都說(shuō)臭氧有害健康，為何還要保護(hù)臭氧層？

9月16日是國(guó)際臭氧層保護(hù)日。臭氧層被譽(yù)為地球上生物生存繁衍的保護(hù)傘。然而隨著氣候變化和人類生產(chǎn)活動(dòng)的加劇，這個(gè)看似遙遠(yuǎn)的氣候環(huán)保問(wèn)題，逐漸與我們的日常生活緊密相關(guān)。

臭氧與臭氧層有什么關(guān)系？為何人們常說(shuō)臭氧有害健康，但卻又要積極保護(hù)臭氧層呢？今天就給大家詳細(xì)談?wù)劤粞鯇颖Ｗo(hù)的意義。

01 臭氧，到底是“好氣”還是“壞氣”？

臭氧，實(shí)際上是氧氣的“同素異形體”（單一化學(xué)元素組成，因排列方式不同，而具有不同性質(zhì)的單質(zhì)），氧氣的化學(xué)式是O? ，而臭氧的化學(xué)式是O?，因其氣味散發(fā)著魚腥味，且在常溫下可以自行還原成氧氣而得名。

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由于臭氧在分解成氧氣且轉(zhuǎn)化過(guò)程中沒(méi)有二次污染物產(chǎn)生，在化工生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天等領(lǐng)域都具有獨(dú)特的優(yōu)越性。但臭氧對(duì)人體是有危害的。在濃度較高的臭氧環(huán)境中活動(dòng)一小時(shí)，人們就會(huì)出現(xiàn)咳嗽、呼吸困難和肺功能下降的情況，甚至可能導(dǎo)致肺功能減弱、肺氣腫和肺組織損傷，而這些損傷往往是不可修復(fù)的；臭氧還會(huì)破壞人體免疫機(jī)能，如果孕婦在懷孕期間過(guò)量接觸臭氧，胎兒也會(huì)受到不良影響。

02 “地球之盾”——臭氧層，對(duì)人類意義重大

距地面15-50千米高度的大氣平流層，集中了地球上約90%的臭氧，在位于20-30千米高度的平流層中，濃度相對(duì)較高，平均厚度只有3毫米左右。別小看這不足3毫米的臭氧層，它的作用可不小，相當(dāng)于地球生命的“保護(hù)傘”，能讓太陽(yáng)光中的可見光通過(guò)，且能吸收掉99%以上的有害紫外輻射，同時(shí)將其轉(zhuǎn)化成熱能，對(duì)大氣有增溫作用，并對(duì)大氣的循環(huán)具有重要的影響。

層次大氣信息圖表。圖片來(lái)自版權(quán)圖庫(kù)，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

這便解釋了上文的問(wèn)題，臭氧的“好”或“壞”其實(shí)與它所處的位置有關(guān)——一旦進(jìn)入近地面，臭氧就馬上會(huì)由“地球衛(wèi)士”變成“健康殺手”。按照我國(guó)發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，臭氧濃度最大8小時(shí)均值超過(guò)每立方米160微克，就形成了臭氧污染；如果超過(guò)每立方米215微克就達(dá)到了中度污染。

03 地球的“漏洞”，如何填補(bǔ)？

（1）從南極臭氧層空洞談起

首先要說(shuō)，臭氧層空洞不是一個(gè)“洞”，而是臭氧含量的低值區(qū)。上世紀(jì)八十年代中期，英國(guó)南極科考隊(duì)的科學(xué)家首次觀測(cè)到南極上空的臭氧層空洞——臭氧層變薄現(xiàn)象，這個(gè)消息在當(dāng)時(shí)引發(fā)了全球范圍的恐慌，成為人類面臨的全球性環(huán)境問(wèn)題之一。

