分析

《蒙特利尔协定》签署三十年后,解决臭氧问题依然难以捉摸

尽管禁止使用氯氟烃等化学物质,但南极洲上空的臭氧空洞仍几乎与1987年签署《蒙特利尔议定书》时一样大。科学家们现在就臭氧层面临的新威胁发出警告,包括广泛使用公约未涉及的破坏臭氧层的化学物质。

做了蒙特利尔议定书修复臭氧层空洞?它看起来是如此。随着氯氟烃(CFCs)和其他破坏臭氧层的化学物质被禁止,许多科学家认为臭氧层恢复正常只是一个时间问题,每年在南极洲上空形成的空洞将永远消失。

但是30年来,一些大气化学家不太确定。愈合是痛苦的慢。关于议定书未涵盖的化学物质的新发现正在提高担心,可以将全部恢复推入22n世纪 - 或者甚至完全阻止了。

9月中旬,联合国将举行庆祝活动协议的30周年.它会宣称“我们都是臭氧英雄。”但是,我们称赞自己是不是太早了一点?

臭氧层是平流层的一个长期存在的自然特征大气中大约六英里的大气层的一部分。臭氧层从太阳滤除危险的紫外线辐射,这会导致皮肤癌并损坏许多生命形式。可能是对地球上生命的发展至关重要

因此,在20世纪70年代,当研究人员首次警告称,使用在制冷剂和气溶胶中的氯氟烃等极其稳定的人造化合物正漂浮到平流层,释放出氯和溴原子,从而破坏臭氧分子时,就出现了警报。在20世纪80年代,南极研究人员发现,这些化学反应在冰封大陆上空形成的极冷平流层云中超速运行。在南半球的每个冬季结束时,它们已经开始在臭氧层上制造一个戏剧性的“洞”。

随之而来的恐慌导致了1987年9月16日蒙特利尔议定书的签署。它和它的后继者们已经逐步停止了一系列人造氯和溴化合物的生产,这些化合物被认为可以持续好几年才能到达平流层。除了氯氟烃,它们还包括四氯化碳、氢氯氟烃(hcfc)和曾经广泛用于杀灭害虫的熏蒸剂甲基溴。

到现在为止还挺好。自20世纪90年代后期以来,大气中臭氧含量的含量逐渐下降了10%以上。作为回应,自2000年以来,大气中的总臭氧在很大程度上没有变化。

卫星图像,描绘了1979年至2013年南极洲臭氧孔的年度最大程度范围。信贷:美国宇航局戈达德太空飞行中心

但在过去的五年里,有证据表明,潜在的破坏臭氧层的化合物能够以比以前认为的更快的速度到达臭氧层。在某些天气条件下,几天可能就足够了。这就意味着有更大范围的更短命的化合物威胁着臭氧层——蒙特利尔议定书没有涵盖这些化学物质。

这些化合物就在我们周围。它们被广泛用作工业溶剂,如脱脂和干洗。它们释放到大气中的量正在迅速增加。

这些新的臭氧破坏者包括二氯甲烷(DCM),这是一种常见而廉价的油漆脱除剂,也用于泡沫发泡剂,具有讽刺意味的是,还用于制造氯氟烃的“臭氧友好型”替代品。随着现在每年的排放量超过100万吨,DCM在低层大气中的浓度自2004年以来增加了一倍多。即使如此,它还没有被认为是对臭氧层的威胁,因为它在光化学反应中分解之前在大气中的典型寿命只有大约5个月。大气化学家得出结论,它应该安全地留在低层大气中。

但这种观点在2015年崩溃了,当时艾玛等到维奇英国东安格利亚大学(University of East Anglia)研究了在平流层下部边缘巡航的商用飞机上采集的空气样本。她发现了高水平的DCM,特别是在印度次大陆和东南亚,特别是在亚洲季风季节,当强大的上升飞机从地面到平流层时。似乎他们正在为骑行服用DCM。

大气中还聚集了数十种能够破坏臭氧的短命氯化合物,这敲响了警钟。

我们该担心多少呢?瑞安Hossaini是兰卡斯特大学的大气化学家,最近是数学。他计算出DCM目前含有臭氧层中氯的少于10%。但是,在当前的排放趋势上,它可能会推迟臭氧洞的复苏30年,直到至少2095年。

其他人分享了这一问题。“生长数量的DCM正在泄漏到平流层中,在摧毁臭氧方面是特别有效的,”大卫·罗利伦敦大学学院的大气化学家,没有参与研究。“DCM影响全球臭氧预算的潜力是深刻的。”

由于全球制造业的快速发展,数十种可能破坏臭氧层的短命氯气化合物正在大气中积累,这敲响了警钟。其中包括1,2-二氯乙烷,一种广泛用于PVC管制造的化学物质。目前对这种化合物的大气测量还很少,“但零星的数据表明它是大气中氯的重要来源,”Hossaini说。

这些化学物质到达臭氧层的风险在热带地区是最大的,那里的制造业在中国和印度等快速工业化的国家蓬勃发展,而且幸运的是,那里的大气环流模式是有利的。根据一项未发表的研究,亚洲季风可以在短短十天内将这些气体推向平流层360年耶鲁大学环境。

