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Nature:中国东部仍在大量排氟

时间: 2019年05月27日 | 作者: 吴非 | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
此前科学家预测,南极臭氧层空洞有望在2050年被填补,而现在,这一时刻可能需要推迟10年甚至更久



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从太空观测的地球大气层。(图片来源:NASA)


去年5月,一项发表在《自然》期刊的论文指出,在东亚地区,原本已经被《蒙特利尔协定书》禁止生产、使用的三氯一氟甲烷(CFC-11),最近几年的排放量显著回升。一年后,在一项同样发表于《自然》的研究中,来自日、韩、美、英等国的科学家指出,具体的排放源主要来自中国东部地区,尤其是山东、河北。


臭氧层危机


自从“气候变暖”进入人类的视线,大量气候、生态的坏消息每年都在不断地冲击着我们的家园:大气二氧化碳浓度不断创下新高、北极海冰面积持续下降、极端天气事件愈加频繁……在全球气候危机不断加剧的今天,任何一项具有积极意义的指标都足以令人感到欣慰。南极臭氧层空洞面积的缩小,就是为数不多的好消息之一。


氯氟烃类化合物(CFC)也被称作氟利昂,曾是一类重要的工业原料。作为制冷剂、发泡剂等,CFC曾广泛用于冰箱、灭火器、泡沫聚苯乙烯等领域的生产过程。其中,我们最熟悉的冰箱制冷剂是二氯二氟甲烷,即CFC-12;三氯一氟甲烷(CFC-11)则是常用的发泡剂。


(注:对于“氟利昂”的定义,存在不同的说法。除了本文指代的氟氯烃,也有人用氟利昂指代范围更广的饱和烃卤代物,或是更狭义的二氯二氟甲烷,即CFC-12)


1974年,两位化学家第一次意识到,氟利昂,这种工业生产中常用的材料,可能给臭氧层造成了不小的麻烦。加州大学欧文分校的Marlo Molina和Sherwood Rowland发现,两类氯氟烃——CFC-11与CFC-12可以在大气层中发生一系列化学反应,最终结果是高层大气中的臭氧被消耗,大气层对紫外线的保护正在削弱。


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Rowland(左)与Molina(右)

图片来源:加州大学欧文分校


1995年,Molina和Rowland因这项研究获得了诺贝尔化学奖。而此时,人类已经意识到,臭氧层因为氟利昂正变得千疮百孔。


1985年,三位英国科学家(Joesph Farman、Brian Gardiner和Jonathan Shanklin)在南极科考过程中证实了Molina和Rowland的理论。这是一项触目惊心的发现:每年8~10月,南极上空会出现一个巨大的臭氧层“空洞”——这里的臭氧浓度不足220个臭氧单位(Dobson Units)。而在上世纪60年代,同一片区域的臭氧浓度还有300个单位。更加糟糕的是,臭氧层空洞还在不断扩大。


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证实南极臭氧层空洞的三位英国科学家


臭氧层对人类健康有着至关重要的作用。如果没有臭氧层对紫外线的过滤,来自太阳的紫外线辐射会全部到达地球表面,损伤人体DNA,最终可致皮肤癌变。


这一次,意识到危机的人类迅速作出了响应。1989年,由197个联合国成员国签署的《蒙特利尔协定书》正式生效。协定书对多种氟氯烃的生产、使用做了严格的限制。按照这一协定,全球各国将逐步禁止氟氯烃的生产、使用。到2010年,氟氯烃将被全面禁用。


《蒙特利尔议定书》的收效立竿见影。很快,大气中的氯氟烃含量逐渐减少、平流层的臭氧含量缓慢增加,南极臭氧层空洞的面积也在本世纪缓慢缩小。根据NASA科学家的估计,如果各方继续严格遵守协定,预计到本世纪中叶,臭氧层将完全恢复。


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南极臭氧层空洞的变化趋势(来源:NASA)


重回视线


随着臭氧层修复的顺利进行,“臭氧层空洞”与“氟利昂”似乎逐渐被人淡忘。直到2018年5月,一篇发表在《自然》杂志的论文将这两个词重新拉回我们的视线。文章指出,自2013年起,有人在违规排放大量CFC-11。


证据来自美国海洋和大气管理局(NOAA)分布在北美洲、欧洲、大洋洲与南极洲的12座大气观测站。研究发现,自2013年以来,全球大气的CFC-11浓度出现两个值得关注的变化趋势:


CFC-11浓度的下降速率明显放缓。从2015年到2017年,CFC-11浓度每年仅下降1.0 p.p.t.(p.p.t.为万亿分之一),不到21世纪初的一半。


南北半球的CFC-11浓度差距不断拉大。北半球的人类活动、工业生产更密集,因此北半球的CFC-11浓度比南半球高并不意外,但这无法解释南北半球逐渐拉大的差距。


同时,由于其他氟氯烃气体的浓度没有呈现出类似的变化趋势,CFC-11独特的变化曲线就只有一种可能的原因:一些地区仍然在生产、排放CFC-11。


这些神秘的CFC-11排放源究竟在哪?