1979-2012年觀測(cè)到的臭氧層空洞范圍變化

圖片來(lái)源：NASA

太陽(yáng)活動(dòng)引起的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化、大氣運(yùn)動(dòng)、大氣溫度等因素都會(huì)影響臭氧濃度和分布。與此同時(shí)，自工業(yè)革命以來(lái)，在高速發(fā)展的過(guò)程中，消耗臭氧層的物質(zhì)被發(fā)明、生產(chǎn)、應(yīng)用、消費(fèi)、排放……大氣中的臭氧可以與很多物質(zhì)起反應(yīng)而被消耗破壞，比較常見的是含碳、氫、氯、氮的幾種化學(xué)物質(zhì)，這種反應(yīng)消耗掉平流層中的臭氧，打破了臭氧的平衡，導(dǎo)致地面紫外線輻射的增加，從而給地球生態(tài)和人類帶來(lái)一系列問(wèn)題?？茖W(xué)家們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，臭氧層厚度的減少與一類被稱為氯氟烴（CFCs）的人造化合物有關(guān)，這類化合物主要用于噴霧劑和冷卻設(shè)備。

（2）制冷劑，環(huán)境保護(hù)永恒的話題

氯氟烴類物質(zhì)，即我們大家常說(shuō)的氟利昂。當(dāng)它排放到大氣層中，會(huì)在高空強(qiáng)烈紫外線的照射下釋放出氯離子。這種游離狀態(tài)下的氯離子與極不穩(wěn)定的臭氧會(huì)分解成為氧氣和次氯酸根離子，兩個(gè)次氯酸根離子遇到光分解產(chǎn)生游離狀態(tài)下的氯離子和氧氣，這種循環(huán)不斷往復(fù)，一個(gè)氯離子可以將成千上萬(wàn)個(gè)臭氧分解成氧氣，造成臭氧層的消耗。

早在1974年科學(xué)家就曾預(yù)言，如果氯氟烴生產(chǎn)仍以每年22％的速度增加，并最終完全釋放到大氣中，那么到1995年全球臭氧總量將下降5％。后來(lái)的衛(wèi)星和地面觀測(cè)資料都證實(shí)了這個(gè)預(yù)言。

1921年，“空調(diào)之父”威利斯·開利發(fā)明了第一臺(tái)商用離心式制冷機(jī)，開創(chuàng)了人類制冷和空調(diào)的新紀(jì)元。1930年代，相繼出現(xiàn)了一批鹵代烴制冷劑，這些制冷劑從安全性和性能均大大超越之前的制冷劑，美國(guó)杜邦公司將其命名為氟利昂（Freon）。在隨后的幾十年間，制冷空調(diào)產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)為幾十億美元產(chǎn)業(yè)的過(guò)程中，氯氟烴（CFCs）與含氫氯氟烴（HCFCs）制冷劑占到了極高的占比。

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1987年9月16日，聯(lián)合國(guó)為了避免工業(yè)生產(chǎn)中氯氟烴化合物對(duì)臭氧層的損害，繼1985年《保護(hù)臭氧層維也納公約》的基礎(chǔ)上，邀請(qǐng)26個(gè)會(huì)員國(guó)在加拿大蒙特利爾簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（簡(jiǎn)稱《蒙特利爾議定書》）。該議定書對(duì)CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五項(xiàng)氯氟烴化物及三項(xiàng)哈龍（滅火劑）的生產(chǎn)做了嚴(yán)格的管制規(guī)定。這是聯(lián)合國(guó)歷史上第一個(gè)被普遍通過(guò)的條約，這一天也在全球范圍內(nèi)被標(biāo)記為國(guó)際臭氧層保護(hù)日。

制冷劑是除甲烷和氧化亞氮外，我國(guó)第三大非二氧化碳溫室氣體排放源，中國(guó)的制冷劑回收處理也將是未來(lái)一個(gè)時(shí)期保護(hù)臭氧層和減少溫室氣體排放的重要工作之一。

