2月3日，美國俄亥俄州一列運有危險化學品的火車發生脫軌，裝有氯乙烯等化學品的五節火車出現洩漏，造成有毒的氯乙烯氣體擴散。事故發生後，當地政府在進行評估後，采用“受控焚燒”的方式進行處理，現場出現濃濃黑煙，這也進一步加劇了當地群眾對于事故危害性的恐慌。據報道，在距離事故不遠的地方，已經陸續發現了死亡的鳥類和魚類。
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什麼是氯乙烯？
氯乙烯是一種非常重要的基礎化工原材料，最主要的用途就是生産聚氯乙烯樹脂。
在生活中，聚氯乙烯幾乎無處不在，簡稱PVC（Poly Vinyl Chloride，英語國家常用Vinyl直接指代這種材料，簡稱V），既可以被加工成硬質塑膠，也可以被加工成軟質塑膠。例如，白色的落水管、半透明的桌墊布、汽車座椅的人造革等，都會大量用到PVC材料。在數十種常用的塑膠種類中，PVC與聚乙烯和聚丙烯長期占據總用量前三的位置，近幾年的全球生産總量保持在6000萬噸左右。
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氯乙烯是生産PVC的單體原材料，每生産一噸PVC至少需要一噸聚乙烯，是以氯乙烯的産量也非常可觀，在一定程度上也能反映工業水準。
氯乙烯有多種生産路線，例如乙炔法，采用乙炔和氯化氫加成的方式，是氯堿工業的組成部分，常出現在高中的考題中。而在美國，主流的方法是乙烯法，乙烯先和氯氣加成得到二氯乙烷，再由二氯乙烷脫去氯化氫，就可以得到氯乙烯。
是以，氯乙烯并不是一種罕見的化學試劑，而是一種工業上應用很普遍也很成熟的物質，對它的研究已經相當豐富。
02
氯乙烯有毒
但急性毒性并不是很高
所謂“急性毒性”，指的是突然攝入（包括經口鼻和經皮膚等途徑）一定量的化學物質後出現的中毒，一般用LD50或LC50來标記。LD50指的是半數緻死量，是指攝入這麼多量的物質後，實驗動物出現一半死亡；LC50指的是半數緻死濃度，是指在這樣的濃度下特定時間後，實驗動物出現一般死亡。由此可見，LD50或LC50的數值越小，這種物質的毒性越強。
根據國際風險協會（Society for Risk Analysis，SRA）出版的《風險評估與管控》一書[1]，以大鼠為動物實驗時聚乙烯的吸入LD50數值為26g/kg，這個數字甚至遠比食鹽更大，這意味着氯乙烯毒性更低，換算下來，差不多需要直接飲用1.5公斤的氯乙烯才會緻人死亡。
但是，急性毒性除了可能緻死外，還包括其他一些症狀。就氯乙烯而言，很直接的反應是惡心和暈厥，這是因為氯乙烯還有麻醉作用，對神經系統造成破壞。此外，即便是較低濃度的氯乙烯（0.1%），皮膚也可能會出現反應。是以，在充斥着氯乙烯氣體的環境中，人類會感到很不舒适。
03
氯乙烯洩漏
對人體有什麼影響？
對人體而言，氯乙烯更大的風險在于長期而慢性的毒副作用。在國際癌症研究中心（International Agency for Research on Cancer，IARC）的分類中，氯乙烯屬于一類緻癌物，也就是對人體有明确緻癌作用的化學物質。
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由于早期的生産工廠中的房間并無足夠的防護措施，生産勞工暴露于氯乙烯當中的問題非常普遍，氯乙烯和癌症之間的相關性研究也是以比較充分。研究表明，氯乙烯與多種流行的癌症（如腦癌、肺癌、肝癌等）可能存在關聯，但相關機制還不明确。目前，世界衛生組織國際癌症研究機構已将氯乙烯類如1類緻癌物清單中。
除了癌症以外，長期暴露于氯乙烯環境中，也會引起其他一些慢性疾病，例如美國衛生與人類服務部公布的《毒性物質檔案-氯乙烯》記載，有研究對早期的氯乙烯工廠生産勞工進行追蹤，發現存在甲狀腺功能不全的問題，病人無法正常地攝入碘元素。
正因為此，大量氯乙烯洩漏，對于周邊居民的健康威脅不可估量。
04
氯乙烯洩漏
該如何處理？
氯乙烯的沸點是-13.4℃左右，也就是說，在一般氣候條件下，氯乙烯處于氣态，隻有在極寒時，它才處于液态。為了運輸友善，一般采用加壓液化的方式，這樣一來，即便是在常溫條件，氯乙烯也可以保持液态。
受制于此，對于洩漏氯乙烯的處理，往往會比較棘手，空氣中總是會彌漫着大量的氯乙烯氣體，影響救援也難以收集。此次事故所在地俄亥俄州，在火車脫軌發生時，氣溫已經高于氯乙烯的沸點，是以洩漏口會不斷地噴射出氣體。
