轰动一时的“臭氧层空洞”，正在自己悄悄长好，原因竟然是这个

来源：中科院物理所

很多人或许对“臭氧层空洞”这个词还有很深的印象，不过最近这些年里，这个名词已经很少出现了。

有人说如今臭氧层空洞没人提起，说明当年的宣传都是耸人听闻的骗局，进而引申到说今天的气候变化也是“狼来了”。当然，这一观点也遭到了研究者的反驳。但也能看出，确实很多人不知道臭氧空洞的后续如何。

那么，臭氧层问题到底怎样了？今天我们就来聊一聊这个话题。

2006 年 9 月测定的南极上空的臭氧层空洞

简单说，臭氧问题可以算是脱离病危期了。臭氧空洞依然存在，大气层臭氧浓度依然没有恢复到正常水平，但整体趋势都在好转中。最重要的是，引发臭氧问题的元凶——氯氟烃类物质，得到了非常有效的控制。从这个意义上说，臭氧问题是全球环境运动中最为成功的案例。

什么是臭氧层？

臭氧是一种浅蓝色、有强烈刺激性和臭味的气体。它有两个最重要的特征：一是有强氧化性，常温常压下也能和多种物质发生反应；二是能吸收紫外线。作为人类，我们得感谢臭氧——正是它的这两个特征拯救了地球，让我们的蓝色星球没有变成火星一般的荒漠。

阳光中包含不少高能紫外线，不但能破坏复杂的生命分子，连水分子都能打碎，使之变成氢气和氧气。地球太小，引力不足，氢气会逃逸到太空中——经年累月，在这样的作用下，地球上的水本应越来越少。

但臭氧层的出现阻止了这个趋势，它对上拦截紫外线，让大部分阳光紫外线无法照射到地表，对下拦截氢气，让逃逸的氢气能变成水落回地面。与这样的作用相比，臭氧的另一个好处——阻止紫外线伤害地球生命，几乎不值一提了。

从太空观测的地球大气层

话虽如此，阻止水的丢失毕竟是漫长地质年代才能见效的事情，而紫外线损伤是当下立刻可见的事情。所以，臭氧层第一次吸引全球的关注，也是因为后者。

氯氟烃，臭氧的天敌

20 世纪 70 年代初，地球科学家正逐渐意识到全球气候在变暖，变暖可能和人类释放的气体有关。这些嫌疑分子里，有一类叫作氯氟烃（CFCs）。它是第一批工业上广泛使用的“人造分子”之一，具有稳定、不可燃、毒性较低的特征，广泛应用于制冷和气溶胶等领域。

当时的冰箱、空调等家用电器都大量使用氯氟烃。专利持有者给几种氯氟烃注册了“氟利昂”这一商标，后来氟利昂成了各种碳氟化合物制冷剂的通用代名词——我们甚至直接用“空调加氟”来描述给空调补充制冷剂的行为。

但是氯氟烃也有问题。它引发的温室效应是同样数量的二氧化碳的数百倍，且可以在大气层中稳定存在 100 年。就在研究它对大气层的影响时，1974 年，有两位科学家意识到，它在高空中会释放出氯原子。氯原子可以非常高效地破坏臭氧分子。1 个氯原子在同温层的整个生命周期里可以摧毁超过 10 万个臭氧分子——二十年后，他们将会因为这一发现获得诺贝尔化学奖。

人们突然发现

臭氧层多了个大洞

1978 年，美国航空航天局发射了一枚卫星，搭载了臭氧层测量仪器来验证氯氟烃的影响。然而，这颗卫星似乎并没有什么特别的发现。工业界就此主张对氯氟烃的担忧只是杞人忧天。直到七年后的 1985 年，一队英国研究者利用地面的臭氧光谱仪，才发现南极哈雷湾的臭氧层减少了 40%。这就是后来大名鼎鼎的南极臭氧层空洞。

历史上南极臭氧层空洞的变化情况

学术界为之震惊，大惑不解的美国人回头检查自己的数据，发现卫星其实早已捕捉到了臭氧层大减的信号，但分析软件认为这些数据低得太过离谱，自动判定为测量故障而把它们抛弃了。

换句话说，臭氧空洞问题没有经历温水煮青蛙的阶段，一发现就已经到了危急关头。这对于那些患上皮肤癌的人类和其他生物是不幸的——他们所受的伤害很可能直接源于臭氧层被破坏；但对于国际社会的应对来说，或许是幸运的。

