开通会员 9月16日是国际臭氧层保护日。臭氧层被誉为地球上生物生存繁衍的保护伞。然而随着气候变化和人类生产活动的加剧，这个看似遥远的气候环保问题，逐渐与我们的日常生活紧密相关。
臭氧与臭氧层有什么关系？为何人们常说臭氧有害健康，但却又要积极保护臭氧层呢？今天就给大家详细谈谈臭氧层保护的意义。
01 臭氧，到底是“好气”还是“坏气”？
臭氧，实际上是氧气的“同素异形体”（单一化学元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质），氧气的化学式是O₂ ，而臭氧的化学式是O₃，因其气味散发着鱼腥味，且在常温下可以自行还原成氧气而得名。
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由于臭氧在分解成氧气且转化过程中没有二次污染物产生，在化工生产、医疗卫生、航空航天等领域都具有独特的优越性。但臭氧对人体是有危害的。在浓度较高的臭氧环境中活动一小时，人们就会出现咳嗽、呼吸困难和肺功能下降的情况，甚至可能导致肺功能减弱、肺气肿和肺组织损伤，而这些损伤往往是不可修复的；臭氧还会破坏人体免疫机能，如果孕妇在怀孕期间过量接触臭氧，胎儿也会受到不良影响。
02 “地球之盾”——臭氧层，对人类意义重大
距地面15-50千米高度的大气平流层，集中了地球上约90%的臭氧，在位于20-30千米高度的平流层中，浓度相对较高，平均厚度只有3毫米左右。别小看这不足3毫米的臭氧层，它的作用可不小，相当于地球生命的“保护伞”，能让太阳光中的可见光通过，且能吸收掉99%以上的有害紫外辐射，同时将其转化成热能，对大气有增温作用，并对大气的循环具有重要的影响。
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这便解释了上文的问题，臭氧的“好”或“坏”其实与它所处的位置有关——一旦进入近地面，臭氧就马上会由“地球卫士”变成“健康杀手”。按照我国发布的《环境空气质量标准》，臭氧浓度最大8小时均值超过每立方米160微克，就形成了臭氧污染；如果超过每立方米215微克就达到了中度污染。
03 地球的“漏洞”，如何填补？
（1）从南极臭氧层空洞谈起
首先要说，臭氧层空洞不是一个“洞”，而是臭氧含量的低值区。上世纪八十年代中期，英国南极科考队的科学家首次观测到南极上空的臭氧层空洞——臭氧层变薄现象，这个消息在当时引发了全球范围的恐慌，成为人类面临的全球性环境问题之一。
1979-2012年观测到的臭氧层空洞范围变化
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太阳活动引起的太阳辐射强度变化、大气运动、大气温度等因素都会影响臭氧浓度和分布。与此同时，自工业革命以来，在高速发展的过程中，消耗臭氧层的物质被发明、生产、应用、消费、排放……大气中的臭氧可以与很多物质起反应而被消耗破坏，比较常见的是含碳、氢、氯、氮的几种化学物质，这种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加，从而给地球生态和人类带来一系列问题。科学家们进一步研究发现，臭氧层厚度的减少与一类被称为氯氟烃（CFCs）的人造化合物有关，这类化合物主要用于喷雾剂和冷却设备。
（2）制冷剂，环境保护永恒的话题
氯氟烃类物质，即我们大家常说的氟利昂。当它排放到大气层中，会在高空强烈紫外线的照射下释放出氯离子。这种游离状态下的氯离子与极不稳定的臭氧会分解成为氧气和次氯酸根离子，两个次氯酸根离子遇到光分解产生游离状态下的氯离子和氧气，这种循环不断往复，一个氯离子可以将成千上万个臭氧分解成氧气，造成臭氧层的消耗。
早在1974年科学家就曾预言，如果氯氟烃生产仍以每年22％的速度增加，并最终完全释放到大气中，那么到1995年全球臭氧总量将下降5％。后来的卫星和地面观测资料都证实了这个预言。
