《陨落之墙》：修复臭氧洞如何帮助气候

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

1987年9月，为了回应有关被称为氯氟烃（CFCs）的化学物质正在破坏大气臭氧层的证据，世界各国起草了一项具有里程碑意义的协议，即《蒙特利尔议定书》，该议定书限制了这些化学物质的使用。自那时以来，该议定书不仅在保护臭氧层方面取得了成功，而且由于CFCs也是吸热温室气体，因此在帮助限制气候变化风险方面也取得了成功。事实上，缔约方去年修订了该议定书，将重点完全放在气候保护上。

故事始于1974年，马里奥·莫利纳和舍伍德·罗兰发现，CFCs作为制冷剂（用于冰箱、冰柜和空调）、气雾剂喷雾罐、工业溶剂以及塑料泡沫和其他产品的发泡剂，其用量不断增加，可能通过催化化学反应消耗臭氧层。CFCs是稳定的、人造的化学物质，只有当它们到达地球表面以上15至50公里的平流层时才会被分解。莫利纳和罗兰认为，在该过程中释放出的氯原子将引发一系列化学反应，导致臭氧的破坏。这很重要，因为平流层中所谓的臭氧层吸收有害的太阳紫外线辐射，从而保护地球上的生物。紫外线辐射的增加可能导致皮肤癌和白内障等疾病。

这种危险起初在很大程度上是理论上的，但在1985年，乔·法曼和他在英国南极调查局的同事发现，南极洲大陆上空的臭氧在每个南半球春季都会下降约三分之一。他们将这与平流层中氯的增加联系起来。1995年，莫利纳和罗兰与保罗·克鲁岑共同分享了诺贝尔化学奖，以表彰他们开创性的工作。

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由于这些发现令人震惊，世界各国迅速同意根据《蒙特利尔议定书》限制CFCs的使用，该议定书在两年后就已实施。随后的修正案加强和扩大了该议定书。结果是，CFCs的使用现在已在全球范围内逐步淘汰，排放量已从峰值减少了90%或更多。测量结果表明，大气中CFCs的丰度也在下降。由于大多数CFCs在大气中的停留时间为50至100年，臭氧层的反应一直很缓慢。但来自卫星和地面站的观测表明，它已开始恢复。如果没有《蒙特利尔议定书》，CFCs将继续增加，科学家估计，到2100年，每年皮肤癌病例的数量将增加四倍（Slaper et al. 1996）。

2007年，我的美国同事和我（Velders et al., 2007）表明，《蒙特利尔议定书》不仅对臭氧层很重要，而且对气候保护也做出了贡献。CFCs是强效温室气体；按每公斤排放量计算，主要的CFCs在气候强迫方面比主要的温室气体CO2强大5,000到11,000倍。事实上，到2010年，《蒙特利尔议定书》实现的气候效益是旨在保护气候的《京都议定书》的五到六倍。

然而，故事尚未结束。《蒙特利尔议定书》禁止了CFCs和其他化学物质，但我们仍然需要冰箱和空调。这是可能的，因为我们能够用其他气体，特别是氢氟碳化合物（HFCs）来替代它们。因此，在过去二十年中，HFCs的使用量显着增长。HFCs不影响臭氧层；不幸的是，它们也是强效温室气体。我和同事在2009年和2015年（Velders et al., 2009, 2012, 2015）所做的预测表明，如果这种增长持续下去，它们对气候变化的贡献将大大抵消《蒙特利尔议定书》的气候效益。

基于科学证据，扎根于观测、理论和模型研究，政治家们决定再次采取行动。他们同意使用旨在保护臭氧层的《蒙特利尔议定书》来应对气候变化。2016年10月在卢旺达基加利，他们同意修订该议定书，以在全球范围内严格限制未来HFCs的使用。到2036年至2046年间，HFCs的使用量现在必须比商定的基线减少85%。在基加利会议的最后几个小时，我计算出，根据这项协议，到2100年，HFCs对全球平均地表升温的贡献将限制在0.1摄氏度以下，而没有该协议的情况下为0.3至0.5摄氏度。这是朝着2015年12月《巴黎气候协定》的目标迈出的重要一步：到本世纪末，将全球气温控制在比工业化前时期高2摄氏度以下。我希望有足够多的国家批准《基加利修正案》，使其在商定的2019年1月1日生效。

《蒙特利尔议定书》被广泛认为是迄今为止最成功的国际环境协议。在我看来，在臭氧和气候保护方面的成功，是健全的科学研究、清晰的沟通、科学家、政策制定者、工业界和环保团体之间富有成效的互动，以及所有这些方面达成协议并尊重彼此立场的意愿的结果。这是一个值得效仿的伟大榜样。

陨落之墙会议由德国联邦教育和研究部、亥姆霍兹协会、罗伯特·博世基金会和柏林参议院资助。它得到了众多国际顶尖大学和研究机构以及基金会的支持和建议

参考文献