1982年至2018年間，南極上方的臭氧層空洞面積（圖片來源：NASA Ozone Watch）

上世紀80年代，人類首次意識到：我們的臭氧層正在消失。随着人類大量排放商品名為“氟利昂”[注1]的氟氯烴類化合物（chlorofluorocarbon，簡稱CFC），臭氧層中的臭氧水平一度以驚人的速度下降。随着臭氧層的消失，高量的紫外線進入大氣層，可能誘發皮膚癌及白内障，并且威脅到海洋浮遊生物的生存。

這些排入大氣的氟利昂來自工業生産使用的制冷劑和發泡劑。在上世紀80年代，這些含有氟利昂的化工制品廣泛存在于冰箱、滅火器、泡沫聚苯乙烯等常見物品中。其中占主導地位的是二氯二氟甲烷（簡稱CFC-12）和三氯一氟甲烷（CFC-11），前者為冰箱制冷劑，後者則是常用的發泡劑。

鑒于氟利昂排放和臭氧層消失之間直接且密切的聯系，26國代表于1987年聚集在加拿大蒙特利爾市，簽署了《蒙特利爾議定書》（Montreal Protocol，以下簡稱《議定書》）。《議定書》對包括CFC-11和CFC-12在内的多種氟氯烴類化合物的生産作出了極為嚴格的規定，并要求各國在發現對臭氧層有不良影響的活動時，積極采取防治措施，及時制止相關活動。同時《議定書》還規定，全球應在2010年前完全停止生産氟利昂。

自《議定書》于1989年生效以來，已經有197個國家簽署并通過了《議定書》，南極上空的臭氧層也終于進入了漫長的恢複期。據聯合國環境署和世界氣象組織于2014年發布的一項預測，若氟利昂在大氣中的水平繼續穩定下降，臭氧層會在2050-2070年間恢複至1980年的狀态。

不過在2018、2019年，發布于《自然》的2篇研究指出CFC-11在大氣中的濃度出現了預料之外的上升，且這種上升很可能來自中國東部地區，尤其是山東與河北。這無疑為臭氧層的恢複蒙上了一層陰影。

就在春節前，《自然》雜志的最新研究傳遞了好消息。2篇最新論文表示，2018、2019年，全球的氟利昂排放再次出現下降趨勢，且中國東部地區的排放量大大減少，貢獻占總降幅的60%之多。

1973年，來自加利福尼亞大學歐文分校的弗蘭克·S.羅蘭（Frank S. Rowland）和馬裡奧·莫利納（Mario Molina）開始研究氟利昂對地球大氣的影響。他們在1974年發表于《自然》的論文中指出，CFC-11和CFC-12都能穩定存在于大氣中，并在許多年後于平流層内受紫外輻射分解。分解反應會“産生巨量的氯原子，”他們在文中寫道，“而這些氯原子最終會毀滅大氣臭氧層。”

羅蘭和莫利納以氟利昂相關研究獲得了1995年的諾貝爾化學獎。（圖片來源：Science History Institute）

氯原子毀滅臭氧層的機制非常簡單。遊離在臭氧層中的氯原子十分不穩定，能與臭氧分子發生反應，并産生一氧化氯（ClO）和氧氣；一氧化氯還能再與臭氧反應，重新形成氯原子并釋放出氧氣。因此，氯原子能在臭氧層中啟動一個持續大約2年的惡性循環。在這2年間，單單一個氯原子就能與大約十萬個臭氧分子發生反應。如此巨大的危害能迅速吞噬平流層中的臭氧：在上世紀60年代，南極上空的臭氧層厚度平均為300 DU（Dobson unit [注2]）；而在1985年，南極上空的臭氧層厚度已降至220 DU。

《議定書》帶來了前所未有的全球團結：在1988年，全球的氟利昂排放量是146萬噸。經過将近30年的努力，在2014年，全球氟利昂排放量已經降至32萬噸，人為排放量與自然排放量已經相當（各約16萬噸）。

但自2013年起，中國東北部沿海地區出現了違規排放的CFC-11。數據來源于美國海洋與大氣管理局（NOAA）分布于北美洲、歐洲、大洋洲和南極洲偏遠地區的12座大氣觀測站。這些數據顯示，在2014-2017年間，CFC-11的大氣濃度下降速率明顯放緩，降至21世紀初的一半。并且，南北半球的CFC-11濃度差距出現了預料之外的加劇，意味着北半球的CFC-11排放遠超預期。

