科學的歷
▲《直面危機——社會發展與環境保護》封面
破解煙霧之謎
▲陽光與煙霧
「二戰」期間，美國洛杉磯遭受到了一場嚴重的襲擊，侵略者不是曾經偷襲過珍珠港的日本人，而是彌散在空中的煙霧。據《洛杉磯時報》報道，1943年7月26日，巨大的煙幕降臨市區，導致城市中心的能見度急劇下降，讓樓房、街道變得朦朦朧朧。在這陽光被遮蔽的白天，洛杉磯的數千居民感到眼睛刺痛，喉嚨如同被刮擦一般，伴有咳嗽、流淚、打噴嚏等癥狀，嚴重者呼吸不適、頭暈噁心，難受至極。他們意識到，自己生活的這個城市出現了很嚴重的問題。
洛杉磯位於美國西海岸，背靠海岸山脈，面朝太平洋，陽光明媚，氣候溫暖，風景優美。由於早期金礦、運河等開發，洛杉磯經濟發展水平非常迅速。1936年石油的開發，尤其是「二戰」爆發以後，在飛機製造和軍事工業的帶動下，這座城市逐漸成為美國西部地區的重要海港和美國第三大城市，人口和機動車規模迅猛增長。不過，城市的繁榮也帶來了空氣污染的問題。據氣象部門記錄，1939—1943年，洛杉磯的能見度迅速下降，在上文提到的那個白天，人們最多只能看見三個街區。有傳聞甚至指出，洛杉磯的蒙羅維爾機場一度考慮搬遷，以遠離這持續不斷的煙霧天氣。
洛杉磯的居民越來越擔憂那密佈於眼前、充斥於肺部的煙霧，並逐漸影響到政府。1943年10月，洛杉磯縣議會任命了一個煙霧廢氣委員會，專門研究該問題。根據這個委員會的建議，縣議會於1945年提出禁止濃煙排放，並建立一個大氣污染控制機構。不久，洛杉磯市也採取了相似的煙霧廢氣管理辦法，但是洛杉磯縣其他城市並未予以行動。
起初，身處煙霧中的洛杉磯人認為工廠是排放煙霧的罪魁禍首，但隨著調查的開展，人們的認識有了新的變化。1945年8月，洛杉磯縣衛生官員斯沃托特在《帕薩迪納星報》發表了一系列文章，認為煙霧來源於多處，如柴油卡車、家庭後院焚化爐、城市垃圾場等。他甚至準確地指出了帶來煙霧的自然因素，即洛杉磯市處於盆地之中，大氣狀態以下沉氣流為主，再加上逆溫層的影響，非常不利於污染物的擴散，極易形成煙霧。1 大氣污染專家雷蒙德·塔克也持相同觀點。他在1946年的《洛杉磯時報》發表的文章中指出：「將問題完全歸罪於工業或工廠時應該慎重，因為每個人都會做出導致污染的事情。」2塔克提出了23條詳細的意見，包括禁止在家庭後院焚化爐和垃圾場焚燒垃圾，禁止使用冒煙的卡車。此外，他還建議建立一個強有力的、全縣範圍的大氣污染管理機構，及時採取控污措施。
塔克的建議在1947年得以實現，當年4月15日，洛杉磯縣議會批准了建立全縣統一的大氣污染控制區的法例草案。對此，加州城市聯盟表示支持，認為縣域範圍的大氣污染控制比單個城市更為有效。該法案得到了加州參眾兩院的通過，由州長厄爾·沃倫於6月10日簽字生效。四個月後，洛杉磯縣空氣污染控制區以全美第一個相關機構的身份成立。12月30日，控制區強制實施了空氣質量計劃，要求所有主要公司必須擁有大氣污染許可證。此後10年，奧蘭治縣、里弗賽德縣和聖貝納迪諾縣分別成立了各自的控制區，並在以後合併。
儘管建立了縣域統一的大氣污染控制區，但是人們依然不清楚煙霧的具體成分和具體成因，也不知道該如何控制它。
1948年，加州南部煉油廠附近的農民抱怨空氣污染影響了他們的農作物，讓植物葉子漂白，而其他地區沒有這種現象。根據這一線索，加州理工大學化學教授J.哈根·斯密特開始研究被煙霧損害的植物。哈根·斯密特注意到，儘管採取了控煙措施，但是在煙霧天居民能聞到一股奇怪的漂白劑的味道。同時，有同事告訴他，自己曾在開車時因眼睛疼痛而流淚，以至於無法再睜眼駕車。於是，他在綜合考慮後，開始關注洛杉磯空氣中高度氧化的元素。1950年，通過實驗，哈根·斯密特最終將目光鎖定在能夠引起眼睛刺痛，損害呼吸道的臭氧。
