顆粒汙染導致的全球早逝人數從1990年的約350萬人增加到2016年的410萬人。死亡人數增幅最大的不是中國，而是印度和孟加拉國。在全球範圍內,呼吸顆粒汙染物是造成早逝的第六大危險因素，僅次於高血壓。
作者︱[英]加里·富勒
2021年3月15日，北京遭遇沙塵暴天氣。（圖片來自視覺中國）
加里·富勒博士是倫敦國王學院的一名空氣汙染科學家。他領導建立了“倫敦空氣質量網路”，使公眾能夠更方便地獲取空氣汙染的資訊。他經常參加電視和廣播節目，為《衛報》撰寫“汙染觀察”欄目文章，並且是《標準晚報》評選出的“千名領軍者”之一，上榜者均為倫敦最富影響力的人物。他向議會提供了空氣汙染的證據，並且是政府諮詢小組成員。
在中東地區，乾燥的氣候和風揚起的塵土增加了石化行業的汙染問題。沙塵暴是當地一種常見的自然現象，但它們並非無害。除了導致能見度降低引發交通事故傷亡等明顯問題外，它們還可能引起呼吸系統疾病、心血管疾病、球菌性腦膜炎、結膜炎和面板問題。沙塵通常由富含礦物質的顆粒組成，如果進入肺部，將對人體造成傷害。對於我們這些生活在相對溼潤，幾乎沒有沙塵暴的地區的人，往往認為沙塵就是類似於製造混凝土的沙子。其實，更確切地說,沙塵暴是被風吹起的土壤。它不像建築用砂那樣無菌，它含有大量有害的生物物質。此外，有些沙塵暴並非完全因自然原因引起，部分沙塵暴是因為農用土地的管理方式以及河水和湖水的取用方式不當造成的，它們導致土壤更易受風侵蝕。沙塵可以長途跋涉。2007 年5 月，來自中國塔克拉瑪干沙漠的沙塵團在短短13天內完成了一次環球旅行。
在儒勒·凡爾納的年代，大英帝國對香港地區實行殖民統治。如今香港是中國的一個特別行政區，也是世界上最大的港口之一。在我們偉大的環球旅行的這一目的地，必須告訴大家航運也是空氣汙染的來源。如今，航運輪船由富含硫的重質燃料油提供動力。無論在歐洲哪個地方進行空氣取樣，都會發現釩元素，它是一種航運燃料中的金屬，透過船上的煙囪排入大氣。沿海地區和港口城市受航運汙染的影響更為嚴重。香港境內的航運汙染造成了因心臟病發作和心臟疾病緊急入院的人數出現增長。
因此，對當代世界進行考察後發現，每個城市、國家和區域都面臨不同的治汙挑戰。接下來讓我們詳細地瞭解一下這些挑戰，首先從21世紀初典型的汙染城市———北京開始。
在中國籌備2008年奧運會期間，北京被貼上了典型汙染城市的標籤。各方對運動員會遭受空氣汙染影響表示擔憂。2008年7月，當時美國駐北京大使館在其推特賬戶置頂區釋出了一條簡短的訊息。作為向美國公民提供的一項服務，大使館安裝了測量顆粒汙染物的裝置。使館工作人員選擇將裝置與推特相關聯，每隔一小時就會有一條來自@BeijingAir的推文。美國大使館並沒有簡單地給出數字，而是根據美國環境保護署的健康建議，將測量結果轉化為“良好”“適中”“對敏感群體不健康”“不健康”“非常不健康”或“危險”的空氣質量描述。
2010年，美國大使館的測量值超出了美國環保署標準中的最高值，從“危險”升級為“未知風險”，媒體對此事的關注也達到了頂峰。下一條推文簡單地稱空氣質量“糟透了”。北京開始取代倫敦成為著名的霧霾城市。
