現代大氣化學之父
——諾貝爾獎得主保羅·克魯岑

2023-11-02 00:37:54朱安遠

世界科學 2023年10期

關鍵詞：大氣

朱安遠

荷蘭科學家、現代大氣化學先驅保羅·克魯岑（Paul Crutzen）因率先闡明人類活動對大氣環境中臭氧的形成和分解機制而榮膺1995年諾貝爾化學獎，并榮幸地成為首位贏得諾獎的氣象學家。克魯岑歷來就注重以科學精神聚焦社會熱點，勇于擔當社會責任，晚年因致力于推崇“人類世”觀念而聞名于世。他自稱首倡“人類世”是自己一生中最重要的成就，因為它反映了自己對全球氣候變化和其他環境壓力的深切關注。謹以此文紀念享譽全球的“現代大氣化學之父”克魯岑先生90周年誕辰。

克魯岑生平簡介

1933年12月3日，荷蘭大氣化學家和氣象學家保羅·克魯岑出生在首都阿姆斯特丹市一個工人階級家庭，系家中老大，下有一個妹妹。克魯岑父親約瑟夫（1906—1977）是一名經常失業的服務業從業人員，母親安娜（1912—2000）在一家醫院當廚師，其家族具有荷蘭、德國、比利時和波蘭等多國血統。

荷蘭科學家克魯岑

1944年秋至1945年春，克魯岑及其家人艱難地度過了聲名狼藉的“饑餓之冬”，當時荷蘭食物、燃料和飲用水嚴重匱乏，很多人死于饑荒和疾病。

克魯岑的主要求學經歷如下。1946—1951年在阿姆斯特丹高等公民學校念高中，畢業考試前夕因接種天花疫苗引發重感冒高燒，成績不夠理想而無法獲得大學里提供的定期生活津貼，加之家庭經濟拮據，故只好放棄上大學的夢想，轉而于1951—1954年在阿姆斯特丹中等技術學校接受土木工程師技能培訓。1963年以進一步發展熱帶氣旋數值模型方面的論文獲斯德哥爾摩大學理學碩士學位，主修數學、數理統計學和氣象學。其最高學位是擁有斯德哥爾摩大學的雙博士學位：1968年以論文《平流層中臭氧“干”和“濕”光化學理論中有關參數的確定》獲氣象學哲學博士學位，1973年以論文《高空飛行器對平流層和對流層臭氧的光化學以及對平流層的污染研究》再獲氣象學理學博士學位。

克魯岑的主要工作履歷如下。1954—1958年在阿姆斯特丹市橋梁建設局工作，其間于1956年5月至1958年2月在荷蘭陸軍服義務兵役（屬強制性）。1958—1959年在瑞典耶夫勒房屋建設局工作。1959—1974年任職于斯德哥爾摩學院（1960年起更名為斯德哥爾摩大學）氣象系和氣象研究所（MISU），主要從事計算機程序編制、教學和咨詢工作，同時參與各種氣象項目科研，開發出早期的大氣氣候建模軟件，特別是幫助建立和運行基于正壓模式的早期數值天氣預報（NWP）模型，其間最高職稱是研究副教授。1969—1971年以歐洲空間組織博士后的身份在牛津大學克拉倫登實驗室大氣物理部做有關臭氧方面的研究，同時兼任牛津大學圣十字學院客座研究員。1974—1977年在美國科羅拉多州博爾德市的國家大氣研究中心（NCAR）從事平流層中臭氧化學的理論研究，同時兼任同城的美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）高層大氣物理學實驗室（Aeronomy Laboratory）顧問。1977—1980年任NCAR高級科學家兼空氣質量部主任。1976—1981年任科羅拉多州立大學大氣科學系兼職教授。1980年7月至2000年11月（榮休）任德國馬克斯·普朗克學會化學研究所（MPIC，又稱奧托·哈恩研究所）大氣化學部主任，將MPIC打造成全球最重要的大氣科學研究中心之一。1987—1991年兼任芝加哥大學地球物理學系教授。1991—1992年兼任斯德哥爾摩大學瑞典自然科學研究理事會塔格·埃蘭德（Tage Erlander）講席教授。1992—2008年任加州大學圣迭戈分校斯克利普斯海洋學研究所特聘教授。1997—2000年兼任荷蘭烏得勒支大學物理學和天文學系高層大氣物理學教授。2004年起任奧地利拉克森堡的國際應用系統分析研究所（IIASA）研究員。2009年3月至4月任韓國首爾國立大學客座教授。

