了解臭氧的方法 (关于臭氧的知识大全)

4月27日,浙江省湖州市宣判了全国首起违法使用消耗臭氧层物质(ODS)构成污染环境罪的案件,企业因违法使用三氯一氟甲烷(CFC-11,俗称氟利昂)导致法人代表被判处有期徒刑10个月,罚款70万元。

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企业违法使用消耗臭氧层物质 图片来源:生态环境部

在印象中,臭氧在近两年的新闻传播中总是处在一个矛盾的位置,一方面,全*界通世**力合作*制抵**“氟利昂们”的使用,臭氧层空洞的修复似乎已取得了长足的进展。而另一方面,大气中的臭氧污染又频繁地登上头条,其热度甚至有直追PM2.5的势头。因此本着科学严谨的态度,我们将通过10个问题,来回答这样的一个疑问:

臭氧,到底该“爱”你还是“恨”你?

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什么是臭氧?

臭氧,化学式为O3,在正常情况下以淡蓝色气体的状态存在,在溶于水之后会将水变为深蓝色,当变为固体时则呈黑紫色。之所以得名臭氧,主要是其带有的一种刺鼻的鱼腥味。

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为什么会出现臭氧层空洞

臭氧最为人所熟知的特性是它的强氧化性,这也造就了其较强地杀菌、脱色、脱臭及氧化分解性能,又因为其低廉的制造成本,使得臭氧在水处理、烟气净化、食品加工、家用电器、医疗卫生等领域被广泛地应用。

以水处理为例,臭氧氧化技术已经在印染、造纸以及化工行业的废水处理中得到了实际的应用,良好的氧化性可以使之轻松断开有机物中的化学键,进而分解大分子的污染物质,降低废水中的COD、石油类以及色度等污染物指标。

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为什么会出现臭氧层空洞

提起臭氧,最先想到的必然是臭氧层空洞。

臭氧层空洞问题,最早是由英国剑桥大学的J.C.Farman教授等人在1985年提出的。他们基于将近30年的监测记录,确认了南极上空的臭氧含量存在逐年下降的趋势,并且每年的春季(8-11月)还会形成一块臭氧含量极低的区域(低于正常值30~40%),这就是我们通常所说的“臭氧层空洞”。

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(南极上空的臭氧层空洞 图片来源:NASA)

由于臭氧层能够吸收太阳光波中绝大部分的紫外线,还能为地球进行保温,因此对人类和整个生态圈都十分重要,堪称“地球的保护伞”,因此南极臭氧层空洞一经发现,便引起了国际社会的高度重视。

出于对皮肤癌、白内障以及免疫力崩溃的恐惧,学界立马开展对臭氧层空洞产生原因的探究。结果很快发现,造成臭氧层破坏的一个重要原因,还真就是我们人类自己,说的具体点,就是人类活动排放的消耗臭氧层物质(ODS),在紫外线等因素的作用下,同平流层的臭氧发生反应,进而降低了整个臭氧层的浓度。

另外一个有意思的问题是,臭氧层空洞一般出现在春季的南极,而在其他区域则比较罕见。目前主流的观点是将这一现象归咎于南极独特的地理和气象条件,具体又可以分为以下几个步骤:

1)每年上半年是南极的冬季,气温极低并伴有极夜,这就导致含有ODS的空气在上升的过程中变成了冰晶云,在没有紫外线的情况下ODS无法转化,因此得到了大量的累积。

2)南极上空在每年的冬季会形成一个深厚的涡旋,使得气流沿着南极高原作顺时针旋转,这样就相当于把南极的大气给封闭了起来,外界富含臭氧的气流便进不来了。

3)当春季来临时,气温上升,阳光重回大地,冰晶云内的ODS快速释放,并在紫外线的照射下产生氯原子、溴原子等,大量消耗臭氧。当臭氧的消耗量远远大于补充量时,臭氧层空洞就此产生了。

04

消耗臭氧层物质(ODS)有哪些

人类活动对于臭氧层的破坏,主要是源于ODS(Ozone Depleting Substance)的排放,那问题就来了,哪些物质属于ODS呢?

