臭氧空洞的發(fā)現(xiàn)與錯(cuò)過(guò)

20 世紀(jì)80 年代初，英國(guó)人喬#8226; 法曼手里的簡(jiǎn)單設(shè)備和NASA 的衛(wèi)星幾乎同時(shí)測(cè)到了臭氧的減少。在法曼悉心求證的時(shí)候，NASA 卻草率地將這一結(jié)果當(dāng)成是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。20 多年后，很多人會(huì)關(guān)注誰(shuí)先發(fā)現(xiàn)了臭氧空洞，多半是因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)及時(shí)遏制了環(huán)境破壞，體現(xiàn)出的價(jià)值是難以衡量的。

大氣中的臭氧含量減少1%，人類就會(huì)多3% 的幾率得皮膚癌。截至2008 年11 月8 日，南極的臭氧空洞較往年沒(méi)有變大。很多人也許因此免于罹患皮膚癌。在中國(guó)氣象科學(xué)研究院極地氣象研究室主任陸龍驊看來(lái)，這多虧英國(guó)人喬#8226; 法曼（Joe Farman）1985 年發(fā)現(xiàn)了臭氧空洞。

天上有個(gè)大洞

1957 年，作為英國(guó)南極考察隊(duì)的一員，劍橋大學(xué)的教師喬#8226; 法曼被首次派往哈雷灣觀測(cè)站。時(shí)值國(guó)際地球物理年，包括英國(guó)在內(nèi)的12 個(gè)國(guó)家在南極洲新設(shè)了多個(gè)觀測(cè)站，觀測(cè)極地氣象。喬#8226; 法曼的任務(wù)之一，就是測(cè)量空氣中的臭氧含量。此后每年，法曼都要到南極去。只是在1957 年的南極洲，對(duì)臭氧的監(jiān)測(cè)僅是其中很小的部分。當(dāng)時(shí)的“第七大陸”看上去有更多有價(jià)值的監(jiān)測(cè)目標(biāo)。因此法曼等人對(duì)臭氧也只是做常規(guī)監(jiān)測(cè)。

英國(guó)南極考察隊(duì)所用的監(jiān)測(cè)儀器是多布森分光光度計(jì)（Dobsonmeter），這是被公認(rèn)為測(cè)量臭氧的標(biāo)準(zhǔn)儀器，主要通過(guò)測(cè)量達(dá)到地面的紫外線輻射來(lái)間接反應(yīng)大氣中的臭氧含量。1981 年南半球的春季，新測(cè)出的數(shù)據(jù)引起了喬#8226; 法曼和同事加迪納（B. G.Gardiner）、尚克林（J. D. Shanklin）的注意，它顯示南極洲上空的臭氧層面積較過(guò)去小了很多?！霸趺椿厥履?？”一直狀態(tài)低迷的喬#8226; 法曼變得異常興奮。

“這會(huì)不會(huì)只是一個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)呢？”他重新調(diào)校了儀器。隨后的1982 和1983 年，所測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示了同樣的結(jié)果。喬#8226;法曼意識(shí)到，有大事情發(fā)生了。1984 年10 月，數(shù)據(jù)顯示南極上空的臭氧層面積比平均水平減少了40%，而且這個(gè)大洞已經(jīng)擴(kuò)大到了南美洲南端的火地島。喬#8226; 法曼重新翻閱了過(guò)去記錄的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)臭氧層的減少實(shí)際上大約在1977 年就開(kāi)始了。

他沒(méi)有再猶豫。5 個(gè)月之后，1985 年5 月16日，《自然》雜志刊出了他們的文章，正式闡述了南極上空春季臭氧空洞存在的問(wèn)題：自1975 年起，每年早春（10 月份）期間總臭氧的減弱大于30%，而1957~1975 年間的變化并不大。文中強(qiáng)調(diào)，這個(gè)空洞并不是自然原因造成的，而是由于CFCs 等臭氧破壞物質(zhì)造成的。

