臭氧量减少,紫外线辐射增强,对人体的危害也是多方面的。例如晒斑、眼病、免疫系统变化、光变反应和皮肤癌等增多。皮肤癌是一种顽固的疾病,而颈部和面部是常见的发病部位,这说明与阳光照射是有关的。据美国科学家估计,臭氧减少1%,皮肤癌的发病率就会增加2%。
美国环境保护局80年代的一份报告指出,由于臭氧的日益减少,在今后几十年内美国皮肤癌患者的死亡人数将是目前的2倍。同时紫外线B辐射的增加可导致免疫系统功能发生变化,增加白内障的发病率。流行病学发现,臭氧减少1%,白内障患者将增加0.2%至0.6%。
臭氧层与人类及全球生命息息相关,一旦人们预言的威胁发生,其后果将不堪想象。所以,人类开始重视任何可能破坏臭氧层稳定的因素,并加强了国际间的合作。
双刃剑——氟里昂
人类是万物之灵。他们用自己的聪明才智创造了世界,创造了生活。然而这其中,也给自己出了不少的难题。
氟里昂就是人类打造的“双刃剑”。它一方面造福人类,另一方面又祸害人类!
氟里昂是一类用途很广的化合物,它们具有良好的物理和化学性能。其主要用途是作为烟雾剂喷洒的发射剂和溶剂、制冷及空调设备中的流体、泡沫塑料生产中的发泡剂,以及电子工业中的溶剂。全世界氟里昂的年产量高达200万吨,其中大部分最终被释放到大气层中。氟里昂排放后,经过一定时间,进入平流层,在短波紫外线的作用下离解生成氯原子等气体。这些物质可起连锁催化作用,促进臭氧的分解,造成臭氧减少。美国环境保护局科学家小组委员会的分析表明:在1950年南极上空的氯含量大约为十亿分之一,1976年为十亿分之二。如按1986年氟里昂的排放量计算,现在南极的氯含量大约为十亿分之四。可见,氟里昂在大气层排放量增加,必将导致臭氧层的衰竭。
头号大敌除氟里昂外,四氯化碳和三氯乙烷也是可能引起臭氧层变化的重要污染物。在低层大气中这些物质均属惰性化学物质,但在平流层内,它们经紫外线照射会产生一种对臭氧有破坏作用的催化剂——氯原子。
人类对化肥和石化燃料的大量使用也造成了平流层中臭氧的减少。人们为了增加粮食产量,使世界氮肥产量不断上升。据统计,1949年氮肥产量以含氯量计算为350万吨,1979年已超过4000万吨。根据目前氮肥生产的速度以及人口增长对粮食的需求估计,到下世纪初叶,世界氮肥产量可达2亿吨左右。由于氮肥和石化燃料的增加,将使大气中的氮氧化物浓度增加,致使平流层中的氮氧化物增加,从而打破了臭氧的平衡过程,使平流层中的臭氧减少。有的学者认为,化肥和燃烧产生的氧化氮,可能将导致臭氧层减少15%。此外,超音速飞机与大气中核爆炸试验等也对臭氧层产生严重影响。超音速飞机的飞行高度可达16至20公里。在飞行过程中,飞机发动机产生并排放出大量的氮氧化物和水蒸气。据设计指标估计,500架美制波音707型飞机的氮氧化物年排放量可达180万吨;500架英法合制的协和飞机的氮氧化物年排放量可达50万吨。可见其对平流层中臭氧的破坏是十分严重的。而大气中核爆炸的后果将会把平流层“撕开”,形成空洞,并将氮氧化物推进平流层,进而产生更加严重的影响。
在动物界里,恃强凌弱的现象屡见不鲜,许多动物都有它的天敌,一物降一物本身就是自然界的一种规律,在这种规律的支配下,适者生存。在无声的大气环境中,臭氧同样也有它的“天敌”,臭氧的天敌就是存在于大气层中的各种各样的臭氧耗损物质,我们把这种耗损物质命名为ODS。ODS最拿手的本事就是蚕食臭氧层,破坏臭氧层的完整性,在臭氧层的不同部位掏出一个个令人生畏的“黑洞”。
