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治污专家

世界空气污染史:太阳底下的新鲜事

2017年10月17日作者:来源:固废网

  太阳底下的新鲜事

  01

  保罗·肯尼迪《大国的兴衰》作者、耶鲁大学教授

  20世纪初,西方人开始意识到经济活动正在影响我们的环境。鲑鱼再也无法在遭到化学污染的水域中洄游。工业城市周围的空气充斥着化石燃料燃烧后产生的颗粒物,并随风吹送至田野。每年有数千人因烟雾造成的呼吸道问题失去性命。为获取煤炭,大地被开挖得千疮百孔,往昔风景宜人的乡间也点缀着一堆堆的丑陋矿渣。

  这场环境浩劫背后的两个源头,连1900年的观察家都能看得出来。

  首先,过去将近400万年来持续缓慢增加的全球人口,到了18世纪末开始加速增长,而且这股趋势仍无趋缓迹象。其次,自1760年发生工业革命后,无生命能源(inanimate energy)替代有生命能源(animate energy),人类经济活动因此加快脚步。这些现象让古巴的何塞·马蒂(José Martí)、英国的H. G.韦尔斯(H. G. Wells)等知识分子开始怀疑:这种人类活动大规模增加的现象,是否能持续数十年而不造成大自然退化。

  倘若这些作家再多活100年,一定会对20世纪加速变化的状况感到讶异。在此期间内全球人口增加4倍,经济规模则扩张14倍,能源用量增加16倍,工业产出则翻了40倍之多。但二氧化碳排放也上升了13倍,水用量增加9倍。这些并非全是坏事。20世纪生产力的提升,的确提高了数亿人的生活水平,让他们脱离先人的赤贫状态。但这一转变过程的规模与强度,同时意味着就环境的观点来看,20世纪历史的确与过去所有时代大不相同。

  全球有识之士目前所面临的双重挑战,首先是要了解过去一个世纪以来环境变迁的规模(及诸多后果);其次则是必须理智地思考,如何在人类不智的集体行为跨越危险门槛之前处理这些问题。作者麦克尼尔教授精辟又准确地检视20世纪,呼吁人类必须先行了解环境变迁并有所回应。

  本书书名说得相当明白,《圣经·传道书》中“日光之下,并无新事”的说法已不尽然正确。麦克尼尔通过本书第一部的七个章节,说明我们四周的各种“圈”(sphere),包括岩石圈(lithosphere) 和土壤圈(pedosphere)、大气圈(atmosphere)、水文圈(hydrosphere) 和生物圈(biosphere),在20世纪所受人类影响已远远超越先前历史的总和。有项数据说明了一切:根据麦克尼尔(粗略)的估计,20世纪这100年人类使用能源的总量,是1900年之前1000年用量加总的10倍。

  不过麦克尼尔教授不只是记录环境变迁。他真正感兴趣的,是他口中“地球历史与人类历史”之间的互动。这是为何本书第二部也同样重要,甚至更为重要的原因所在。在这一部分他巧妙地分析了人口增长、迁移、科技变革、工业化、国际政治、观念等各种要素,还有它们在环境政策领域所造成的诸多“反馈回路”(feedback loop)。

  麦克尼尔不是卢德运动分子(Luddite),也不是主张“一成不变”的独断环保主义者但他确实警告我们必须谨慎,并采取行动,以免全球社会以比我们想象中更快的速度,逐渐逼近生态门槛。

  《太阳底下的新鲜事》是一本条理清晰且具真知灼见的著作。它所传递的信息有如当头棒喝,不论大众或政客都应予以关注。

  02

  约翰·R.麦克尼尔著名世界环境史大家

  ▌1900年之前的空气污染

  在人类历史的大部分时间里,我们所制造的空气污染只能算是些许尘埃。接着在50万年前人类驾驭了火,点亮了地球景观,也将其他气体释放到大气层中。尽管我们对火如此投入,但对大气的影响仍然有限。大气仍由千万亿微生物稳定的作用及偶尔出现的大规模火山爆发等自然过程所支配。

