1982年至2018年间 ， 南极上方的臭氧层空洞面积（图片来源：NASA Ozone Watch）
撰文 | 罗丁豪
上世纪80年代 ， 人类首次意识到：我们的臭氧层正在消失 。 随着人类大量排放商品名为“氟利昂”<注1>的氟氯烃类化合物（chlorofluorocarbon ， 简称CFC） ， 臭氧层中的臭氧水平一度以惊人的速度下降 。 随着臭氧层的消失 ， 高量的紫外线进入大气层 ， 可能诱发皮肤癌及白内障 ， 并且威胁到海洋浮游生物的生存 。
这些排入大气的氟利昂来自工业生产使用的制冷剂和发泡剂 。 在上世纪80年代 ， 这些含有氟利昂的化工制品广泛存在于冰箱、灭火器、泡沫聚苯乙烯等常见物品中 。 其中占主导地位的是二氯二氟甲烷（简称CFC-12）和三氯一氟甲烷（CFC-11） ， 前者为冰箱制冷剂 ， 后者则是常用的发泡剂 。
鉴于氟利昂排放和臭氧层消失之间直接且密切的联系 ， 26国代表于1987年聚集在加拿大蒙特利尔市 ， 签署了《蒙特利尔议定书》（Montreal Protocol ， 以下简称《议定书》） 。 《议定书》对包括CFC-11和CFC-12在内的多种氟氯烃类化合物的生产作出了极为严格的规定 ， 并要求各国在发现对臭氧层有不良影响的活动时 ， 积极采取防治措施 ， 及时制止相关活动 。 同时《议定书》还规定 ， 全球应在2010年前完全停止生产氟利昂 。
自《议定书》于1989年生效以来 ， 已经有197个国家签署并通过了《议定书》 ， 南极上空的臭氧层也终于进入了漫长的恢复期 。 据联合国环境署和世界气象组织于2014年发布的一项预测 ， 若氟利昂在大气中的水平继续稳定下降 ， 臭氧层会在2050-2070年间恢复至1980年的状态 。
不过在2018、2019年 ， 发布于《自然》的2篇研究指出CFC-11在大气中的浓度出现了预料之外的上升 ， 且这种上升很可能来自中国东部地区 ， 尤其是山东与河北 。 这无疑为臭氧层的恢复蒙上了一层阴影 。
就在春节前 ， 《自然》杂志的最新研究传递了好消息 。 2篇最新论文表示 ， 2018、2019年 ， 全球的氟利昂排放再次出现下降趋势 ， 且中国东部地区的排放量大大减少 ， 贡献占总降幅的60%之多 。
臭氧杀手
1973年 ， 来自加利福尼亚大学欧文分校的弗兰克·S 。 罗兰（Frank S 。Rowland）和马里奥·莫利纳（Mario Molina）开始研究氟利昂对地球大气的影响 。 他们在1974年发表于《自然》的论文中指出 ， CFC-11和CFC-12都能稳定存在于大气中 ， 并在许多年后于平流层内受紫外辐射分解 。 分解反应会“产生巨量的氯原子 ， ”他们在文中写道 ， “而这些氯原子最终会毁灭大气臭氧层 。 ”
氯原子毁灭臭氧层的机制非常简单 。 游离在臭氧层中的氯原子十分不稳定 ， 能与臭氧分子发生反应 ， 并产生一氧化氯（ClO）和氧气；一氧化氯还能再与臭氧反应 ， 重新形成氯原子并释放出氧气 。 因此 ， 氯原子能在臭氧层中启动一个持续大约2年的恶性循环 。 在这2年间 ， 单单一个氯原子就能与大约十万个臭氧分子发生反应 。 如此巨大的危害能迅速吞噬平流层中的臭氧：在上世纪60年代 ， 南极上空的臭氧层厚度平均为300 DU（Dobson unit <注2>）；而在1985年 ， 南极上空的臭氧层厚度已降至220 DU 。
《议定书》带来了前所未有的全球团结：在1988年 ， 全球的氟利昂排放量是146万吨 。 经过将近30年的努力 ， 在2014年 ， 全球氟利昂排放量已经降至32万吨 ， 人为排放量与自然排放量已经相当（各约16万吨） 。
但自2013年起 ， 中国东北部沿海地区出现了违规排放的CFC-11 。 数据来源于美国海洋与大气管理局（NOAA）分布于北美洲、欧洲、大洋洲和南极洲偏远地区的12座大气观测站 。 这些数据显示 ， 在2014-2017年间 ， CFC-11的大气浓度下降速率明显放缓 ， 降至21世纪初的一半 。 并且 ， 南北半球的CFC-11浓度差距出现了预料之外的加剧 ， 意味着北半球的CFC-11排放远超预期 。
