书城科普读物环境的狂澜(科学新知丛书)
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第10章 环境问题(1)

臭氧空洞

地球上处处充满勃勃生机。可你是否知道,这众多的生灵,都要依仗着地球外部那一层厚厚的保护伞——大气层,才得以生生不息,繁衍至今。

地球的外层有一层厚约2000千米的大气,来自宇宙的威胁很多,当小天体向我们飞来时,大气就会阻挡住它们,让它们燃烧发光,变成一道道闪亮的流星而熔化消失。来自宇宙的威胁还不仅是这些小天体,还有许多看不见的“杀手”,即各种射线,它们是由恒星发射出来的。宇航员在太空中一定要穿上厚厚的宇航服,宇航服能给宇航员提供氧气、能保暖、保证正常的压力等。另外,宇航服还有一个重要功能,就是防辐射。

太阳是离我们最近的恒星,它时刻不停地发出射线,我们称其为太阳辐射。太阳辐射给了我们光明和温暖,地球上的植物依靠它不断地进行光合作用,地球上才有了多种多样的生物。太阳辐射的波长为015~4微米。其中,波长小于038微米的部分是紫外线,038~076微米的是可见光,大于076微米的是红外线。太阳辐射中可见光和红外线对地球上的生物无害,紫外线B和C对生物却是有害的,它们就像一把把无形的利刃,悬在我们头上,时时刻刻都在威胁着地球的生命。不过,你不用担心,由于大气中的臭氧层能大量吸收紫外线,地球上的生命安然无恙。

臭氧层位于大气的平流层中,离地球表面15~40千米,在这层中,集中了地球90%的臭氧气体,其浓度未超过10万分之一。它的浓度虽小,但厚度达近30千米的臭氧层就像一把厚厚的遮阳伞,阻挡了有害的紫外线,使达到地球表面的紫外线B只剩下不到5%。

由于臭氧层对地球上的生命这么重要,所以20世纪50年代,世界气象组织与国际臭氧委员会的60多个成员国合作,在全球先后建立了100多个观测站。经过20年的连续观测,到20世纪70年代,一个惊人的信息传来,科学家发现在15~20千米的低平流层中,臭氧正在呈明显的持续减少趋势。没过多久,在1985年,从南极又传来了一个更令人震惊的消息,科学家在那里的平流层发现了一个大如美国、高似珠穆朗玛峰的臭氧空洞。

臭氧的急剧减少就如同把地球的保护伞捅开了一个窟窿,更多的紫外线B从这个漏洞长驱直入,严重威胁着地球上的生命,许多生物难以适应这样的变化。

首当其冲的是绿色植物,因为绿色植物是利用太阳光进行光合作用维持生存,它们不能躲避阳光,紫外线的增强会使光合作用降低。实验证明,紫外线增加,松树的生长会明显减慢,大豆将减产25%。海洋和淡水中的生物也会受到臭氧层破坏的影响。特别是海洋中的软体动物,它们对紫外线几乎没有任何防护能力,生长速度以及寿命都会下降。过多的紫外线使得许多鱼不得不离开食物丰富的海水表层,进入深水,造成深海食物严重短缺以及海洋生物种群的紊乱。陆地上的动物将受到更严重的损害,特别是草原上的动物,因为没有高大树木遮蔽,它们受到的伤害是最严重的。就是号称万物之灵的人类,也不能逃脱臭氧层破坏带来的厄运。由于臭氧天窗,柔软的沙滩也要失去往日的魅力,因为皮肤癌就像幽灵一样追踪着晒日光浴的人们。科学家指出,大气中臭氧每减少1%,到达地面的紫外线就会增加2%,皮肤癌患病率将增加5%~7%。紫外线还会对人的眼睛造成严重的损伤,白内障是近年来上升最快的一种眼病。臭氧层的缺损还会破坏人和其他生物的免疫系统和遗传基因,引起更多的疾病流行,某些物种会发生变异,甚至灭绝!这将给本来就已经十分脆弱的地球生态系统以致命的打击。

臭氧层的破损还会带来一系列的连锁反应。由于到达地面的紫外线增多,低空的紫外线也会把氧分子分解为氧原子,然后形成臭氧,所以高空臭氧的减少将导致地面臭氧的增多。不过,你别以为低空的臭氧也能吸收紫外线,其实他们对生物的危害作用远远大于其对生物的保护作用,况且它们在这里吸收的紫外线已经微不足道了。

1974年,美国科学家首先提出了氟氯化碳类物质是破坏臭氧层的“元凶”。氟氯化碳俗称“氟利昂”,它在近地面虽然很稳定,但到了高空,在紫外线的作用下,它却会被分解,释放出氯离子。恰恰是这氯离子具有很强的争氧能力,它能很快地从臭氧中抢走一个氧原子使臭氧变成普通的氧分子,而得到了氧原子的氯又会很快把这个氧原子扔掉,去寻找新的臭氧展开新一轮的争夺战。这种过程周而复始,可以重复10万次,可见它对臭氧层的破坏有多大。家用冰箱中的氟氯化碳只占了总用量的极小部分,况且现在已经有了许多种无氯冰箱,用量最大的是汽车空调,占氟氯化碳制冷剂的接近一半。在冷冻、冷藏设备中做制冷剂的氟氯化碳只占了其总用量的1/4。

