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還記得「臭氧層空洞」嗎?科學家發現:它自己悄悄長好了

小時候,我們經常會在新聞上看到和「臭氧層空洞危機」相關的報道。臭氧層空洞讓有害紫外線進入大氣層,讓人類患上皮膚癌和白內障的風險增加,甚至會為一些物種帶來滅頂之災。近些年,關于臭氧層空洞的新聞好像變少了,但實際上,人類從沒停止過修復臭氧層的努力。直到最近,我們終于等來了好消息: 臭氧層它快要長好啦

拍攝于2020年10月21日的延時照片中,一個用于幫助科學家監測南極臭氧層空洞的儀器上升到南極上空。

1月9日,在美國氣象學會的會議上,聯合國的一個專家小組發布的報告稱:「臭氧層正在穩步恢復。」報告確認,從2000年起,南極洲上方的臭氧層空洞就在緩慢修復。 預計到2040年,全球臭氧層就能整體恢復到1980年的水平,即臭氧層空洞問題出現之前的水平。兩極地區臭氧層的恢復需要花更長的時間,但也可以說勝利在望了。臭氧層的修復是一個令人振奮的好消息,一方面,人類終于不必再擔心臭氧層破壞帶來的過量紫外線暴露了,另一方面,這也證明我們為緩解氣候危機作出的努力不全是徒勞。

臭氧層空洞實際上并不是一個「洞」,這個概念 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傘,吸收了一部分來自太陽的紫外線,從而減少抵達地面的紫外線輻射。

紫外線雖然有助于合成維生素D,但它也有很強的「殺傷力」,容易引發皮膚癌和視網膜病變,更重要的是,人類和動植物經歷漫長的演化,已經適應了有臭氧層保護的紫外線水平。如果這個保護層突然變薄、消失,整個生物圈都會遭到滅頂之災。

妳可能也聽說過氟利昂會消耗臭氧層,但科學界最早關注到臭氧層問題,卻是因為另一個「時代的眼淚」,那就是超音速飛機。

1971年,美國科學家哈羅德·約翰斯頓(Harold Johnston)發現,超音速飛機可能對臭氧層造成威脅,因為它的飛行高度恰好在臭氧層中,產生的氮氧化物會催化臭氧的分解。由于超音速飛機的研發是當時的熱門項目,這個問題馬上引發了高度關注,并催生了一系列大氣化學研究。

盡管因為經濟效益原因,超音速飛機逐漸退出歷史舞台,這些研究後來卻派上了大用場。

1985年,英國地球物理學家約瑟夫·法曼(Joseph Farman)發現,南極洲上方的臭氧層厚度在70年代之后出現大幅下降,其破壞程度遠遠超出了當時科學家的預期。

經過研究,科學家們發現,導致臭氧層空洞的最大兇手是當時廣泛使用的氯氟烴(CFCs)類物質,俗稱氟利昂。它們在當時廣泛存在于冰箱、空調、香水、殺蟲劑之中,一旦它們進入空氣,升入平流層,就會成為分解臭氧的催化劑,經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,臭氧層厚度出現大幅下降 

臭氧兇手氟利昂

19世紀20年代,人類發明了氟利昂,這種物質化學性質穩定,對人體安全性高,一度被作為制冷劑和發泡劑廣泛應用。過去的一些泡沫發膠,或者給冰箱、空調補充的「雪種」,使用的就是氟利昂。

但在1974年,墨西哥化學家馬里奧·莫利納(Mario Molina)、美國化學家舍伍德·羅蘭(Sherwood Rowland)等人的研究發現了氟利昂的致命缺點:釋放到環境中的氟利昂會隨著大氣運動逐漸遷移到臭氧層,在這里受到強紫外線照射后分解, 產生游離氯原子,催化臭氧的分解

盡管氟利昂這類物質的排放是工業活動的結果,主要集中在北半球,但受損最嚴重的是極地上空的臭氧層。荷蘭大氣化學家保羅·克魯岑(Paul Crutzen)發現,這是因為極地地區溫度很低,導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。

南極洲上空的平流層云

拯救地球,人類可以的

和今天氣候議題面臨的爭議一樣,臭氧層空洞問題在當時也被質疑過:造成極地臭氧層空洞的原因,究竟是人類的工業活動,還是氣候系統的自然波動?

氟利昂在工業界應用廣泛,想要限制氟利昂損害了不少人的利益,整個過程阻力重重,但最終,科學家們用證據說話,證明人類活動才是導致臭氧層空洞的主要原因。在他們的努力之下,《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》于1987年通過,1989年1月1日生效,在這份議定書的推動下, 各國開始逐步停用氟利昂制冷劑,也開始尋找更環保的氟利昂替代品。

因為對保護臭氧層的貢獻,莫利納、羅蘭和克魯岑于1995年獲得了諾貝爾化學獎

臭氧層修復的過程也絕非一路順遂。2020年春,北極上空的臭氧層空洞一度擴大,損失的臭氧含量達到2011年以來的最大值。分析發現,這是因為當時出現了一道強大的平流層極地渦旋,它溫度很低,而且穩定又持久。聚集在渦旋中的鹵族元素促進了臭氧的分解,而且渦旋的存在阻止了其他區域的臭氧流動擴散、填補空缺。

2020年3月,北極上方突然出現的臭氧層空洞(藍色區域)。北京大學胡永云教授團隊認為,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。

好在全球各國將近半個世紀的努力終于有了成果。

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

逐步限制消耗臭氧層物質的努力還在繼續。報告預測,如果繼續執行當前政策,那麼預計到 2066年,南極洲臭氧層空洞就能修復而北極只要到2045年。保護臭氧層不僅有助于防護紫外線,還有利于應對全球變暖。報告顯示,和不限制使用CFC、HFC類物質的場景相比, 保護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,「保護臭氧層行動為氣候行動作出了示范,」世界氣象組織(WMO)秘書長佩特里·塔拉斯(Petteri Taalas)說。既然人類能夠成功拯救臭氧層,那麼只要有足夠的決心,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。

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