结合夏威夷观测站和其他氟利昂气体的排放记录 ， 研究人员提出 ， 从2008到2012年 ， 中国东部年排放6400吨CFC-11 ， 而在2014-2017年间 ， 这一数字达到了13 400吨 ， 涨幅将近110% 。 这些新增的CFC-11排放占了同时期全球总增量的40%~60% 。
补救行动
实际上 ， 早在2018、2019年的2篇论文发表前 ， 中国就已经意识到了问题的严重性 ， 并采取了相应的补救措施 。 根据联合国环境署2019年的一份报告 ， 中国在2018、2019年加强了对氟利昂制作、排放的监管 。 虽然2018年的第一篇《自然》论文并未将矛头指向中国 ， 但在论文发表后 ， 中国迅速开展了打击消耗臭氧层物质（ozone-depleting substance ， 简称ODS）生产、排放的行动 。 据中国新闻网报道 ， 生态环境部在2018年8月开展了打击ODS专项执法检查 ， 捣毁了处于河南省、辽宁省2家非法生产CFC-11的窝点 ， 并在现场查获各类生产原料177.6吨、非法生产的CFC-11 29.9吨 。 这类行动还在继续 。
这些新增的CFC-11排放很可能来自闭孔泡沫塑料（closed-cell foam） 。 由于闭孔塑料泡沫的生产过程和泡沫本身都会含有CFC-11 ， 2010年后检测到的CFC-11排放可能只占总新增生产量的25% 。 这也就意味着在这段时间内 ， 全球氟利昂储量出现了剧烈上升 ， 达到了100万~200万吨的水平 。 储备中的氟利昂会缓慢泄露 ， 这也是2013年后氟利昂浓度下降放缓的主要原因 。
好消息是 ， 这些行动似乎已初显成效 。 近期刊登于《自然》的一项研究收集并分析了来自2个独立全球检测网络（包括NOAA网络和全球先进大气气体实验 网络）的CFC-11浓度数据 。 分析结果显示 ， 在2018年后半年和2019年年初间 ， 大气中CFC-11浓度下降的速度显著提升 。 往期数据显示 ， 2014-2018年间 ， CFC-11浓度降幅约每年0.5%；2017-2018年间 ， 这个数字下降到了0.3% 。 但在2018-2019年间 ， CFC-11浓度降幅剧增 ， 达到了0.7% 。 更令人欣喜的是 ， 在2019年年末到2020年年初的将近一年时间内 ， 大气CFC-11浓度降幅创造了历史记录 ， 达到了每年1.0% 。 与此同时 ， 这项研究也利用莫纳罗亚火山天文台（Mauna Loa Observatory）的数据确认了CFC-11排放的来源 。 结果显示 ， 在CFC-11全球范围内的排放下降中 ， 中国东部地区的降幅最为显著 ， 在总降幅中占了60%之多 。
本周三另一项发表于《自然》的研究提供了中国东部CFC-11排放下降的进一步证据 。 来自韩国高山（Gosan）和日本波照间岛（Hateruma）观测站的数据显示 ， 中国东部的CFC-11排放水平在2019年回到了2013年前的水平 。 这意味着在2014年-2017年间 ， 中国东部的CFC-11排量每年减少了约1亿吨 。 同时 ， 四氯化碳和CFC-12的排量也出现了显著下降 。
这些最新的结果显示 ， 中国迅速的氟利昂排放打击行动具有显著的效果 。 但与此同时 ， 第二篇论文也指出：相比于2013年之前 ， 在2019年 ， 中国东部新增了将近11.2万吨的CFC-11储量 ， 这基本都是由中国在近十年突然升高的CFC-11生产导致的 。 这也提醒了我们 ， 氟利昂的生产和使用造成的危害是长久而难以察觉的 ， 要想为臭氧层的恢复争取时间 ， 就必须从源头上进行监管 。
<注1> “氟利昂”常指氟氯烃（CFC） ， 但也有部分报道用其专指二氯二氟甲烷（CFC-12） ， 另外一些报道则扩展其范围 ， 包括了其他饱和烃卤代物 。
【环球科学|《自然》：全球氟利昂排放剧减，中国贡献约60%】<注2> 1个多布森单位即在标准温度与标准压力下0.01毫米厚的臭氧层 。
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