  当人类占据洞穴,开始燃烧薪柴取暖煮食,室内污染就此开始。几千年前人类居住过的洞穴,壁面都因烟雾堆积而染色,当时穴居人应该因为暴露在烟雾中而饱受肺部与眼部疾病困扰。旧石器时代木乃伊的共通点就是染黑的肺部。人类开始建造住所后,通常还是无法解决通风问题,(或许是因为要驱赶蚊虫)只好住在一片室内烟雾中。

  当时一些因污染所造成的健康影响,数千年后仍如影随形。

  只有城市会造成后果严重的户外空气污染。早期的城市和现代一样,会因为腐烂的肉类、食物和粪便而散发出刺鼻的气味。被臭味笼罩的城市因为无法清理这些令人不快的气味源头,可能变得令人无法忍受。古埃及文献记载了一个实例:赫尔墨波利斯(Hermopolis)的居民因为受不了城内的气味,宁愿向围城的努比亚(Nubia)人投降。古代的都市烟雾甚至染黑了大理石,不但让罗马诗人贺拉斯(Horace)这样的古典作家们抓狂,古代犹太人也因此制定大量相关法律。初期空气污染史乃以烟雾和煤烟为主,而非微量气体。

  古代冶金术带来了新的污染物,其中有些会在海洋与各大陆之间漂浮,这是区域性污染的首例。在古代的地中海地区,采矿与冶金在经济生活中扮演了重要角色。根据色诺芬和卢克莱修的说法,来自阿提卡地区银矿的有毒气体损害了人类健康。铜与铅是主要的金属污染物。在罗马时期,瑞典、瑞士的沼泽以及格陵兰的冰核(ice core) 都有可观的铅沉积物,约为背景比较值的10倍。

  检验格陵兰的冰层后发现,工业革命前铜排放到大气层中的有毒气体数量曾两度上扬,一次是古地中海区引进钱币铸造之后,另一次则是中国宋朝年间(960—1279)经济市场化加强导致铜产量飙升。低效率的冶金技术,会让高达15%的溶解铜有毒气体进入空气中。尽管当时铜产量不到现代水平的1%,罗马与宋朝时代铜的有毒气体总排放量,约为20世纪90年代的1/10。区域性(其实占了地球一半)的空气污染约有2500年的历史,至少就铜的有毒气体排放量而言,1875年以前的严重程度均不亚于古罗马与宋朝时代。

  都市的空气污染随都市规模与人口密度而有所不同,端看当地的工业活动,特别是燃料的使用。由于公元1000 年后中国、地中海盆地及西非加速都市化,大量人口居住在烟雾与煤烟当中。哲学家兼物理学家迈蒙尼德(Maimonides,1135—1204)曾游历从科尔多瓦(Córdoba)到开罗等诸多城市,他发现都会的空气“停滞、污浊、厚重且雾茫茫”,并且认为这会使都市居民“理解力迟钝、智力不足及记忆缺陷”。

  运输不便也限制了都会空气污染的程度:大部分需要燃烧的工业,例如瓷砖、玻璃、陶器、砖窑与冶铁,都设立在靠近森林的地方,因为大量运输燃料通常代价昂贵。因此大部分的工业污染只会弄脏人迹罕至地区的空气。海港城市有时会出现例外,因为可通过船只以更低廉的价格运送木材或木炭。因此,威尼斯才能靠外地的木料供给,长期维持玻璃制造工业。中国的城市也曾因为水路运输系统发达而经历过严重污染,例如宋朝的首都开封。但多数都会空气污染主要源自粪便或木头等家用燃料,有时还有无烟的木炭。

