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臭氧问题是卷土重来

做了蒙特利尔议定书修复臭氧层空洞?它看起来是如此。许多科学家说,随着氯氟烃(CFCs)和其他消耗臭氧层的化学物质被禁止,臭氧层重新充能,南极洲每年出现的空洞永远愈合,只是时间问题。

但是,30年,一些大气化学家都没有那么肯定。愈合被证明是十分缓慢。而关于未涵盖的协议化工新发现外界担心完全恢复可以推迟到22nd世纪- - - - - -甚至可能完全阻止。

在9月中旬,联合国正在庆祝协议的30周年。它将宣称“我们都是臭氧英雄”。但are we patting ourselves on the back a bit too soon?

臭氧层是平流层长期存在的一个自然特征,大气层从地球上空约6英里处开始的部分。臭氧层会过滤掉来自太阳的危险紫外线辐射,而紫外线辐射会导致皮肤癌并破坏许多生命形式。可能是这样的对地球上生命的发展至关重要(PDF)

因此,在20世纪70年代,当研究人员第一次警告说,极端稳定的人造化合物,如制冷剂和气溶胶中使用的氯氟烃,正飘向平流层,释放出氯和溴原子,破坏臭氧分子时,就发出了警报。20世纪80年代,南极的研究人员发现,这些化学反应在冰天雪地上形成的极冷平流层云中超速进行。他们开始在每年南方冬季结束时在臭氧层上制造一个戏剧性的“空洞”。

有证据表明,潜在的臭氧消耗化合物到达臭氧层的速度比之前认为的要快得多。

随之而来的恐慌导致的蒙特利尔议定书签署于9月16日,1987年它和它的后继者淘汰生产各种人造氯和溴的化合物认为持续需要他们达到了数年平流层。此外氟氯化碳,它们包括四氯化碳,氢氯氟烃(HCFC)和甲基溴,熏蒸剂一次广泛用于杀死害虫。

到目前为止,一切都很好。因为在90年代后期达到顶峰大气中的臭氧depleters的数量已经下降了10%以上。对此,在大气中的臭氧总量自2000年以来基本保持不变。

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但在过去的五年里,有证据表明潜在的臭氧消耗化合物到达臭氧层的速度比之前认为的要快得多。在某些天气情况下,几天就足够了。这意味着大量寿命更短的化合物会威胁到臭氧层- - - - - -未列入《蒙特利尔议定书》的化学品。

这些化合物是在我们身边。它们被广泛用作任务,如脱脂和干洗工业溶剂。而他们释放到大气中快速增长。

这些新的臭氧杀手包括二氯甲烷(DCM),这是一种常见的廉价脱漆剂,也用于泡沫吹除剂,具有讽刺意味的是,还用于制造对臭氧无害的氟氯化碳替代品。由于每年的排放量超过100万吨,低层大气中DCM的浓度自2004年以来增加了一倍多。尽管如此,它还没有被认为是对臭氧层的威胁,因为它在被光化学反应分解之前,在大气中通常只有大约5个月的寿命。大气化学家得出结论,它应该会安全地留在低层大气中。

但在2015年,当英国东英吉利大学(University of East Anglia)的埃玛·李德姆·埃尔维奇(Emma Leedham Elvidge)对在平流层下边缘巡航的商用飞机上采集的空气样本进行检测时,这种观点彻底崩溃了。她发现高浓度DCM (PDF),尤其是在印度次大陆和东南亚地区,特别是在亚洲季风季节,当上升气流强从地面到平流层快车道空气。看来他们凑凑热闹采取DCM。

我们应该担心多少呢?瑞安Hossaini兰开斯特大学的一位大气化学家最近做了一个数学计算。据他计算,目前DCM对臭氧层中氯的贡献不到10%。但他认为,按照目前的排放趋势,臭氧空洞的恢复将推迟30年,至少到2095年。

其他人也有同样的担忧。“越来越多的DCM正泄漏到平流层,它在破坏臭氧层方面非常有效,”他说大卫·罗利伦敦大学学院的大气化学家,他没有参与这项研究。“DCM对全球臭氧预算的影响是巨大的。”

由于全球制造业的快速发展,数十种其他短期存在的、可能破坏臭氧层的氯化合物在大气中积累,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。

这种化学物质在到达臭氧层的风险是在热带地区,其中制造业在快速工业化的国家,如中国和印度,并在蓬勃发展的伟大,因为幸运的是,大气环流形势是有利的。亚洲季风可以推动气体到平流层在短短的10天,根据尚未发表的研究。

臭氧消耗化学物质在大气中的移动,从热带转移到南极洲集中。

臭氧消耗化学物质在大气中的移动,从热带转移到南极洲集中。NASA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》还没有开始着手处理这些化学物质。他说:“直到最近,人们还天真地认为,短暂存在的(化学物质)不会对平流层臭氧造成威胁。错了。”