眾所周知，含氫氯氟烴和氫氟烴制冷劑都是目前《蒙特利爾議定書》以及后來(lái)的《基加利修正案》約定范圍內(nèi)需要控制的消耗臭氧層物質(zhì)和重要的非二氧化碳溫室氣體，這些制冷劑應(yīng)當(dāng)被回收進(jìn)行無(wú)害化處理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和估算，我國(guó)目前國(guó)內(nèi)所有制冷設(shè)備中的氫氯氟烴和氫氟烴制冷劑保有量大約有200萬(wàn)噸以上；如果不能控制它們的排放，這些數(shù)量的制冷劑基本都會(huì)在未來(lái)十年期間排放到大氣中。這還不包括未來(lái)十年中新投放市場(chǎng)的數(shù)量。

此外，制冷劑的泄漏對(duì)環(huán)境的危害更是嚴(yán)重?，F(xiàn)有家用空調(diào)維修時(shí)，如果維修工人提出要添加制冷劑（加氟、加氟利昂），一定要提醒師傅尋找制冷劑的泄漏源，讓師傅將泄漏點(diǎn)維修好了再加氟（制冷劑），否則泄漏繼續(xù)發(fā)生，不僅沒(méi)有達(dá)到維修效果同時(shí)排放的制冷劑將加劇氣候變化。

制冷劑合規(guī)回收處理的好處主要有兩方面。一是通過(guò)回收減少大氣污染物排放（消耗臭氧層物質(zhì)、非二氧化碳溫室氣體、揮發(fā)有機(jī)物，二是通過(guò)再生處理綜合利用而提高經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過(guò)十年的廣泛宣傳和不懈努力，我國(guó)制冷劑回收處理數(shù)量由最初的一年十幾噸發(fā)展到2022年的制冷劑回收量約1800噸，但是，我國(guó)的制冷劑回收處理工作還是處于發(fā)展的初級(jí)階段。下一步工作，就是建立健全并實(shí)施的保障和鼓勵(lì)制冷劑合規(guī)回收處理的法規(guī)和制度。這些工作細(xì)致而且復(fù)雜，需要時(shí)間和實(shí)踐。

04 全球行動(dòng)，為了人類共同的明天

在著力保護(hù)“地球之盾”的道路上，全世界已經(jīng)攜手行動(dòng)起來(lái)，有計(jì)劃地淘汰消耗臭氧層物質(zhì)。2023年1月，世界氣象組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境署發(fā)布新聞稱，如果保持現(xiàn)行舉措，南極臭氧空洞將在2066年恢復(fù)到1980年的水平。屆時(shí)，人類將首次通過(guò)緊密的國(guó)際合作，解決一個(gè)攸關(guān)文明存續(xù)的重大環(huán)境問(wèn)題。

自1991年加入《蒙特利爾議定書》至2020年的30年間，中國(guó)在淘汰消耗臭氧層物質(zhì)過(guò)程中累計(jì)避免了約260億噸二氧化碳當(dāng)量溫室氣體排放，在保護(hù)臭氧層的同時(shí)也為減緩氣候變化做出了重要貢獻(xiàn)?！叭f(wàn)物各得其和以生，各得其養(yǎng)以成。”科學(xué)的認(rèn)知和技術(shù)的發(fā)展為人類保護(hù)臭氧層行動(dòng)取得成效奠定了基礎(chǔ)，尊重自然、理解人與自然的關(guān)系，將是值得所有人思考的問(wèn)題。

作者：

李晉灝 中國(guó)制冷學(xué)會(huì)科學(xué)普及部主任 高級(jí)工程師

王海濤 中國(guó)制冷學(xué)會(huì)科普工作委員會(huì)委員、中國(guó)制冷學(xué)會(huì)科普教育基地天津澳宏環(huán)保材料有限公司高級(jí)工程師

審核：

常琳 高級(jí)工程師 中國(guó)制冷學(xué)會(huì)科普工作委員會(huì)秘書長(zhǎng)

出品：科普中國(guó)

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