  缺乏薪柴的海港城市,可改用煤炭作为家用燃料。13世纪的伦敦就少量改用煤炭,16世纪比例更高,将当地的空气污染史带入新的一页。家用煤炭让17 世纪的伦敦空气一片煤烟,好似人间地狱,天色雾蒙蒙有如身处火山中—致命的烟雾侵蚀铁,损害所有会活动的物体,所到之处都覆盖上煤烟;损害居民肺部其致命程度之深,几乎没人能逃过咳嗽与肺病之苦。

  接下来的几个世纪里,由于人口增长造成炉床及烟囱数量增加,伦敦的空气质量仍然未见好转。英国诗人雪莱记录了这个有如炼狱的景象:

  伦敦有如地狱,

  一个人口稠密又烟雾弥漫的城市。

  同时期的诗人罗伯特·骚塞(Robert Southey )也不喜欢伦敦的空气,因而在1808 年的诗作中将之描述成“沼泽雾气、炊烟、煤烟和碎马粪的混合物”。

  1780年后煤炭崛起成为工业革命的主要燃料,污染的天空开始在英国其他地区萌芽,最后甚至向外扩大。1870年英国约有10万台以煤发动的蒸汽机,不断喷出烟雾及二氧化硫。英格兰中部成了著名的“黑乡”(Black Country )。韦尔斯的斯旺西(Swansea)谷区铜冶炼工业产生的酸雨,破坏了植物生态。居民也深受其害:维多利亚时代英国有将近1/4的人口死亡与肺部疾病有关,大部分为支气管炎与肺结核,而这些疾病多半因为以微粒为主的空气污染而加剧,有时正是因为空气污染而染病。空气污染在维多利亚时代夺去英国人性命的数量,粗估约为20 世纪90 年代全球平均数字的4~7 倍。

  ▌1900年以来的空气污染

  20世纪空气污染史有黑暗面也有光明面。现代空气污染诸多原因当中,最重要的当属燃烧化石燃料。在1900 年,空气污染多由燃烧煤炭所造成,让天空中充满了烟雾、煤烟、二氧化硫与各种气味难闻的物质。煤造成的污染来自工厂烟囱及家用烟囱。自20 世纪60 年代以来,汽车尾气管挑战了工厂烟囱及家用烟囱的地位,到了1990 年,道路交通已成为“全球最大的单一空气污染来源”。污染的历史与工业化及汽车普及的历史亦步亦趋。

  以燃煤为主的工业化从英国开始向外扩张,也随之带来空气污染。19世纪末第二次工业革命确立,并以钢、铁及化学物为主,还有取之不尽的煤炭。烟囱工业在欧洲成功崛起,其中尤以比利时与德国最盛;美国则有宾夕法尼亚州及俄亥俄州;沙皇时代的俄国以乌克兰为最;日本则为大阪附近。1800—1920年间,以燃煤为主的工业也在印度、南非、澳大利亚等面积较小的孤立地区开始发展。20世纪10 年代和20年代,北美与欧洲城市开始出现靠燃煤发电的输电网。在这些地方,烟雾、煤烟和二氧化硫笼罩了工业地区。

  许多人对此表示反感,尤其是负责操持家务和清洗床单的女性,但随着空气污染带来的繁荣景气,即便引发反对声浪还是相当值得。

  匹兹堡地方政府要员及产业工会会员、德国工业领袖,还有俄国大臣,都认为不断冒烟的工业烟囱是进步、繁荣与权力的象征。正如芝加哥商人伦德在1892年所言:“烟雾是工业祭坛上所焚烧的香。这在我看来很美。它代表人类正在改变大自然力量的潜力,让人类生活更为舒适。”日本第一个大型钢铁城八幡,也在市歌中表达了同样的看法:

  滚滚烟雾弥漫天际

  我们的钢铁厂,雄伟无人能比

  八幡啊八幡,我们的城市!

