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三论臭氧抗疫之二:臭氧才是真正的“上帝之手”
周牧之
2021年08月05日

文丨周牧之 东京经济大学教授

编者按:《三论臭氧抗疫系列》是周牧之教授将在新冠疫情爆发初期的2020年2月18号发表的论文《这个“神器”能绝杀新冠病毒》 (以下简称《2月周论文》) 分解成三个假说,对臭氧与地球生态平衡之间的迷雾和臭氧灭活新冠病毒的机理进行详细论说的系列文章。在第二回着重论述三个假说的推断和它们之间环环相扣的逻辑关系。

“上帝之手”猜想?

2002年冬季,突如其来的SARS(Severe acute respiratory syndrome:重症急性呼吸综合征,又名非典型肺炎)曾经肆虐一时,引发了极度的社会恐慌。然而到2003年5~6月份,SARS却突然消失,留下种种猜想。

无独有偶,流行性感冒等空气传播的病毒大多也是在秋冬季爆发,春夏消失。好像有一只看不见的“上帝之手”在驱瘟除疫,拯救人类。

针对这一现象,国内外许多研究人员试图在病毒与温度,或是湿度之间寻找到相关性。然而,迄今为止却没有研究能够证明病毒活性与自然界温度变化存在确切的关系。以流感为例,一般认为流感病毒在低温、低湿的情况下能够较长时间地保持活性,随着气温升高,湿度增大,病毒的活性将会受到抑制。然而,虽然有实验证明湿度上升能够降低流感病毒的活性,但是实验也证明自然界的温度变化对流感病毒并无太大影响。

实际上,流感传播的高峰期在北半球是12~3月份,在南半球是6~9月份,但是在地球上气温最高的赤道周围却没有明显的高峰期,流感反而全年都在蔓延。

对此,在提出“自然界的低浓度臭氧,一直在抑制细菌、病毒、真菌等微生物的过度繁殖,守护着地球的生态平衡”的“假说1”之上,《2月周论文》进而提出了第二个假说(简称假说2):“具有氧化能力的臭氧,才是真正的上帝之手”。

臭氧浓度变化的地理和季节性特性

臭氧浓度具有随季节发生变化的明显特性,而且正好是秋冬季低,春夏季高。根据日本气象厅的臭氧层观测信息,可以发现从北海道的札幌、到东京附近的筑波、到九州的鹿儿岛、再到冲绳的那霸,由北到南臭氧总量(从地表到大气顶端的臭氧总量)一般在2~5月份达到峰值,并且呈现臭氧总量峰值在越北方的地区到来得越早,越往南方的地区到来得越晚的态势。

不同地域的臭氧浓度也不尽相同。进一步分析上述日本气象厅观测信息可以看到,臭氧总量的峰值浓度也是越北方的地区越高,越南方的地区越低。有研究观察到地球大气层中臭氧总量在分布上有较明显的纬度变化,赤道附近地区臭氧总量最低,相反,纬度60°附近的北方地区最高。另外,在中纬度地区,北半球的臭氧总量比南半球多。特别是日本的臭氧总量,在中纬度地区也属较高。

由于紫外线越强,氧分子的分解速度越快,按理而言赤道附近接受太阳照射最强,本来应该是最易产生臭氧的地区。但是影响臭氧浓度变化的要素不仅多而且机理复杂,紫外线越强,既越容易产生臭氧,同时也越容易分解臭氧。臭氧的分解速度还与温度有关,温度越高,其分解速度越快。这些变量相互作用导致在赤道附近,臭氧既容易生成也容易分解。同时,地球规模的大气环流作用也不容忽视,当地产生的臭氧可能会被大气环流输送到其他地区。

对流层臭氧的最大来源是平流层的臭氧层,同时,植物光合作用所产生的氧气量,雷电产生的臭氧量,人类产业活动所排放的NOx和VOC量,以及火山喷发造成的臭氧破坏等都会左右对流层的臭氧浓度。

