Nature：全球禁用數年後，中國東部仍在排放大量氟利昂

從太空觀測的地球大氣層。（圖片來源：NASA）

去年5月，一項發表在《自然》期刊的論文指出，在東亞地區，原本已經被《蒙特利爾協定書》禁止生產、使用的三氯一氟甲烷（CFC-11），最近幾年的排放量顯著回升。一年後，在一項同樣發表於《自然》的研究中，來自日、韓、美、英等國的科學家指出，具體的排放源主要來自中國東部地區，尤其是山東、河北。

撰文 | 吳非

臭氧層危機

自從「氣候變暖」進入人類的視線，大量氣候、生態的壞消息每年都在不斷地衝擊著我們的家園：大氣二氧化碳濃度不斷創下新高、北極海冰面積持續下降、極端天氣事件愈加頻繁……在全球氣候危機不斷加劇的今天，任何一項具有積極意義的指標都足以令人感到欣慰。南極臭氧層空洞面積的縮小，就是為數不多的好消息之一。

氯氟烴類化合物（CFC）也被稱作氟利昂，曾是一類重要的工業原料。作為製冷劑、發泡劑等，CFC曾廣泛用於冰箱、滅火器、泡沫聚苯乙烯等領域的生產過程。其中，我們最熟悉的冰箱製冷劑是二氯二氟甲烷，即CFC-12；三氯一氟甲烷（CFC-11）則是常用的發泡劑。

（註：對於「氟利昂」的定義，存在不同的說法。除了本文指代的氟氯烴，也有人用氟利昂指代範圍更廣的飽和烴鹵代物，或是更狹義的二氯二氟甲烷，即CFC-12）

1974年，兩位化學家第一次意識到，氟利昂，這種工業生產中常用的材料，可能給臭氧層造成了不小的麻煩。加州大學歐文分校的Marlo Molina和Sherwood Rowland發現，兩類氯氟烴——CFC-11與CFC-12可以在大氣層中發生一系列化學反應，最終結果是高層大氣中的臭氧被消耗，大氣層對紫外線的保護正在削弱。

Rowland（左）與Molina（右）

圖片來源：加州大學歐文分校

1995年，Molina和Rowland因這項研究獲得了諾貝爾化學獎。而此時，人類已經意識到，臭氧層因為氟利昂正變得千瘡百孔。

1985年，三位英國科學家（Joesph Farman、Brian Gardiner和Jonathan Shanklin）在南極科考過程中證實了Molina和Rowland的理論。這是一項觸目驚心的發現：每年8~10月，南極上空會出現一個巨大的臭氧層「空洞」——這裡的臭氧濃度不足220個臭氧單位（Dobson Units）。而在上世紀60年代，同一片區域的臭氧濃度還有300個單位。更加糟糕的是，臭氧層空洞還在不斷擴大。

臭氧層對人類健康有著至關重要的作用。如果沒有臭氧層對紫外線的過濾，來自太陽的紫外線輻射會全部到達地球表面，損傷人體DNA，最終可致皮膚癌變。

這一次，意識到危機的人類迅速作出了響應。1989年，由197個聯合國成員國簽署的《蒙特利爾協定書》正式生效。協定書對多種氟氯烴的生產、使用做了嚴格的限制。按照這一協定，全球各國將逐步禁止氟氯烴的生產、使用。到2010年，氟氯烴將被全面禁用。

《蒙特利爾議定書》的收效立竿見影。很快，大氣中的氯氟烴含量逐漸減少、平流層的臭氧含量緩慢增加，南極臭氧層空洞的面積也在本世紀緩慢縮小。根據NASA科學家的估計，如果各方繼續嚴格遵守協定，預計到本世紀中葉，臭氧層將完全恢復。

重回視線

隨著臭氧層修復的順利進行，「臭氧層空洞」與「氟利昂」似乎逐漸被人淡忘。直到2018年5月，一篇發表在《自然》雜誌的論文將這兩個詞重新拉回我們的視線。文章指出，自2013年起，有人在違規排放大量CFC-11。

證據來自美國海洋和大氣管理局（NOAA）分布在北美洲、歐洲、大洋洲與南極洲的12座大氣觀測站。研究發現，自2013年以來，全球大氣的CFC-11濃度出現兩個值得關注的變化趨勢：

