為什麼臭氧撕裂的氯氟烴會回來?

2021-01-09 博科園
博科園:科學科普-化學類

5月16日發表在《自然》(Nature)期刊上的一項重大研究發現,自上世紀80年代以來,臭氧消耗的氯氟烴(CFCs)首次在大氣中急劇上升,這意味著有了新的來源。但問題是:科學家們不僅不知道這個新來源是什麼,也不知道有人會決定再次泵出氯氟烴。這是因為有許多廉價的替代氯氟烴(CFCs)的替代品。正如《華盛頓郵報》(Washington Post)在其詳細報告中所解釋的那樣,自1987年《蒙特婁議定書》(Montreal Protocol)禁止該材料以來,全球CFC產量一直接近於零。總的來說,大氣氯氟烴仍在減少,臭氧層仍在不斷補充。不過,南卡羅萊納大學的環境化學家約翰·l·費瑞(John L. Ferry)說:新水源已經大大減緩了這一進程,科學家們發現這種情況完全令人困惑。

根據美國國家航空航天局和美國國家海洋和大氣管理局的數據,每年9月在南極上空形成的臭氧層空洞是自1988年以來最小的。圖片:NASA's Goddard Space Flight Center/Kathryn Mersmann

揮發性化合物

博科園-科學科普:氯氟烴(CFCs)是由碳原子組成的分子,它們與氯和氟原子相連,滷素元素使分子揮發,但特別非反應性,Ferry告訴Live Science。揮發性化學物質,即容易揮發的化學物質,在諸如滅火器和冷氣裝置(如冰箱和空調)等發泡設備中很重要。最初的製冷劑…是氨還是丁烷。其中一種是非常非常有毒的氨,所以我們需要一種無毒的替代品。另一個非常非常易燃:丁烷。

氯氟烴是特殊的,因為它們既不易燃也不活潑,有毒。它們非常受歡迎,直到它在大氣層中被發現時,它們正在分解。所有的氯都破壞了臭氧層,破壞了高飛行分子的化學鍵,這些分子可以保護地球表面免受紫外線輻射。Ferry說,更換氯氟烴是一個挑戰。一些替代方案被證明過於被動,導致癌症和其他問題。而且,在每一種情況下,都沒有一種分子能在這種情況下發揮作用。

更好的選擇

但是Ferry說:有很多氯氟烴(CFCs)的替代品,就像有不止一個氯氟烴(CFCs)。而且,大多數情況下,那些替換的工作很好地完成了氯氟烴(CFCs)曾經做過的工作。這與使用氯氟烴的懲罰一起,使發現了一種神秘的新來源,這種化學物質,CFC-11,尤其令人費解。這看起來就像是一種瘋狂的材料,可以用來做任何事情。這兩種主要的CFC-11用例、消防和電冰箱都沒有受到影響,想不出有什麼特殊的用例,因為沒有現成的替代品。那麼,為什麼有人會重新開始使用氯氟烴(CFCs)呢?

這是一個很難回答的問題,老生常談的答案是短期收益。所以,可以想像:你會處於什麼樣的境地?我能想像的是如果你儲存了氯氟烴(CFCs)的股票,儲存在蒙特婁議定書之前但從未使用過。費裡說,一些製造商經過一段時間後,會開始用他們的庫存來降低價格,這是可行的。但是在這裡所涉及的氯氟烴的數量,在一段時間內達到了2860萬磅(1300萬公斤),這將是一個巨大的儲備。這似乎是不合理的,這讓我對非標準庫存感到好奇。最有可能出現這種儲備的是天然的冰晶。

世界上的冰正在融化,渡船說融化的冰可以釋放被困的化學物質到空氣中。但是,似乎不太可能有任何的冰,只有CFC-11,而不是其他的CFCs。這就留下了一個奇怪的可能性,有人正在積極地製造和使用CFC-11,而且CFC工廠很難找到。如果有足夠大的樣本,化學家們就可以分析CFC的特徵,並指出它的起源。由於這種物質鬆散並混合在大氣中,單靠收集任務是非常困難的。這就是說,這背後的分析化學是很奇妙的,而且已經研究了幾十年的人——我對這些人很有信心。如果有可能找到這些東西,我們會找到的。不過,目前的情況非常神秘。當我們知道這些負面影響的後果時,為什麼會有人設立工廠來做這件事呢?這看起來很瘋狂。

博科園-科學科普|文:Rafi Letzter/Live Science

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