1973年,来自加利福尼亚大学欧文分校的弗兰克·S.罗兰(Frank S. Rowland)和马里奥·莫利纳(Mario Molina)开始研究氟利昂对地球大气的影响。他们在1974年发表于《自然》的论文中指出,CFC-11和CFC-12都能稳定存在于大气中,并在许多年后于平流层内受紫外辐射分解。分解反应会“产生巨量的氯原子,”他们在文中写道,“而这些氯原子最终会毁灭大气臭氧层。”
罗兰和莫利纳以氟利昂相关研究获得了1995年的诺贝尔化学奖。(图片来源:Science History Institute)
氯原子毁灭臭氧层的机制非常简单。游离在臭氧层中的氯原子十分不稳定,能与臭氧分子发生反应,并产生一氧化氯(ClO)和氧气;一氧化氯还能再与臭氧反应,重新形成氯原子并释放出氧气。因此,氯原子能在臭氧层中启动一个持续大约2年的恶性循环。在这2年间,单单一个氯原子就能与大约十万个臭氧分子发生反应。如此巨大的危害能迅速吞噬平流层中的臭氧:在上世纪60年代,南极上空的臭氧层厚度平均为300 DU(Dobson unit [注2]);而在1985年,南极上空的臭氧层厚度已降至220 DU。
好消息是,这些行动似乎已初显成效。近期刊登于《自然》的一项研究收集并分析了来自2个独立全球检测网络(包括NOAA网络和全球先进大气气体实验 网络)的CFC-11浓度数据。分析结果显示,在2018年后半年和2019年年初间,大气中CFC-11浓度下降的速度显著提升。往期数据显示,2014-2018年间,CFC-11浓度降幅约每年0.5%;2017-2018年间,这个数字下降到了0.3%。但在2018-2019年间,CFC-11浓度降幅剧增,达到了0.7%。更令人欣喜的是,在2019年年末到2020年年初的将近一年时间内,大气CFC-11浓度降幅创造了历史记录,达到了每年1.0%。与此同时,这项研究也利用莫纳罗亚火山天文台(Mauna Loa Observatory)的数据确认了CFC-11排放的来源。结果显示,在CFC-11全球范围内的排放下降中,中国东部地区的降幅最为显著,在总降幅中占了60%之多。