從太空觀測(cè)的地球大氣層。（圖片來(lái)源：NASA）
去年5月，一項(xiàng)發(fā)表在《自然》期刊的論文指出，在東亞地區(qū)，原本已經(jīng)被《蒙特利爾協(xié)定書》禁止生產(chǎn)、使用的三氯一氟甲烷（CFC-11），最近幾年的排放量顯著回升。一年后，在一項(xiàng)同樣發(fā)表于《自然》的研究中，來(lái)自日、韓、美、英等國(guó)的科學(xué)家指出，具體的排放源主要來(lái)自中國(guó)東部地區(qū)，尤其是山東、河北。
撰文 | 吳非
臭氧層危機(jī)
自從“氣候變暖”進(jìn)入人類的視線，大量氣候、生態(tài)的壞消息每年都在不斷地沖擊著我們的家園：大氣二氧化碳濃度不斷創(chuàng)下新高、北極海冰面積持續(xù)下降、極端天氣事件愈加頻繁……在全球氣候危機(jī)不斷加劇的今天，任何一項(xiàng)具有積極意義的指標(biāo)都足以令人感到欣慰。南極臭氧層空洞面積的縮小，就是為數(shù)不多的好消息之一。
氯氟烴類化合物（CFC）也被稱作氟利昂，曾是一類重要的工業(yè)原料。作為制冷劑、發(fā)泡劑等，CFC曾廣泛用于冰箱、滅火器、泡沫聚苯乙烯等領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程。其中，我們最熟悉的冰箱制冷劑是二氯二氟甲烷，即CFC-12；三氯一氟甲烷（CFC-11）則是常用的發(fā)泡劑。
（注：對(duì)于“氟利昂”的定義，存在不同的說(shuō)法。除了本文指代的氟氯烴，也有人用氟利昂指代范圍更廣的飽和烴鹵代物，或是更狹義的二氯二氟甲烷，即CFC-12）
1974年，兩位化學(xué)家第一次意識(shí)到，氟利昂，這種工業(yè)生產(chǎn)中常用的材料，可能給臭氧層造成了不小的麻煩。加州大學(xué)歐文分校的Marlo Molina和Sherwood Rowland發(fā)現(xiàn)，兩類氯氟烴——CFC-11與CFC-12可以在大氣層中發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，最終結(jié)果是高層大氣中的臭氧被消耗，大氣層對(duì)紫外線的保護(hù)正在削弱。
Rowland（左）與Molina（右）
圖片來(lái)源：加州大學(xué)歐文分校
1995年，Molina和Rowland因這項(xiàng)研究獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。而此時(shí)，人類已經(jīng)意識(shí)到，臭氧層因?yàn)榉赫兊们Н彴倏住?/span>
1985年，三位英國(guó)科學(xué)家（Joesph Farman、Brian Gardiner和Jonathan Shanklin）在南極科考過(guò)程中證實(shí)了Molina和Rowland的理論。這是一項(xiàng)觸目驚心的發(fā)現(xiàn)：每年8~10月，南極上空會(huì)出現(xiàn)一個(gè)巨大的臭氧層“空洞”——這里的臭氧濃度不足220個(gè)臭氧單位（Dobson Units）。而在上世紀(jì)60年代，同一片區(qū)域的臭氧濃度還有300個(gè)單位。更加糟糕的是，臭氧層空洞還在不斷擴(kuò)大。
證實(shí)南極臭氧層空洞的三位英國(guó)科學(xué)家
臭氧層對(duì)人類健康有著至關(guān)重要的作用。如果沒有臭氧層對(duì)紫外線的過(guò)濾，來(lái)自太陽(yáng)的紫外線輻射會(huì)全部到達(dá)地球表面，損傷人體DNA，最終可致皮膚癌變。
這一次，意識(shí)到危機(jī)的人類迅速作出了響應(yīng)。1989年，由197個(gè)聯(lián)合國(guó)成員國(guó)簽署的《蒙特利爾協(xié)定書》正式生效。協(xié)定書對(duì)多種氟氯烴的生產(chǎn)、使用做了嚴(yán)格的限制。按照這一協(xié)定，全球各國(guó)將逐步禁止氟氯烴的生產(chǎn)、使用。到2010年，氟氯烴將被全面禁用。