1956年，克魯岑開啟一次愉悅的瑞士度假之旅，在盧塞恩游玩時邂逅正在那里做交換生的赫爾辛基大學女學生特爾圖·索尼寧（Terttu Soininen），她主修芬蘭歷史和文學。倆人一見鐘情，共墜愛河，1958年2月結成伴侶后摯愛終生，婚后共育2女：長女伊洛娜（Ilona），生于1958年12月，注冊護士，定居于美國科羅拉多州博爾德市；次女西爾維亞（Sylvia），生于1964年3月，市場營銷助理，定居于德國慕尼黑市。克魯岑夫婦共有3個孫輩。

克魯岑除母語荷蘭語以外，還精通德語（母親母語）、法語（父親母語）、瑞典語和英語，家人間平時大多采用瑞典語交流。

克魯岑視野開闊，大局觀念強，對新興事物充滿好奇心。他和藹可親，平易近人，善于溝通，慷慨熱情，治學嚴謹，成就斐然。克魯岑業余時間愛好各種體育運動，如長距離滑冰、踢足球、騎自行車、打橄欖球和下國際象棋等，空暇時喜好以觀賞高水平足球比賽來調節情緒和放松心情。

2021年1月28日，克魯岑因久病醫治無效，在德國萊茵蘭-普法爾茨州首府美因茨的一家醫院駕鶴西歸，享年88歲（未滿米壽）。

大氣化學的發展及克魯岑的貢獻

地球大氣層隨高度和特點的不同，從下往上通常分為對流層、平流層（即同溫層，上熱下冷）、中間層、熱層和散逸層，再往上就是星際空間了。地球大氣中含有氧氣（O2）和臭氧（O3）兩種含氧原子的單質。臭氧是氧氣的同素異形體，主要存在于15至30千米的高空，濃度最高的地方位于20至25千米處，臭氧本身也是一種溫室氣體。臭氧層位于平流層區域，所含臭氧約占總量的90%，其余10%的臭氧在對流層。若把臭氧壓縮到相當于地球表面處的大氣壓強，地球臭氧層僅厚約3毫米。臭氧的生成和分解能吸收來自太陽的99%以上的有害紫外輻射，可有效避免高能量短波紫外線對地球表面一切生物的傷害。臭氧在地球生命發展歷程中一直扮演著至關重要的角色，是地球上所有生物繁衍生息的保護傘，臭氧層素有“高空衛士”和“地球鎧甲”之美稱。人們常用的激光打印機在工作時會產生微量臭氧。

1838年，德國化學家克里斯蒂安·舍恩拜因（Christian Sch?nbein）率先引入術語“地球化學”，1839年通過實驗分離出一種帶有難聞刺激性氣味的氣體并將其識別為伴隨閃電的異味，翌年將其命名為“臭氧”，后被譽為“大氣化學之父”。1865年，瑞士化學家和光譜學家雅克-路易·索雷特（Jacques-Louis Soret）首先確定了臭氧的分子式。1880年，英國化學家瓦爾特·哈特利（Walter Hartley）首先從理論上提出上大氣層中存在臭氧層。1913年，法國物理學家查理·法布里（Charles Fabry，1897年參與創制著名的法布里-珀羅干涉儀）證實了哈特利的說法并于1919年利用自己設計的光譜學儀器測量了大氣臭氧層的厚度，從而率先發現了臭氧層。英國地球物理學家西德尼·查普曼（Sydney Chapman）原本是一位應用數學家，后迷上了高空大氣的理化原理，其興趣還涉及地球內外事件對磁場的影響。因查普曼1930年首先構建出大氣中臭氧的光化學動力學模型，故臭氧的形成和分解周期后被命名為查普曼機制。

