臭氧层与氯氟烃的往事 | 国际臭氧层保护日

编者按：中科院之声不定期手绘一张“科学史小画”，为大家介绍一段科学史和其背后的故事。

臭氧层与氯氟烃的往事 | 国际臭氧层保护日 | 科学史小画

1995年的诺贝尔化学奖颁给了三位大气化学家，以表彰他们在臭氧的形成和分解方面的研究，诺贝尔委员会将臭氧层称为“生物圈的阿喀琉斯之踵”，意为生物圈的致命弱点。臭氧层是什么？为何对生物圈如此重要？

臭氧层指臭氧浓度较高的大气层，90%的臭氧分布在平流层（从地表10-16km处开始，延伸至50km处）。平流层中的氧气（O₂）在太阳紫外线辐射下发生光解反应，形成臭氧（O₃）。臭氧层笼罩着整个地球，保护生物免受中波紫外线（UVB）辐射的伤害，因此被誉为地球的保护伞。如此珍贵的天然屏障，比想象中脆弱许多，如果将大气中所有的臭氧压缩至地表形成一层纯臭氧，这一层的厚度大约只有3mm。

20世纪70年代初，加州大学欧文分校的博士后马里奥·莫利纳（Mario Molina）和导师舍伍德·罗兰（Sherwood Rowland ）发现氯氟烃正在破坏臭氧层，他们通过计算模型预测：如果继续使用氯氟烃，几十年后臭氧层将被消耗许多百分比。

氯氟烃是一类只含有氯（Cl）、氟（F）和碳（C）的有机物，简称CFCs，商品名为氟利昂。CFCs无毒、不易燃，使用方便，一度被视为环保清洁的万能材料，广泛应用于冰箱和空调制冷、泡沫塑料发泡、电子器件清洗等领域。

CFCs的稳定性带给它极高的商业和工业价值，然而升到平流层后，它的稳定性却成为臭氧层的“痼疾”。CFCs在太阳的紫外线辐射下释放氯原子，氯原子会与臭氧发生连锁反应，消耗臭氧。有的CFCs如CFC-11（CCl₃F）和CFC-12（CCl₂F₂）能够在大气中滞留50-100年之久，造成臭氧层的耗竭。

1974年莫利纳和罗兰的论文发表之后，很快引起了社会各界的关注。全球臭氧含量的变化情况是怎样的？CFCs的使用与臭氧层的耗竭是否存在直接的联系？十年间，臭氧层的状况牵动着许多科学家的心。最终，南北极臭氧空洞的发现和机理研究支持了莫利纳的假设。保护臭氧层，淘汰氯氟烃刻不容缓。

1987年9月，联合国环境规划署在加拿大蒙特利尔主持召开了控制含CFCs的各国全权代表会议，并在16日通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。议定书以逐步停止生产和使用消耗臭氧层物质为目标，因此9月16日后来被联合国确定为“国际臭氧层保护日”。

作者：白静，系中国科学院大学人文学院科学史系硕士生

来源：中国科学院大学

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