差不多同時(shí)，身處日本昭和觀測(cè)站的忠缽繁（Shigeru Chubachi）也注意到了同樣的信息?！八谌毡緡?guó)內(nèi)發(fā)表文章公布了自己的發(fā)現(xiàn)，但影響力沒(méi)有喬#8226; 法曼在《自然》雜志的這一篇大。”陸龍驊說(shuō)，雖然現(xiàn)在公認(rèn)喬#8226; 法曼發(fā)現(xiàn)了南極臭氧空洞，其實(shí)忠缽繁的貢獻(xiàn)也不小。

CFCs 燒出的空洞

CFCs（氟氯碳化物）即日常俗稱的氟利昂，顧名思義，是含有氟（F）、氯（Cl）、碳（C）的化合物。它的應(yīng)用范圍極廣，從很早開(kāi)始就被應(yīng)用于汽車和冰箱等冷凍空調(diào)的冷媒、電子和光學(xué)元件的清洗溶劑，以及化妝品噴霧劑，在工業(yè)上使用非常普遍。

“CFCs 化學(xué)性質(zhì)非常安定，不可燃且沒(méi)有毒性，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，過(guò)去一直被認(rèn)為是安全又理想的化學(xué)物質(zhì)?！标扆堯懻f(shuō)。1930 年，CFCs 首次由杜邦公司和通用汽車共同研發(fā)出來(lái)，此后在全球各工業(yè)國(guó)家的使用量便不斷增加。廠商大量制造，使用者也任其擴(kuò)散至大氣中。當(dāng)時(shí)還沒(méi)有人能意識(shí)到，40 年后，人為因素可能破壞大氣中臭氧的重大事實(shí)會(huì)被突然擺上臺(tái)面。

法曼發(fā)現(xiàn)臭氧的明顯減弱是從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)正值超音速航空技術(shù)開(kāi)始顯示出巨大的商業(yè)價(jià)值。擁有超音速能力的協(xié)和客機(jī)的首飛在清楚地提醒著市場(chǎng)，國(guó)際航班所花費(fèi)的時(shí)間有望縮短數(shù)倍。而與此同時(shí)，也開(kāi)始有論文指出，新興的超音速航空器（SST）需要在平流層飛行，會(huì)排放氮氧化物（NOx）、硫化物和大量的水汽，這同樣值得注意。

1971 年，加州大學(xué)伯克利分校的物理化學(xué)家哈羅德#8226; 約翰斯頓（Harold Johnston）提出警告：SST將嚴(yán)重破壞臭氧層。有SST 發(fā)射需要的NASA 試圖用“合理忽略”來(lái)逃避這個(gè)警告：“噴發(fā)量很小，因此可以合理地忽略?！盢ASA 的解釋并沒(méi)有成功，反而讓科學(xué)界將注意的焦點(diǎn)從超音速航空器和NOx，轉(zhuǎn)移到氯上，在此之前，火山爆發(fā)所釋放的氯被看作是平流層中氯的唯一來(lái)源。

1972 年7 月，NASA 正式公布SST 的環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告書(shū)，堅(jiān)持認(rèn)為其對(duì)環(huán)境的影響不大，并煞有其事地委托西根大學(xué)的兩位教授測(cè)試這份報(bào)告書(shū)。意想不到的是，受委托的史托斯基（Richard S. Stolarski）和塞西隆（Ralph J.Cicerone）提交了與NASA 意圖完全相左的評(píng)估報(bào)告：“SST 所排放的氯，將嚴(yán)重破壞平流的臭氧?！?/p>

兩年后，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)歐文分校的化學(xué)教授F#8226; 舍伍德#8226; 羅蘭（F.SheRwoodRowland）和他的博士后研究員馬里奧#8226;J#8226; 莫尼納在《自然》雜志發(fā)表了《平流層中氯代氟氯甲烷原子對(duì)臭氧層的催化性破壞》一文。在文中，羅蘭推測(cè)，在平流層中對(duì)含氟氯烴的光離解能產(chǎn)生大量的氯原子，從而導(dǎo)致大氣層中的臭氧遭到破壞。但這種源于推測(cè)性的理論并沒(méi)有引起多大的注意，工業(yè)界、公眾和政客們的傾向性意見(jiàn)是，如果臭氧層沒(méi)有破損就不要急著修復(fù)。

