很多人或許對(duì)“臭氧層空洞”這個(gè)詞還有很深的印象，不過(guò)最近這些年里，這個(gè)名詞已經(jīng)很少出現(xiàn)了。

有人說(shuō)如今臭氧層空洞沒(méi)人提起，說(shuō)明當(dāng)年的宣傳都是聳人聽(tīng)聞的騙局，進(jìn)而引申到說(shuō)今天的氣候變化也是“狼來(lái)了”。當(dāng)然，這一觀點(diǎn)也遭到了研究者的反駁。但也能看出，確實(shí)很多人不知道臭氧空洞的后續(xù)如何。

那么，臭氧層問(wèn)題到底怎樣了？聯(lián)合國(guó)設(shè)立每年的 9 月 16 日為保護(hù)臭氧層國(guó)際日，今天我們就來(lái)聊一聊這個(gè)話題。

2006 年 9 月測(cè)定的南極上空的臭氧層空洞

簡(jiǎn)單說(shuō)，臭氧問(wèn)題可以算是脫離病危期了。臭氧空洞依然存在，大氣層臭氧濃度依然沒(méi)有恢復(fù)到正常水平，但整體趨勢(shì)都在好轉(zhuǎn)中。最重要的是，引發(fā)臭氧問(wèn)題的元兇——氯氟烴類物質(zhì)，得到了非常有效的控制。從這個(gè)意義上說(shuō)，臭氧問(wèn)題是全球環(huán)境運(yùn)動(dòng)中最為成功的案例。

什么是臭氧層？

臭氧是一種淺藍(lán)色、有強(qiáng)烈刺激性和臭味的氣體。它有兩個(gè)最重要的特征：一是有強(qiáng)氧化性，常溫常壓下也能和多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；二是能吸收紫外線。作為人類，我們得感謝臭氧——正是它的這兩個(gè)特征拯救了地球，讓我們的藍(lán)色星球沒(méi)有變成火星一般的荒漠。

陽(yáng)光中包含不少高能紫外線，不但能破壞復(fù)雜的生命分子，連水分子都能打碎，使之變成氫氣和氧氣。地球太小，引力不足，氫氣會(huì)逃逸到太空中——經(jīng)年累月，在這樣的作用下，地球上的水本應(yīng)越來(lái)越少。

但臭氧層的出現(xiàn)阻止了這個(gè)趨勢(shì)，它對(duì)上攔截紫外線，讓大部分陽(yáng)光紫外線無(wú)法照射到地表，對(duì)下攔截氫氣，讓逃逸的氫氣能變成水落回地面。與這樣的作用相比，臭氧的另一個(gè)好處——阻止紫外線傷害地球生命，幾乎不值一提了。

從太空觀測(cè)的地球大氣層

話雖如此，阻止水的丟失畢竟是漫長(zhǎng)地質(zhì)年代才能見(jiàn)效的事情，而紫外線損傷是當(dāng)下立刻可見(jiàn)的事情。所以，臭氧層第一次吸引全球的關(guān)注，也是因?yàn)楹笳摺?/p>

氯氟烴，臭氧的天敵

20 世紀(jì) 70 年代初，地球科學(xué)家正逐漸意識(shí)到全球氣候在變暖，變暖可能和人類釋放的氣體有關(guān)。這些嫌疑分子里，有一類叫作氯氟烴（CFCs）。它是第一批工業(yè)上廣泛使用的“人造分子”之一，具有穩(wěn)定、不可燃、毒性較低的特征，廣泛應(yīng)用于制冷和氣溶膠等領(lǐng)域。

當(dāng)時(shí)的冰箱、空調(diào)等家用電器都大量使用氯氟烴。專利持有者給幾種氯氟烴注冊(cè)了“氟利昂”這一商標(biāo)，后來(lái)氟利昂成了各種碳氟化合物制冷劑的通用代名詞——我們甚至直接用“空調(diào)加氟”來(lái)描述給空調(diào)補(bǔ)充制冷劑的行為。

但是氯氟烴也有問(wèn)題。它引發(fā)的溫室效應(yīng)是同樣數(shù)量的二氧化碳的數(shù)百倍，且可以在大氣層中穩(wěn)定存在 100 年。就在研究它對(duì)大氣層的影響時(shí)，1974 年，有兩位科學(xué)家意識(shí)到，它在高空中會(huì)釋放出氯原子。氯原子可以非常高效地破壞臭氧分子。1 個(gè)氯原子在同溫層的整個(gè)生命周期里可以摧毀超過(guò) 10 萬(wàn)個(gè)臭氧分子——二十年后，他們將會(huì)因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

