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漂洋過海，道阻且長。
撰文 | 黃雨佳
審校 | 王怡博
對於地球大氣中的臭氧，相信你一定不會感到陌生。我們平時所說的臭氧層，其實指的是平流層（距地面8~18千米至距地面約50千米）中臭氧濃度相對較高的區域。這個區域的臭氧可以吸收和遮蔽日光中的短波紫外線，對地球生物圈有極其重要的保護作用，稱得上是“好臭氧”。
然而，臭氧同時又是一種有毒氣體。人體直接接觸臭氧可能會出現眼睛和鼻子的不適，出現呼吸系統疾病和肺功能損害，嚴重的患者甚至會死亡。一項2017年發表於《環境與健康展望》（Environmental Health Perspectives）的研究表明，據估計，僅2016年一年，我國因呼吸系統疾病死亡的30歲以上成年人中，死因與長期暴露於臭氧相關的就有316 000人，佔因呼吸系統疾病死亡總數的28%。可見，如果平流層之下的對流層（地面至距離地面8~18千米的區域）中臭氧濃度過高，這裡的臭氧就成了“壞臭氧”。
“壞臭氧”可能有多種來源。一方面，它可能來源於上方的平流層，形成地面臭氧的背景水平；另一方面，它也可能在對流層中透過多種反應生成。氮氧化物（例如二氧化氮和一氧化氮）和揮發性有機物（VOC）會在紫外線的作用下發生一系列光化學反應，生成臭氧。而化石燃料的使用會產生氮氧化物，同時日常消費品（殺蟲劑、塗料、印刷油墨、清潔劑等）中的揮發性物質也已成為城市VOC的主要來源之一。可見，“壞臭氧”與人類的生產活動密不可分。
對流層中的臭氧來源（圖片來源：Junfeng Zhang et al., 2019）
你或許認為，既然如此，只要限制我國工業和日常生活中排放的相關物質，不就可以減少“壞臭氧”帶來的危害了嗎？然而，不幸的是，根據一項近日發表於《自然·醫學》（Nature Medicine）的研究，根治對流層臭氧問題可能無法各掃門前雪，因為對流層臭氧還可能從其他國家飄來。甚至在歐洲，絕大部分臭氧相關的死亡都非本國人為活動所致，而是由其他國家飄來的臭氧造成的。
飄來的“毒氣”
根據歐洲環境署（EEA）的資料，超過95%的歐洲人口暴露在超過世界衛生組織（WHO）《全球空氣質量指南》規定的臭氧水平（平均每立方米100微克臭氧，每日不超過8小時）中。暴露於這樣的臭氧水平已成為歐洲空氣汙染導致過早死亡的主要原因之一。
在對流層中，臭氧生成的起始物質（如二氧化氮）的壽命通常較短，而臭氧分子的壽命則相對較長，能在對流層中持續存在並長距離運輸。因此，研究人員對35個歐洲國家中813個相連的區域進行了研究，分析其臭氧相關的死亡中有多少來源於本國，又有多少來源於其他歐洲國家甚至是歐洲以外的國家。
研究人員發現，臭氧分佈由北向南呈明顯梯度升高的趨勢。這是因為越往南，越靠近赤道的地方溫度越高，就越有利於臭氧形成。資料顯示，在歐洲所有可歸因於對流層臭氧的死亡病例中，88.3%的臭氧來源並非本國，甚至56.7%的來源並非歐洲本土。而在列支敦斯登，該國接近100%的可歸因於臭氧的死亡都與本國無關。在一些較小的南歐國家（例如馬耳他和塞普勒斯等地中海國家），來自海洋（可能來自航運排放）的臭氧則扮演了重要角色。
那麼，在歐洲範圍內，究竟是哪些國家“製造”的臭氧影響了其他國家呢？資料表明，那些工業化程度最高、人口最多的國家是造成臭氧跨境運輸導致死亡的主要來源，尤其是法國和德國。例如，來自法國的臭氧為隔壁盧森堡“貢獻”了32.3%的可歸因於臭氧的死亡。而在被夾在瑞士和奧地利之間的列支敦斯登，其可歸因於臭氧的死亡中，也有20.2%的臭氧來自法國，剩下19.2%來自瑞士，16.4%來自義大利，13.9%來自德國。
2015-2017年間歐洲國家間臭氧歸因死亡率貢獻（圖片來源：Hicham Achebak et al., 2024）
除了是否與這些臭氧輸出大國相鄰，國家位於歐洲的哪個區域也會影響臭氧的跨境運輸。例如，在歐洲的中緯度地區，由於這裡盛行西風，因此臭氧跨境運輸時會更傾向於向東邊擴散。相應地，位於歐洲西南部的國家受跨境臭氧的影響就會相對較小。
這些資料表明，要避免臭氧對人體健康產生不利影響，各國之間需協調行動，這是一項需要全球各國共同努力的系統工程。
氣候變化助長臭氧危害
值得注意的是，氣候變化可能會加劇臭氧給人類造成的危害。首先自然是，氣溫升高可能會增加VOC的揮發；其次，溫度升高也會加快對流層中生成臭氧的反應；而且，全球變暖還會改變地面的溼度和風力條件，導致地面氣旋的頻率降低，大氣流動減緩。因此，VOC和氮氧化物等得以長時間“共處”，這延長了它們的反應時間。
此外，除了人為活動，植物排放的VOC（例如萜類化合物）也可能導致臭氧形成。例如，一項最近發表於《科學》（Science）的研究表明，美國洛杉磯夏季約60%的臭氧形成都可能是由生物排放萜類化合物造成的。而此前的研究已經表明，高溫和乾旱都會增加植物釋放半萜和單萜類化合物。因此，原本炎熱的夏季才是臭氧濃度較高的季節，但由於氣候變化造成的溫度上升和乾旱，植物可能從夏季到秋季都會排放大量VOC，延長了一年中臭氧大量生成的時間。
與看得見的細顆粒物（PM 2.5）不同，臭氧汙染是一種看不見的危害。一項2018年發表於《美國科學院院刊》（PNAS）的研究表明，2013-2017年，我國PM 2.5水平大幅下降，但夏季臭氧濃度卻出現了上升趨勢。甚至在我國許多城市，臭氧超標的天數比PM 2.5超標的天數還要多。
影響我國2013-2017年夏季平均臭氧變化的人為驅動因素（圖片來源：Ke Li et al., 2018）
研究人員認為，一方面，由於氮氧化物不僅能助力臭氧生成，也能與臭氧發生反應而消耗臭氧，因此，倘若我國許多地區VOC排放保持穩定而氮氧化物排放大幅下降，這在一定程度上就會增加對流層中的臭氧濃度。但更重要的是，其實PM 2.5也能與臭氧形成的起始分子發生反應，進而減少臭氧生成。因此，我國這些地區PM 2.5的大幅下降也可能助力了臭氧水平的上升。研究人員指出，想要在控制PM 2.5的條件下減少臭氧生成，還需進一步減少氮氧化物和VOC的排放。
應對臭氧汙染是一項需要全球合作的艱鉅任務，需要你我的共同參與。
參考來源：
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth
https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2019.02518/full
https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/EHP1390
https://www.nature.com/articles/s41591-024-02976-x
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg8204
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1812168116
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