大气臭氧层耗尽和温室效应
-从今天的一则科学报道说开去

2008.09.17

今天看到《科学时报》上标题为《臭氧层破坏者难逃厄运 科学家发现破坏碳—氟键新技术》的新闻，发现文章标题有些怪，因为破坏臭氧层的祸首并不是“氟”原子，而是“氯”或“溴”原子。联想到一般公众常常有以为所谓“无氟电冰箱”是指“不含氟”的电冰箱的误解，所以特意去看了一下《新科学家》（New Scientist）杂志上的原文标题其实是'Unbreakable' greenhouse gas meets its doom at last（“坚不可破”的温室气体难逃厄运），才发现可能是《科学时报》的记者或者编辑没注意，混淆了大气“臭氧层耗损（Ozone depletion）”与大气“温室效应（Greenhouse effect）”两件不同的事情。

科学时报《臭氧层破坏者难逃厄运 科学家发现破坏碳—氟键新技术》新闻链接：
http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2008/9/211078.html

New Scientist杂志上《'Unbreakable' greenhouse gas meets its doom at last》原文链接：http://technology.newscientist.com/article/dn14623-unbreakable-greenhouse-gas-meets-its-doom-at-last.html

这里先简单说说所谓Ozone depletion（臭氧层耗损）。自1970年代以来，科学家们发现自1930年代使用制冷剂氟利昂（Freon或CFC，也即ChloroFluoroCarbon或氟氯烷烃）以来大气中不断集聚的CFC在紫外光解条件下产生的氯原子会通过一系列的自由基反应破坏大气中的臭氧层，并在南极地区的平流层（stratosphere）中造成所谓的臭氧空洞。用于灭火剂中的所谓Halon（BromoFluoroCarbon或氟溴烷烃）中的溴原子也起到破坏大气臭氧层的作用。

鉴于此，1987年通过的所谓Montreal Protocol（蒙特利尔公约）规定国际逐步减少CFC和Halon的使用，而将CFC制冷剂代之以不至于破坏臭氧层的和在低层大气中可被降解的含氢原子的HCFC（HydroChloroFluorocarbon）或HFC（HydroFluoroCarbon）。国际上现在已有191个国家签署通过了蒙特利尔公约。目前最佳的氟里昂替代品是HFC-134a(分子式CF3CH2F)，所以，所谓“无氟”电冰箱，是指“无氟利昂”，并不是没有“氟”，而只是没有“氯”。

维基百科上关于Ozone depletion（臭氧层耗损）现象的解释链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Ozone_depletion

《请问无氟电冰箱是不是真的没有氟？》信息链接：http://iask.sina.com.cn/b/16低30257.html?from=related

维基百科上关于《蒙特利尔公约（Montreal Protocol）》的信息链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Montreal_Protocol

逐步使用HFC可以解决Ozone depletion的问题，但是却可能增强所谓的地球“温室效应（Greenhouse effect）”。所谓大气“温室效应”主要是指因为人类活动导致的低层大气中二氧化碳或其它温室气体物质浓度的升高将导致更多的低频太阳辐射被这些分子吸收从而使得地球表面温度逐渐升高，其结果是会进一步带来气候变化和气候灾难的增加。单个CFC、HCFC或HFC分子导致温室效应的能力是单个二氧化碳分子的一万倍左右。虽然使用HFC代替CFC并不会增加由CFC已经带来的大气“温室效应”，但随着HFC使用的增加，仍然会在未来增强大气“温室效应”。除了HFC的问题外，控制或减少二氧化碳等温室气体的排放也还是科学方法上和国际政治上尚待进一步解决的问题。目前科学上的所谓Carbon sequestration研究正是能源和环境领域的一个很热门的领域。1997年通过的所谓《Kyoto Protocol（京都议定书）》，其目的就是为了控制和解决以“温室效应”为主的全球气候变化问题。京都议定书尚未获得主要温室气体排放国家美国的签署通过，所以还没有办法成为真正的国际公约。

维基百科上关于《温室效应（Greenhouse effect）》的信息链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect#Real_greenhouses

维基百科上关于《Kyoto Protocol（京都议定书）》的信息链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Kyoto_Protocol

了解了这些背景，就不难了解《新科学家》上的这个报道的科学意义。也可以了解所报到的这项研究进展其实和“臭氧层破坏者”关系遥远，而是和潜在的含氟“温室效应”气体的化学降解方法有关。所以，《新科学家》原来的标题是准确的，而《科学时报》上的这个标题是不恰当的。

顺便提一句。1995年诺贝尔化学奖颁发给了Paul J. Crutzen，Mario J. Molina，和F. Sherwood Rowland三人。他们获奖的理由是 "for their work in atmospheric chemistry, particularly concerning the formation and decomposition of ozone"。正是他们关于大气臭氧层形成和破坏的原因和机理的研究，成为了蒙特利尔公约的科学基础。大气臭氧层的形成和破坏机理的研究，是物理化学中反应动力学研究的重要成就之一。

Rowland获得诺贝尔奖之前，我在哥伦比亚大学化学系听过他一次相关报告。上个月在费城的美国化学会上，我又听了一次Rowland在庆祝美国化学会物理化学分会成立100周年的报告会上对相关研究的历史回顾和未来展望。Molina是MIT化学系的物理化学教授，2005年我在华盛顿D.C.的美国化学会上也听过他一次报告。

1995年诺贝尔化学奖官方网页链接：http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1995/index.html

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