科学家已经知道,CFC-11的浓度变化与已知来自工业排放的其他几种气体(如HCFC-22)的浓度变化之间具有很强的相关性。


因此,结合夏威夷莫纳罗亚观测站的数据以及HCFC-22等气体的排放记录,研究者建立了CFC-11的全球排放模型。结果显示,近年来的CFC-11排放很可能源自东亚地区。


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根据模型,各区域受CFC-11排放影响的地图


不过,受制于观测站点的位置,这项研究的结论也就到此为止。要明确具体的排放源,必须寄希望于来自核心区域的数据。


确定来源


本周,在一项同样发表于《自然》的研究中,来自日、韩、美、英等多国研究机构的科学团队,就通过最新的数据分析给出了答案。


这项研究的数据分别来自位于日本波照间岛和韩国孤山的大气观测站。相比于2018年研究中的夏威夷等观测站,这两个站点更接近于核心排放区,因此可以更加敏锐地捕捉到大气CFC-11的细节。


利用观测数据,研究团队借助大气化学传输模型,给出了全新的解释:观测站空气中的CFC-11,主要来自中国东部地区(该研究包含安徽、北京、河北、江苏、辽宁、山东、上海、天津与浙江),其中山东与河北的排放量尤为显著。


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2008-2012年(上图)与2014-2017年(下图)间,中国东部地区的CFC-11排放地图。


根据CFC-11的浓度变化趋势,研究团队将2008年以来的CFC-11排放分为两个阶段:2008-2012年,中国东部的年均CFC-11排放为6400吨;而在2013-2017年间,这一数值飞涨至13400吨,涨幅达110%。


根据这项研究,中国东部已经成为全球CFC-11排放增加的首要因素。结合此前NOAA的观测数据,研究团队指出,相比于2008-2012年,在2013-2017年间,中国东部地区新增的CFC-11排放量占据全球总增量的40%-60%。当然,这一数据在强调中国东部排放增长的同时,也暗含了另一个事实:在全球其他区域,CFC-11偷排的现象同样存在。


采取行动


在上世纪80年代氟利昂使用的高峰期,人类每年向大气中释放35万吨CFC-11,而在《蒙特利尔协定书》签署后,本世纪初,这一数字一度下降到每年5.4万吨。但随着中国东部等地区排放量的回升,NASA观测到的臭氧层恢复趋势将显著减缓。此前科学家预测,南极臭氧层空洞有望在2050年被填补,而现在,这一时刻可能需要推迟10年甚至更久——具体的年份则取决于全球各国接下来的决心与努力。


事实上,在《蒙特利尔协定书》通过后,中国政府为了履行公约做了大量努力。生态环境部新闻发言人刘友宾表示,生态环境部及地方生态环境部门始终严格执法,严厉打击消耗臭氧层物质(ODS)违法生产、使用和销售的行为。


2018年的论文发表后,尽管没有明确指向中国,但中国政府迅速作出了响应,生态环境部组织各地生态环境部门,开展了针对ODS的专项执法检查。此次行动捣毁了位于辽宁、河南的2家非法生产CFC-11的窝点,并严打非法使用ODS行为,追溯非法ODS来源。


对于最新研究指出的CFC-11排放,我们尚无法确切得到其来源及用途,也不确定在2017年之后,情况是否有所改善。一些科学家推测,这些CFC-11排放可能与一种用于建材的泡沫绝缘材料有关。由于CFC-11会被包裹在这种泡沫材料中、逐步缓慢泄露,因此最近几年的实际排放量可能远高于该研究的结论。


不过,令人欣慰的是,如果最新的排放源被迅速关闭,南极臭氧层空洞的修复进程将不会受到影响。因此,至少在这一问题上,人类的命运还掌握在自己手中。


原始论文:

Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1193-4

参考链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0106-2

https://www.nationalgeographic.com/environment/global-warming/ozone-depletion/

https://www.nature.com/articles/249810a0.pdf

http://www.theozonehole.com/

https://www.nature.com/articles/d41586-019-01647-z