2012年，中國頒佈新的法律，分佈在74個城市的138個監測站開始釋出空氣質量資料，另有195個監測站開始試執行。監測資料描繪的前景並不樂觀。與南方城市相比，北方城市受燃煤排放的二氧化硫的影響更大，但所有城市的臭氧汙染程度相差無幾。中國城市的顆粒物汙染平均值超過世界衛生組織的標準。一些顆粒汙染物的來源是新出現的，是快速工業化的結果。新建的發電站和工廠燃燒大量的煤炭，但很少採取控汙措施。舊的汙染源依然產生影響，包括農業燃燒和家庭取暖。汙染物混合在一起，形成二次粒子和臭氧，影響著所有的地區。所以解決北京空氣汙染並不能完全依靠北京市，還需要對鄰近地區進行汙染控制。
《乾淨的空氣：人類如何戰勝空氣汙染》，[英]加里·富勒著，姚紅梅譯，上海交通大學出版社2020年11月版
中國在空氣汙染測量方面的投入令人震驚。2012年，還鮮有公開測量，到2014年，分佈在367個城市的1300多個監測點投入了運作。該網路的規模大約是英國的十倍，並在短短兩年內建成。據媒體報道，北京不是中國汙染最嚴重的地方。在快速發展的各個特大城市周邊，顆粒物汙染問題更為嚴重。河北和天津等省份名列汙染名單前列，但汙染問題在所有城市普遍存在，很多人呼吸著不符合世界衛生組織標準的空氣。
為追求經濟增長而不顧環境，這讓中國付出了慘痛的代價，但我們不能僅僅將此歸咎於工業。中國的許多空氣汙染問題早在大規模工業化前就已經存在。新的測量系統還顯示，以淮河和秦嶺山脈為界，中國的空氣汙染呈現兩種截然不同的現象。在淮河—秦嶺分界線，冬季的平均氣溫為0℃，在相對寒冷的北方，許多城鎮建造了汙染嚴重的區域燃煤供暖系統。在相對溫暖的南方地區，則沒有這種“優待”。在淮河—秦嶺山脈北部，燃煤造成的額外空氣汙染對居民的健康造成了影響。與南方相比，北方地區的人口罹患心臟和肺部疾病的風險更高，這與空氣汙染有關。中國的空氣汙染狀況異常嚴峻，政府不得不採取行動,在不到十年的時間裡，中國從一個空氣資料缺乏的國家變成了走在全球汙染治理前列的國家。
過去,中國空氣汙染的實質性問題因缺乏測量資料而未得到足夠重視，這一問題同樣出現在世界上許多其他地區。雖然立法推動了歐盟以及整個北美和日本的測量網路的發展，但世界上大部分其他地區的空氣汙染資料十分稀少，許多地區幾乎不存在。
沒有哪一種測量空氣汙染的方法是完美的，也沒有哪一種方法可以適用於全球，那麼我們如何才能使不盡完善的資料發揮最大的作用呢？這是來自埃克塞特大學的加文·沙迪克（Gavin Shaddick）開展的工作。沙迪克為繪製世界空氣汙染地圖所開展的工作與維多利亞時代的早期研究者截然不同，早期的研究人員都是在旅行時採集空氣樣本，與我們團隊在倫敦開展的持續25 年的測量工作也截然不同。沙迪克沒有環遊世界，甚至都沒有離開他的辦公桌。沙迪克是一位統計學家。他為世界衛生組織工作，依靠全球衛星資料、地面測量資料和透過計算機模型估算的汙染資料來繪製世界空氣汙染地圖。
汙染數字令人驚訝。2016年，95%的人口所呼吸的空氣不符合世界衛生組織的標準，而且空氣汙染狀況呈現日益加劇的趨勢，特別是自世紀之交以來。中國、印度、巴基斯坦和孟加拉國的人口經歷了最極端的顆粒汙染。顆粒汙染導致的全球早逝人數從1990年的約350萬人增加到2016年的410萬人。死亡人數增幅最大的不是中國，而是印度和孟加拉國。在全球範圍內,呼吸顆粒汙染物是造成早逝的第六大危險因素，僅次於高血壓、吸菸、高血糖、肥胖和高膽固醇。好訊息是，部分情況有所改善。歐洲每年的早逝人數從大約33萬人減少到26萬人，但這仍然是美國早逝人數的3倍多。1990—2015年期間，奈及利亞每年的死亡人數從7.7萬人減少為5.1萬人。
