自然科普：还记得“臭氧层空洞”吗？它自己悄悄长好了！

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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。

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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。图片来源：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。图片来源：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。图片来源：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。

参考文献：

[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

作者：玛雅蓝

来源：果壳