能够产生臭氧耗损物质的东西比较多,其中能力最强、破坏力最大的要数氟利昂了。我们都非常熟悉氟利昂这种物质,它被广泛地应用到制冷设备的制造行业中,是制冷设备的主要添加剂。目前,我们生活中普遍使用的冰箱、空调器除极少品牌之外,大都是靠氟利昂来制冷的。
氟利昂在制冷的过程中会慢慢地挥发释放,到一定时候,人们还要给汽车和房间的空调器加氟。挥发释放的氟利昂对人体本身并没有直接的危害,但它在进入大气层,尤其是进入到臭氧层后,情况就大不一样了。氟利昂和工业生产中排放出来的有害废气一道被统称为氟氯烷烃类物质(CFC),这种物质破坏臭氧层的能力非常强。在这里需要特别指出的是,CFC类物质一般都很稳定,其中被科学界命名为F-11和F-12的两种烷烃,可分别在大气层中存在60年和130年之久。在如此长的时间里,多种有害物质在臭氧层里边游弋,在臭氧层里发生化学反应,使臭氧节节败退,处处“溃烂”,黑洞不断扩大,这些有害气体甚至还能毫不费力地掏出一个个的新洞。
现代工业的飞速发展,尤其是进入20世纪70年代以来,全世界各国,特别是西方的工业发达国家,使用的臭氧耗损物质越来越多,向大气层的排放量也急剧增加,这些物质被排放到大气层后,逐渐形成大量积聚。
CFC在大气层中漫游,在经过太阳释放的紫外线照射后,发生光解反应而释放出化学反应很强的氯原子,而氯原子又与臭氧分子发生连锁化学反应,这最后一种化学反应就使臭氧消失了。迄今为止,人类已经把大约1500万吨这类有损臭氧层的物质抛洒到了大气层,它们不但已经破坏了臭氧层的稳定性,而且又因为它们都具有非常稳定的特点,所以,即便从今天开始人们不再向大气层中排放任何这类有害气体,但业已存在的CFC物质也会在今后上百年的时间内破坏臭氧层。
“补伞”需尽力
近年来超音速飞机的频繁飞行、农业肥料和工业氟利昂冷冻剂的大量使用都将使臭氧减少,从而破坏大气臭氧层,这种自毁家园的行为已受到广泛的重视。另一方面,一种气象战的想法也由此产生,即用人工方法使臭氧层暂时产生一个空隙,让太阳紫外辐射穿过空隙投射到敌方进行杀伤。
这种想法不幸被言中,20世纪80年代人们发现南极地区上空存在“臭氧洞”。在南极大陆上,自70年代中期起每年春季(9~10月前后)高空大气中的臭氧含量急剧减少,减少量甚至达臭氧正常含量的50%以上。从空间分布看,形成一个类似于低谷的大洞,“臭氧洞”由此而得名。人类不能自毁家园,所以世界各国行动起来,签署了《气候变化框架公约》,经过一系列努力和磋商,最终在1997年12月达成协议,通过了《京都议定书》,确定发达国家必须减排温室气体,到2010年要比1990年减少5.2%,这是人类保护地球环境的良好开端。
太阳光照射到地球上,在离地面10~50千米的平流层,阳光中的紫外线使1个氧分子分解成2个氧原子,其中1个氧原子和1个氧分子结合成1个臭氧分子(O3),并且在离地面约25千米处形成了臭氧层。
臭氧层是一层很薄的臭氧气体。臭氧能阻挡阳光中的紫外线。臭氧层一旦遭到破坏,大量紫外线便长驱直入,危害人类和地球上的其他生物。
长久、过量的紫外线照射,会破坏植物叶子中的叶绿素,影响植物的光合作用,使农作物减产。紫外线的大量增加,还会抑制人体的免疫功能,造成免疫系统失调,引发各种疾病,甚至引起皮肤癌和白内障。目前,全世界每年死于皮肤癌的患者大约有10万人,患白内障的人更多。据科学家测算,臭氧层的臭气含量每减少1%,太阳紫外线的辐射量就会增加2%,皮肤癌的皮病率将增加5%~7%,白内障患者将增加0.2%~0.6%。
过量的紫外线,还能对20米深的水体范围内的浮游生物、鱼虾幼体、贝类等造成严重危害,进而破坏海洋的生态平衡。