《蒙特利爾議定書》的收效立竿見影。很快，大氣中的氯氟烴含量逐漸減少、平流層的臭氧含量緩慢增加，南極臭氧層空洞的面積也在本世紀(jì)緩慢縮小。根據(jù)NASA科學(xué)家的估計(jì)，如果各方繼續(xù)嚴(yán)格遵守協(xié)定，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉，臭氧層將完全恢復(fù)。
南極臭氧層空洞的變化趨勢(shì)（來(lái)源：NASA）
重回視線
隨著臭氧層修復(fù)的順利進(jìn)行，“臭氧層空洞”與“氟利昂”似乎逐漸被人淡忘。直到2018年5月，一篇發(fā)表在《自然》雜志的論文將這兩個(gè)詞重新拉回我們的視線。文章指出，自2013年起，有人在違規(guī)排放大量CFC-11。
證據(jù)來(lái)自美國(guó)海洋和大氣管理局（NOAA）分布在北美洲、歐洲、大洋洲與南極洲的12座大氣觀測(cè)站。研究發(fā)現(xiàn)，自2013年以來(lái)，全球大氣的CFC-11濃度出現(xiàn)兩個(gè)值得關(guān)注的變化趨勢(shì)：
CFC-11濃度的下降速率明顯放緩。從2015年到2017年，CFC-11濃度每年僅下降1.0 p.p.t.（p.p.t.為萬(wàn)億分之一），不到21世紀(jì)初的一半。
南北半球的CFC-11濃度差距不斷拉大。北半球的人類活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)更密集，因此北半球的CFC-11濃度比南半球高并不意外，但這無(wú)法解釋南北半球逐漸拉大的差距。
同時(shí)，由于其他氟氯烴氣體的濃度沒有呈現(xiàn)出類似的變化趨勢(shì)，CFC-11獨(dú)特的變化曲線就只有一種可能的原因：一些地區(qū)仍然在生產(chǎn)、排放CFC-11。
這些神秘的CFC-11排放源究竟在哪？
科學(xué)家已經(jīng)知道，CFC-11的濃度變化與已知來(lái)自工業(yè)排放的其他幾種氣體（如HCFC-22）的濃度變化之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。
因此，結(jié)合夏威夷莫納羅亞觀測(cè)站的數(shù)據(jù)以及HCFC-22等氣體的排放記錄，研究者建立了CFC-11的全球排放模型。結(jié)果顯示，近年來(lái)的CFC-11排放很可能源自東亞地區(qū)。
根據(jù)模型，各區(qū)域受CFC-11排放影響的地圖
不過(guò)，受制于觀測(cè)站點(diǎn)的位置，這項(xiàng)研究的結(jié)論也就到此為止。要明確具體的排放源，必須寄希望于來(lái)自核心區(qū)域的數(shù)據(jù)。
確定來(lái)源
本周，在一項(xiàng)同樣發(fā)表于《自然》的研究中，來(lái)自日、韓、美、英等多國(guó)研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，就通過(guò)最新的數(shù)據(jù)分析給出了答案。
這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)分別來(lái)自位于日本波照間島和韓國(guó)孤山的大氣觀測(cè)站。相比于2018年研究中的夏威夷等觀測(cè)站，這兩個(gè)站點(diǎn)更接近于核心排放區(qū)，因此可以更加敏銳地捕捉到大氣CFC-11的細(xì)節(jié)。
利用觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)借助大氣化學(xué)傳輸模型，給出了全新的解釋：觀測(cè)站空氣中的CFC-11，主要來(lái)自中國(guó)東部地區(qū)（該研究包含安徽、北京、河北、江蘇、遼寧、山東、上海、天津與浙江），其中山東與河北的排放量尤為顯著。
2008-2012年（上圖）與2014-2017年（下圖）間，中國(guó)東部地區(qū)的CFC-11排放地圖。