要回答这个问题,得把时间拨回到1987年。在历经十余年的研究与探讨后,联合国环境规划署相继通过了《保护臭氧层维也纳公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,鼓励各国淘汰那些消耗臭氧层物质,加强替代品的研究和开发。其中在《蒙特利尔议定书》的附录中首次给出了ODS的名单,其中包含了大家熟悉的氟利昂、哈龙、四氯化碳等,这些物质主要用在制冷、清洗和发泡工艺中,不同的物质破坏臭氧层的能力不同,一般用臭氧层破坏潜势(ODP,取制冷剂R11的ODP=1)来衡量他们的破坏力。

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《蒙特利尔议定书》缔约国会议

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常见的ODS(清洗剂)

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我国对于ODS有什么管控要求

作为一个负责任的大国,中国在关乎人类命运的生态环境保护问题上一直以来展现出十足的重视。中国政府分别于1989年和1991年加入了《维也纳公约》以及《蒙特利尔议定书》的伦敦修正案。自此之后,我国在ODS的生产、销售、使用以及进出口等方面发布了一系列的法规标准,部分省市也相继发布了ODS的淘汰方案。

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相关的法规与方案显示,所有的ODS都将在2030年之前实现100%的淘汰,并且在逐步淘汰的过程中,ODS的生产、使用单位都需要申请领取生产或使用配额证,非法生产ODS的单位和个人最高可处100万元的罚款,并将承担相应的刑事责任,这次发生在浙江湖州的案件便是一起典型的案例。

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臭氧层问题已经解决了吗?

在《维也纳公约》与《蒙特利尔议定书》的共同约束下,全世界ODS的生产量与使用量均呈现出迅速下降的趋势。监测数据也显示,臭氧层浓度水平已经结束了下降阶段,开始缓慢的回升,并且在2019年南极臭氧层空洞面积收缩至有史以来的最小水平。一切的迹象都在显示,对臭氧层的保护将成为人类世界在环保领域的一次重大胜利,再看看目前某些国家在应对全球气候变化问题上的“退群”、“甩锅”等等的不作为,臭氧层保护如今的局面不可谓是一个奇迹。

但从另一个角度来看,生态环境保护由于其公益性质,在实际的推进过程中总会碰到这样那样的问题,臭氧层保护当然也不例外。当年在起草《蒙特利尔议定书》的时候,就是因为缺少对不同发展水平国家的具体考虑,导致其最初的推广进程并不理想,并且在经历了一段ODS的快速淘汰阶段后,2018年5月一篇发表在《自然》杂质的论文指出了一个出人意料的研究结果:

全球大气中的CFC-11(一种最主要的ODS)浓度下降趋势在2012年之后踩下了“急刹车”,说明存在偷排ODS的行为,而在进一步的研究后发现,将近一半的排放量来自中国的山东、河北等区域。

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2014~2017年中国东部的CFC-11排放总量及其变化情况

撇开论文结论的精确程度,当听到这样的消息时,我们不禁会产生一份失落的情绪,因为臭氧层空洞被完全填补的时间又要向后推迟了。但也不可否认,中国在淘汰ODS的进程中,相比其他国家承受了更大的压力。作为目前全世界最大的ODS进出口国家,中国不光需要对国内的ODS生产流通进行监管,同时还要确保进出口的ODS在每个环节满足国内、出口国以及国际公约的要求,更重要的是打击ODS的非法出口以及企图用ODS冒充环保材料的行为,其中的难度可想而知。

所以,面对臭氧层恢复这个问题,我们还是要保持谨慎的态度。众多的研究已经指出,臭氧层破坏和恢复的过程都涉及到很多影响因素,不能因为过往取得的成绩而沾沾自喜,唯有全世界的共同努力才是保护自然生态的正确出路。

温馨提示

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参考文献:

1)曹力佳, 等, 南极臭氧层空洞的发现及其启示[J]. 科技情报开发与经济,2010,(20):14.

2)刘波, 关于南极臭氧空洞你应该知道的那些事[J]. 气象知识, 2018,(2):59-61.

3)洪云, 等, 我国消耗臭氧物质进出口现状分析研究[J]. 世界环境, 2013,(3): 53-57.

4)M. Rigby, et al. Increase in CFC-11 emissions from eastern China based on atmospheric observations, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1193-4.