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被氟氯烃破坏的臭氧层




找到更有效的冷却方法当然很好,但是还有更大的问题迫在眉睫。很多已有的工作都是使冷却系统更好地工作,但是没人考虑过冰箱和空调报废了以后会发生什么。它们只会被送去垃圾场,人们回收有价值的金属,比如冰箱骨架里的钢材,当然还有铜管。没有人会收集氟氯烃,一旦铜管被切断,它们就会迅速蒸发。随着这种液体挥发到稀薄的空气中,它们完成了最后一次冷却。没有人对此表示担忧。氟氯烃早已被用于发胶喷瓶或其他一次性物品的推进剂,它们被认为是惰性的,所以,究竟会有什么危害呢?人们只是猜测,一旦它们变成气体,就会被风吹散,这也的确是事实。但是经过几十年后,它们终于进入了平流层,而在那里,它们开始被来自太阳的紫外光分解,成为可以对我们造成巨大伤害的分子。

太阳会发出我们能看到的光,也会发出我们看不见的光,紫外线就属于后者。正是这种光,给了我们古铜色的皮肤,因为它蕴含着太多能量,能够灼伤我们,实际上也的确如此。在紫外线下长时间暴露,你的DNA会被破坏,最终引发癌症。所以,防晒霜是必不可少的,这种液体的作用是在紫外线照射到你的皮肤之前就将其吸收。但是在你和紫外线之间,还有另一层更有效的屏障——臭氧层,它就像地球的防晒霜。当臭氧发挥作用的时候,你并不能真正地看到它,这一点也很像防晒霜。事实上,我们的飞机正在穿越臭氧层,但是从窗户向外看,你可能一无所知。

臭氧和氧气有关。我们呼吸的氧气是由两个氧原子结合在一起的分子(O2),但臭氧是由3个氧原子结合在一起的分子(O3)。它不太稳定,由于高度的反应性,它通常也不会维持太长时间。臭氧还有一种臭味,在电火花的形成过程中,你有时候可以探测到这种气体,因为空气中的一些氧气会因为电火花的高能量而被转化为臭氧,这一反应会产生一股刺鼻的奇怪味道。不过,尽管我们在陆地上呼吸的空气中并没有太多的臭氧,但在平流层上方有足够的臭氧形成一个保护层,吸收来自太阳的紫外线。然而,随着氟氯烃分子进入臭氧层,它们会与太阳光中的高能光线相互作用并分解,从而产生一种叫作自由基的高活性分子,它们紧接着会与臭氧发生反应,降低其浓度,从而使臭氧层出现损耗。

到了20世纪80年代,大气科学家开始意识到氟氯烃对臭氧层的影响十分显著,并产生了严重的后果。1985年,英国南极调查局的科学家发布报告称,南极洲上空有一个臭氧层空洞,跨度达到2  000万平方千米;不久之后又进一步确定,全球范围内臭氧层的厚度正在下降。总的来说,氟氯烃是造成这一现象的罪魁祸首,因此,作为一项国际禁令,《蒙特利尔议定书》实施并于1989年生效。氟氯烃被禁止用于冰箱,也不能再作为水的替代物干洗衣物。尽管全球各国对此反应迅速,但依然还有一些氟氯烃,臭氧层又出现了其他空洞。2006年,人们在中国西藏地区上空发现了一个面积为250万平方千米的大洞。2011年,北极上空臭氧的损耗也创下历史纪录。这表明,很可能要等到21世纪末,我们才能从这些破坏中缓过劲儿来。

不过,回溯氟氯烃的鼎盛时期,化学家们也花了很多时间来研究碳氟化合物的性质。他们发现了一系列被称为全氟化合物的神奇分子,也叫PFCs。与氟氯烃不同,全氟化合物不含任何氯原子,是完全由碳原子和氟原子构成的液体。最简单的全氟化合物类似于碳氢化合物,其中所有的氢原子都被氟原子取代了。

氟的化学键超强无比,它们十分稳定,因此全氟化合物极具惰性。你可以把你喜欢的任何东西扔到里面,哪怕是手机,它们都会安然无恙。你还可以把你的笔记本电脑放到一桶全氟化合物里面,人们真的会这么做,因为液体的冷却效率比内部风扇更高,计算机能以更高的速度运行。但更神奇的地方在于,全氟化合物能够吸收高浓度的氧气,浓度高达其体积的20%,这意味着它们可以充当人造血液。

一种全氟化合物分子的结构