人們突然發(fā)現(xiàn)

臭氧層多了個(gè)大洞

1978 年，美國(guó)航空航天局發(fā)射了一枚衛(wèi)星，搭載了臭氧層測(cè)量?jī)x器來(lái)驗(yàn)證氯氟烴的影響。然而，這顆衛(wèi)星似乎并沒(méi)有什么特別的發(fā)現(xiàn)。工業(yè)界就此主張對(duì)氯氟烴的擔(dān)憂只是杞人憂天。直到七年后的 1985 年，一隊(duì)英國(guó)研究者利用地面的臭氧光譜儀，才發(fā)現(xiàn)南極哈雷灣的臭氧層減少了 40%。這就是后來(lái)大名鼎鼎的南極臭氧層空洞。

歷史上南極臭氧層空洞的變化情況

學(xué)術(shù)界為之震驚，大惑不解的美國(guó)人回頭檢查自己的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星其實(shí)早已捕捉到了臭氧層大減的信號(hào)，但分析軟件認(rèn)為這些數(shù)據(jù)低得太過(guò)離譜，自動(dòng)判定為測(cè)量故障而把它們拋棄了。

換句話說(shuō)，臭氧空洞問(wèn)題沒(méi)有經(jīng)歷溫水煮青蛙的階段，一發(fā)現(xiàn)就已經(jīng)到了危急關(guān)頭。這對(duì)于那些患上皮膚癌的人類和其他生物是不幸的——他們所受的傷害很可能直接源于臭氧層被破壞；但對(duì)于國(guó)際社會(huì)的應(yīng)對(duì)來(lái)說(shuō)，或許是幸運(yùn)的。

人類為保護(hù)臭氧層

所做的努力

僅僅兩年后的 1987 年，全球 43 個(gè)國(guó)家就簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（第 49/114 號(hào)決議）。9 月 16 日的保護(hù)臭氧層國(guó)際日，紀(jì)念的就是它的簽訂。當(dāng)時(shí)議定書約定到 2000 年將氯氟烴的使用減半，后來(lái)又經(jīng)過(guò)多次修訂，對(duì)不同類型的物質(zhì)做了細(xì)化規(guī)定，要求氯氟烴在 2010 年停止使用，相對(duì)危害較小的氫氯氟烴（HCFCs）則需在 2030 年停止使用。

《蒙特利爾議定書》是人類歷史上最成功的全球環(huán)境條約。它是聯(lián)合國(guó)歷史上唯一一個(gè)獲得所有成員國(guó)簽署的條約，自它簽署至今，全世界所有的主要工業(yè)都放棄了氯氟烴的合法使用，大氣層里所有最重要的氯氟烴及其衍生物或者不再增加，或者開(kāi)始減少。

因?yàn)槁确鸁N壽命極長(zhǎng)，從中恢復(fù)過(guò)來(lái)也非一日之功，但目前的估計(jì)認(rèn)為，全世界大部分地區(qū)的臭氧層會(huì)在 2040 年左右恢復(fù)到 1980 年的水平，南極的臭氧空洞則會(huì)在 2066 年恢復(fù)到 1980 年的水平。一項(xiàng)研究估計(jì)，截至到 2100 年出生的人，保護(hù)臭氧層行動(dòng)僅在美國(guó)就能夠阻止 2.8 億皮膚癌病例，160 萬(wàn)人免于因皮膚癌而死。

順便說(shuō)，之所以選擇 1980 年作為參考，是因?yàn)槲覀內(nèi)狈Ρ饶歉绲娜蛳到y(tǒng)性數(shù)據(jù)。實(shí)際上 1980 年時(shí)氯氟烴投入使用已經(jīng)數(shù)十年。那時(shí)的臭氧層就已經(jīng)是遭到破壞之后的狀態(tài)了。所以，還不能說(shuō)臭氧層會(huì)在 2066 年徹底康復(fù)。完全恢復(fù)到前工業(yè)時(shí)代的水平，或許還要等待上百年。

為何《蒙特利爾議定書》的推行如此順利，相比之下其他的全球環(huán)境運(yùn)動(dòng)大多磕磕絆絆？問(wèn)題本身的緊迫性自然是重要原因，科學(xué)界和政治界的合作和信任也是推進(jìn)談判的關(guān)鍵因素。