結合夏威夷觀測站和其他氟利昂氣體的排放記錄，研究人員提出，從2008到2012年，中國東部年排放6400噸CFC-11，而在2014-2017年間，這一數字達到了13 400噸，漲幅将近110%。這些新增的CFC-11排放占了同時期全球總增量的40%~60%。

實際上，早在2018、2019年的2篇論文發表前，中國就已經意識到了問題的嚴重性，并采取了相應的補救措施。根據聯合國環境署2019年的一份報告，中國在2018、2019年加強了對氟利昂制作、排放的監管。雖然2018年的第一篇《自然》論文并未将矛頭指向中國，但在論文發表後，中國迅速開展了打擊消耗臭氧層物質（ozone-depleting substance，簡稱ODS）生産、排放的行動。據中國新聞網報道，生态環境部在2018年8月開展了打擊ODS專項執法檢查，搗毀了處于河南省、遼甯省2家非法生産CFC-11的窩點，并在現場查獲各類生産原料177.6噸、非法生産的CFC-11 29.9噸。這類行動還在繼續。

這些新增的CFC-11排放很可能來自閉孔泡沫塑料（closed-cell foam）。由于閉孔塑料泡沫的生産過程和泡沫本身都會含有CFC-11，2010年後檢測到的CFC-11排放可能隻占總新增生産量的25%。這也就意味着在這段時間内，全球氟利昂儲量出現了劇烈上升，達到了100萬~200萬噸的水平。儲備中的氟利昂會緩慢洩露，這也是2013年後氟利昂濃度下降放緩的主要原因。

好消息是，這些行動似乎已初顯成效。近期刊登于《自然》的一項研究收集并分析了來自2個獨立全球檢測網絡（包括NOAA網絡和全球先進大氣氣體實驗 網絡）的CFC-11濃度數據。分析結果顯示，在2018年後半年和2019年年初間，大氣中CFC-11濃度下降的速度顯著提升。往期數據顯示，2014-2018年間，CFC-11濃度降幅約每年0.5%；2017-2018年間，這個數字下降到了0.3%。但在2018-2019年間，CFC-11濃度降幅劇增，達到了0.7%。更令人欣喜的是，在2019年年末到2020年年初的将近一年時間内，大氣CFC-11濃度降幅創造了曆史記錄，達到了每年1.0%。與此同時，這項研究也利用莫納羅亞火山天文台（Mauna Loa Observatory）的數據确認了CFC-11排放的來源。結果顯示，在CFC-11全球範圍内的排放下降中，中國東部地區的降幅最為顯著，在總降幅中占了60%之多。

本周三另一項發表于《自然》的研究提供了中國東部CFC-11排放下降的進一步證據。來自韓國高山（Gosan）和日本波照間島（Hateruma）觀測站的數據顯示，中國東部的CFC-11排放水平在2019年回到了2013年前的水平。這意味着在2014年-2017年間，中國東部的CFC-11排量每年減少了約1億噸。同時，四氯化碳和CFC-12的排量也出現了顯著下降。

從左到右依次是中國東部2008年-2012年間、2014年-2017年間和2019年的CFC-11排量熱力圖。（圖片來源：Park et al., Nature）

這些最新的結果顯示，中國迅速的氟利昂排放打擊行動具有顯著的效果。但與此同時，第二篇論文也指出：相比于2013年之前，在2019年，中國東部新增了将近11.2萬噸的CFC-11儲量，這基本都是由中國在近十年突然升高的CFC-11生産導緻的。這也提醒了我們，氟利昂的生産和使用造成的危害是長久而難以察覺的，要想為臭氧層的恢複争取時間，就必須從源頭上進行監管。

[注1] “氟利昂”常指氟氯烴（CFC），但也有部分報道用其專指二氯二氟甲烷（CFC-12），另外一些報道則擴展其範圍，包括了其他飽和烴鹵代物。

[注2] 1個多布森單位即在标準溫度與标準壓力下0.01毫米厚的臭氧層。

撰文：羅丁豪

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