人类为保护臭氧层

所做的努力

仅仅两年后的 1987 年，全球 43 个国家就签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（第 49/114 号决议）。9 月 16 日的保护臭氧层国际日，纪念的就是它的签订。当时议定书约定到 2000 年将氯氟烃的使用减半，后来又经过多次修订，对不同类型的物质做了细化规定，要求氯氟烃在 2010 年停止使用，相对危害较小的氢氯氟烃（HCFCs）则需在 2030 年停止使用。

《蒙特利尔议定书》是人类历史上最成功的全球环境条约。它是联合国历史上唯一一个获得所有成员国签署的条约，自它签署至今，全世界所有的主要工业都放弃了氯氟烃的合法使用，大气层里所有最重要的氯氟烃及其衍生物或者不再增加，或者开始减少。

因为氯氟烃寿命极长，从中恢复过来也非一日之功，但目前的估计认为，全世界大部分地区的臭氧层会在 2040 年左右恢复到 1980 年的水平，南极的臭氧空洞则会在 2066 年恢复到 1980 年的水平。一项研究估计，截至 2100 年出生的人，保护臭氧层行动仅在美国就能够阻止 2.8 亿皮肤癌病例，160 万人免于因皮肤癌而死。

顺便说，之所以选择 1980 年作为参考，是因为我们缺乏比那更早的全球系统性数据。实际上 1980 年时氯氟烃投入使用已经数十年。那时的臭氧层就已经是遭到破坏之后的状态了。所以，还不能说臭氧层会在 2066 年彻底康复。完全恢复到前工业时代的水平，或许还要等待上百年。

为何《蒙特利尔议定书》的推行如此顺利，相比之下其他的全球环境运动大多磕磕绊绊？问题本身的紧迫性自然是重要原因，科学界和政治界的合作和信任也是推进谈判的关键因素。

氯氟烃自身的特点也起了贡献：在上世纪 80 年代，它就已经属于古老技术，专利早已过期，业界本来就在探索替代的新技术了。美国的氯氟烃行业联盟原本不承认其破坏臭氧的作用，但在上世纪 80 年代后期突然 180 度转向，恐怕并不仅仅是因为科学进展，也认识到了开发替代品对自身有利。

此外，在《蒙特利尔议定书》的签署过程中还有一个历史的偶然。对于任何国际条约来说，美国的立场都是绕不开的话题。上世纪 80 年代中期美国正值共和党执政时期，里根政府对环境问题和科学问题并无好感，诸如气候变化和艾滋病等领域都深受其害。当时的美国内政部长甚至称，防紫外线根本不需要什么条约，只要大家都戴帽子抹防晒霜就行了。

然而，里根本人却一反常态地对臭氧问题非常积极。究其原因，或许是因为他本人患上了皮肤癌，就在那篇 1985 年论文刊发之前的三个月刚刚进行了手术，而他的妻子也在几年前患过皮肤癌。对于热爱户外运动的里根而言，被医生告知不能晒太阳大概是很大的打击。里根卸任后，共和党对臭氧问题的敌意重新显露，但好在，那时《蒙特利尔议定书》已经签署，整体框架已经完成了。

不过，臭氧层的恢复终究是漫长的过程，其间也不可能一直一帆风顺。比如说，2013 年研究者注意到原本持续下降的 CFC-11 的降低速度突然放缓了，换句话说有人在非法制造并排放新的 CFC-11。所幸到了 2018 年，下降趋势又恢复了正常，但这期间新排放的氯氟烃还是会继续破坏臭氧层一百年。

最新的一次挫折来自火山爆发。2022 年，太平洋岛国汤加境内的洪阿哈阿帕伊岛发生了一次强烈的火山爆发，这可能是 21 世纪迄今为止最大的火山喷发。受火山喷发的水蒸气影响，南极的臭氧层遭受了一轮新的破坏。

南极臭氧层原本就有季节性变化，每年 9~12 月，也就是南半球的春季最大，而 2023 年 9 月的南极臭氧层空洞是自 2011 年以来最大的一次。所幸，水蒸气在高层大气的停留时间没有氯氟烃那么久，所以影响时间应该也不会那么长。

此外，用于代替氯氟烃的主要物质是氢氟烃（HFC）。氢氟烃不含氯原子，所以不会破坏臭氧层，但它对温室效应的贡献和氯氟烃是同级的。氯氟烃本身也是很强的温室气体，所以这一替代尚未导致严重的后果，但这终究只是在拖延问题。2019 年蒙特利尔议定书的新修正案生效，要求在未来 30 年里将氢氟烃的使用量也削减 80%，但具体成效将会如何，就取决于此刻人类的努力了。