克魯岑的研究興趣主要集中在大氣化學和環境化學及其在生物地球化學循環和氣候中的作用、氣候工程、生物燃燒和溫室氣體。1965年前后，克魯岑接受一項來自美國的任務，要求研發臭氧在平流層、中間層和低熱層的分布數值模型，這項科研課題使得他對大氣臭氧光化學產生了濃厚興趣，自此便開始潛心對一系列前沿問題進行深入研討。1970年4月，克魯岑在英國《皇家氣象學會季刊》發表論文《氮氧化物對大氣臭氧含量的影響》，研究證實在燃燒過程中所產生的氮氧化物NOx（NO和NO2）可與平流層的臭氧發生催化反應，氮氧化物本身并未減少，但臭氧含量卻迅速降低。大氣中的氮氧化物是通過一氧化二氮（俗稱笑氣，N2O）分解而來，而N2O則源于土壤中微生物的轉化作用。克魯岑發現的NOx催化周期這一重大原創性成果邁出了平流層化學（即臭氧層化學）研究的關鍵一步，把該領域研究導入正確軌道，功績卓著。1971年10月，克魯岑進一步發文《氫和氮氧化物大氣中的臭氧產率》指出，通過查普曼模型估算的臭氧平衡濃度偏高，需要加入氫和氮的氧化物驅動催化消去機制才能定量地模擬現實中的臭氧濃度。1976年3月，克魯岑發文《增加對土壤施用固定氮后大氣臭氧減少的上限》指出，施氮肥與臭氧減少存在關聯，并證實土壤中微生物與臭氧層厚度之間的聯系。這一成果助推全球性生化循環研究，且已取得長足進步。1978年8月，克魯岑等人發文探討過流層中臭氧的起源問題。1979年11月，克魯岑研究團隊發文指出，燃燒生物燃料會比化石燃料釋放更多溫室氣體，全球生物燃燒（如森林大火、熱帶地區莊稼廢料引發的大火以及燒荒行為等）是產生大量溫室氣體（尤其是N2O）并造成大氣污染的元兇。2021年2月26日，美國《科學》雜志發表克魯岑曾指導過的女博士生蘇珊·所羅門（Susan Solomon，2021年生命未來獎得主）所撰寫的追思哀悼文章《保羅·克魯岑（1933—2021）：現代大氣化學之父》，克魯岑因率先闡明人類活動對大氣環境中臭氧的形成和分解機制而被譽為“現代大氣化學之父”并得以榮膺諾獎。

克魯岑專注于人類文明如何影響地球環境科學的一系列前沿問題，熱衷于服務公共事業，勇于擔當科學家應有的社會責任。1971年8月，美國大氣化學家和化學動力學家哈羅德·約翰斯通（Harold Johnston）發文《超音速運輸機排放的氮氧化物催化反應使得平流層臭氧減少》指出，超音速運輸機飛行在海拔20千米上下，正好是臭氧層所處中心地帶，運輸機所排放的NOx會侵蝕臭氧層。克魯岑對此研究表示高度贊賞并隨即全身心投入到超音速運輸機排放的NOx對平流層和對流層中臭氧危害的機理研究，由此完成了自己的第2篇博士論文。1980年代初，克魯岑又研究了全球核戰爭的潛在駭人后果。1982年6月他與美國大氣化學家、化學教育家和企業家約翰·伯克斯（John Birks）在瑞典皇家科學院主辦的國際環境生態科學期刊《人類環境雜志》（Ambio）上聯署發表著名論文《核戰爭后的大氣層：昏暗的中午》，對由大量煙云導致的天空變暗和氣候變冷現象進行了首次定量分析，率先發出“核冬天”的警報并拉開了“核冬天”理論研究的序幕，此類研究對當今世界仍具現實價值和警示意義。2022年8月6日，美國生命未來研究所將當年生命未來獎（始頒于2017年）頒發給克魯岑（系死后追授）和伯克斯等8人，每人獲得5萬美元獎金，他們的獲獎理由是“通過發展和普及核冬天科學來降低核戰爭風險”。

