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对于现代人来说,冷气绝对是拯救夏天的刚需。
冰淇淋、冷饮、空调,少了任何一件,都会让夏天变成灾难。
然而随之而来的,是越来越多的“刺客”和智商税,比如便利店里的天价雪糕、出租屋里的高能耗空调……
不过,要说最大的刺客,还得是制造冷气的氟利昂和它的兄弟姐妹们。
未读·探索家|出品
至少从公元前2000年开始,人们就在用冰块来保持清凉,因为固体冰融化时会吸收周围环境的热量。冰融化时所产生的液态水要排掉,然后再补充冰。
不过,人工制冷过程涉及的物态不是固态和液态,而是液态和气态。液体蒸发时,会从周围环境中吸收热量,蒸发时产生的蒸汽随后被压缩,回到液态。整个过程的关键之处,在于要有能源来驱动机械压缩机。
从技术角度来看,需要不断人工添加冰块的老式“冰盒子”算不上一个“refrigerator”(制冷装置)。真正意义上的制冷装置(比如我们常见的冰箱)需要制冷剂,也就是一种不断经历“蒸发—压缩”循环的化合物。
氟利昂的暗面
与不太稳定的化合物不同,氯氟烃自身不会被普通的化学反应分解,当初正是这一特性使这类化合物令人趋之若鹜。释放到低层大气中的氯氟烃会在空气中飘浮数年,甚至数十年,然后上升到平流层,并在平流层被太阳辐射分解。在平流层内,距离地表约15到30千米的地方是臭氧层。
臭氧是氧元素结合成氧气的一种形式。在臭氧层内,受到高能紫外线辐射的臭氧分子会分解,形成1个氧分子和1个氧原子。
2个氧原子会重新结合成氧分子。
这样一来,在臭氧层中,臭氧不断形成,同时也不断分解。经过漫长的时间,这两个过程维持着平衡状态,因此,地球大气中的臭氧浓度保持相对稳定。
这对地球上的生命有着重要的影响:臭氧层中的臭氧吸收了来自太阳光中对生物最有害的紫外线辐射。因此有人说,臭氧层是人类的保护伞,为我们挡住了太阳的致命辐射。
但罗兰和莫利纳的研究结果表明,氯原子加快了臭氧分子的分解速度。
第一步,氯原子与臭氧反应后会生成1个一氧化氯分子(ClO)以及1个氧分子。
第二步,一氧化氯分子与氧原子发生反应,生成1个氧分子并重新生成氯原子。
罗兰和莫利纳提出,整体而言这系列反应会破坏臭氧和氧分子之间的平衡,因为氯原子加速了臭氧的分解,但对臭氧的制造过程没有影响。氯原子加快了反应速度,但本身不会被消耗。这是氯原子对臭氧层影响最令人震惊的方面——不单是臭氧分子被氯所破坏,同一个氯原子甚至可以一次又一次地催化这种分解。
据估算,平均而言,每一个通过氯氟烃分子进入高层大气的氯原子,在失去活性前会破坏10万个臭氧分子。臭氧层每消耗1%,就可能有额外2% 的紫外线辐射穿透地球的大气层,产生破坏性后果。
1985年,来自南极洲的研究表明,南极上空的臭氧层消耗越来越严重。在一个几乎无人居住的大陆上空,冬季的时候竟然会出现已知的最大的臭氧层空洞,这件事实在是匪夷所思,毕竟在南极洲几乎用不到制冷剂或气溶胶喷发剂。
显然,这件事意味着,向大气排放氯氟烃是一个全球都应关注的问题,而不仅仅是一个局部问题。1987年,一架在南极地区上空飞行的高空勘测机在臭氧低值区发现了一氧化氯分子,这为罗兰和莫利纳的预测提供了事实证据。(八年后,他们因认识到氯氟烃对平流层和地球环境的长期影响,共同获得了1995年的诺贝尔化学奖。)
1987年,世界各国签署了《蒙特利尔议定书》(Montreal Protocol),所有签约国承诺逐步停止使用氯氟烃,最终完全禁用。今天,我们使用的制冷剂已经是氢氟碳化物和氢氯氟碳化物,而不再是氯氟碳化物。
但是,这些替代品的制冷效果不如氯氟烃,在制冷循环系统中所需的额外能量最多要多3%。
如今,大气中仍然存在数以十亿计的氯氟烃分子,所有这些氯氟烃将缓慢但不可避免地流向上空,对臭氧层造成破坏。
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编辑|泰若克塔
图片|网络
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