氯氟烴自身的特點(diǎn)也起了貢獻(xiàn)：在上世紀(jì) 80 年代，它就已經(jīng)屬于古老技術(shù)，專利早已過(guò)期，業(yè)界本來(lái)就在探索替代的新技術(shù)了。美國(guó)的氯氟烴行業(yè)聯(lián)盟原本不承認(rèn)其破壞臭氧的作用，但在上世紀(jì) 80 年代后期突然 180 度轉(zhuǎn)向，恐怕并不僅僅是因?yàn)榭茖W(xué)進(jìn)展，也認(rèn)識(shí)到了開(kāi)發(fā)替代品對(duì)自身有利。

此外，在《蒙特利爾議定書》的簽署過(guò)程中還有一個(gè)歷史的偶然。對(duì)于任何國(guó)際條約來(lái)說(shuō)，美國(guó)的立場(chǎng)都是繞不開(kāi)的話題。上世紀(jì) 80 年代中期美國(guó)正值共和黨執(zhí)政時(shí)期，里根政府對(duì)環(huán)境問(wèn)題和科學(xué)問(wèn)題并無(wú)好感，諸如氣候變化和艾滋病等領(lǐng)域都深受其害。當(dāng)時(shí)的美國(guó)內(nèi)政部長(zhǎng)甚至稱，防紫外線根本不需要什么條約，只要大家都戴帽子抹防曬霜就行了。

然而，里根本人卻一反常態(tài)地對(duì)臭氧問(wèn)題非常積極。究其原因，或許是因?yàn)樗救嘶忌狭似つw癌，就在那篇 1985 年論文刊發(fā)之前的三個(gè)月剛剛進(jìn)行了手術(shù)，而他的妻子也在幾年前患過(guò)皮膚癌。對(duì)于熱愛(ài)戶外運(yùn)動(dòng)的里根而言，被醫(yī)生告知不能曬太陽(yáng)大概是很大的打擊。里根卸任后，共和黨對(duì)臭氧問(wèn)題的敵意重新顯露，但好在，那時(shí)《蒙特利爾議定書》已經(jīng)簽署，整體框架已經(jīng)完成了。

不過(guò)，臭氧層的恢復(fù)終究是漫長(zhǎng)的過(guò)程，其間也不可能一直一帆風(fēng)順。比如說(shuō)，2013 年研究者注意到原本持續(xù)下降的 CFC-11 的降低速度突然放緩了，換句話說(shuō)有人在非法制造并排放新的 CFC-11。所幸到了 2018 年，下降趨勢(shì)又恢復(fù)了正常，但這期間新排放的氯氟烴還是會(huì)繼續(xù)破壞臭氧層一百年。

最新的一次挫折來(lái)自火山爆發(fā)。2022 年，太平洋島國(guó)湯加境內(nèi)的洪阿哈阿帕伊島發(fā)生了一次強(qiáng)烈的火山爆發(fā)，這可能是 21 世紀(jì)迄今為止最大的火山噴發(fā)。受火山噴發(fā)的水蒸氣影響，南極的臭氧層遭受了一輪新的破壞。

南極臭氧層原本就有季節(jié)性變化，每年 9~12 月，也就是南半球的春季最大，而 2023 年 9 月的南極臭氧層空洞是自 2011 年以來(lái)最大的一次。所幸，水蒸氣在高層大氣的停留時(shí)間沒(méi)有氯氟烴那么久，所以影響時(shí)間應(yīng)該也不會(huì)那么長(zhǎng)。

此外，用于代替氯氟烴的主要物質(zhì)是氫氟烴（HFC）。氫氟烴不含氯原子，所以不會(huì)破壞臭氧層，但它對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)和氯氟烴是同級(jí)的。氯氟烴本身也是很強(qiáng)的溫室氣體，所以這一替代尚未導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，但這終究只是在拖延問(wèn)題。2019 年蒙特利爾議定書的新修正案生效，要求在未來(lái) 30 年里將氫氟烴的使用量也削減 80%，但具體成效將會(huì)如何，就取決于此刻人類的努力了。

策劃制作

作者丨范崗 科普創(chuàng)作者

審核丨信欣 中國(guó)氣象局高級(jí)工程師

策劃丨張林林

責(zé)編丨鐘艷平

審校丨徐來(lái) 張林林