都說臭氧有害健康，為何還要保護臭氧層？

9月16日是國際臭氧層保護日。臭氧層被譽為地球上生物生存繁衍的保護傘。然而隨著氣候變化和人類生產活動的加劇，這個看似遙遠的氣候環(huán)保問題，逐漸與我們的日常生活緊密相關。

臭氧與臭氧層有什么關系？為何人們常說臭氧有害健康，但卻又要積極保護臭氧層呢？今天就給大家詳細談談臭氧層保護的意義。

01 臭氧，到底是“好氣”還是“壞氣”？

臭氧，實際上是氧氣的“同素異形體”（單一化學元素組成，因排列方式不同，而具有不同性質的單質），氧氣的化學式是O? ，而臭氧的化學式是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化過程中沒有二次污染物產生，在化工生產、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天等領域都具有獨特的優(yōu)越性。但臭氧對人體是有危害的。在濃度較高的臭氧環(huán)境中活動一小時，人們就會出現(xiàn)咳嗽、呼吸困難和肺功能下降的情況，甚至可能導致肺功能減弱、肺氣腫和肺組織損傷，而這些損傷往往是不可修復的；臭氧還會破壞人體免疫機能，如果孕婦在懷孕期間過量接觸臭氧，胎兒也會受到不良影響。

02 “地球之盾”——臭氧層，對人類意義重大

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，相當于地球生命的“保護傘”，能讓太陽光中的可見光通過，且能吸收掉99%以上的有害紫外輻射，同時將其轉化成熱能，對大氣有增溫作用，并對大氣的循環(huán)具有重要的影響。

層次大氣信息圖表。圖片來自版權圖庫，不授權轉載

這便解釋了上文的問題，臭氧的“好”或“壞”其實與它所處的位置有關——一旦進入近地面，臭氧就馬上會由“地球衛(wèi)士”變成“健康殺手”。按照我國發(fā)布的《環(huán)境空氣質量標準》，臭氧濃度最大8小時均值超過每立方米160微克，就形成了臭氧污染；如果超過每立方米215微克就達到了中度污染。

03 地球的“漏洞”，如何填補？

（1）從南極臭氧層空洞談起

首先要說，臭氧層空洞不是一個“洞”，而是臭氧含量的低值區(qū)。上世紀八十年代中期，英國南極科考隊的科學家首次觀測到南極上空的臭氧層空洞——臭氧層變薄現(xiàn)象，這個消息在當時引發(fā)了全球范圍的恐慌，成為人類面臨的全球性環(huán)境問題之一。

1979-2012年觀測到的臭氧層空洞范圍變化

圖片來源：NASA

太陽活動引起的太陽輻射強度變化、大氣運動、大氣溫度等因素都會影響臭氧濃度和分布。與此同時，自工業(yè)革命以來，在高速發(fā)展的過程中，消耗臭氧層的物質被發(fā)明、生產、應用、消費、排放……大氣中的臭氧可以與很多物質起反應而被消耗破壞，比較常見的是含碳、氫、氯、氮的幾種化學物質，這種反應消耗掉平流層中的臭氧，打破了臭氧的平衡，導致地面紫外線輻射的增加，從而給地球生態(tài)和人類帶來一系列問題?？茖W家們進一步研究發(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，這類化合物主要用于噴霧劑和冷卻設備。

（2）制冷劑，環(huán)境保護永恒的話題

氯氟烴類物質，即我們大家常說的氟利昂。當它排放到大氣層中，會在高空強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)定的臭氧會分解成為氧氣和次氯酸根離子，兩個次氯酸根離子遇到光分解產生游離狀態(tài)下的氯離子和氧氣，這種循環(huán)不斷往復，一個氯離子可以將成千上萬個臭氧分解成氧氣，造成臭氧層的消耗。

早在1974年科學家就曾預言，如果氯氟烴生產仍以每年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％。后來的衛(wèi)星和地面觀測資料都證實了這個預言。

1921年，“空調之父”威利斯·開利發(fā)明了第一臺商用離心式制冷機，開創(chuàng)了人類制冷和空調的新紀元。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，制冷空調產業(yè)成長為幾十億美元產業(yè)的過程中，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)合國為了避免工業(yè)生產中氯氟烴化合物對臭氧層的損害，繼1985年《保護臭氧層維也納公約》的基礎上，邀請26個會員國在加拿大蒙特利爾簽署了《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》（簡稱《蒙特利爾議定書》）。該議定書對CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五項氯氟烴化物及三項哈龍（滅火劑）的生產做了嚴格的管制規(guī)定。這是聯(lián)合國歷史上第一個被普遍通過的條約，這一天也在全球范圍內被標記為國際臭氧層保護日。

制冷劑是除甲烷和氧化亞氮外，我國第三大非二氧化碳溫室氣體排放源，中國的制冷劑回收處理也將是未來一個時期保護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》以及后來的《基加利修正案》約定范圍內需要控制的消耗臭氧層物質和重要的非二氧化碳溫室氣體，這些制冷劑應當被回收進行無害化處理。根據(jù)統(tǒng)計和估算，我國目前國內所有制冷設備中的氫氯氟烴和氫氟烴制冷劑保有量大約有200萬噸以上；如果不能控制它們的排放，這些數(shù)量的制冷劑基本都會在未來十年期間排放到大氣中。這還不包括未來十年中新投放市場的數(shù)量。

此外，制冷劑的泄漏對環(huán)境的危害更是嚴重?，F(xiàn)有家用空調維修時，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，讓師傅將泄漏點維修好了再加氟（制冷劑），否則泄漏繼續(xù)發(fā)生，不僅沒有達到維修效果同時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。一是通過回收減少大氣污染物排放（消耗臭氧層物質、非二氧化碳溫室氣體、揮發(fā)有機物，二是通過再生處理綜合利用而提高經濟效益。

經過十年的廣泛宣傳和不懈努力，我國制冷劑回收處理數(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，我國的制冷劑回收處理工作還是處于發(fā)展的初級階段。下一步工作，就是建立健全并實施的保障和鼓勵制冷劑合規(guī)回收處理的法規(guī)和制度。這些工作細致而且復雜，需要時間和實踐。

04 全球行動，為了人類共同的明天

在著力保護“地球之盾”的道路上，全世界已經攜手行動起來，有計劃地淘汰消耗臭氧層物質。2023年1月，世界氣象組織和聯(lián)合國環(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年恢復到1980年的水平。屆時，人類將首次通過緊密的國際合作，解決一個攸關文明存續(xù)的重大環(huán)境問題。

自1991年加入《蒙特利爾議定書》至2020年的30年間，中國在淘汰消耗臭氧層物質過程中累計避免了約260億噸二氧化碳當量溫室氣體排放，在保護臭氧層的同時也為減緩氣候變化做出了重要貢獻?！叭f物各得其和以生，各得其養(yǎng)以成?！笨茖W的認知和技術的發(fā)展為人類保護臭氧層行動取得成效奠定了基礎，尊重自然、理解人與自然的關系，將是值得所有人思考的問題。

作者：

李晉灝 中國制冷學會科學普及部主任 高級工程師

王海濤 中國制冷學會科普工作委員會委員、中國制冷學會科普教育基地天津澳宏環(huán)保材料有限公司高級工程師

審核：

常琳 高級工程師 中國制冷學會科普工作委員會秘書長

出品：科普中國

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