一个危险的漏洞

协议中的其他漏洞也与研究人员有关。2014年,东安格利亚大学的Leedham Elvidge的同事警告说,三种本应在协议中被禁止的氟氯化碳,在吹过南大洋的清洁空气中出现了数量越来越多的氟氯化碳,这些空气是在塔斯马尼亚的格里姆角捕获的。约翰内斯劳贝,大气化学家在东安格利亚大学,计算,CFC-113a的全球排放量,在一次既制造制冷剂和菊酯类农药的重要原料,翻了一番两年。

怎么来的?事实证明,在蒙特利尔议定书从未完全禁止氟氯化碳。“CFC-113A是由一个漏洞,允许工业申请豁免覆盖,”劳贝说。关于这些豁免条约保密条款的意思是说:“我们根本不知道我们是否已经找到豁免排放,或者如果他们从一些非法生产的地方。无论哪种方式,他们正在快速增长,这使得这种令人担忧的。”贸易禁止消耗臭氧的化学物质有所下降,在过去十年,但仍然是一个问题,并已特别为记录氟氯烃。

科学家们知道了臭氧层的恢复将需要因为很多危险的化合物,我们在过去几十年中发动的长寿命的时间。但去年,苏珊·所罗门麻省理工学院的- - - - - -早在20世纪80年代,她就因为发现了极地平流层云的化学成分而成为了世界上最著名的科学家之一小孔关闭的第一个“指纹”。“南极臭氧损耗愈合的发病已经出现了,”她写道。

其他研究人员仍持谨慎态度。南极最近出现了一些春季大洞臭氧。2015年的洞是自1991年以来的第四大洞,其峰值面积超过了北美大陆。这个洞比最近的其他洞更深,持续时间也更长。2016年的情况也比平均水平差,预计2017年也会很严重。

臭氧恢复的迹象“还没有完全显现”。

所罗门将2015年归咎于智利的卡尔布科火山,该火山喷发出的硫磺颗粒增强了极地平流层云破坏臭氧的特性。但苏珊·斯特拉恩美国宇航局戈达德太空飞行中心的警告称,孔的在任何一年的大小由年初至年中的变化平流层的温度和气象变幻莫测仍占主导地位。“臭氧恢复的签名是还没有应用,”她补充说,一天会到来,但我们可能要等到2030年。

同时,在地球的另一端,北极上空臭氧损失仍可能恶化。北极是臭氧洞比南极洲形成不易,因为天气混乱。使超冷的条件,其中极地平流层云在南极洲形成稳定的空气是不太可能。但每当气温变冷足够极地平流层云到形式,它确实发生了。

2011年,北极短暂地形成了一个深洞。在一些地方,超过80%的臭氧被破坏,是1996年和2005年最严重年份损失的两倍。在过去的两个冬天,研究人员在英国部分地区看到了极地平流层云,英国南极调查局的Jonathan Shanklin说。但是它们是短暂的,并没有导致严重的臭氧损失。

温室气体陷阱

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的增加,吸收了更多从地球表面辐射出来的太阳热量,到达平流层的热量减少,从而导致平流层冷却。近40年来,这一趋势一直很明显。较冷的平流层会改善臭氧损失的条件。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”。

我们应该害怕吗?臭氧空洞早期的一些更疯狂的宣传- - - - - -比如巴塔哥尼亚的盲羊和濒临崩溃的海洋生态系统- - - - - -证明是无稽之谈。但是,通过稀薄的臭氧层而流入的额外紫外线辐射确实增加了患皮肤癌的风险,尤其是对那些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东西本来是一个很大更糟,说Martyn Chipperfield他是利兹大学的大气化学家。南极洞将会是大于它是40%;欧洲和北美上空的臭氧层将会薄10%;2011年的北极洞有南极洲大小;根据奇普菲尔德和他的同事进行的研究,到2030年,我们将看到大约200万皮肤癌病例增加。

尽管如此,认为《蒙特利尔议定书》正在发挥作用、经济复苏正在进行的想法开始显得自满。如果不加控制的消耗臭氧化学物质,如DCM的排放量继续上升,那么所取得的成果可能会丧失。答案是显而易见的。“我们应该考虑控制DCM和其他溶剂,就像我们控制氟利昂一样,”Leedham Elvidge说。

世界气象组织和其他监督该议定书的联合国机构承认,DCM和其他短期臭氧消耗物质“是平流层臭氧的一个新问题”,但政府签署国尚未采取行动限制其排放。

这将涉及到比目前为止在议定书中所做的更广泛的化学处理。罗利说,保护臭氧层“带来的工业和政治挑战比以前想象的要大得多”。30年过去了,显然还有很多事情要做。

这个故事首次出现在:

360年耶鲁大学环境

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