「嗅探空氣」技術揭秘臭氧殺手

一座位於火山一側，海拔4,000米的研究站監測到了一個重要信息：儘管有國際禁令，某處有人正在排放對臭氧有害的污染物。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的蒙扎克（Stephen Montzka）是第一個注意到此狀況的。自2013年以來，他一直在分析於不同地點收集的空氣數據。測量結果表明，大氣中危險化學品氟利昂（CFC11, 多年前被廣泛運用於制冷劑和發泡劑，因對臭氧產生破壞而被禁用）的消退速度減緩了，這與科學家的預期不相符合。

"這一發現令人感到驚訝，我決定要進一步確認。"他回憶時說道。

而莫納羅亞天文台（Mauna Loa）的數據證實了他的猜想。自20世紀50年代以來，巨型夏威夷火山上的莫納羅亞天文台不斷監測著從太平洋飄過的空氣數據。2018年5月，發表在《自然》雜誌上的一篇文章詳細揭示了令人擔憂的發現——飄過太平洋的氟利昂來自於東亞。

如今，尋找污染源的國際調查正在展開。若沒有這些初步監測數據，這個調查可能永遠不會開始。通過"嗅探空氣"，監測其中各種氣體的水平，科學家們能夠檢測出污染物的存在。科學家們如何進行監測？當他們發現可疑狀況時，會怎樣應對？

1996年，根據重要條約《蒙特利爾議定書》，氯氟烴（CFCs），或被稱為氟氯化碳（Chlorofluorocarbons）的物質在國際上被禁止使用。通過該條約，世界各國確定了保護臭氧（一種大氣中的微量氣體，可阻擋太陽紫外線輻射）的措施。氟氯化碳含有破壞臭氧的氯氣，氟氯化碳在大氣中逗留時，氯氣會逐漸從中游離出來。在產品中和生產過程中停止使用氟氯化碳，意味著它們的存量應該會持續的加速下降。

但蒙扎克和同事們注意到，自2012年以來，一種特定氟氯化碳的下降速度並沒有加快反而減緩了。

英國氣象局的曼寧（Alistair Manning）表示，有各種各樣的證據表明，氟利昂可能的新來源為東亞。這包括北半球和南半球大氣氟利昂數據呈現出明顯的梯度或差異。

"南北半球縮小的梯度開始再次擴大，這意味著在北半球可能有新的污染源"，他說道。

這還不足以證明有人正在排放更多的氟利昂。但莫納羅亞天文台的數據證實了這一點。曼寧能夠使用氣象局的大氣擴散建模工具來確認這種潛在的新氟利昂可能來自何處。他發現，蒙扎克在莫納羅亞天文台獲得的氟利昂測量數據較低時，都是來自東亞的風力較弱的時候。

"這是另一個證據，說明在東亞的某種活動正在導致著污染物排放量的增加"，曼寧說道。

當消息傳開，禁用氣體可能正在從東亞流出，許多人都密切關注。例如，聯合國已針對此事展開調查。《自然》雜誌的論文也引起了環境調查署（EIA）的注意，這是一個反對環境犯罪和濫用的慈善機構。

"我們一讀到它......就意識到這是一個非常重要的事情"，該機構的活動家佩里（Clare Perry）說道。

佩里和她的團隊立即開始在中國尋找氟利昂的來源。研究人員聯繫了幾家中國公司，它們都調配過化學品或是直接生產隔熱用的泡沫材料， 這種材料中含有氟利昂。中國公司的答覆很坦誠。一家公司的代表說："我們購買氟利昂並混合使用。事實上，沒有人會來檢查我們的加工工作。"

總的來說，環境調查署表示，已收到18家公司的回復，稱他們皆以某種形式使用氟利昂，通常是在將絶緣泡沫吹入家用電器和建築物時使用。

現在面臨的挑戰是，如何證明這就是氟利昂的排放來源：數量高達每年1300萬公斤，蒙扎克及其同事表示。

"嗅探空氣"聽起來很簡單，但實際測量大氣中分子或粒子的科學原理是十分複雜的。用於檢測莫納羅亞天文台中氟利昂的方法是氣相色譜法（gas chromatography），這種方法將空氣樣本中的氣體沿著長的盤管分離。當它們沿著管子飄動時，測量並比較它們到達另一端的速率。較大的顆粒比小的顆粒更慢地到達。質譜法是通過質量鑒定分子，通常與色譜法結合使用。

