臭氧是“好气”还是“坏气”

李晋灏

联合国专家组在今年发布了新的评估报告:如果当前政策保持不变,预计南极上空的臭氧层将于2066年恢复健康,世界其他地区上空的臭氧层将于2040年恢复。本次报告证实,逐步淘汰近99%的禁用消耗臭氧层物质已取得良好成效,使平流层上层的臭氧层显著恢复。

那么,臭氧与臭氧层有什么关系?为何人们常说臭氧有害健康,但却又要积极保护臭氧层呢?

位置决定“好坏”

臭氧实际上是氧气的同素异形体(单一化学元素组成,因排列方式不同,而具有不同性质的单质),因其气味散发着鱼腥味,且在常温下可以自行还原成氧气而得名。

臭氧在分解成氧气的过程中没有二次污染物产生,使得它在化工生产、医疗卫生、航空航天等领域都具有独特的优越性。

距地面15~50千米高度的大气平流层,集中了地球上约90%的臭氧,而在位于20~30千米高度的平流层中,臭氧浓度相对较高,平均厚度只有3毫米左右。别小看这不足3毫米的臭氧层,它可谓是地球生命的“保护伞”,能让太阳光中的可见光通过,且能吸收掉99%以上的有害紫外辐射,同时将其转化成热能,对大气有增温作用,并对大气的循环具有重要的影响。

即便如此,臭氧对人体也是有危害的。人们在臭氧浓度较高的环境中活动一小时,就会出现咳嗽、呼吸困难和肺功能下降的情况,甚至可能导致肺功能减弱、肺气肿和肺组织损伤,而这些损伤往往是不可修复的。

此外,臭氧还会破坏人体免疫机能,如果孕妇在怀孕期间过量接触臭氧,胎儿也会受到影响。

因此,臭氧是好是坏其实与它所处的位置有关——臭氧一旦进入近地面,就会由“地球卫士”变成“健康杀手”。按照我国发布的《环境空气质量标准》,臭氧浓度8小时均值超过每立方米160微克,就会形成臭氧污染;如果超过每立方米215微克就达到了中度污染。

南极臭氧层空洞从何而来

臭氧层空洞不是一个“洞”,而是臭氧含量的低值区。上世纪80年代中期,英国南极科考队的科学家首次观测到南极上空的臭氧层空洞——臭氧层变薄现象,这也成为人类面临的全球性环境问题之一。

太阳活动引起的太阳辐射强度变化、大气运动、大气温度等因素都会影响臭氧浓度和分布。与此同时,自工业革命以来,消耗臭氧层的物质被开发、生产、应用、消费、排放……大气中的臭氧可以与很多物质起反应而被消耗破坏,比较常见的是含碳、氢、氯、氮的几种化学物质,这些化学物质能消耗平流层中的臭氧,打破臭氧平衡,导致地面紫外线辐射的增强,从而给地球生态带来一系列问题。

制冷剂的环保进化之路

科学家们进一步研究发现,臭氧层厚度的减小与一类被称为氯氟烃的人造化合物有关,这类化合物主要用于喷雾剂和冷却设备。

氯氟烃类物质就是人们常说的氟利昂。当它被排放到大气层中时,会在高空强烈紫外线的照射下释放出氯离子。这种游离状态下的氯离子会与极不稳定的臭氧反应生成氧气和次氯酸根离子,两个次氯酸根离子遇到光会分解产生游离状态下的氯离子和氧气。这种反应会在循环中不断进行,一个氯离子可以将成千上万个臭氧分解成氧气,造成臭氧层的消耗。

1921年,“空调之父”威利斯·开利发明了第一台商用离心式制冷机,开创了人类制冷空调的新纪元。

1930年,一批卤代烃制冷剂相继出现,这些制冷剂从安全性和性能均大大超越之前的制冷剂,美国杜邦公司将其命名为氟利昂。在随后的几十年间,氯氟烃与含氢氯氟烃制冷剂占到了极高的占比。

1974年,科学家曾预言:如果氯氟烃生产仍以每年22%的速度增加,并最终完全释放到大气中,那么到1995年,全球臭氧总量将下降5%。后来的卫星和地面观测资料都证实了这个预言。

1987年9月16日,联合国为了避免工业生产中氯氟烃化合物对臭氧层的损害,继1985年《保护臭氧层维也纳公约》的基础上,邀请26个会员国在加拿大蒙特利尔签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(简称《蒙特利尔议定书》)。该议定书对CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五项氯氟烃化物及三项哈龙(灭火剂)的生产做了严格的管制规定。这是联合国历史上第一个被普遍通过的条约,这一天也在全球范围内被标记为国际臭氧层保护日。

我国致力保护“地球屏障”

制冷剂是除甲烷和氧化亚氮外,我国第三大非二氧化碳温室气体排放源,我国的制冷剂回收处理也将是未来一个时期保护臭氧层和减少温室气体排放的重要工作之一。

根据统计和估算,我国目前国内所有制冷设备中的氢氯氟烃和氢氟烃制冷剂保有量大约有200万吨。如果不能控制它们的排放,这些数量的制冷剂基本都会在未来10年里排放到大气中。这还不包括未来10年中新投放市场的数量。

有专家提醒,在家用空调维修过程中,如果维修工人提出要添加氟利昂,一定要提醒师傅寻找制冷剂的泄漏源,让师傅将泄漏点维修好了再加氟(制冷剂),否则泄漏将继续发生,不仅没有达到维修效果,同时泄漏的制冷剂将加剧气候变化。

制冷剂合规回收处理的好处主要有两方面:一是通过回收减少大气污染物排放(消耗臭氧层物质、非二氧化碳温室气体等),二是通过再生处理综合利用而提高经济效益。

经过10年的广泛宣传和不懈努力,我国制冷剂回收处理数量由最初的一年十几吨发展到2022年的制冷剂回收量约1800吨。

在保护“地球之盾”的道路上,全世界已经携手行动起来,有计划地淘汰消耗臭氧层物质。

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