氟利昂是美國杜邦公司的注冊商標，市場上的氟利昂主要有3大類：氯氟烴（CFC，即氟氯化碳，對臭氧層破壞最大）、氫氯氟烴（HCFC，對臭氧層破壞較大）和氫氟烴（HFC，雖非臭氧耗損物且有助于恢復臭氧層，卻是知名的溫室氣體）。1974年6月，馬里奧·莫利納和舍伍德·羅蘭聯袂合作在英國《自然》雜志發表論文《氯氟甲烷引起平流層下沉：氯原子催化分解臭氧》，首次闡明氯氟烴（一種氟利昂）氣體對地球臭氧層的破壞機制：氯氟烴氣體升至高空與臭氧層相遇，在紫外線的強烈輻射下通過光化學反應可釋放出氯自由基，它再通過鏈式反應會破壞大量臭氧分子，從而給整個地球帶來不祥的威脅和恐懼，甚至給人類文明帶來災難性的嚴重后果。1985年5月16日，《自然》雜志發表的多年觀察研究報告指出：自1977年起，每年9月至11月（即南極春季）在南極上空可觀察到大面積的“臭氧空洞”（即臭氧層被耗盡后的漏洞區），這一現象很好地驗證了馬里奧·莫利納和舍伍德·羅蘭的學說，正是1974年的這項重要研究成果幫助他倆日后贏得諾獎。

北半球氟利昂的排放占絕大多數，為何只在春季南極的上空觀察到大面積的臭氧空洞呢？首先，整個地球大氣中都存在著人類生產生活所排放的氟利昂等臭氧耗損物（ODS）是春季南極臭氧洞形成的充分條件（系人為因素）。其次，因南極大陸被海洋包圍，在南極冬季平流層極地渦旋中的極低溫條件下（可低至-90℃），水汽（H2O）和硝酸（HNO3）會凝聚形成所謂“極地平流層云”（又稱冰晶云，PSC）的氣溶膠層。當南極春季來臨時，氣溫回升使得冰晶云逐漸融化，在氣溶膠層表面發生的微粒多相催化反應會加速臭氧的分解，這是春季南極臭氧洞形成的必要條件（系自然環境因素）。依據南極臭氧洞形成的充要條件，可以清楚解釋為什么到目前為止，只能在春季南極上空觀察到臭氧洞，而在北極和青藏高原上空并沒有發現臭氧洞的內在成因。

如何解決大氣層高空中臭氧層的破壞、溫室效應和酸雨的形成已成為人類關注自己命運的焦點問題。在具有充分科學依據的前提下，通過國際社會的不懈努力和共同協作，1988年9月22日起生效的《保護臭氧層維也納公約》的締結確定了國際合作保護臭氧層的原則。《蒙特利爾破壞臭氧層物質管制議定書》（簡稱《蒙特利爾議定書》，1987年9月16日簽署，1989年元旦起生效）的締結確定了全球保護臭氧層國際合作的框架，逐漸減排以至最終實現全面禁止向大氣排放氟利昂等對臭氧層具有破壞作用的氣體。上述公約和議定書即便是得以全面遵守、貫徹并奏效，臭氧層完全恢復過來恐怕至少還需要100年時間。對臭氧耗損化學機理的研究是全球禁止臭氧耗損物的科學基礎，這是迄今為止榮獲諾獎的基礎科學研究成果如何直接影響全球政治決策一個經典而獨特的案例。