可是，臭氧又來自哪裡？為了弄清問題，哈根·斯密特親自前往煉油廠收集了一些空氣樣本，並通過實驗得出了最終結論：在陽光的照射下，來自煉油廠的碳氫化合物與來自汽車汽油不完全燃燒排放的氮氧化合物發生了光化學反應，形成了臭氧。實際上，除了臭氧，光化學煙霧還包括氧化氮、乙醛和其他氧化劑，正是它們對人類的健康造成了危害。
行動起來，控制煙霧
掌握了光化學煙霧的原因，洛杉磯政府也隨即採取行動，他們把視線集中於排放碳氫化合物的油田、煉油廠等遍及當地的石油工業。由於採取的措施極為嚴格，碳氫化合物從1947年每天排放2100噸，降為1957年每天250噸。可以說，這樣的成績相當喜人。與此同時，當地政府還妥善處理了垃圾場的露天焚燒問題、減少工廠煙氣排放，對冒黑煙的家庭後院的焚化爐予以禁止，並調整了南加州果園的加熱問題。3
然而，即便如此，光化學煙霧依然大量存在，甚至呈愈演愈烈之勢。上文提到的1943年洛杉磯光化學煙霧事件導致400多人死亡，這一數字僅僅是1952年12月同樣事件中洛杉磯市65歲以上老人的死亡數。而在1955年9月，光化學煙霧又造成400多名老人在短短2天內死亡，更多人因受到煙霧刺激而出現眼睛刺痛、呼吸困難等癥狀。有學者統計了洛杉磯縣報道居民患眼睛過敏症的天數，其中1959年是187天，1960年是198天，1961年是186天，1962年是212天。4這樣的數據，顯示出洛杉磯縣的空氣污染非但沒有好轉，反而繼續惡化。
真正發生改變的時間是1953年。頭一年冬，倫敦的殺人煙霧奪走了4000人的生命。由於害怕同樣的災難會降臨洛杉磯，州長古德溫·奈特任命化學家阿諾德·貝克曼組建一個委員會調查並提出空氣污染治理的建議。經過一年多的努力，貝克曼領導的委員會提出了幾條影響深遠的建議，計劃由政府空氣管理機構在未來幾年實施。他們提出：
1 削減煉油廠，減少加油行為過程中的蒸發泄漏，進一步降低碳氫化合物排放。
2 建立汽車尾氣排放標準。
3 柴油卡車和公共汽車採用丙烷作為燃料，取代以前的柴油。
4 重污染行業考慮放慢發展速度。
5 禁止室外垃圾燃燒。
6 發展快速運輸系統。5
1 削減煉油廠，減少加油行為過程中的蒸發泄漏，進一步降低碳氫化合物排放。
2 建立汽車尾氣排放標準。
3 柴油卡車和公共汽車採用丙烷作為燃料，取代以前的柴油。
4 重污染行業考慮放慢發展速度。
5 禁止室外垃圾燃燒。
6 發展快速運輸系統。5
▲光化學煙霧籠罩的洛杉磯
在這幾條建議中，委員會注意到了汽車尾氣的排放問題。實際上，在石油工業每天排放500噸碳氫化合物的同時，汽車的排放量為1300噸——這正是洛杉磯發生光化學煙霧最大的「元兇」。不過，在美國這樣一個車輪上的國度，汽車不僅拉動了製造業的發展，還創造了豐富的經濟、文化效益。而在洛杉磯更為都市化的過程中，汽車更是扮演了不可替代的角色。20世紀40年代初，洛杉磯就擁有汽車250萬輛，每天消耗石油1100噸，排出碳氫化合物1000多噸，氮氧化合物300多噸，一氧化碳700多噸。6如此之多的廢氣，一經當地燦爛溫暖的陽光照射，形成的刺激性的光化學煙霧濃度可想而知。因此，在這裡治理汽車問題，面臨的挑戰是巨大的。
