó)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?yàn)閷?duì)保護(hù)臭氧層的貢獻(xiàn)，莫利納、羅蘭和克魯岑于1995年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)｜nobelprize.org

中國(guó)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(zhì)的生產(chǎn)。

臭氧層修復(fù)的過程也絕非一路順?biāo)臁?020年春，北極上空的臭氧層空洞一度擴(kuò)大，損失的臭氧含量達(dá)到2011年以來的最大值。分析發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)出現(xiàn)了一道強(qiáng)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(jìn)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(dòng)擴(kuò)散、填補(bǔ)空缺。

2020年3月，北極上方突然出現(xiàn)的臭氧層空洞（藍(lán)色區(qū)域）。北京大學(xué)胡永云教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)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(guān)。| Yan Xia, DOI: 10.1007/s00376-021-0359-9

好在全球各國(guó)將近半個(gè)世紀(jì)的努力終于有了成果。

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

逐步限制消耗臭氧層物質(zhì)的努力還在繼續(xù)。報(bào)告預(yù)測(cè)，如果繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前政策，那么預(yù)計(jì)到2066年，南極洲臭氧層空洞就能修復(fù)，而北極只要到2045年。保護(hù)臭氧層不僅有助于防護(hù)紫外線，還有利于應(yīng)對(duì)全球變暖。報(bào)告顯示，和不限制使用CFC、HFC類物質(zhì)的場(chǎng)景相比，保護(hù)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(hù)臭氧層行動(dòng)為氣候行動(dòng)作出了示范，”世界氣象組織（WMO）秘書長(zhǎng)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(xiàn)

[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

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