  以燃煤为主的工业化脚步,一直持续到1920年。这股趋势在欧洲及北美继续发展,但其他地方的成长更快。1929年之后苏联实施第一个五年计划,工业化因此以惊人速度迈进。斯大林巩固对东欧的掌控之后(1946—1948 年),高度能源与污染密集的苏维埃式工业,在1948年到大约1970年间扩散至波兰、捷克与匈牙利,同时也将触角伸至西伯利亚领土。日本约在1950年再度展开工业化,虽对石油依赖加深,但仍以煤为主。20世纪60年代与70年代,钢铁、造船、化学及其他高耗能的产业也在东亚其他地方崛起,尤其是韩国、中国台湾、马来西亚以及1978年后的中国大陆。在1980年前,上述地区可以说完全不重视空气污染管制。

  家用炉床及鼓风炉也都烧煤。随着都市人口增长,有越来越多的人需要运输方便的燃料来取暖及煮食。都会家庭因为住处不易取得薪柴而选择燃煤,所以有越来越多的城市步上伦敦的后尘,以煤炭作为主要的家用燃料。西欧与北美东部城市也在1850年后开始转向煤炭。1890年后则轮到中国与美国中西部城市。家用炉床通常燃烧效率极差,不但烟囱中有大量煤烟与烟雾,也会排放到安装有暖气的房屋里面。同时在工业与家用上使用煤炭,造就了污染严重的煤炭城市,比如伦敦、匹兹堡及大阪。

  20世纪地方及区域空气污染背后第二只主要推手就是汽车。尾气管排放出各种污染物,其中有些会与阳光作用产生烟雾,有些则会使酸雨加剧,1921年之后甚至产生铅。汽车普及的过程中曾三度出现铅数量大幅上扬。第一次发生在20世纪20年代的美国,当时由于装配生产线的新科技,让数百万美国人买得起汽车。一直到1950年,美国开车人口仍占全球半数以上。汽车也在西欧变得相当普遍(1950—1975)。以日本为首的东亚汽车普及化则仍在进行当中(1960 年迄今)。

  1997年中国仅有200万辆汽车。全球机动车总数量在1910年不到100万,在1930年达到约5000万,到了1955年便超越了1亿辆,1985年更达到5亿辆。1995年全球共有7.77亿辆小汽车、卡车及摩托车。

  除此之外,人们开车的次数也日渐增加。在美国,汽车行驶总里程数在1950—1990年间增长4倍(达1.9万亿英里)。所幸20世纪70年代汽车燃料效率提升,新科技也有助于降低尾气的排放量。一氧化碳与铅的排放量大幅下降。但汽车仍继续排放其他污染物,举例来说,大气中多出的二氧化碳中即有5% 来自汽车。

  20世纪工业化与汽车普及快速发展,空气污染总量却可能没有同步恶化。特别是在1945—1980年间,许多城市大幅改善了空气质量。这其中有三重原因:经济、政治与地理。

  首先是经济因素。1920年后全球燃料组合变得比较干净。石油在许多应用面均取代煤炭(以英联邦皇家海军为其中首项大宗),而这股风潮始于1910年,到1950年后更是明显。这主要源于价格因素:美洲与中东开发出大型油气田,加上油管与超大油轮等基础建设,价格在1945—1973 年间开始下滑。至于家用暖气、发电等其他用途,石油与天然气也取代了煤炭。另一个较不重要的因素是水力发电、核能等其他形式的商用能源崛起,进一步降低了煤炭的重要性。这股因为价格而带动燃料价格下滑的趋势,降低了来自工厂及家用烟囱的污染物,但并没有减少来自汽车尾气管的废气。

  其次,污染在政治上所引发的反弹也收到效果。公民针对工业污染所发动的零星抗议是全球各地工业化的一部分,但在20世纪40年代以前,这对减少污染成效不大。圣路易市在1940年成为第一个成功采用降低空气污染政策与技术的城市,这一做法在第二次世界大战后迅速普及。政治压力主要通过立法与新科技抑制了污染,而这股风潮主要发生在1966年后的美国、1970年以后的西欧与日本、1980年以后的韩国,还有1990年之后的东欧。通过政治减少空气污染,影响的范围包括工业烟囱、家用烟囱及汽车尾气管。