臭氧是哈根斯密特重點關注的汙染物，它也造成了損失，導致2015年早逝人數達到25.4萬人，這使其成為導致早逝的第33大危險因素。自1990年以來，印度是汙染惡化最嚴重的國家，佔全球臭氧新增死亡人數的67%。1990—2015年，世界人口稠密地區的臭氧濃度增加了約7%，但各地的情況並不相同。北美洲的臭氧減少了，歐洲只出現小幅上漲。增幅最大的是人口眾多的東南亞各國和巴西。
正如哈根斯密特所注意到的，臭氧也會影響植物和作物。全球範圍內，臭氧導致小麥減產7%~12%，大豆減產6%~16%，大米和玉米減產約4%。臭氧使歐洲作物產量減少約2%，而對印度及周邊國家的影響更為顯著。該地區生活著世界上近三分之一的營養不足人口，臭氧使其作物產量減少達28%。臭氧可能是導致印度雖然為生產更多糧食付出了努力，但作物生產力仍增長緩慢的一個原因。臭氧對當地重要的糧食作物造成了嚴重破壞。例如，作為崇尚素食的國家，豌豆和綠豆是印度人的主要蛋白質來源，但它們可能正在經歷20%~30%的產量損失。
2021年2月12日，北京，農曆大年初一，北京遭遇霧霾天氣，遠處樓房“消失不見”，天空一片陰霾。（圖片來自視覺中國）
受影響的不僅僅是糧食作物。在全球範圍內，臭氧可能會減緩樹木生長，破壞木材行業，並降低樹木吸收二氧化碳的速度。二氧化碳是一種重要的空氣汙染物和溫室氣體。世界各地遭受的臭氧危害不僅不均衡，而且一個地區所排放的促臭氧形成的汙染物往往會對另一個地區產生影響。例如，來自北美洲的汙染導致歐洲作物產量下降。
哈根斯密特的臭氧調查告訴我們，臭氧主要是由交通尾氣和煉油廠廢氣在炎熱、陽光充足的天氣條件下形成的。我們對臭氧的瞭解日益加深，目前，全球空氣中的臭氧含量正在上升，與二氧化碳的情況大致相同。巴黎當前的臭氧汙染水平大約是100多年前的兩倍。如今，在北半球的溫帶地區，臭氧每年春天都會增加，這是由於冬季積累了汙染物，它們隨時會在春季強烈的陽光下發生反應。南半球的工業化程度較低，陸地和森林火災產生的汙染物是導致熱帶地區臭氧高發的重要因素。這意味著臭氧已經與氣候變化一樣，成為一個全球性問題。
2008年，英國皇家學會呼籲達成國際協議，在全球範圍內管理導致臭氧生成的汙染物。到目前為止，還沒有國家作出響應。控制平流層臭氧已經成為一項共識，但遏制破壞人類健康和作物的近地面臭氧一事尚未達成任何一致意見。但有一個例外，那就是冷戰期間為控制酸雨而制定的《哥德堡議定書》。其中也涵蓋了一些促臭氧形成的汙染物，但僅限於歐洲和北美洲。除歐洲、美國和日本以外，其他地方對工業汙染的限制很少。甲烷是導致臭氧形成的主要氣體之一，儘管它促進了氣候變化，但只受到小範圍控制。即使在發達國家，來自農業和舊煤礦的甲烷也不在監管範圍之內，大多數木柴和森林燃燒行為也不受管控。由於不受控制的促臭氧形成的汙染物來源增多，臭氧汙染狀況非但沒有好轉，反而出現了惡化，這些來源包括塗料、印刷油墨、黏合劑、清潔劑和家中使用的個人護理產品。