1972年6月5日至16日召開的聯合國人類環境會議通過了《人類環境宣言》（即《斯德哥爾摩宣言》），同時倡議設立聯合國環境規劃署（UNEP）和“世界環境日”（每年6月5日），這標志著人類對環境問題的真正覺醒，意義重大，影響深遠。1994年12月19日，第49屆聯合國大會第92次全體會議通過將每年9月16日（即《蒙特利爾議定書》簽署紀念日）定為“國際保護臭氧層日”的決議（A/RES/49/114）。自1995年起便作為“聯合國日”系列在全球開展相關活動。全球積極履行國際公約，人類為臭氧層保護和溫室氣體（主要包括CO2、CH4、N2O、SF6、HFCs、CF4和NF3等）減排已作出了卓有成效的貢獻。

人類活動導致溫室效應的兩大主要因素：一是向大氣層排放的大量二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）阻礙了地球熱量向大氣層外擴散；二是氟利昂的大量排放破壞臭氧層，使它失去了有效阻隔陽光中紫外線的作用。溫室效應的直接影響就是導致全球變暖。近些年來，全球極端自然災害（如地震、臺風、海嘯、酷熱、極寒、洪澇、干旱、酸雨、霧霾、沙塵暴、泥石流、山體滑坡、火山噴發等）頻發，這大都與全球變暖關系密切。

碳減排時間緊，任務重，某些國家和地區，如新西蘭和蘇格蘭等，為了公平而科學合理地減少碳排放，已實施“測量-減排-補償”三部曲行動和政策。中國政府注重低碳環保，著力發展綠色產業。為了保護地球環境和實現全人類的可持續發展，中國政府樂于參與國際合作并承擔自己應負之責。2020年9月22日，在第75屆聯合國大會一般性辯論上，國家主席習近平在北京通過視頻方式向全世界鄭重宣告，中國二氧化碳排放將力爭實現“2030年前碳達峰，2060年前碳中和”（簡稱“雙碳”計劃）這一宏偉戰略目標，碳減排既定計劃現正在穩步有序推進中。2023年7月10日至16日是第33個全國節能宣傳周，活動主題是“節能降碳，你我同行”。2013年起，將全國節能宣傳周的第三天設為全國低碳日，2023年7月12日是第11個全國低碳日，活動主題是“積極應對氣候變化，推動綠色低碳發展”。

克魯岑與人類世的問世

在傳統地質學中，第四紀（又稱靈生紀）通常分為更新世（又稱洪積世、冰川世，258.8萬年前至1.17萬年前）和全新世（始于1.17萬年前）兩個世。

1931年7月，國際科學聯盟理事會（ICSU）在布魯塞爾成立（其總部后遷至巴黎），其前身是1919年7月成立于布魯塞爾的國際研究理事會（IRC）。1947年，ICSU與聯合國教科文組織（UNESCO）建立起正式關系，1998年4月更名為國際科學理事會（中文常譯為國際科學聯合會，簡稱國際科聯），ICSU縮寫維持不變。2009—2012年，陳德亮出任ICSU執行主任，系該會歷史上首位華裔執行主任。2018年7月1日，ICSU與1952年10月成立于巴黎的國際社會科學理事會（ISSC）合并重組為新的國際科學理事會（ISC），總部仍設在巴黎。國際科學理事會是目前世界上水平最高、規模最大和綜合性最強的國際科學組織。在瑞典氣象學家伯特·博林（Bert Bolin，1981年國際氣象組織獎得主，獨享1988年泰勒獎）、美國海洋學家和環境學家詹姆斯·麥卡錫（James McCarthy，2018年泰勒獎得主）以及克魯岑等人的大力推動下，ICSU于1987年正式啟動國際地圈-生物圈計劃（IGBP），IGBP屬于國際非政府組織，其秘書處1989年創設于斯德哥爾摩。

國際全球大氣化學（IGAC）計劃是IGBP的一個核心項目，克魯岑出任IGAC指導委員會主席（1987—1990）和副主席（1990—1996）。1998—2003年，克魯岑出任IGBP科學委員會副主席。