1985年,英国南极考察队在南极上空发现了一个巨大的臭氧层“空洞”。在这个“空洞”里,臭氧的含量远远低于正常水平。1987年,德国科学家发现,北极上空也有类似的臭氧层“空洞”。后来人们得知,全球各处都有臭氧层被破坏的现象。那么,到底是谁破坏了臭气层?绝大多数科学家认为,“元凶”是由人类活动排放到大气里去的氯氟烃。
氯氟烃是一类由人工制造出来的,合碳、氯、氟等元素的有机化合物。从冰箱、空调器、汽车、到计算机、灭火器,都要用到氯氟烃。
氯氟烃扩散到臭氧层中,在强烈紫外线的照射下,其分子会裂解生威游离的氯原子。氯原子非常活泼,在它的参与下,1个臭氧分子和1个氧原子可以变成2个氧分子。1个氯原子大约能破坏掉10万个臭氧分子。臭氧的浓度不断降低,最后便形成了“空洞”。
当前,保护臭氧层已成为国际环境保护领域里的一项重要课题。联合国环境规划署的臭氧层协调委员会已拟定了《国际臭氧层保护公约》。许多国家已禁止或限制使用氯氟烃,而我国也研制出了新一代的“无氟”绿色冰箱。
早在1973年,美国化学家马时奥·莫利纳就首次警告说,地球的臭氧层已受到人为损害。当时没有人把他的话当回事。次年,莫利纳和其它科学家又发现人造化学物质氟里昂(广泛用作电冰箱和空调器和制冷剂和发胶等产品)对臭层有影响,并进一步警告说,这些化学物质最终会毁了地球的保护层。1985年,英国科学家在南极上空发现臭氧层出现一个面积相当于美国大陆那么的空洞后,这才开始引起人们的注意,促成这年签署保护臭氧层的维也纳公约,接着,1987年,又在联合国环境署的主持下,美国等24国家在加拿大的蒙特利尔召开国际会议签署了保护臭氧层的蒙特利尔议定书,商定1996年停止生产使用CFCS(氟里昂),拉开了人类保护臭氧层序幕。1990年又在伦敦签订了补充议定书。到目前为止,已有150个国家批准了这项条约。今天,人类虽已进入太空时代,但还没有“女娲补天”的本领,人类目前能找到的补球的办法,就是按照这项条约的规定停止生产使用破坏臭氧层的化学物质,使天空已出现的臭氧空洞不再扩大,使其逐渐自然缩小,然后慢慢补合。这样才能防止“无形杀手”——有害紫外线趁机乘虚而入,“屠杀”人类和其它生命。
保护臭氧层的国际公约签署10多年来,人类在联合拯救地球保护臭氧层方面取得了重大进展。到目前为止,生产和使用CFCS和其它消耗臭氧层的物质(CDS)已经奇迹般地减少了近70%。观测发现在气中损减臭氧层的物质增长速度也在逐渐减慢。这是人类联合起来拯救地球,保护环境的一个较为成功的范例。
但是,由于氯氟烃类化学气体性能十分稳定,寿命很长,可在大气层滞留100年左右,即使完全停止生产使用这类损减臭氧层的化学物质,它对臭氧层的破坏也要持续一个世纪,因此,保护臭氧层,修被臭氧破洞,是人类面临的一项刻不容缓而又长期的艰巨任务,不能掉以轻心。
地球是人类惟一的家园,保护地球保护臭氧层理所当然是全人类的共同任务。既然我们找到了破坏臭氧层的真正“凶手”,而这个“凶手”又是人类自身活动中造成的,所以,人类不但有责任,同时也有能力保护可爱的臭氧层不再遭到进一步的破坏。世界各国在联合国环境规划署的主持下,已经签订了保护臭氧层的《蒙特利尔条约》。《蒙特利尔条约》规定,全世界各国,特别是工业发达国家应立即减少并逐步停止使用ODS物质。不难发现,作为《蒙特利尔条约》签字国的我国,也在非常负责任地兑现着自己的承诺。随着科学技术的发展,人们也已找到了ODS物质的替代品,在我们的生活当中,减少使用或完全不使用氟利昂的冰箱、空调器已经进入市场。在不久的将来,氟利昂这种曾经给人们的生活带来许多方便,也曾经给人类造成许多麻烦的物质,将会退出科技历史的舞台;再加上逐步减少工业废气的排放量,天上的那些“黑洞”总有一天会被补上的。