南极臭氧空洞于1985年被发现，当时科学家观测到地球具有防护作用的平流层臭氧出现严重损耗。一类名为氯氟烃（CFCs）的工业化学品是造成臭氧损耗的元凶，彼时该物质被广泛用作制冷剂、喷雾推进剂、泡沫发泡剂及溶剂。经过全球协同行动逐步淘汰氯氟烃后，如今臭氧层正在恢复，南极区域的恢复态势尤为明显。

臭氧空洞的发现，一定程度上得益于当时可用的各类测量仪器。此后，测量设备不断迭代升级，再辅以卫星与其他监测技术，科学家得以持续追踪臭氧层的恢复进程。

但倘若现代高端监测技术在更早时期就已问世，情况会如何？科学家是否能够更早发现人为活动引发臭氧层损耗的蛛丝马迹？

由麻省理工学院大气化学家Susan Solomon牵头的研究团队给出了答案。他们开展了一项实验：假设上世纪全程拥有当下的大气监测能力。在这一模拟场景中，团队还原了历史上大气的化学变化过程，不仅测算出最早可监测到臭氧损耗信号的时间，还定位了信号出现区域，并探明背后成因。6月29日，相关研究结果发表于《美国国家科学院院刊》。

图片来源：MIT

研究发现，臭氧层损耗的首个迹象早在1957年便已出现，距离臭氧空洞正式被发现提前约30年。且这一最初的臭氧损耗信号并非出现在南极，而是热带上空的平流层上部。更关键的是，造成早期臭氧损耗的物质并非氯氟烃，而是另一种工业化学品四氯化碳。

“臭氧层损耗早在20世纪50年代末就已发生，这一时间远超出我的预想，着实让我十分意外。这项研究证明，持续开展大气监测至关重要，唯有如此，我们才能完整掌握大气的变化与恢复规律。”Solomon说。

臭氧是由三个氧原子构成的高活性分子，天然存在于大气高层。在平流层中，臭氧如同防护屏障，吸收太阳辐射，削弱能够抵达地表的有害紫外线。

在本次新研究中，研究团队借助模型还原上百年间大气化学状态，依托现代监测设备的灵敏度，判断能否从自然波动噪声中识别出人为臭氧损耗的有效信号。

团队运行16套不同模拟模型，每套模型分别模拟不同纬度、高度区域大气的环境条件与动态变化，同时测算臭氧及其他大气分子的浓度与相互作用。他们在每套模型中，录入上世纪不同时期工业化生产的各类化学物质排放数据。

“我们掌握历年全球各类化学品的生产、销售及排放量估算数据，并将全部排放数据纳入模型运算。”Solomon解释道，“而针对四氯化碳，我们还有一项关键数据支撑——冰芯样本记录。冰芯数据清晰显示，早在20世纪40年代，大气中的四氯化碳含量就已开始上升。”

团队将工业排放数据与冰芯记录一并导入模型，随后判别人为臭氧损耗信号是否能从自然波动噪声中凸显出来。分析结果表明，早在1957年，人为损耗信号就已显现。研究不仅锁定信号出现年份，还定位了发生区域：热带上空平流层，而非南极。

最终分析证实，造成最早一批臭氧损耗的物质是四氯化碳，而非氯氟烃。

Solomon表示，这项新研究警示人类必须持续警惕、监测四氯化碳、氯氟烃及其他消耗臭氧层物质。这类物质虽已逐步停用，但仍会在大气中留存数十年。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2608286123