总之,取决于氧分子与氧原子神奇的离散聚合,臭氧不仅具有秋冬浓度低春夏浓度高的规律,而且还呈现高纬度地区浓度高,赤道附近浓度低的地域性分布特性。

综合以上分析可以推断,秋冬季低春夏季高地浓度变化的臭氧才是真正的“上帝之手”。特别值得注意的是臭氧与温度和湿度的两个相关特性,一个特性是温度越高,臭氧的分解速度越快;另一个特性是湿度能提高臭氧杀菌的能力,干燥状态下臭氧的杀菌能力会急剧降低。

也就是说当季节由冬转春,臭氧浓度升高,气温上升,空气湿度增大,上帝之手就开始驱瘟除疫。

“假说2”更加严谨的推理应该是:“杀菌灭毒的主力是在季节变化中浓度升高的臭氧,温度和湿度负责助攻,三者相辅相成驱病除魔”。当然进入春夏之后,还有紫外线作为微生物的另一大克星,也会随着紫外线量的增加对室外的细菌病毒痛下杀手。

那么为什么新冠病毒没有像SARS那样在第二年的春夏之际自然消失呢?关于这一点可以有诸多的推测,但是与SARS相比,新型冠状病毒在臭氧浓度上升之前就已经蔓延全球,不断演化变异的新冠病毒以“候鸟模式”在南北半球之间反复交叉传播应该是一个重要原因。

低浓度臭氧能够灭活新冠病毒

在“假说1”和“假说2”的基础之上,《2月周论文》提出了第三个假说(简称假说3):“与自然界同等的低浓度臭氧能够灭活新冠病毒”。

臭氧虽然是高效杀菌灭毒的神器,但是由于高浓度臭氧可能给人带来不适感,亦或刺激黏膜系统,所以一直主要还是应用在无人空间。如果“对人体不会产生反感和副作用的低浓度臭氧也能够灭活新冠病毒”的“假说3”成立,就能够在有人的情况下应用臭氧来灭活新型冠状病毒,阻断新冠传播。这对为减少新冠病毒传播,目前大都在实施限制人员交往政策的世界各国而言是莫大的福音。

早在2020年3月,日本政府就把避免密闭空间、密集人群、密切接触作为预防新冠病毒感染扩大的对策进行推广。在一而再,再而三的“紧急事态宣言”之下,极端地限制餐饮、娱乐活动甚至外出已经成为常态。原本作为城市效率和魅力的“三密经济”、“三密交流”、“三密情感”被长期阻断,不仅经济受到严重影响,而且使人们的身心健康也备受摧残,人们迫切地渴望从新冠病毒疫情夺回“三密生活”。

臭氧浓度在混凝土森林的城市原本就低,在人员密集的室内就更为稀薄,“三密”的确是新冠病毒传播的高危场景。因此,在有人空间利用臭氧灭活新冠病毒是解决“三密问题”的终极对策,更何况利用臭氧灭活病毒还有以下有三大特性。

一是全覆盖性,由臭氧发生器或静电空气净化机产生的臭氧,可渗透到环境中的每个角落,能够克服紫外线杀菌只能直来直去,存在消毒死角的问题。

二是高洁性,臭氧的杀菌灭毒原理是氧化细菌和病毒,不存在任何有毒残留物。相反,目前广泛使用的化学消毒剂不仅对人体本身有害,还造成有害残留物的二次污染。在现今的疫情对应中,消毒水的滥用问题已经相当严重,需要引起高度重视。

三是方便性,臭氧生成原理简单,臭氧生成装置的技术难度并不高。而且设备可大可小,既可以适用于单个房间,也可以适应大型公共场所,还可以简单地安置在公交车、高铁、船舶、飞机等公共交通上。

然而,低浓度臭氧真的能够灭活新冠病毒吗?这个问题将在《三论臭氧抗疫》的第三回详解。(责编:蒋新宇)

【责任编辑:许聃】
日本东京经济大学教授
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