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一项新研究表明,修复臭氧层也能减少大气中的二氧化碳


氯氟烃的分子式(图片来源:Wikipedia)
这是2060年春天。一个孩子盯着家对面的林地。他戴着墨镜,戴着宽大的遮阳帽,露出的小部分皮肤上还涂着防晒霜。植物看起来杂乱无章,发育不良,叶子比她看到的老照片上的少得多。不过没有时间纠结这个问题:现在紫外线指数为20,而她已经在外面呆了5分钟。
值得庆幸的是,这并不会发生。由于世界在20世纪80年代采取了保护臭氧层(一个吸收太阳有害紫外线(UV)辐射的高层大气区域)的措施,我们少了一个需要担心的环境问题。
在20世纪70年代中期,科学家们意识到,由于人类越来越多地使用氯氟烃(CFCs)(注:氟利昂中的一类物质)作为制冷剂和气雾罐的推进剂等,导致臭氧层逐渐耗竭。随着1987年《蒙特利尔议定书》的签署,世界逐步淘汰了氯氟烃,该议定书后来通过许多修正案得到加强,并得到197个国家的批准。今天,大气中的氯氟烃水平正在下降,臭氧层也开始恢复。
但是,如果《蒙特利尔议定书》从未被签署呢?我们设法避免的局面会是什么样子?这是由我和一个国际合作团队领导的一项新研究的主题。
在早期的研究中,科学家们表明,在这样一个世界里,皮肤癌的病例会多出成千上万。因为这样的世界中臭氧层更薄,到达地球表面的紫外线辐射水平更高。气候变暖也会更严重,因为氯氟烃和二氧化碳(CO₂)一样,也是温室气体,且破坏力更强。我们关注的重点是可能在植物身上发生的情况。
像人类一样,植物在暴露于高紫外线水平时也会受到损害。植物在生长过程中吸收二氧化碳,但当紫外线辐射增加10%时,植物的生物量会减少3%。如果没有《蒙特利尔议定书》,我们估计,在本世纪末,全球的紫外线水平将比现在平均高出4.5倍。我们还估计,到2050年,欧洲、亚洲和北美洲的紫外线水平将高于现在热带地区的紫外线水平。
总的来说,这意味着更多人类排放的二氧化碳将留在大气中,而不是被锁在植物和土壤中。而这些额外的二氧化碳会导致更多的全球变暖。
一个没有《蒙特利尔议定书》的世界
通过使用计算机模型,我们模拟了两种世界的气候、大气化学、植被和碳循环。在第一个世界里,我们假设那篇用于提醒世界注意氯氟烃危险性的文件未于1974年发表,而氯氟烃使用量则会以每年3%的速度增长。在第二个世界也就是我们现在生活的世界里,氯氟烃排放得到控制,臭氧层也逐步恢复。
除了氯氟烃之外,这两个模拟世界是相同的。在这两个世界中,二氧化碳和其他温室气体的排放都遵循21世纪的中间情景,这是联合国政府间气候变化专门委员会报告中使用的几种情景之一。
氯氟烃被淘汰的世界看起来就像我们对未来气候变暖的世界所猜想的那样。全球气温上升,产生了所有的负面影响,但是正如我们对现实世界的预期,臭氧层在本世纪中叶恢复到历史水平。而在另一个世界,臭氧层急剧变薄,到本世纪末,各地的臭氧浓度将下降到南极臭氧洞的水平。
臭氧层空洞(图片来源:pixabay)
到本世纪中叶,在氯氟烃使用没有减少的世界里,由于紫外线的破坏,植物吸收的碳只有氯氟烃被淘汰的世界里的一半。到本世纪末,这个高浓度氯氟烃世界的植物吸收的碳不到另一个世界的15%,导致植物和土壤中储存的碳减少30%。这意味着到本世纪末,大气中的二氧化碳将增加30%,从而使全球气温增加0.8℃。
这0.8℃本身就足以使目前的全球温度(比前工业化时期的平均温度略高1℃)超过《巴黎协定》设定的理想目标,即比前工业化时期水平高1.5℃。加上氯氟烃本身的温室效应所带来的1.7℃,这意味着《蒙特利尔议定书》额外阻止了2.5℃的气候变暖。
臭氧层保护地球(图片来源:pixabay)
虽然我们已经避开了模拟中的这个世界,但臭氧层面临的威胁仍然存在。一些科学家赞成通过模仿大型火山喷发之后造成的全球冷却效应来抵御气候变化——平流层硫酸盐地球工程(stratospheric sulphate geoengineering),即向平流层注入硫酸盐气溶胶粒子。
但是这可能会耗尽臭氧层。我们的研究表明,在任何此类行动的影响评估中,必须考虑其可能引发的生物圈连锁反应。
由于《蒙特利尔议定书》对可怕的科学警告采取了有效行动,人们很容易将其视为气候谈判的典范。然而,由于只有少数几家公司在生产氯氟烃且很容易找到它的化学替代品,所以解决臭氧问题比减少化石燃料的排放要简单得多。
撰文:Paul Young
翻译:刘禛
审校:张乃欣
引进来源:the conversation
本文来自:中国数字科技馆
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