洛杉磯人沒有退縮。在制度層面，認識到一個縣無法有效控制機動車的污染，加州議會創立了加州機動車車污染控制局，賦予其「測試汽車尾氣排放並核准排放控制裝置」7的權力。同時，部分官員為了自己和民眾的身體健康，據理力爭。其中，洛杉磯縣監察官肯尼思·哈恩就通過自己的努力，迫使底特律的汽車大亨生產和安裝了尾氣污染控制裝置。1953年2月，哈恩致信福特公司總經理，詢問其公司是否在進行消除或減少尾氣排放的研究，但得到了所有汽車廠商都沒有該研究計劃的答案。哈恩堅持不懈，不斷催促汽車廠商研製尾氣控制裝置。到1953年底，汽車廠商表示已經開始啟動該裝置研究，並在哈恩的一再追問下，於1955年回應稱將會研發出這樣一項減少尾氣中碳氫化合物的裝置。18個月後，哈恩又一次追問該裝置是否安裝於1957年產的汽車上，回答是次年有可能。通信繼續，到1960年11月18日，通用汽車公司告知哈恩，一種曲軸箱凈化器將安裝在1961年為加州生產的汽車上，但效果不佳。直到1966年，改進後的尾氣控制裝置才正式安裝於加州的新汽車上。
由於安裝了尾氣控制裝置，1966—1968年，洛杉機機動車每天排放的碳氫化合物下降了200噸，一氧化碳和二氧化碳排放量亦下降了不少。但這些有害物質減少的同時，另一種有毒物質過氧化氮卻呈增加趨勢。為了解決這一問題，加州於1975年首次作了要求汽車安裝催化轉換器的強制規定，以此減少碳氫化合物、碳化物以及產生過氧化氮的氧化氮的排放。正如有人所言：「洛杉磯的空氣質量因為政府的這種強制措施而得到了改善。」8
▲煙霧中的洛杉磯
同時，洛杉磯及其所在的加州還採取了其他方法來限制汽車尾氣。自1970年起，洛杉磯堅定地執行美國政府通過的《清潔空氣法》，逐步淘汰含鉛汽油的使用，並於20世紀七八十年代倡導使用甲醇和天然氣代替汽油，以削減一半的機動車煙霧。
值得注意的是，儘管洛杉磯政府在1943年以後就不斷想辦法控制空氣污染，但僅僅起到煙霧減輕的效果，並沒能完全摘掉美國「煙霧城」的帽子，因為包括洛杉磯在內的整個美國的汽車消費儼然已成為一種特有的文化。直到2007年，經過多年的努力，這頂扣了60年的恥辱的帽子才真正被摘了下來。此時的洛杉磯，終於達到了清潔空氣的標準。
作為歐美空氣污染史上的兩個經典案例，1952年的倫敦煙霧與20世紀中期的洛杉磯煙霧有著不同的特點。1952年倫敦煙霧是比較典型的由燃煤廢氣和天氣因素共同造成的環境災害，屬煤煙型的空氣污染。此類災害的歷史可追溯到19世紀上半葉，是一種以煤炭為基礎的傳統工業帶來的空氣污染。與之相比，洛杉磯煙霧則發生在石油資源大規模開發與利用的20世紀，是一種較為新型的空氣污染形式，已經成為工業發達、汽車眾多的大城市的發展隱患。從形成氣候上來看，二者爆發時的空氣都不流通，但前者多出現在寒冷、潮濕的情況下，而光化學煙霧則需要夏季溫暖陽光的照射。儘管存在以上不同之處，這兩種空氣污染都帶來了巨大的人員傷亡和巨額的財產損失，給那個時代的人們帶來了嚴重的創傷。值得慶幸的是，不管面對的災難多麼可怕，付出的代價多麼沉重，當地人始終沒有選擇放棄，為了自己，也為了子孫後代的健康生活，他們不懈地鬥爭，哪怕每一次的努力只是換回微小的進步。這便是希望所在。
▲《直面危機——社會發展與環境保護》
（本文摘自於《直面危機——社會發展與環境保護》，中國科學技術出版社，2014.1.）
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