2000年2月，IGBP研討會在墨西哥莫雷洛斯州首府庫埃納瓦卡市舉行，在與會者大談“全新世”的氛圍下，克魯岑憑直覺即興頓悟而首創出富有詩意的地質學新名詞“人類世”（anthropocene，又譯為“人新世”）。他認為，全球人口的快速增長、工農業生產和經濟的迅猛發展、城市建設規模的急劇膨脹以及交通工具效率的大幅提高已對地球生態環境及其生物多樣性產生了不可逆轉的巨大影響，地球已告別了全新世，人類活動對地球的改變足以開創出一個全新的地質學新紀元。2000年5月，克魯岑主動聯合此前不相識的美國淡水生態學家尤金·斯托默（Eugene Stoermer）在IGBP季刊《全球變化通訊》上聯署發文，正式提出“人類世”這一新觀念，并將其起始地質年代精確定為1784年，即英國發明家詹姆斯·瓦特發明實用蒸汽機的年份——廣泛使用蒸汽機作為動力被視為第一次工業革命的標志。2002年1月，克魯岑在《自然》雜志發表論文《人類地質學》，進一步闡發“人類世”的觀念及其內涵的擴展，該文的發表引發了國際學術界對這一理念的高度重視與關注。“人類世”這一新穎提法生動形象地說明了人類與環境的相互作用與關系，因而迅速地被廣泛引述和評論。除了科學數據的積累，克魯岑作為國際大氣化學界公認的權威人士，“人類世”觀念的廣泛傳播與其個人魅力和影響力密切相關。他在自己生命最后的20多年中，因不遺余力地推崇第四紀中的第三世——“人類世”——觀念而廣為人知。

2009年，國際地層委員會（ICS）旗下的第四紀地層小組委員會成立以英國地質學家和古生物學家簡·扎拉斯維奇（Jan Zalasiewicz）為主席（任期到2020年結束）的人類世工作組（AWG）。AWG成員由全球34名知名科學家（含克魯岑）和1名科學新聞記者組成。2019年5月21日，《自然》雜志發布消息稱，AWG科學家于日前進行投票，以29票贊成、4票反對和1票棄權（未投票）認定地球已進入新的地質年代——人類世。以20世紀中葉作為人類世的起點，因當時世界人口快速膨脹，工業化生產步伐加快，農業化學品大量使用，人類的其他活動也顯著增加。與此同時，1945年7月16日首顆原子彈“小玩意”（钚彈）在美國新墨西哥州一沙漠試爆所產生的放射性碎片在全球范圍內擴散，遺存在沉積物（又稱沉積層，即第四紀地層）和冰川中，成為地質記錄的一部分。“金釘子”（golden spike）是“全球界線層型剖面和點位”（GSSP）之俗稱。2023年7月11日，AWG正式提名加拿大克勞福德湖為劃分人類世和全新世的“金釘子”。

瑞典皇家科學院中的華裔院士

瑞典皇家科學院創設于1739年6月2日。該院自1901年起承擔頒發諾貝爾物理學獎和諾貝爾化學獎的任務，1969年起又增加承擔頒發諾貝爾經濟學獎的任務。這三項諾獎的頒發，由瑞典皇家科學院全體院士大會（所有學部的院士均可參會）行使最終決定權。該院外籍院士和榮休后的榮譽院士擁有諾獎永久提名權，但并無諾獎決選投票權。