氯乙烯具有可燃性，并且在濃度超過一定臨界值後，還會發生爆炸。考慮到這一點，此次事故的處理，采取一種看似簡單有效的辦法，即點燃氯乙烯，在可控條件下将氯乙烯燃燒殆盡。
但是，這樣做的後果實際上比氯乙烯原本的洩漏問題更麻煩。
理論上講，氯乙烯燃燒後的産物是二氧化碳、水和氯化氫，這其中的氯化氫就是鹽酸中的有效成分，雖然有毒害，但是極易溶于水，可以用消防設施控制其危害。
然而，氯乙烯含有氯元素，它本質上一種阻燃的元素，這就使得在沒有專業的焚燒裝置時，氯乙烯的燃燒很難充分完成，現場點燃後出現的濃濃黑煙就是明證。在燃燒溫度和氧氣濃度都可能達不到要求時，氯乙烯的燃燒除了産生上述物質外，更會出現一些副反應。這其中，最恐怖的一種副産物是光氣（碳酰氯）。
當氯乙烯不充分燃燒時，會形成較多的一氧化碳，而在燃燒過程中，還有大量的氯原子中間體，在溫度與光照的作用下，兩者很容易結合成光氣。光氣是一種劇毒物質，具有窒息性，即便濃度很低，也有可能緻人死亡。第一次世界大戰中正是這種物質将毒氣戰推向不可逆轉的深淵。在可控燃燒之後，周邊有動物出現死亡，很可能是因為産生了包括光氣在内的各類有毒氣體。
除此以外，氯乙烯的燃燒，還有可能産生其他各種副産物，這與現場的其他物質也存在關聯。例如，氯乙烯在高溫條件下會發生聚合，形成前面提到的PVC，而PVC在燃燒時會形成氯苯類中間體，并進一步産生二噁英。二噁英素有“世紀之毒”的稱呼，因為它的毒性比氰化物還要高出很多，并且穩定性也很高，在空氣和土壤中會長期保留。
在曆史上，對于氯乙烯的焚燒問題研究不算很充分，這可能也是此次事故後會盲目采用此法處理污染物的原因。
目前有據可依的是，1999年的科索沃危機時，以美國為首的北約曾向南聯盟的潘切沃發射了35枚飛彈，目标是當地的化工廠。在這些化工廠遭到破壞後，超過五萬噸的原油以及氯乙烯單體被點燃，其中氯乙烯的總量據估計在數百噸，與本次俄亥俄事故大體相當。事後，包括二噁英、多環芳烴（主要由原油不充分燃燒産生）在内的各種有毒氣體，都在當地的水體及土壤中發現。
是以，在通過簡單的焚燒處理之後，當地政府已經建議外出躲避的群眾傳回，然而在事故地附近地區，今後的數年裡都将面對污染難題，對當地的群眾健康以及生态環境都是不小的威脅。
05
這次事故影響範圍有多大？
本次洩漏事故勢必會對當地及周邊地區生态環境、野生動物、當地居民帶來嚴重的後果，具體的影響程度、持續時間還需要後續長期監測、評估。
同時，我們應該理性面對，不必過分恐慌。畢竟，不能脫離劑量來讨論毒性。從目前的情況看，有毒物質的影響範圍比較有限，即便考慮到地球的大氣環流影響，污染物飄出美國上空，濃度也早已降到相當低的程度了。
但由于二噁英會在土壤中長期保留，謹慎對待事故當地所生産的農牧産品，是合理的。動物在吃了被二噁英污染的食物後，會在體内持續積累。是以曆次食品二噁英超标事件，幾乎都是發生在肉蛋奶這一類食物中。總體而言，還需要更多和長期的監測資料，才能對這些問題給出更全面、準确的回答。比較理想的處理方式，是當地根據監測結果，劃定風險地區，并禁止在其中進行放牧活動或出售該地區出産的飼料。實在不放心，也可以在購買食物時，留意一下産地。
參考文獻：
[1]Barr, J.T. (1987). A Retrospective Look at the Carcinogenic Potency of Vinyl Chloride. In: Lave, L.B. (eds) Risk Assessment and Management. Advances in Risk Analysis, vol 5. Springer, Boston, MA
[2]Bogojevic, S, Mirkov, Lj, Stoimirovic, N, Pajevic, V, Krasulja, S, and Spasojevic, N. Environmental degradation as the result of NATO air-raids against Pancevo chemical plants - oil refinery/petrochemical plant/azotara fertilizer plant. Yugoslavia: N. p., 2002. Web
作者｜孫亞飛 中科院自然科學史研究所特聘研究助理 清華大學化學博士
稽核｜熊斌 湖南大學化學化工學院副教授