▣公号:果壳(ID:Guokr42),作者:玛雅蓝
小时候,我们经常会在新闻上看到和“臭氧层空洞危机”相关的报道。臭氧层空洞让有害紫外线进入大气层,让人类患上皮肤癌和白内障的风险增加,甚至会为一些物种带来灭顶之灾。
近些年,关于臭氧层空洞的新闻好像变少了,但实际上,人类从没停止过修复臭氧层的努力。直到最近,我们终于等来了好消息:臭氧层它快要长好啦!
1月9日,在美国气象学会的会议上,联合国的一个专家小组发布的报告称:“臭氧层正在稳步恢复。”报告确认,从2000年起,南极洲上方的臭氧层空洞就在缓慢修复。预计到2040年,全球臭氧层就能整体恢复到1980年的水平,即臭氧层空洞问题出现之前的水平。两极地区臭氧层的恢复需要花更长的时间,但也可以说胜利在望了。
臭氧层的修复是一个令人振奋的好消息,一方面,人类终于不必再担心臭氧层破坏带来的过量紫外线暴露了,另一方面,这也证明我们为缓解气候危机作出的努力不全是徒劳。
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我们的保护伞,破了一个“洞”
臭氧层空洞实际上并不是一个“洞”,这个概念指的是臭氧层密度和厚度的下降。
臭氧层处在约20千米高空的平流层中,它就像一把巨大的遮阳伞,吸收了一部分来自太阳的紫外线,从而减少抵达地面的紫外线辐射。
紫外线虽然有助于合成维生素D,但它也有很强的“杀伤力”,容易引发皮肤癌和视网膜病变,更重要的是,人类和动植物经历漫长的演化,已经适应了有臭氧层保护的紫外线水平。如果这个保护层突然变薄、消失,整个生物圈都会遭到灭顶之灾。
你可能也听说过氟利昂会消耗臭氧层,但科学界最早关注到臭氧层问题,却是因为另一个“时代的眼泪”,那就是超音速飞机。
1971年,美国科学家哈罗德·约翰斯顿(Harold Johnston)发现,超音速飞机可能对臭氧层造成威胁,因为它的飞行高度恰好在臭氧层中,产生的氮氧化物会催化臭氧的分解。由于超音速飞机的研发是当时的热门项目,这个问题马上引发了高度关注,并催生了一系列大气化学研究。
尽管因为经济效益原因,超音速飞机逐渐退出历史舞台,这些研究后来却派上了大用场。
1985年,英国地球物理学家约瑟夫·法曼(Joseph Farman)发现,南极洲上方的臭氧层厚度在70年代之后出现大幅下降,其破坏程度远远超出了当时科学家的预期。
经过研究,科学家们发现,导致臭氧层空洞的最大凶手是当时广泛使用的氯氟烃(CFCs)类物质,俗称氟利昂。它们在当时广泛存在于冰箱、空调、香水、杀虫剂之中,一旦它们进入空气,升入平流层,就会成为分解臭氧的催化剂,经过近一百年才能基本完全被分解消化。
南极哈雷湾(Halley Bay)上方臭氧层厚度变化示意图,可见从70年代末起,臭氧层厚度出现大幅下降 | nobelprize.org
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臭氧凶手氟利昂
19世纪20年代,人类发明了氟利昂,这种物质化学性质稳定,对人体安全性高,一度被作为制冷剂和发泡剂广泛应用。过去的一些泡沫发胶,或者给冰箱、空调补充的“雪种”,使用的就是氟利昂。
但在1974年,墨西哥化学家马里奥·莫利纳(Mario Molina)、美国化学家舍伍德·罗兰(Sherwood Rowland)等人的研究发现了氟利昂的致命缺点:释放到环境中的氟利昂会随着大气运动逐渐迁移到臭氧层,在这里受到强紫外线照射后分解,产生游离氯原子,催化臭氧的分解。
尽管氟利昂这类物质的排放是工业活动的结果,主要集中在北半球,但受损最严重的是极地上空的臭氧层。荷兰大气化学家保罗·克鲁岑(Paul Crutzen)发现,这是因为极地地区温度很低,导致水分冷凝形成极地平流层云,而这些云层中容易富集可催化臭氧分解的物质。
南极洲上空的平流层云 | Wikipedia
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拯救地球,人类可以的
和今天气候议题面临的争议一样,臭氧层空洞问题在当时也被质疑过:造成极地臭氧层空洞的原因,究竟是人类的工业活动,还是气候系统的自然波动?
氟利昂在工业界应用广泛,想要限制氟利昂损害了不少人的利益,整个过程阻力重重,但最终,科学家们用证据说话,证明人类活动才是导致臭氧层空洞的主要原因。在他们的努力之下,《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》于1987年通过,1989年1月1日生效,在这份议定书的推动下,各国开始逐步停用氟利昂制冷剂,也开始寻找更环保的氟利昂替代品。
因为对保护臭氧层的贡献,莫利纳、罗兰和克鲁岑于1995年获得了诺贝尔化学奖|nobelprize.org
中国在1991年也加入了《蒙特利尔议定书》,最终于2007年7月1日起全面禁止了CFC类物质的生产。
臭氧层修复的过程也绝非一路顺遂。2020年春,北极上空的臭氧层空洞一度扩大,损失的臭氧含量达到2011年以来的最大值。分析发现,这是因为当时出现了一道强大的平流层极地涡旋,它温度很低,而且稳定又持久。聚集在涡旋中的卤族元素促进了臭氧的分解,而且涡旋的存在阻止了其他区域的臭氧流动扩散、填补空缺。
2020年3月,北极上方突然出现的臭氧层空洞(蓝色区域)。北京大学胡永云教授团队认为,它的形成可能和2020年1月到3月间北太平洋海水异常温暖有关。| Yan Xia, DOI: 10.1007/s00376-021-0359-9
好在全球各国将近半个世纪的努力终于有了成果。
《臭氧层破坏科学评估》(Scientific Assessment of Ozone Depletion)报告每四年发布一次,最近刚刚发布的2022年报告是第10版,终于确认从2000年起,南极洲上方的臭氧层空洞就在缓慢修复,面积缩小,厚度也有所增加。
逐步限制消耗臭氧层物质的努力还在继续。报告预测,如果继续执行当前政策,那么预计到2066年,南极洲臭氧层空洞就能修复,而北极只要到2045年。保护臭氧层不仅有助于防护紫外线,还有利于应对全球变暖。报告显示,和不限制使用CFC、HFC类物质的场景相比,保护臭氧层的举措将全球升温幅度减少了0.5~1 °C。
更重要的是,“保护臭氧层行动为气候行动作出了示范,”世界气象组织(WMO)秘书长佩特里·塔拉斯(Petteri Taalas)说。既然人类能够成功拯救臭氧层,那么只要有足够的决心,气候问题一定也能得到解决。
这不仅是为了拯救地球,更是为了拯救人类自己。
作者:玛雅蓝,编辑:翻翻,本文来自公号:果壳(ID:Guokr42),未经授权不得转载。如有需要请联系sns@guokr.com
参考资料
[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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