不過(guò)，也正是這篇文章對(duì)喬#8226; 法曼的發(fā)現(xiàn)起了啟蒙作用。它揭示了過(guò)去近50 年時(shí)間里，臭氧殺手隱身的原因：“CFCs 的生命期長(zhǎng)達(dá)40~150 年，因此會(huì)在大氣中不斷累積，最后將上升至平流層。平流層所能接納的氯相當(dāng)有限，而且即使大幅降低CFCs 的使用量，大氣也需要一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能減緩臭氧的分解?！?/p>

“氟利昂之所以會(huì)對(duì)臭氧層造成如此嚴(yán)重的傷害，關(guān)鍵就在其所含的‘氯’——在平流層的低溫條件下，平流層冰晶云的表面會(huì)吸附氟里昂等含‘氯’和含溴的污染物質(zhì)，激發(fā)氯和溴的活性，在紫外線作用下，通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)大量消耗臭氧。一個(gè)氯原子可以破壞10 萬(wàn)個(gè)以上的臭氧?！敝劣诳斩磿?huì)出現(xiàn)在南極上空，而非其他地區(qū)的原因，據(jù)陸龍驊分析，是因?yàn)榇杭灸蠘O平流層極地漩渦中的溫度低于-78℃，這是臭氧空洞在南極出現(xiàn)的自然因素。

NASA 的兩次粗心

關(guān)于空洞的發(fā)現(xiàn)者，法曼的版本是大眾版，并非沒(méi)有爭(zhēng)議。陸龍驊個(gè)人認(rèn)為忠缽繁與法曼的發(fā)現(xiàn)就很難分清先后。另一種主要的聲音則來(lái)自NASA。20 世紀(jì)80 年代，就誰(shuí)是發(fā)現(xiàn)空洞的第一人，長(zhǎng)期以來(lái)用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)臭氧的NASA 也一直有自己的說(shuō)法。在NASA 看來(lái)，這是面子問(wèn)題。

南極臭氧空洞存在的證實(shí)，無(wú)疑為CFCs 破壞臭氧層提供了一個(gè)有力的證據(jù)。法曼的論文一經(jīng)發(fā)表，立即引起了世界范圍內(nèi)的關(guān)注。在隨后的兩年里，從化學(xué)、氣象以及太陽(yáng)活動(dòng)周期影響等方面研究南極臭氧空洞問(wèn)題的成果大量涌現(xiàn)?；诎惭b在“雨云7 號(hào)”（Nimbus-7）衛(wèi)星上的臭氧總量制圖光譜儀（TOMS）和太陽(yáng)后向散射紫外線儀器（SBUV）提供的數(shù)據(jù)，NASA 在 1986 年也證實(shí)，臭氧空洞是區(qū)域性的南極現(xiàn)象。

但是NASA 這一及時(shí)而深入的補(bǔ)救發(fā)現(xiàn)，并沒(méi)有為自己贏得掌聲。一個(gè)普遍的質(zhì)疑是，1978 年便發(fā)射的“雨云7 號(hào)”一直在對(duì)世界各地的臭氧總量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在NASA 的總部每天有14 萬(wàn)份的磁帶備份資料，為什么發(fā)現(xiàn)南極臭氧空洞的卻是設(shè)備簡(jiǎn)單至極的喬#8226; 法曼？

幾年后的一次電臺(tái)訪問(wèn)上，史托斯基揭開(kāi)了謎底，“盡管NASA 的衛(wèi)星記錄了南極上空臭氧量的減少，但衛(wèi)星軟件卻當(dāng)作異常數(shù)據(jù)自動(dòng)忽略了?！边@一說(shuō)法讓NASA 暫時(shí)擺脫了尷尬。不過(guò)NASA 內(nèi)部始終對(duì)此頗有微詞。2001 年，一直參與臭氧研究的NASA 科學(xué)家理查德#8226; 麥克彼在接受訪問(wèn)時(shí)說(shuō)，“指責(zé)NASA 錯(cuò)過(guò)南極臭氧空洞的發(fā)現(xiàn)是不公平的，事實(shí)上，在喬#8226; 法曼發(fā)表論文之前的1984 年，我們就知道南極臭氧量在1983 年10 月急劇減少，只是最后論文的發(fā)表晚了一步?！?/p>