根據(jù)CFC-11的濃度變化趨勢(shì)，研究團(tuán)隊(duì)將2008年以來(lái)的CFC-11排放分為兩個(gè)階段：2008-2012年，中國(guó)東部的年均CFC-11排放為6400噸；而在2013-2017年間，這一數(shù)值飛漲至13400噸，漲幅達(dá)110%。
根據(jù)這項(xiàng)研究，中國(guó)東部已經(jīng)成為全球CFC-11排放增加的首要因素。結(jié)合此前NOAA的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)指出，相比于2008-2012年，在2013-2017年間，中國(guó)東部地區(qū)新增的CFC-11排放量占據(jù)全球總增量的40%-60%。當(dāng)然，這一數(shù)據(jù)在強(qiáng)調(diào)中國(guó)東部排放增長(zhǎng)的同時(shí)，也暗含了另一個(gè)事實(shí)：在全球其他區(qū)域，CFC-11偷排的現(xiàn)象同樣存在。
采取行動(dòng)
在上世紀(jì)80年代氟利昂使用的高峰期，人類每年向大氣中釋放35萬(wàn)噸CFC-11，而在《蒙特利爾協(xié)定書》簽署后，本世紀(jì)初，這一數(shù)字一度下降到每年5.4萬(wàn)噸。但隨著中國(guó)東部等地區(qū)排放量的回升，NASA觀測(cè)到的臭氧層恢復(fù)趨勢(shì)將顯著減緩。此前科學(xué)家預(yù)測(cè)，南極臭氧層空洞有望在2050年被填補(bǔ)，而現(xiàn)在，這一時(shí)刻可能需要推遲10年甚至更久——具體的年份則取決于全球各國(guó)接下來(lái)的決心與努力。
事實(shí)上，在《蒙特利爾協(xié)定書》通過(guò)后，中國(guó)政府為了履行公約做了大量努力。生態(tài)環(huán)境部新聞發(fā)言人劉友賓表示，生態(tài)環(huán)境部及地方生態(tài)環(huán)境部門始終嚴(yán)格執(zhí)法，嚴(yán)厲打擊消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）違法生產(chǎn)、使用和銷售的行為。
2018年的論文發(fā)表后，盡管沒有明確指向中國(guó)，但中國(guó)政府迅速作出了響應(yīng)，生態(tài)環(huán)境部組織各地生態(tài)環(huán)境部門，開展了針對(duì)ODS的專項(xiàng)執(zhí)法檢查。此次行動(dòng)搗毀了位于遼寧、河南的2家非法生產(chǎn)CFC-11的窩點(diǎn)，并嚴(yán)打非法使用ODS行為，追溯非法ODS來(lái)源。
對(duì)于最新研究指出的CFC-11排放，我們尚無(wú)法確切得到其來(lái)源及用途，也不確定在2017年之后，情況是否有所改善。一些科學(xué)家推測(cè)，這些CFC-11排放可能與一種用于建材的泡沫絕緣材料有關(guān)。由于CFC-11會(huì)被包裹在這種泡沫材料中、逐步緩慢泄露，因此最近幾年的實(shí)際排放量可能遠(yuǎn)高于該研究的結(jié)論。
不過(guò)，令人欣慰的是，如果最新的排放源被迅速關(guān)閉，南極臭氧層空洞的修復(fù)進(jìn)程將不會(huì)受到影響。因此，至少在這一問(wèn)題上，人類的命運(yùn)還掌握在自己手中。
原始論文：
Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1193-4
參考鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0106-2
https://www.nationalgeographic.com/environment/global-warming/ozone-depletion/
https://www.nature.com/articles/249810a0.pdf
http://www.theozonehole.com/
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01647-z
聯(lián)系客服