1921年，“空调之父”威利斯·开利发明了第一台商用离心式制冷机，开创了人类制冷和空调的新纪元。1930年代，相继出现了一批卤代烃制冷剂，这些制冷剂从安全性和性能均大大超越之前的制冷剂，美国杜邦公司将其命名为氟利昂（Freon）。在随后的几十年间，制冷空调产业成长为几十亿美元产业的过程中，氯氟烃（CFCs）与含氢氯氟烃（HCFCs）制冷剂占到了极高的占比。
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1987年9月16日，联合国为了避免工业生产中氯氟烃化合物对臭氧层的损害，继1985年《保护臭氧层维也纳公约》的基础上，邀请26个会员国在加拿大蒙特利尔签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（简称《蒙特利尔议定书》）。该议定书对CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等五项氯氟烃化物及三项哈龙（灭火剂）的生产做了严格的管制规定。这是联合国历史上第一个被普遍通过的条约，这一天也在全球范围内被标记为国际臭氧层保护日。
制冷剂是除甲烷和氧化亚氮外，我国第三大非二氧化碳温室气体排放源，中国的制冷剂回收处理也将是未来一个时期保护臭氧层和减少温室气体排放的重要工作之一。
众所周知，含氢氯氟烃和氢氟烃制冷剂都是目前《蒙特利尔议定书》以及后来的《基加利修正案》约定范围内需要控制的消耗臭氧层物质和重要的非二氧化碳温室气体，这些制冷剂应当被回收进行无害化处理。根据统计和估算，我国目前国内所有制冷设备中的氢氯氟烃和氢氟烃制冷剂保有量大约有200万吨以上；如果不能控制它们的排放，这些数量的制冷剂基本都会在未来十年期间排放到大气中。这还不包括未来十年中新投放市场的数量。
此外，制冷剂的泄漏对环境的危害更是严重。现有家用空调维修时，如果维修工人提出要添加制冷剂（加氟、加氟利昂），一定要提醒师傅寻找制冷剂的泄漏源，让师傅将泄漏点维修好了再加氟（制冷剂），否则泄漏继续发生，不仅没有达到维修效果同时排放的制冷剂将加剧气候变化。
制冷剂合规回收处理的好处主要有两方面。一是通过回收减少大气污染物排放（消耗臭氧层物质、非二氧化碳温室气体、挥发有机物，二是通过再生处理综合利用而提高经济效益。
经过十年的广泛宣传和不懈努力，我国制冷剂回收处理数量由最初的一年十几吨发展到2022年的制冷剂回收量约1800吨，但是，我国的制冷剂回收处理工作还是处于发展的初级阶段。下一步工作，就是建立健全并实施的保障和鼓励制冷剂合规回收处理的法规和制度。这些工作细致而且复杂，需要时间和实践。
04 全球行动，为了人类共同的明天
在着力保护“地球之盾”的道路上，全世界已经携手行动起来，有计划地淘汰消耗臭氧层物质。2023年1月，世界气象组织和联合国环境署发布新闻称，如果保持现行举措，南极臭氧空洞将在2066年恢复到1980年的水平。届时，人类将首次通过紧密的国际合作，解决一个攸关文明存续的重大环境问题。
自1991年加入《蒙特利尔议定书》至2020年的30年间，中国在淘汰消耗臭氧层物质过程中累计避免了约260亿吨二氧化碳当量温室气体排放，在保护臭氧层的同时也为减缓气候变化做出了重要贡献。“万物各得其和以生，各得其养以成。”科学的认知和技术的发展为人类保护臭氧层行动取得成效奠定了基础，尊重自然、理解人与自然的关系，将是值得所有人思考的问题。
作者：
李晋灏 中国制冷学会科学普及部主任 高级工程师
王海涛 中国制冷学会科普工作委员会委员、中国制冷学会科普教育基地天津澳宏环保材料有限公司高级工程师
审核：
常琳 高级工程师 中国制冷学会科普工作委员会秘书长
出品：科普中国
监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司