喬#8226; 法曼可不這么認(rèn)為?！霸谖野l(fā)表論文之前，我從來(lái)沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)NASA 有這樣的發(fā)現(xiàn)。”他覺(jué)得軟件自動(dòng)忽略錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的說(shuō)法至少還說(shuō)得通，可事情過(guò)去了這么久，NASA 又來(lái)翻過(guò)去的舊賬多少有點(diǎn)不太厚道。于是他又揭了NASA 的一個(gè)老底：除了基于軟件的忽略之外，NASA 還錯(cuò)過(guò)了另外一次機(jī)會(huì)?！拔业耐律锌肆衷?983 年底，兩次向NASA 反映我們對(duì)臭氧空洞的驚人發(fā)現(xiàn)，但沒(méi)有得到任何回復(fù)?！?/p>

“我們沒(méi)有收過(guò)這樣的信。”負(fù)責(zé)NASA 的衛(wèi)星數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作的哈蒂亞（Pawan Bhartia）說(shuō)，他們最初在1984 年9 月意識(shí)到了南極上空臭氧的消逝，“我們是在希臘的一個(gè)會(huì)上聽(tīng)說(shuō)日本發(fā)現(xiàn)了臭氧減少?！?/p>

如此一來(lái)二往，NASA 似乎特別熱衷于糾纏在這個(gè)問(wèn)題上打嘴仗。在肯定臭氧空洞存在的情況下，NASA 又將忽略空洞形成的原因歸結(jié)于“極端氣象”，直到所有的事實(shí)都指向臭氧空洞不是自然原因造成，NASA 才知道犯了多大的錯(cuò)誤。

后臭氧空洞時(shí)代

“帶上遮陽(yáng)帽、墨鏡，涂些防曬霜吧，臭氧空洞沒(méi)什么大不了?！崩锔鶗r(shí)代的內(nèi)務(wù)部長(zhǎng)詹姆斯#8226; 瓦特曾在公開(kāi)場(chǎng)合如此調(diào)侃。和他一樣，起初人們對(duì)臭氧空洞危害的認(rèn)識(shí)并不深。但據(jù)醫(yī)生們估計(jì)，除其他科學(xué)家預(yù)測(cè)的損害之外，如果任憑臭氧層被破壞，僅皮膚癌的病例就會(huì)增加13 億例。誰(shuí)也樂(lè)觀不起來(lái)了。

喬#8226; 法曼自己都沒(méi)有想到，他的這一發(fā)現(xiàn)會(huì)如此深刻地影響世界——意識(shí)到CFCs 對(duì)臭氧層的破壞之后，國(guó)際社會(huì)將限制其排放作為一個(gè)緊急議題對(duì)待，1987 年，聯(lián)合國(guó)的眾多成員國(guó)簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》，簡(jiǎn)稱《蒙特利爾議定書(shū)》，承諾分階段停止生產(chǎn)和使用CFCs 制冷劑。“在國(guó)內(nèi)，原先的國(guó)家環(huán)境總局后來(lái)也開(kāi)始規(guī)定，2007 年7 月1 日起，任何企業(yè)不得生產(chǎn)除藥用吸入式氣霧劑用途、原料和豁免用途以外的CFCs 物質(zhì)?！标扆堯懡榻B，我國(guó)對(duì)南極臭氧空洞的檢測(cè)和研究近年來(lái)不斷在加強(qiáng)。目前WHO 秘書(shū)處公布的南極臭氧公報(bào)中，也使用了中山站的大氣臭氧觀測(cè)資料。

及時(shí)的控制帶來(lái)的效果是明顯的。根據(jù)最新的預(yù)計(jì)，2060 年左右臭氧層將恢復(fù)到20 世紀(jì)80 年代以前的水平。