2009年出現了一個令人擔憂的趨勢，當時美國猶他州的尤因塔盆地（UintaBasin）出現了一種新型臭氧煙霧。尤因塔盆地是一片開闊的平坦地域，北部和東部被山脈所包圍，冬季寒冷。有一次，一層厚達20~30釐米的積雪覆蓋了地面，但是臭氧濃度卻升高至通常只有在炎熱的夏季才出現的水平。這與導致洛杉磯煙霧的情況截然不同。5年前在鄰近的懷俄明州也出現過類似情況，該州因此違反了美國的臭氧標準。猶他州的研究人員在瞭解情況後開始著手尋找源頭。他們從自己所知的空氣汙染源開始，但沒有找到答案。
與懷俄明州一樣，猶他州尤因塔盆地最近也採用水力壓裂法來開採頁岩油氣，即將液體注入地下，打碎岩石以提取石油和天然氣。在英國，僅兩口實驗井的開採就引起了巨大爭議，英國綠黨領導人卡羅琳·盧卡斯（CarolineLucas）遭逮捕，一口井位於英格蘭東北部，靠近海邊小鎮布萊克普爾（Blackpool），另一口井則位於東南部的蘇塞克斯郡（Sussex）。
據《華盛頓郵報》報道，2010—2016年，美國僅用了6年時間就鑽了13.7萬口新井。透過單獨觀察每口油氣井以及綿延數英里的管道、氣泵和機械，無法估算出有多少氣體洩漏。研究人員只好乘坐飛機飛越油氣田，用儀器測量來自地面的物質。在尤因塔盆地部分地區上空的一次測量揭示了冬季臭氧的答案。油井中洩漏的甲烷比想象的多得多———高出40%。在冬天，這些甲烷被困在靠近地面的冷空氣層中，低角度照射的陽光被大雪反射後形成了臭氧。
在美國頁岩氣田上空進行更多測量後發現，這裡有大量的甲烷出現，但這些地區還有養牛場，也會產生甲烷。頁岩氣田可以簡單地將責任推卸給農民。因此，需要在資料中分離這兩個來源。對於這類實驗，有一種辦法很管用，那就是頁岩氣中也含有乙烷，乙烷並不來自農業等天然來源。對乙烷和甲烷進行綜合測量後發現，頁岩氣和石油開採絕對是甲烷的主要來源，而不是養牛場。一些活躍的鑽井區是著名的“超級排放區”，這表明頁岩氣生產的這一階段對環境的影響最為嚴重。
全球空氣四處流動，乙烷可在空氣中停留數月，因此可被用於追蹤天然氣開採時洩露的甲烷。30多年來，全球大氣監視網一直在測量我們的空氣成分。其中一個測量點位於阿爾卑斯山的少女峰（Jungfraujoch）峰頂。總的來說，這裡的數值很好。自20世紀80年代歐洲加強對天然氣工業的控制以後，乙烷開始緩慢減少。但是，2009年，即美國開始進行大規模水力壓裂的時候，乙烷的趨勢發生了逆轉。乙烷開始增加，而且不是少量增加。它以每年5%的速度增長。這表明天然氣開採導致全球甲烷洩露量大幅增加。
對比全球偏遠地區監測點的測量結果，可以看出顯著的差異。乙烷數量並非在所有地點都出現上升。與南半球的大部分地區一樣，紐西蘭南島勞德（Lauder）的乙烷含量呈持續緩慢下降趨勢。在美國東部的大西洋島嶼和西歐監測點，情況大相徑庭。所有這些地方的乙烷含量都有所增加。一般來說，空氣在世界各地向東流動，所以新的汙染源看起來好像在美國。透過檢測丙烷證實了這一推測，丙烷也存在於石油和天然氣中，但在大氣中的壽命較短。同樣的，位於美國東部和大西洋的全球大氣監視網站檢測到丙烷增加，但美國各地的變化率非常驚人。美國西部的丙烷含量減少，但東部的丙烷急劇增加。因此，毫無疑問，這一增長是由於美國天然氣和石油生產的大規模擴張所致。美國的甲烷洩漏量可能是官方估計值的兩倍左右，並且正在產生全球影響。很顯然，我們需要加大控制力度。