然後是測量漂浮在空氣中的微粒，微小團塊，固體或液體所需的儀器。

通過將光線穿過一列煙霧，測量光線如何從粒子側面散射，可完成這項任務。這種測量工具今年意外地得到了實際運用。在今年6月份，英格蘭北部的薩德爾沃思沼澤（Saddleworth Moor）發生了一場大型野火，火勢之大，從太空中都可以看到一股煙霧。

但火災造成了多少污染？肉眼無法辨認。為了找到答案，科學家使用了一組用於測量曼徹斯特大學空氣質量的儀器。他們發現了濃度極高的微粒，都是高度污染物。顆粒來自有機物，植物，因為燃燒和陰燃產生。實際上，野草沒有火焰、緩慢燃燒，釋放出大量顆粒物質。

與氟氯化碳一樣，關注大氣環保，部分工作是觀察各國是否凖確報告了他們在特定時期內排放的某種污染物的數量。這通常是環境保護法規要求的。

有時候，這種觀察和評估還會帶來好消息。

今年早些時候，一篇論文認為，加利福尼亞似乎凖確地報告了化石燃料二氧化碳（CO2）的排放量。為了核查，倫敦帝國理工學院的格雷文（Heather Graven）和她的團隊使用加速器質譜法測量大氣二氧化碳中不同種類碳的比例。碳14是一種新的輕微放射性碳，在大氣中自然產生。化石燃料碳已存在數百萬年，並因此腐爛成為碳12，其質量略小且不再具有放射性。因此，大氣中碳14與碳12的比率較低表明化石燃料的二氧化碳排放量增加。

"根據我們擁有的數據，並結合大氣模型，我們發現我們觀察到的與我們預期的非常相似"，格雷文說。

"借鑒大氣測量數據，科學家正在對加利福尼亞報告中數據的凖確性進行初步驗證"。

大氣懸浮顆粒不僅能顯示化石燃料污染或禁用化學品的排放，還可揭示未被報告的核武器和核能工業中放射性物質的使用狀況。

世界範圍的放射性核物質監測網絡不斷採集空氣樣本，以收集實時的放射性數據。地球上發生核事故或核試驗之後，放射性同位素或放射性核物質被釋放到大氣中並被風吹散。全球各地的監測站每天對空氣進行一次採樣，輻射探測器可以確定有哪些同位素存在。

2017年10月，法國核安全機構（IRSN）披露，一些歐洲監測網絡檢測到一種奇怪的放射性核元素——釕106（ruthernium-106）出現小高峰。

法國核安全機構很快就確定，空氣中如此濃度的釕106不會對人體健康產生危害，但發現這種特殊的同位素讓人擔憂，該機構的拉肖姆（Jean-Luc Lachaume）回憶道。

"這種同位素的活動水平完全不同尋常"，他說，"該放射物是核設施事故或意外所形成的。"

我們知道這一點，因為特定種類的核活動會導致特定放射物的溢出。拉肖姆舉例說，你可能會在大氣中看到一些碘131，因為它與醫院使用的放射性物質有關。釕106卻是十分罕見的。

公共信息，包括一些在網上發現的信息，引起了法國核安全機構研究人員的懷疑：放射性核元素來自於瑪雅克（Mayak），一座位於俄羅斯的同位素工廠。該工廠原定於2017年生產銫144。製造該同位素的過程會產生釕106。更重要的是，就像調查CFC-11的來源一樣，研究人員對風力模型進行了分析，結果指向了俄羅斯東部。

是瑪雅克工廠的事故導致了釕106在無意中被洩漏並散播到了歐洲嗎？

調查中，俄羅斯官員表示瑪雅克並沒有發生安全事故。由於缺乏確鑿的證據表明瑪雅克為其確切來源，拉肖姆一直不知道該如何做。

"宇宙中有一些解不開的謎團"，拉肖姆說，"我想這就是其中之一。"

但隨著世界各地的科學家們"嗅探空氣"，一些謎團變得越來越容易解決。在核事故或非法、未報告的排放之後，科學家們通常是第一個知道的，他們也是揭示這隱形真相的先驅。

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