我们更应注意的是用在其他地方的氟氯化碳。因为在制冷设备中,氟氯化碳是在严格密封的循环系统中运行的,所以在正常使用时,氟氯化碳是很少有机会跑出来的。而其他用途中排放到大气中的氟氯化碳要比制冷系统排放多得多,因为它们更多的是在开放条件下使用氟氯化碳的。气溶胶是其中最大的一部分,它们主要被用在各种用途的喷雾器当中。如我们经常见到的发胶、香水、药品(如“好得快”)、杀虫剂等,氟氯化碳随着喷雾器喷出后就无法收回,它们马上就进入了大气,给臭氧层造成危害。

泡沫塑料是氟氯化碳的又一大消费者,氟氯化碳以气体的形式被溶解到了塑料原料中,当塑料硬化为固态时,氟氯化碳的气体能保存在其中,形成许许多多大大小小、分布比较均匀的气泡,就制成了泡沫塑料。加在泡沫塑料中的氟氯化碳大部分都在生产或使用的过程中一点点地散失到大气中去了,它们对臭氧层的损害也是极其深重的。

氟氯化碳还有一个重要的用途是做清洗剂的溶剂,由于它的不可燃性、化学惰性、无腐蚀性、低粘度、低表张力、无毒以及高挥发性,在今天高度发达的现代工业中用途极其广泛。

氟氯化碳通过大大小小的喷雾器源源不断地喷向了天空,溶解在清洗剂和泡沫塑料里的氟氯化碳也源源不断地挥发,再加上那些生产和使用中的泄露挥发等,大气中的氟氯化碳越聚越多,给臭氧层带来深重的灾难。

破坏臭氧的还不仅是氟氯化碳,还有一类化学物质——哈龙。哈龙是一类含氟、氯、溴的化学物质,它到达平流层后比氟氯化碳还活跃,溴比氯更活跃,破坏臭氧能力更强。哈龙1301对臭氧层的破坏能力是我们通常使用的氟氯化碳的10倍。哈龙主要用在灭火器中。

除了氟氯化碳和哈龙以外,还有一些物质也会对臭氧层产生危害。近些年来,航空运输事业日益发达,据计算,500架超音速运输机在两年内排放的NO积累量,就可能使平流层中的臭氧减少3%~50%。另外,由于农业的发展,各国普遍大量使用氮肥,由土壤反硝化作用产生的N2O被输送到高空,对臭氧的破坏作用也不可忽视。现在,人们把氟氯化碳、哈龙、氮氧化物等破坏臭氧层的物质统称为ODS。

今天,臭氧层的破坏给地球上的一切生物带来的威胁已经得到大家的公认了,那么,为了保护臭氧层,我们又能做些什么呢?首先应该想到的是喷雾器,当人们刚刚发现氟氯化碳对臭氧层有破坏作用时许多国家马上停止用它做喷雾器的推进剂了。1990年,大部分国家停止了除医疗以外的氟氯化碳喷雾器的生产和使用。泡沫塑料是第二个应该解决的,1986年,大部分发达国家就已经不用氟氯化碳而是改用含氢氟化碳或其他烃类生产聚苯乙烯泡沫塑料薄板。1988年,亚洲、欧洲、美洲以及大洋洲都不再使用氟氯化碳做食品包装的发泡剂,而改用了替代品。我们应该让更多的人知道,不要损坏制冷设备,特别是报废的制冷设备,要尽量让生产厂家回收,使氟氯化碳不会泄露出来。

臭氧层的问题不是一个国家、一个地区的问题,臭氧层的破坏是全世界各国共同造成的,所有的国家都有责任、有义务保护臭氧层。为了全世界人民的共同利益,1985年,世界各国在奥地利首都维也纳达成了《保护臭氧层维也纳公约》,国际合作拯救臭氧层的行动从此拉开序幕。1987年,一份更具体的方案出台了,这就是《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,《议定书》具体规定了对5种氟氯化碳物质和3种卤族化合物的生产、使用控制时间表。1992年11月,在哥本哈根,又一次修订了《议定书》,补充了60多种受控的含氟氯化碳、含氢氟烃物质,以及它们的受控时间表。今天,世界各国已达成共识,有160多个国家加入了《保护臭氧层维也纳公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,中国分别于1989年和1992年加入了上述《公约》和《议定书》,我们应该做到,我们也能够做到,减少大气中的ODS,为了保护地球的臭氧层,为了保护地球上的一切生命,地球上的每一个国家、每一个人,都有义务、有责任!