預計到2020年，水力壓裂將導致阿巴拉契亞盆地馬塞盧斯（Marcellus）和尤蒂卡（Utica）頁岩區的臭氧和顆粒汙染每年造成200~800例新增早逝病例，這些地區的土地租賃和鑽探活動十分密集。美國東部的這一大片區域橫跨多個州。壓裂熱席捲了歐洲人口最密集的地區，包括丹麥、立陶宛、羅馬尼亞，尤其是波蘭。隨著對俄羅斯進口天然氣的依賴程度越來越高，以及希望實現碳排放目標，頁岩氣開採的壓力將繼續存在。但頁岩氣開採也有一個潛在優點：如果頁岩氣導致高汙染的燃煤工業和發電廠關閉，或者取代紐約等城市的大量石油供暖需求，則可能有助於改善城市的空氣汙染。然而，這不應被用作天然氣工業控制不力的藉口。
使用水力壓裂的一個常見理由是將天然氣作為從煤炭過渡至未來低碳燃料過程中的一種中間燃料。與燃煤相比，燃燒天然氣獲取能源所產生的二氧化碳排放量顯然要少得多。然而，天然氣的主要成分是甲烷，其本身具有強大的全球變暖效應。因此，只有嚴格控制洩漏，即控制在2%~3%之間，天然氣才能提供煤炭無法實現的氣候惠益。但是，在將天然氣分配給使用者之前，壓裂井上空的測量中就已經檢測到0.18%~2.8%的洩漏率。因此，美國的壓裂天然氣要實現低於石油或煤炭的氣候影響，將是一項艱鉅的任務。
那麼，為何各方就破壞平流層臭氧的化學品達成了協議，而有關近地面臭氧的國際合作卻基本上以失敗告終？ 根據平流層臭氧的控制措施，世界各地須禁止使用常見於冰箱、氣溶膠和滅火劑中的一些化學品。這些化學品由少數公司生產，並且可以提供類似的替代品。我們無須改變現有生活方式，只需對部分技術進行一些調整。但控制近地面臭氧將需要我們重新思考使用石化產品和天然氣的方式，甚至還涉及土地管理的方式。這就更加困難了。但是，如果不採取國際行動，近地面臭氧將對我們的健康造成越來越大的危害，並對作物造成危害。
很顯然，要減少空氣汙染造成的無法容忍的健康影響，我們面臨巨大挑戰，尤其是可用資源較少的國家。印度及周邊國家的空氣質量不斷惡化，需要採取緊急行動。若不將空氣汙染戰略納入全球經濟發展計劃，那麼發展、城市化和工業化的一些好處將會被死亡率的上升所抵消。
不斷增長的城市化帶來了額外的挑戰和機遇。2015年，人類歷史上首次出現逾一半人口居住在城市的情況。然而，2015年，只有12%的城市居民吸入符合世衛組織標準的空氣。世界上有一半超大城市的空氣汙染水平超過了標準的2.5倍，而且大多數城市的空氣質量正在惡化。即使在歐洲和北美一些世界上最富裕的地區，也無法確定當地的城市空氣汙染狀況是否正在好轉。各國當前主張透過技術戰略來清潔空氣，這一思路是行不通的。在個別案例中，現有部分進展正在被其他趨勢所抵消，例如，歐洲柴油車和燃木的增加。不斷推進的城市化正在導致日益嚴重的全球健康問題。我們比以往任何時候都更需要透過設計改造現有城市，以減少對道路交通日益增長的依賴，並提供清潔的家庭能源。新城市需要具備可持續性、能源和交通使用率低以及汙染水平低的特點。為實現這一目標，需要投資於生活在非正規住區的近10億城市貧民，使他們能夠抓住城市帶來的經濟機會。一旦城市建成，改變其物理形態和土地用途就基本不可能了。城市將在幾個世紀內維持現有基本格局。如果現在不進行妥善規劃，我們將付出沉重的代價。
本文摘自《乾淨的空氣》第8章，經上海交通大學出版社授權釋出。