臭氧消耗化学物质通过大气的移动,从热带转移到南极。

臭氧消耗化学物质通过大气的移动,从热带转移到南极。美国宇航局戈达德太空飞行中心

罗利警告说,30年过去了,《蒙特利尔议定书》还没有开始处理这些化学物质。他说:“直到最近,naïve的观点还认为,短命的[化学物质]不会对平流层的臭氧构成威胁。错了。”

协议中的其他漏洞也涉及到研究人员。2014年,东英吉利大学(University of East Anglia) Leedham Elvidge的同事警告称,在塔斯马尼亚岛(Tasmania)的格里姆角(Cape Grim)捕捉到的、吹过南大洋(south Ocean)附近的清洁空气中,三种氟利昂制冷剂(cfc)的含量越来越多,这些空气本应被《议定书》禁止。Johannes laube.据东安格利亚大学的大气化学家计算出CFC-113A的全球排放,一旦制造制冷剂和拟除虫菊虫杀虫剂的重要原料,两年都会翻倍。

怎么来的?事实证明,蒙特利尔议定书从未完全禁止过CFC。“CFC-113A由允许行业申请豁免的漏洞覆盖,”Laube说。关于这些豁免的条约中的保密条款意味着“我们根本不知道我们是否发现我们是否发现豁免排放,或者如果他们来自某个地方的一些非法制造。无论哪种方式,它们都越来越快,这使得这种令人担忧。“过去十年来禁止臭氧耗尽化学品的贸易已经下降,但仍然是一个问题,并且尤其是盐酸氟烃的记录。

科学家们知道恢复臭氧层需要时间,因为我们在过去几十年释放的许多危险化合物寿命很长。但是去年,苏珊·所罗门早在20世纪80年代,她就因发现了极地平流层云的化学成分而成为世界上最著名的科学家之一第一个“指纹”的孔关闭。她写道:“南极臭氧损失的恢复已经开始。”

一位专家说:“臭氧恢复的迹象还不明显。”

但其他研究人员仍持谨慎态度。南极的臭氧最近出现了一些春季大洞。2015年的洞是自1991年以来的第四大洞,最大的区域比北美大陆还要大。它也比最近的其他洞更深,持续的时间更长。2016年的情况也比平均水平糟糕,2017年预计也会很严重。

所罗门认为2015年智利的卡尔布科火山喷发出的硫粒子增强了极地平流层云层破坏臭氧的特性。但苏珊斯特拉曼美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的专家警告说,在任何给定的年份里,空洞的大小仍然是由平流层温度的年复一年的变化和气象学的变幻莫测所决定的。她说:“臭氧恢复的特征还没有完全显现出来。”她补充说,这一天会到来,但我们可能要等到21世纪30年代。

与此同时,在地球的另一端,北极损失可能仍可能恶化。北极不易形成臭氧孔的形成,而不是南极洲,因为天气很乱。稳定的空气,导致南极洲极性平流层云形式的超冷条件得多。但它确实发生在温度足够冷的情况下足够冷,以形成极地的平流层云。

在2011年的北极地区形成的深孔。在地方,超过80%的臭氧被摧毁,前往往年最差的两倍于1996年和2005年。在过去的两个冬天,研究人员看到了极地的平流层云英国的一部分,英国南极调查的Jonathan Shanklin说。但他们简短,没有导致重大臭氧损失。

尚克林说,臭氧层恢复缓慢的一个重要原因是全球变暖。随着二氧化碳等温室气体水平的增加,从地球表面辐射出的太阳热量越来越多,到达平流层的热量就越来越少,从而导致温度下降。这一趋势已经持续了近40年。较冷的平流层改善了臭氧损失的条件。他说,气候变化“可能将臭氧空洞的恢复推迟到本世纪下半叶。”

一位研究人员说,保护臭氧层“在工业和政治上所面临的挑战比以前想象的要大得多”。

我们应该害怕吗?早期一些关于臭氧空洞的疯狂宣传——像巴塔哥尼亚的盲羊和海洋生态系统的崩溃——被证明是无稽之谈。但是,从稀薄的臭氧层中流出的额外紫外线辐射确实增加了患皮肤癌的风险——尤其是对不计后果的白皮肤日光浴者来说。臭氧层仍然和30年前一样薄。

好消息是,如果没有蒙特利尔议定书,事情就会变得更加严重Martyn Chipperfield他是利兹大学的大气化学家。南极洞将会是比它更大40%;欧洲和北美的臭氧层将稀释10%;2011年北极洞将一直是南极大小的;根据Chipperfield和同事的研究,我们将在2030年上观察2030年的皮肤癌案例大约200万份。

即便如此,认为《蒙特利尔议定书》正在发挥作用、复苏正在进行的想法开始显得自满了。如果不受控制的臭氧消耗化学品(如DCM)的排放量继续上升,那么就可能失去取得的成果。答案是显而易见的。“我们应该考虑控制DCM和其他溶剂,就像我们控制氯氟烃一样,”Leedham Elvidge说。

世界气象组织和监督议定书的其他联合国机构承认DCM和其他短期臭氧消耗物质“是平流层臭氧的新出现问题”,但政府签署国尚未采取行动限制其排放。

这将涉及摆脱迄今为止在协议下完成的更广泛的化学品。罗利说,保护臭氧层“呈现出比以前认为的更大的工业和政治挑战”。三十年来,显然还有很多事情要做。