温室效应

南极两大陆缘冰在全球变暖的淫威下正在加速解体。1998年总共有3000平方千米的冰层从南极“拉森B”和威尔金斯陆缘冰中脱离。两大陆缘冰在过去一年中所丧失的“领地”相当于此前10~15年的总和。这种融化崩解的速度之快是人们所始料不及的,目前两大冰川正呈现出全线崩溃之势。喜马拉雅冰川在全球变暖的影响下也在加速消融,其消融的速度比世界上任何冰川消融的速度都要快。如果按这种速度继续下去,到2035年喜马拉雅冰川将可能不复存在。

安第斯山脉在秘鲁境内的一段,近27年来已经丧失了110多万立方米的积雪。这对人类来说,绝不是好消息。蒂可里奥冰川海拔4818米,是秘鲁南部里米克分水岭的最高点。据官方统计,蒂克里奥冰川每年后退10米,目前冰川已经融化殆尽,只有很少一部分地区仍为冰川覆盖。冰川融化后,留下了丑陋的山峰和陡峭的悬崖。这一切意味着什么呢?

1996年2月联合国气候变化委员会发表的报告中讲到,根据各主要城市的气象记录,1995年是20世纪以来全球最热的一年。这项报告认为,在半个世纪内全球平均气温上升06℃,历史上气温最高的4年均在近10年内。全球变暖的后果使气候反常。

进入20世纪70年代以来,世界上出现了一系列气候反常现象。1972年西非撒哈拉地区连续4年干旱;秘鲁沿海渔场歉收;中美洲、前苏联、印度和中国,相继发生了旱灾;而菲律宾、澳大利亚、肯尼亚部分地区却大雨成灾。1980年夏季广阔的亚洲大陆洪水泛滥,欧洲的大部分地区空前多雨,非洲西部的干旱使一些国家和地区的经济濒于崩溃。在美洲,高温热浪袭击了美国、牙买加、海地、古巴等国。美国南部高温持续了1个月之久,夺去了上万人的性命。而在南美洲,近90年来最大的热带飓风,横扫了加勒比海,给加勒比海地区的几个国家造成了严重的损失。尤其是1988的异常气候,热浪从地球的各个角落袭来:我国原本就有“大火炉”之称的南京、武汉、重庆、南昌接连不断地传来信号:南京83人死于高温,武汉数百人在“发烧”,重庆温度达411℃,南昌死亡600人。一向太平的地区也同时大爆“冷门”,如江西的景德镇、河南的驻马店、湖北的襄阳等,气温均超40℃。苏、皖、浙、鄂、闽、川、湘,这些中国最著名的“鱼米之乡”,也被罕见的高温酷热桎梏着。吉林市的严寒季节,出现了天气奇暖的反常现象,以至于年轻人穿上了春装。而往年此时正是天寒地冻,一片银白的寒冷世界。

世界其他地区也一反常态,千百年来深受地中海“款待”的开罗,1988年也被40℃高温困扰得烦躁不安。“世界粮仓”美国正面临着半个世纪以来的严重干旱,人们为粮食的减产而忧虑不安。1996年2月,号称“万物之都”的纽约,遭受了近50年来最严重的大风雪,几乎陷入瘫痪状态。日本下了空前未有的大雪,阿根廷遇到创记录的高温,而苏格兰的气温之低却创下了历史记录,南非的暴雨使147人在洪水中丧生。地球的反常天气也给某些人带来了乐趣,1996年2月中旬的异常低温,使汉堡的阿尔斯特湖成了天然大冰场,约有50万人蜂拥而至,在冰上滑行或拉雪橇。而同样在德国却因没雪而不得不取消即将在这里举行的世界杯滑雪赛。在墨西哥中部,许多人因几十年来下的第一场真雪而欢欣鼓舞!但伴随着的是2000万只定期迁徙的大蝴蝶,冻死在墨西哥30厘米厚的大雪中。

世界上海拔最高的青藏高原是全球环境变化的敏感区。1998年我国科学家对青藏高原东北部和北部的湖泊进行了考察。结果在野外考察中首次发现,随着全球气候的变暖,青藏高原湖泊存在着现代环境突变的现象。从整体上看,青藏高原上所有的湖泊都在退缩,而且这种态势有从高原南部到北部逐渐增大的趋势。高原北部可可西里地区的湖泊苟仁错,1990年时面积还有235平方千米,水深13米以上,现在已经全部干涸,表面形成一层薄薄的含有结晶盐的饱和卤水。高原北部的另一个湖泊——兴错,上世纪60年代时的面积有33平方千米,现在已是面积只有2平方千米的沼泽。青藏高原人烟稀少,人类活动对湖泊的影响有限,而湖泊的退缩再次证实了全球气候增暖的趋势。

全球气温升高,世界气候的异常变化,引起了科学家们的关注。究竟是太阳黑子的影响,还是潮汐变异……专家们众说纷纭。但比较一致的意见认为,人类活动对气候的影响是不可忽视的因素,人类活动对气候的影响是多方面的,但是大气中二氧化碳含量的增高,实在令人担忧。而且有可能使气候产生不利于人类的不可逆转的变化。