文丨周牧之 東京經(jīng)濟大學教授
編者按：自新冠病毒疫情暴發(fā)以來，全球累計感染人數(shù)逼近2億，因新冠疫情死亡人數(shù)累計接近420萬。然而在中國以外的大部分國家，反復的封城和全民性疫苗接種卻仍然沒有能夠阻斷新冠疫情的肆虐。在這種情況下，臭氧作為既方便又有效還沒有副作用的滅活新冠病毒的“神器”，有必要受到世人更多的關注。周牧之教授早在新冠疫情爆發(fā)初期的2020年2月18號，就發(fā)表了題為《這個“神器”能絕殺新冠病毒》的論文(以下簡稱《2月周論文》)，提倡利用臭氧應對新冠病毒疫情。該論文瞬間被眾多媒體和平臺轉載，積極地推動了利用臭氧壓制新冠病毒的嘗試。
比2020年3月11日世界衛(wèi)生組織將新冠肺炎宣布為“全球性流行?。≒andemic）”還早3個星期的《2月周論文》發(fā)表，以及英文版“Ozone: a powerful weapon to combat covid-19 outbreak”和日文版「オゾンパワーで新型コロナウイルス撲滅を」的推出，為全球抗疫提供新的解決方案，在國際上引起重大反響。此后，該論文提出的關于低濃度臭氧可以滅活新冠病毒的假說得到了實驗論證，國際上臭氧發(fā)生器的研發(fā)與應用都取得了迅速的進展。為了進一步推動普及臭氧應用，周牧之教授特再次撰文分三次系列論述臭氧與地球生態(tài)平衡之間的迷霧和臭氧滅活新冠病毒的機理。
被廣泛地運用在消毒、滅菌、除臭、解毒、保鮮、漂白等領域的臭氧，對大多數(shù)人而言，是一個既熟悉又陌生，而且還有幾分戒備的存在。推動普及臭氧應用，首先需要正確認識臭氧在維持地球生態(tài)平衡上的重要作用，在為臭氧正名平反，消除對在有人空間使用臭氧擔憂的同時，理解低濃度臭氧的殺菌滅毒機理和功效。
地球生物的保護神
臭氧由三個氧原子組成。臭氧產(chǎn)生的主要途徑是太陽光紫外線打擊雙原子的氧分子，把它分解為兩個原子，然后氧原子再與沒有分裂的氧分子合并成臭氧。臭氧和氧氣是氧元素的同素異構體，呈淡藍色，有特殊氣味，故名臭氧（OZEIN：希臘文，臭味的意思）。紫外線打擊氧分子，將其分解為氧原子，是自然界臭氧生成的最重要途徑。
從地面到10km左右高空的大氣層叫對流層。在對流層，溫度與高度的關系是上冷下熱，所以人們在爬高山的時候，會感到越往上爬氣候越寒冷。對流層之上離地面10～50km左右的大氣層叫平流層。在平流層，溫度與高度的關系正好與對流層相反，是上熱下冷。
臭氧不僅存在于平流層，也存在于對流層。由于氧分子低空多高空少，而氧原子低空少高空多，導致在既有氧分子又有氧原子的平流層形成高濃度的臭氧層，而地面和更高的高空，臭氧濃度稀薄。也就是說，大氣中的臭氧含量從距地面大約10km左右的地方開始逐漸升高，在平流層，臭氧濃度達到了最大值，再往上臭氧含量又急劇減少。
由是，在高空的平流層里形成了一個濃度為10～20ppm的臭氧層。紫外線根據(jù)波長分為UV-A（315～400nm）、UV-B（280～315nm）和UV-C（<280nm），臭氧層通過吸收對生物有害的大部分UV-B和所有UV-C，屏蔽了紫外線對生物細胞DNA的破壞，給地球上的生物提供了生存條件。
因為紫外線打擊氧分子而形成的臭氧，卻屏蔽了太陽光中有害紫外線波段對地球生命的侵襲，保障了地球生物的繁衍。紫外線與臭氧，以及地球生命之間的關系可謂是環(huán)環(huán)相扣，生息相連。
臭氧層達到接近現(xiàn)今濃度的時間與地球上的生命從海洋登上陸地的時間基本一致。換而言之，在臭氧層還比較稀薄的時候，生命只能潛伏于海洋之中，一直要等到臭氧層濃度升高到一定程度之后，才得以從海洋延展到陸地。
可以說，如果沒有臭氧層作為一道天然屏障的保護，地球上甚至連一個微生物都不可能存在，就更沒有今天紛繁生命的繁衍和綻放。
然而，由于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)活動排放的大量氯氟碳化合物（CFCs：Chlorofluorocarbon,又稱氯氟烴）、揮發(fā)性有機化合物（VOC：Volatile Organic Compounds）等化學物質對臭氧層造成了大規(guī)模破壞，臭氧層不僅被嚴重消耗，甚至出現(xiàn)了巨大的臭氧空洞。
失去了臭氧層的充分保護，人類免疫系統(tǒng)開始有害遭受紫外線威脅，造成皮膚癌和白內(nèi)障發(fā)病率的增加。1974年，美國加利福尼亞大學的弗蘭克·舍伍德·羅蘭教授和馬里奧·莫利納博士在《自然》雜志上合作撰文，成功解釋了CFCs破壞臭氧層的機理，兩人也因此獲得了1995年諾貝爾化學獎。
隨著對臭氧層保護意識的提高，一系列關于保護臭氧層的全球性公約、議定書相繼制定和簽署,臭氧層保護成為全球關注的環(huán)境問題。
在天是佛，在地是魔？