1983年，瑞典籍華裔氣候學家陳德亮（1961年7月21日出生于今江蘇省泰州市海陵區）獲南京大學氣象系（今大氣科學學院）氣候學理學學士學位，1992年以論文《一個全球兩維氣候及輸送模式的發展》獲德國約翰內斯·古騰堡美因茨大學地球科學哲學博士學位。陳德亮在攻讀博士學位期間主修地球科學，輔修理論氣象學（動力氣象學）和應用數學（微分方程的數值方法），克魯岑教授是其主修專業的兩位博導之一。2010年12月15日，瑞典哥德堡大學第4任奧古斯特·羅斯（August R?hss）講席教授（自然地理學/地理信息學，始于1891年）陳德亮在瑞典皇家科學院例行院士大會上當選地球科學學部院士，這是該院自1739年建院以來首次選出華裔院士。2017年11月28日，陳德亮院士當選中國科學院外籍院士（不分學部），他還是2017年中華人民共和國國際科學技術合作獎得主。2018—2023年，陳德亮出任瑞典皇家科學院地球科學學部主任。文中所附師生合影系2016年10月2日陳德亮院士通過電子郵件贈予筆者。

2019年6月12日和2023年9月13日，瑞典籍華裔結構化學家授鄒曉東以及瑞典籍華裔腫瘤學家和分子免疫學家潘嬙分別獲選瑞典皇家科學院化學學部和醫學學部院士，從而成為該院歷史上的第2～3位華裔院士。2019年起，潘嬙當選為瑞典卡羅琳醫學院諾貝爾大會50名教授成員之一，從而擁有諾貝爾生理學或醫學獎的決選投票權。2023年3月，潘嬙進一步當選為生理學或醫學獎諾貝爾委員會助理委員（adjunct member）。

曾先后獲選瑞典皇家科學院外籍院士的5位華裔科學家依次是中國固體物理學家和半導體物理學家黃昆（物理學學部，1980年5月17日《人民日報》第1版報道）、中國古脊椎動物學家張彌曼（生物科學學部，2011年2月17日由古脊椎動物與古人類研究所發布于中國科學院官網）、澳大利亞和美國（雙重國籍）數學家陶哲軒（數學學部，2014年9月10日）、美國數學家張圣容（數學學部，2020年2月12日）和中國無機化學家于吉紅（化學學部，2021年9月8日）。

克魯岑所獲科學大獎與榮銜

1995年10月11日（周三），瑞典皇家科學院宣布，荷蘭大氣化學家和氣象學家保羅·克魯岑、美國籍墨西哥裔大氣化學家馬里奧·莫利納和美國大氣化學家舍伍德·羅蘭因對大氣環境影響的開創性研究成果而贏得當年諾貝爾化學獎，頒獎理由是“因他們在大氣化學領域的工作，特別是有關臭氧生成和分解的研究”。這是諾貝爾科學獎首次授予主要從事環境保護問題研究的科學家，當年750萬瑞典克朗的獎金由3人平分。

氣象學（大氣科學）一度被諾獎排除在頒獎領域之外，隨著諾獎頒獎領域逐漸拓寬，1995年克魯岑以大氣化學成就（有關臭氧的形成和分解機制的開創性研究）榮幸地成為首位贏得諾獎的氣象學家。

瑞典國王給克魯岑頒授諾獎

三位獲獎者均親臨斯德哥爾摩，參加一年一度的“諾貝爾周”（12月6日至13日）系列慶典活動。1995年12月8日，他們各自履行了諾獎得主的唯一義務（非強制性），分別發表題為《我的一生與O3、NOx和其他YZOxs》、《極地臭氧耗損》和《化學諾貝爾演講》（無具體文題）的諾貝爾演講。12月10日下午，隆重的諾獎頒獎典禮在斯德哥爾摩音樂廳舉行，在瑞典皇家科學院院士英格瑪·格倫德（Ingmar Grenthe）教授給化學獎得主做頒獎致辭后，獲獎者從瑞典國王卡爾十六世·古斯塔夫手中領取諾獎。當晚，獲獎者均出席了在斯德哥爾摩市政廳一樓藍廳舉行的盛大諾貝爾晚宴以及稍后在二樓金廳舉行的大型豪華舞會，舍伍德·羅蘭教授被推舉為3位獲獎者的代表發表了約3分鐘的晚宴致辭。