CFC-11濃度的下降速率明顯放緩。從2015年到2017年，CFC-11濃度每年僅下降1.0 p.p.t.（p.p.t.為萬億分之一），不到21世紀初的一半。

南北半球的CFC-11濃度差距不斷拉大。北半球的人類活動、工業生產更密集，因此北半球的CFC-11濃度比南半球高並不意外，但這無法解釋南北半球逐漸拉大的差距。

同時，由於其他氟氯烴氣體的濃度沒有呈現出類似的變化趨勢，CFC-11獨特的變化曲線就只有一種可能的原因：一些地區仍然在生產、排放CFC-11。

這些神秘的CFC-11排放源究竟在哪？

科學家已經知道，CFC-11的濃度變化與已知來自工業排放的其他幾種氣體（如HCFC-22）的濃度變化之間具有很強的相關性。

因此，結合夏威夷莫納羅亞觀測站的數據以及HCFC-22等氣體的排放記錄，研究者建立了CFC-11的全球排放模型。結果顯示，近年來的CFC-11排放很可能源自東亞地區。

不過，受制於觀測站點的位置，這項研究的結論也就到此為止。要明確具體的排放源，必須寄希望於來自核心區域的數據。

確定來源

本周，在一項同樣發表於《自然》的研究中，來自日、韓、美、英等多國研究機構的科學團隊，就通過最新的數據分析給出了答案。

這項研究的數據分別來自位於日本波照間島和韓國孤山的大氣觀測站。相比於2018年研究中的夏威夷等觀測站，這兩個站點更接近於核心排放區，因此可以更加敏銳地捕捉到大氣CFC-11的細節。

利用觀測數據，研究團隊藉助大氣化學傳輸模型，給出了全新的解釋：觀測站空氣中的CFC-11，主要來自中國東部地區（該研究包含安徽、北京、河北、江蘇、遼寧、山東、上海、天津與浙江），其中山東與河北的排放量尤為顯著。

2008-2012年（上圖）與2014-2017年（下圖）間，中國東部地區的CFC-11排放地圖。

根據CFC-11的濃度變化趨勢，研究團隊將2008年以來的CFC-11排放分為兩個階段：2008-2012年，中國東部的年均CFC-11排放為6400噸；而在2013-2017年間，這一數值飛漲至13400噸，漲幅達110%。

根據這項研究，中國東部已經成為全球CFC-11排放增加的首要因素。結合此前NOAA的觀測數據，研究團隊指出，相比於2008-2012年，在2013-2017年間，中國東部地區新增的CFC-11排放量佔據全球總增量的40%-60%。當然，這一數據在強調中國東部排放增長的同時，也暗含了另一個事實：在全球其他區域，CFC-11偷排的現象同樣存在。

採取行動

在上世紀80年代氟利昂使用的高峰期，人類每年向大氣中釋放35萬噸CFC-11，而在《蒙特利爾協定書》簽署後，本世紀初，這一數字一度下降到每年5.4萬噸。但隨著中國東部等地區排放量的回升，NASA觀測到的臭氧層恢復趨勢將顯著減緩。此前科學家預測，南極臭氧層空洞有望在2050年被填補，而現在，這一時刻可能需要推遲10年甚至更久——具體的年份則取決於全球各國接下來的決心與努力。

事實上，在《蒙特利爾協定書》通過後，中國政府為了履行公約做了大量努力。生態環境部新聞發言人劉友賓表示，生態環境部及地方生態環境部門始終嚴格執法，嚴厲打擊消耗臭氧層物質（ODS）違法生產、使用和銷售的行為。

2018年的論文發表後，儘管沒有明確指向中國，但中國政府迅速作出了響應，生態環境部組織各地生態環境部門，開展了針對ODS的專項執法檢查。此次行動搗毀了位於遼寧、河南的2家非法生產CFC-11的窩點，並嚴打非法使用ODS行為，追溯非法ODS來源。

對於最新研究指出的CFC-11排放，我們尚無法確切得到其來源及用途，也不確定在2017年之後，情況是否有所改善。一些科學家推測，這些CFC-11排放可能與一種用於建材的泡沫絕緣材料有關。由於CFC-11會被包裹在這種泡沫材料中、逐步緩慢泄露，因此最近幾年的實際排放量可能遠高於該研究的結論。

不過，令人欣慰的是，如果最新的排放源被迅速關閉，南極臭氧層空洞的修復進程將不會受到影響。因此，至少在這一問題上，人類的命運還掌握在自己手中。

原始論文：

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

參考鏈接：

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

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

《萬物》雜誌2019年5月刊現已上市

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