很多人或許對“臭氧層空洞”這個詞還有很深的印象。不過近這些年里，這個名詞已經(jīng)很少出現(xiàn)了。聯(lián)合國設(shè)立每年的 9 月 16 日為保護臭氧層國際日，但得到的關(guān)注也不多。
前些日子外網(wǎng)還就這個問題引發(fā)過爭論，有人說如今臭氧層空洞沒人提起，證明當(dāng)年的宣傳都是聳人聽聞的騙局，進而引申到說今天的氣候變化也是“狼來了”。
這一觀點當(dāng)然遭到了研究者的反駁，但在評論里也能看出，確實很多人不知道臭氧空洞的后續(xù)如何。
所以臭氧層問題到底怎樣了？
2006 年 9 月測定的南極上空的臭氧層空洞
簡單說，臭氧問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有恢復(fù)到正常水平，但整體趨勢都在好轉(zhuǎn)中。重要的是，引發(fā)臭氧問題的元兇——氯氟烴類物質(zhì)，得到了非常有效的控制。從這個意義上說，臭氧問題是全球環(huán)境運動中為成功的案例。
什么是臭氧層？
臭氧是一種淺藍(lán)色、有強烈刺激性和臭味的氣體。它有兩個重要的特征：一是有強氧化性，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——正是它的這兩個特征拯救了地球，讓我們的藍(lán)色星球沒有變成火星一般的荒漠。
陽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)越來越少。
但臭氧層的出現(xiàn)阻止了這個趨勢，它對上攔截紫外線，讓大部分陽光紫外線無法照射到地表，對下攔截氫氣，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。
從太空觀測的地球大氣層
話雖如此，阻止水的丟失畢竟是漫長地質(zhì)年代才能見效的事情，而紫外線損傷是當(dāng)下立刻可見的事情。所以，臭氧層第一次吸引全球的關(guān)注，也是因為后者。
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了“氟利昂”這一商標(biāo)，后來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”來描述給空調(diào)補充制冷劑的行為。
但是氯氟烴也有問題。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。就在研究它對大氣層的影響時，1974 年，有兩位科學(xué)家意識到，它在高空中會釋放出氯原子。氯原子可以非常高效地破壞臭氧分子。1 個氯原子在同溫層的整個生命周期里可以摧毀超過 10 萬個臭氧分子——二十年后，他們將會因為這一發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾化學(xué)獎。
人們突然發(fā)現(xiàn)臭氧層多了個大洞
1978 年，美國航空航天局發(fā)射了一枚衛(wèi)星，搭載了臭氧層測量儀器來驗證氯氟烴的影響。然而，這顆衛(wèi)星似乎并沒有什么特別的發(fā)現(xiàn)。工業(yè)界就此主張對氯氟烴的擔(dān)憂只是杞人憂天。
直到七年后的 1985 年，一隊英國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，大惑不解的美國人回頭檢查自己的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星其實早已捕捉到了臭氧層大減的信號，但分析軟件認(rèn)為這些數(shù)據(jù)低得太過離譜，自動判定為測量故障而把它們拋棄了。
換句話說，臭氧空洞問題沒有經(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空洞；但對于國際社會的應(yīng)對來說，或許是幸運的。
人類為保護臭氧層所做的努力
僅僅兩年后的 1987 年，全球 43 個國家就簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（第 49/114 號決議）。
9 月 16 日的保護臭氧層國際日，紀(jì)念的就是它的簽訂。當(dāng)時議定書約定到 2000 年將氯氟烴的使用減半，后來又經(jīng)過多次修訂，對不同類型的物質(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》是人類歷史上成功的全球環(huán)境條約。它是聯(lián)合國歷史上唯一一個獲得所有成員國簽署的條約，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，大氣層里所有重要的氯氟烴及其衍生物或者不再增加，或者開始減少。
2024年7月，中國政府代表團出席蒙特利爾議定書第 46 次不限名額工作組會
因為氯氟烴壽命極長，從中恢復(fù)過來也非一日之功，但目前的估計認(rèn)為，全世界大部分地區(qū)的臭氧層會在 2040 年左右恢復(fù)到 1980 年的水平，南極的臭氧空洞則會在 2066 年恢復(fù)到 1980 年的水平。
一項研究估計，截至到 2100 年出生的人，保護臭氧層行動僅在美國就能夠阻止 2.8 億皮膚癌病例，160 萬人免于因皮膚癌而死。
順便說，之所以選擇 1980 年作為參考，是因為我們?nèi)狈Ρ饶歉绲娜蛳到y(tǒng)性數(shù)據(jù)。
實際上 1980 年時氯氟烴投入使用已經(jīng)數(shù)十年。那時的臭氧層就已經(jīng)是遭到破壞之后的狀態(tài)了。所以，還不能說臭氧層會在 2066 年徹底康復(fù)。完全恢復(fù)到前工業(yè)時代的水平，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)境運動大多磕磕絆絆？問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談判的關(guān)鍵因素。
氯氟烴自身的特點也起了貢獻：在上世紀(jì) 80 年代，它就已經(jīng)屬于古老技術(shù)，專利早已過期，業(yè)界本來就在探索替代的新技術(shù)了。美國的氯氟烴行業(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，恐怕并不僅僅是因為科學(xué)進展，也認(rèn)識到了開發(fā)替代品對自身有利。
此外在《蒙特利爾議定書》的簽署過程中還有一個歷史的偶然。對于任何國際條約來說，美國的立場都是繞不開的話題。
上世紀(jì) 80 年代中期美國正值共和黨執(zhí)政時期，里根政府對環(huán)境問題和科學(xué)問題并無好感，諸如氣候變化和艾滋病等領(lǐng)域都深受其害。當(dāng)時的美國內(nèi)政部長甚至稱，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)地對臭氧問題非常積極。究其原因，或許是因為他本人患上了皮膚癌，就在那篇 1985 年論文刊發(fā)之前的三個月剛剛進行了手術(shù)，而他的妻子也在幾年前患過皮膚癌。
對于熱愛戶外運動的里根而言，被醫(yī)生告知不能曬太陽大概是很大的打擊。里根卸任后，共和黨對臭氧問題的敵意重新顯露，但好在，那時《蒙特利爾議定書》已經(jīng)簽署，整體框架已經(jīng)完成了。
不過，臭氧層的恢復(fù)終究是漫長的過程，其間也不可能一直一帆風(fēng)順。
比如說，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，換句話說有人在非法制造并排放新的 CFC-11。所幸到了 2018 年，下降趨勢又恢復(fù)了正常，但這期間新排放的氯氟烴還是會繼續(xù)破壞臭氧層一百年。
新的一次挫折來自火山爆發(fā)。2022 年，太平洋島國湯加境內(nèi)的洪阿哈阿帕伊島發(fā)生了一次強烈的火山爆發(fā)，這可能是 21 世紀(jì)迄今為止大的火山噴發(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。
2022年1月15日，湯加一火山爆發(fā)
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大，而 2023 年 9 月的南極臭氧層空洞是自 2011 年以來大的一次。所幸，水蒸氣在高層大氣的停留時間沒有氯氟烴那么久，所以影響時間應(yīng)該也不會那么長。
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，所以不會破壞臭氧層，但它對溫室效應(yīng)的貢獻和氯氟烴是同級的。
氯氟烴本身也是很強的溫室氣體，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題。
2019 年蒙特利爾議定書的新修正案生效，要求在未來 30 年里將氫氟烴的使用量也削減 80%，但具體成效將會如何，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 中國氣象局高級工程師
策劃丨林林
責(zé)編丨何通
審校丨徐來 林林
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