泰勒環境成就獎（簡稱泰勒獎）始頒于1974年，初名泰勒生態獎，現由美國南加利福尼亞大學負責頒獎。泰勒獎被公認是環境科學領域最具聲望的國際性獎項，被學界尊崇為“環境科學界的諾貝爾獎”。1989年，克魯岑和美國海洋化學家愛德華·戈德堡（Edward Goldberg）“因有關環境方面的科學工作”分享當年泰勒獎。哈羅德·約翰斯通、馬里奧·莫利納和舍伍德·羅蘭則是1983年泰勒獎得主。

除諾貝爾獎和泰勒獎以外，克魯岑還榮獲過以下重要國際獎項：美國物理學會頒發的西拉德獎（1985）、瑞典沃爾沃環境獎基金會頒發的沃爾沃環境獎（1991）、馬普學會和洪堡基金會聯合頒發的馬克斯·普朗克國際合作研究獎（現名馬克斯·普朗克-洪堡研究獎，1994）、聯合國環境規劃署頒發的全球臭氧獎（1995）、聯合國環境規劃署/世界氣象組織維也納公約獎（2005）、俄羅斯科學院頒發的羅蒙諾索夫金質獎章（2019）。

2011年底，美國費城的科學信息研究所發表研究報告稱：1991—2001年克魯岑發表的110篇論文總共被引用過2 911次，從而成為全球地球科學領域同期被引用次數最多的學者。

克魯岑所獲國家級及以上院士（會士）或外籍院士頭銜：馬克斯·普朗克科學促進學會（MPG，簡稱馬普學會）會士（1980），美國藝術與科學院外籍榮譽院士（1986），倫敦的歐洲科學院創始院士（1988），荷蘭皇家科學院通信院士（1990），瑞典皇家科學院院士（1992），瑞典皇家工程科學院院士（1992），德國利奧波第那科學院（2008年7月14日起升格為德國國家科學院）院士（1992），美國國家科學院外籍院士（1994），巴黎的歐洲藝術、科學與人文學院榮譽院士（1996），梵蒂岡羅馬教宗科學院（即宗座科學院）院士（1996），意大利林琴科學院外籍院士（1997），俄羅斯科學院外籍院士（1999），第三世界科學院（TWAS，2004年12月更名為發展中世界科學院，2012年9月更名為世界科學院）準院士（2004），舊金山的世界藝術與科學院院士（2005），英國皇家學會外籍會士（2006），奧地利薩爾茨堡的歐洲科學與藝術院榮譽院士（2007）。

克魯岑還是美國地球物理聯合會會員（1986）、德國科學家協會會員（1997）、美國氣象學會榮譽會員（1997）、歐洲地球物理學會榮譽會員（1997）、比利時列日皇家科學學會通信會員（1997）、德國物理學會會員（1998）、斯特拉斯堡的歐洲科技促進會（即歐洲科學委員會）榮譽會員（1999）、瑞典氣象學會榮譽會員（2000）、歐洲地球科學聯盟榮譽會員（2004）、美國科學促進會會員（2004）、美國哲學學會國際會員（2007）和荷蘭皇家化學學會榮譽會員（2017）等。

1996年起，克魯岑任國際氣象學和大氣科學學會（IAMAS）所設國際臭氧委員會榮譽委員。1998年起，克魯岑任國際大氣化學與全球污染委員會（iCACGP）榮譽委員。他積極投身于全球環境保護和大氣污染治理事業并為之獻計獻策，貢獻良多。

1986—2013年克魯岑共獲得過12個國家18所大學授予的榮譽博士稱號：希臘3所，比利時、英國、法國和意大利各2所，加拿大、哥斯達黎加、以色列、美國、智利、斯洛文尼亞和荷蘭各1所。還獲得過以下4所大學（學院）授予的榮譽教授稱號：德國約翰內斯·古騰堡美因茨大學（1993）、北京大學環境科學與工程學院（2004）、上海同濟大學（2005）和韓國首爾國立大學（2008）。