  最后,地理方面的变化也减少了污染对人类的影响,甚至减少了污染总量。长久以来集中在少数邻近煤矿与铁矿地区[例如美国宾州西部或德国鲁尔(Ruhr)地区]的能源密集产业,在1960 年后逐渐扩散到世界各地。除此之外,这些产业开始从城市外迁至工业区或“绿化区”(greenfield),这样污染所能影响的人数较少。当然,迁厂并不能降低整体污染水平,而且会对过去污染所未及的生态产生危害。只有从人类、特别是城市居民的角度来看,才会觉得污染降低了。经济、政治及地理的变革结合之下,为空气污染这片乌云带来了一丝希望。

  某些案例降低铅排放的成效相当惊人。1921年,化学工程师托马斯·米奇利(Thomas Midgley )发现把铅加入汽油能提高燃烧效率,防止发动机敲缸。两年后,被第一家销售商称为“上帝的礼物”的含铅汽油在俄亥俄州达顿(Dayton)上市。在接下来的半个世纪里,汽车大约消耗了25万亿兆公升(约合6万亿加仑)的含铅汽油,其中1/3出自美国。尽管1920年起舆论表示关心,政府也开始调查,但通用汽车与杜邦[DuPont,旗下合资子公司生产四乙铅(tetraethyl lead)]仍设法阻挠,因此美国直到20世纪70年代才针对汽油添加铅制定法规。

  但医学研究早就显示,多数美国人血液铅含量升高,而且这些铅都是来自汽油。类似的发现引发苏联在1967年于大都市禁止含铅汽油,对苏联来说是少见在环保方面领先全球的做法。1970年美国下令,1975年前加油站必须出售低铅汽油。日本企业率先针对美国这项法令而调整业务,从1972年起将汽车发动机改为适用低铅汽油。日本在1987年禁止含铅汽油。因为相关制造商提出诉讼而延误,美国在20世纪70年代末期才渐渐禁用含铅汽油。西欧在20世纪80年代末期也遵循此一做法,其他国家则要到20世纪90年代。

  1977—1994年间,美国空气中的铅浓度减少了大约95%。通过检验很快就发现美国儿童血液中铅浓度大幅降低。历来测得最高的空气中铅浓度并非来自美国,而是20世纪80 年代的曼谷、雅加达与墨西哥市。非洲与中国因为直到20世纪90年代末仍在使用含铅汽油,都市儿童血液中铅浓度足以造成各种健康问题。全球大气中铅污染浓度下降的速度,则落后于美国及日本。

  1945 年后,富国大幅降低了都会中的煤炭烟雾、煤烟和灰尘;1975年后,二氧化硫、一氧化碳与部分其他污染物也都适度减少。这是因为从用煤转为使用石油(约在1920—1970年),以及节能防污等相关法规(主要在1970年之后)。20世纪初期在苏格兰工业之都格拉斯哥,污染烟雾严重时报社编辑甚至必须为讣闻版预留版面。直到1950 年,格拉斯哥人每年仍吸入大约两磅的煤烟。但到了1990年,格拉斯哥已将黑烟、煤烟与二氧化硫污染降低了70%~95%,几个其他煤炭城市也创下类似佳绩。虽是一大成就,这一线曙光仍只局限在北美、西欧、澳大利亚、大洋洲及日本等地20个富国,只占全人类的1/8。

  测量污染的方法充满地雷。忽略重要的警告,我估计20世纪90年代全球地方与区域空气污染物排放量约为1900年的5 倍。在西方与日本,20世纪60年代末期之后空气污染水平开始下降(黑烟则于20世纪40年代之后)。过去一个世纪里这些国家是全球空气污染的大宗,1950年之后则改为东欧,1970年之后是东亚及比重较低的拉丁美洲,因此20世纪末全球空气污染仍持续加重。


编辑:治废专家02

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