英国人乔· 法曼发现臭氧空洞始末
文/ 罗丹
大气中的臭氧含量减少1%，人类就会多3% 的几率得皮肤癌。截至2008 年11 月8 日，南极的臭氧空洞较往年没有变大。很多人也许因此免于罹患皮肤癌。在中国气象科学研究院极地气象研究室主任陆龙骅看来，这多亏英国人乔· 法曼（Joe Farman）1985 年发现了臭氧空洞。
天上有个大洞
1957 年，作为英国南极考察队的一员，剑桥大学的教师乔· 法曼被首次派往哈雷湾观测站。时值国际地球物理年，包括英国在内的12 个国家在南极洲新设了多个观测站，观测极地气象。乔· 法曼的任务之一，就是测量空气中的臭氧含量。此后每年，法曼都要到南极去。只是在1957 年的南极洲，对臭氧的监测仅是其中很小的部分。当时的“第七大陆”看上去有更多有价值的监测目标。因此法曼等人对臭氧也只是做常规监测。
英国南极考察队所用的监测仪器是多布森分光光度计（Dobsonmeter），这是被公认为测量臭氧的标准仪器，主要通过测量达到地面的紫外线辐射来间接反应大气中的臭氧含量。1981 年南半球的春季，新测出的数据引起了乔· 法曼和同事加迪纳（B. G.Gardiner）、尚克林（J. D. Shanklin）的注意，它显示南极洲上空的臭氧层面积较过去小了很多。“怎么回事呢？”一直状态低迷的乔· 法曼变得异常兴奋。
“这会不会只是一个错误数据呢？”他重新调校了仪器。随后的1982 和1983 年，所测得的数据显示了同样的结果。乔·法曼意识到，有大事情发生了。1984 年10 月，数据显示南极上空的臭氧层面积比平均水平减少了40%，而且这个大洞已经扩大到了南美洲南端的火地岛。乔· 法曼重新翻阅了过去记录的数据，发现臭氧层的减少实际上大约在1977 年就开始了。
他没有再犹豫。5 个月之后，1985 年5 月16日，《自然》杂志刊出了他们的文章，正式阐述了南极上空春季臭氧空洞存在的问题：自1975 年起，每年早春（10 月份）期间总臭氧的减弱大于30%，而1957~1975 年间的变化并不大。文中强调，这个空洞并不是自然原因造成的，而是由于CFCs 等臭氧破坏物质造成的。
差不多同时，身处日本昭和观测站的忠钵繁（Shigeru Chubachi）也注意到了同样的信息。“他在日本国内发表文章公布了自己的发现，但影响力没有乔· 法曼在《自然》杂志的这一篇大。”陆龙骅说，虽然现在公认乔· 法曼发现了南极臭氧空洞，其实忠钵繁的贡献也不小。
CFCs 烧出的空洞
CFCs（氟氯碳化物）即日常俗称的氟利昂，顾名思义，是含有氟（F）、氯（Cl）、碳（C）的化合物。它的应用范围极广，从很早开始就被应用于汽车和冰箱等冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂，以及化妆品喷雾剂，在工业上使用非常普遍。
“CFCs 化学性质非常安定，不可燃且没有毒性，生产工艺简单，成本低廉，过去一直被认为是安全又理想的化学物质。”陆龙骅说。1930 年，CFCs 首次由杜邦公司和通用汽车共同研发出来，此后在全球各工业国家的使用量便不断增加。厂商大量制造，使用者也任其扩散至大气中。当时还没有人能意识到，40 年后，人为因素可能破坏大气中臭氧的重大事实会被突然摆上台面。
法曼发现臭氧的明显减弱是从20 世纪70 年代开始的。当时正值超音速航空技术开始显示出巨大的商业价值。拥有超音速能力的协和客机的首飞在清楚地提醒着市场，国际航班所花费的时间有望缩短数倍。而与此同时，也开始有论文指出，新兴的超音速航空器（SST）需要在平流层飞行，会排放氮氧化物（NOx）、硫化物和大量的水汽，这同样值得注意。
1971 年，加州大学伯克利分校的物理化学家哈罗德· 约翰斯顿（Harold Johnston）提出警告：SST将严重破坏臭氧层。有SST 发射需要的NASA 试图用“合理忽略”来逃避这个警告：“喷发量很小，因此可以合理地忽略。”NASA 的解释并没有成功，反而让科学界将注意的焦点从超音速航空器和NOx，转移到氯上，在此之前，火山爆发所释放的氯被看作是平流层中氯的唯一来源。
1972 年7 月，NASA 正式公布SST 的环境影响评估报告书，坚持认为其对环境的影响不大，并煞有其事地委托西根大学的两位教授测试这份报告书。意想不到的是，受委托的史托斯基（Richard S. Stolarski）和塞西隆（Ralph J.Cicerone）提交了与NASA 意图完全相左的评估报告：“SST 所排放的氯，将严重破坏平流的臭氧。”
两年后，美国加利福尼亚大学欧文分校的化学教授F· 舍伍德· 罗兰（F.SheRwoodRowland）和他的博士后研究员马里奥·J· 莫尼纳在《自然》杂志发表了《平流层中氯代氟氯甲烷原子对臭氧层的催化性破坏》一文。在文中，罗兰推测，在平流层中对含氟氯烃的光离解能产生大量的氯原子，从而导致大气层中的臭氧遭到破坏。但这种源于推测性的理论并没有引起多大的注意，工业界、公众和政客们的倾向性意见是，如果臭氧层没有破损就不要急着修复。
不过，也正是这篇文章对乔· 法曼的发现起了启蒙作用。它揭示了过去近50 年时间里，臭氧杀手隐身的原因：“CFCs 的生命期长达40~150 年，因此会在大气中不断累积，最后将上升至平流层。平流层所能接纳的氯相当有限，而且即使大幅降低CFCs 的使用量，大气也需要一段相当长的时间才能减缓臭氧的分解。”
“氟利昂之所以会对臭氧层造成如此严重的伤害，关键就在其所含的‘氯’——在平流层的低温条件下，平流层冰晶云的表面会吸附氟里昂等含‘氯’和含溴的污染物质，激发氯和溴的活性，在紫外线作用下，通过光化学反应大量消耗臭氧。一个氯原子可以破坏10 万个以上的臭氧。”至于空洞会出现在南极上空，而非其他地区的原因，据陆龙骅分析，是因为春季南极平流层极地漩涡中的温度低于-78℃，这是臭氧空洞在南极出现的自然因素。