有感于臭氧層對地球生命的保護作用，臭氧層被輿論稱之為“地球衛(wèi)士”，但是臭氧本身卻非但沒有這么好的聲譽，還長期為世人所誤解。
臭氧之所以稱之為臭氧是因為它具有臭味。雖然在自然界濃度下，大多數(shù)人感覺不到臭氧的異味。但是隨著濃度提高，臭氧的異味可能引起人的不適。
對流層的臭氧濃度一般在0.02～0.1ppm，這個濃度的臭氧對包括人類在內(nèi)的大型生物無害。但是高濃度的臭氧可能給人帶來不適感覺，還可能刺激和損害眼睛、呼吸系統(tǒng)等黏膜組織。因此，各國對室內(nèi)臭氧濃度大都推出了限制性的環(huán)境標準。例如，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）規(guī)定的室內(nèi)環(huán)境標準中臭氧最大濃度為0.05ppm，日本產(chǎn)業(yè)衛(wèi)生學會規(guī)定的工作環(huán)境中臭氧的允許濃度為0.1ppm，中國衛(wèi)生部也將臭氧安全濃度規(guī)定為0.1ppm。
雖然對高濃度臭氧的戒備一直存在，但真正敗壞臭氧名聲的是光化學煙霧污染。光化學煙霧是指工廠和機動車排放的氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機化合物（VOC）等一次污染物，以及其受紫外線照射后產(chǎn)生的臭氧等二次污染物，兩者混為一體造成的大氣污染。NOx和VOC雖然是導致光化學煙霧的主要生成物質，但是光化學煙霧中的臭氧成分卻可以高達80 90%。因此人們往往把光化學煙霧污染直接等同為臭氧污染。
光化學煙霧不僅刺激眼睛、呼吸系統(tǒng)等黏膜組織，可能引發(fā)眼睛疼痛、頭痛、咳嗽和氣喘等健康危害，還抑止植物生長導致農(nóng)作物減產(chǎn)，更有形成酸雨，降低大氣能見度等嚴重危害。
工業(yè)革命以來，隨著NOx等光化學煙霧生成物質的排放量急劇增大，對流層的臭氧不斷增加，過去一百年全球對流層的臭氧量已經(jīng)增加至4倍。
對流層的臭氧含量雖然只有平流層的十分之一，但臭氧卻是繼二氧化碳（CO ）、甲烷（CH ）之后的第三大導致地球溫暖化的溫室氣體。登上溫室氣體榜單，臭氧的形象又進一步惡化。
凡此種種，造成世人普遍存在“對流層臭氧是對生物有害污染物”的成見，遂有臭氧“在天是佛，在地是魔”之說。在日本等國家，如何觀察和防范對流層臭氧地球規(guī)模的越境污染已經(jīng)成為重要的國家課題。
因此，推動臭氧抗疫情，首先必須為其正名。筆者首先要替臭氧澄清的是，光化學煙霧的臭氧并不是對流層自然界正常存在的濃度，而是人為污染排放造成的一種超自然的高濃度。而且，光化學煙霧更是混雜大量的NOx和VOC等有害物質，與自然界純凈的臭氧有著本質區(qū)別。
自然界的臭氧濃度雖然根據(jù)季節(jié)和地域時有差異，但卻不會對人體造成傷害。例如，雷電的高壓放電，電離空氣中的氧氣是自然界產(chǎn)生臭氧另外一個重要途徑。得益于臭氧對空氣的凈化之功，人們在雷電過后往往能夠呼吸到更加鮮美的空氣。又比如，晴天時的海岸和森林，因為臭氧濃度偏高，空氣會更加清新。
自然界臭氧對人類這樣的大型生物是沒有危害的。應該說，自然界的臭氧并非光化學煙霧的臭氧，但臭氧卻因為替人類的污染排放“背鍋”而蒙冤。
守護地球生態(tài)平衡的微生物殺手
對人類而言，自然界的臭氧不僅無害，反而有益。
《2月周論文》可以分解成三個假說，其中第一個假說（簡稱假說1）是：“自然界的臭氧濃度雖然對包括人類在內(nèi)的大型生物無害，但對微生物而言卻是超級殺手。具有強氧化能力的臭氧，一直在自然界抑制細菌、病毒、真菌等微生物的過度繁殖，守護地球的生態(tài)平衡”。
遺憾的是，臭氧在地球生命體中抑制微生物的作用一直沒有得到充分的重視。臭氧抑制自然界微生物的作用被忽視的一個原因是，一般認為自然界的低濃度臭氧沒有殺菌滅毒的作用。
探求臭氧在地球生命龐大復雜系統(tǒng)中的作用，需要有偵探般的敏銳和縝密的邏輯推理。筆者在海量的查證過程中發(fā)現(xiàn)，日本有實驗證明，只要暴露時間夠長，即便是0.025ppm這樣超低濃度的臭氧也具有足夠的殺菌滅毒能力。
由是可以推論：一般比這個濃度更高的自然界臭氧一定對地球上微生物的繁殖和擴散起著重要的平衡和抑制作用。進而可以推論，隨著季節(jié)和地域變化而濃度變化的臭氧在微生物的繁衍盛衰周期中起著主宰性的作用。甚至可以推論，臭氧與微生物的這種關系使其成為昭告季節(jié)變化，控制地球生命體活動周期的重要信息素。
綜上所述，不僅平流層的臭氧層是保護地球生物的屏障，對流層的臭氧也是平衡地球生態(tài)的重要存在。臭氧在天是佛，在地亦是佛。
人類只有進一步的認識臭氧與地球生命之間的關系，才能探索臭氧可能帶來的更大恩惠。
