Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Natur

Forskere deler perspektiv på nøgleelementer i ozonlagets genopretning

Et sammensat billede af Jordens vestlige halvkugle. Kredit:NASA

Hvert år, ozonnedbrydende forbindelser i den øvre atmosfære ødelægger det beskyttende ozonlag, og i særdeleshed over Antarktis. Ozonlaget fungerer som Jordens solcreme ved at absorbere skadelig ultraviolet stråling fra indkommende sollys, der kan forårsage hudkræft og skade planter, blandt andre skadelige virkninger for livet på Jorden. Mens disse forskellige forbindelser hver frigiver enten reaktivt klor eller brom, de to aktive ozon-nedbrydende ingredienser, under en række kemiske reaktioner, molekylerne har en række forskellige levetider i atmosfæren, som kan påvirke deres endelige indvirkning på ozonlaget og dets fremtidige genopretning.

n et Perspektiv-stykke, der vises i 8. december-udgaven af Videnskab , NASA-forskere diskuterer nuancerne, der adskiller tre kategorier af forbindelser og deres indvirkning på øvre atmosfærisk ozon:langtidsholdbare og menneskeskabte forbindelser, kortlivede og menneskeskabte forbindelser, og forbindelser, der er kortlivede og naturligt udsendes fra havet. Alle de langtidsholdbare og nogle af de menneskeskabte kortlivede forbindelser er kontrolleret af Montreal-protokollen for at reducere deres indvirkning på ozon. Forskerne finder, at langtidsholdbare forbindelser stadig dominerer udsigterne for ozongenvinding.

Denne diskussion er en del af en igangværende videnskabelig debat om virkningen af ​​kortlivede ozonnedbrydende forbindelser, der forbliver i atmosfæren i mindre end seks måneder, hvis menneskeskabte emissioner er steget. Det er relevant for det arbejde, der udføres af FN's miljøprogram, der administrerer Montreal-protokollen og dens ændringer, den afgørende globale aftale om at forbyde og udfase ozonnedbrydende forbindelser. I øjeblikket er det kun ozonlagsnedbrydende stoffer med en atmosfærisk levetid fra et år til over 100 år, er kontrolleret, fordi de bliver i atmosfæren længe nok til at nå den øvre atmosfære, kaldet stratosfæren. Kortlivede forbindelser er uregulerede, da deres påvirkninger er mindre signifikante.

"Montreal-protokollen har været en stor succes, " sagde atmosfærisk videnskabsmand Qing Liang ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og første forfatter af perspektivet. Som et resultat af regulering i Montreal-protokollen, niveauerne af ozonlagsnedbrydende klor og brom holdt op med at vokse i atmosfæren i midten af ​​1990'erne, og har været faldende med næsten det forventede tempo. Ozonlaget viser antydninger af heling.

Alligevel, de langlivede kontrollerede stoffer, flertallet frigivet før 1987, forventes stadig at udgøre 56 procent af den samlede stratosfæriske klor og brom i 2050, ifølge Liang og hendes kollegers analyse. I modsætning, højst forventes kun fire procent af klor og brom at komme fra uregulerede menneskeskabte ozonnedbrydende forbindelser. Resten af ​​klor og brom i 2050 vil komme fra forbindelser, der naturligt udsendes af havet. Men da havets temperatur stiger på grund af klimaopvarmningen, deres emissionsrater kan potentielt stige med 20 procent mellem 2010 og 2100. En yderligere kilde til naturlige ozonnedbrydende forbindelser er skovbrande, både naturligt og menneskeligt.

Forskere ved NASA, National Oceanic and Atmospheric Administration, såvel som andre internationale agenturer overvåger konstant det stratosfæriske ozonlag og niveauerne af ozonnedbrydende kemikalier på Jordens overflade.

Hvorvidt et stof når stratosfæren eller ej, er den primære faktor, der dikterer, hvilken kategori af forbindelser man skal bekymre sig om, sagde medforfatter Susan Strahan fra NASA Goddard. Jo længere levetid et ozonnedbrydende stof har, jo længere tid vil det være til at nå stratosfæren og ødelægge ozon. Kortlivede stoffer, på den anden side, vil have en minimal effekt på at forsinke ozongenvinding, fordi de er mere tilbøjelige til at nedbrydes, før de når stratosfæren, hun sagde.

Et af disse stoffer kaldet dichlormethan er blevet undersøgt for nylig på grund af dets stigende emissionsrater i løbet af de sidste par år. Det er en alsidig erstatning for mange forbudte kemikalier i industrien. Dichlormethan nedbrydes i atmosfæren på omkring fire måneder, og dets skadelige nedbrydningsprodukter fjernes fuldstændigt fra atmosfæren inden for få år efter deres emissioner.

"På grund af dens meget kortvarige natur, og det usandsynlige scenarie, hvor emissionerne opretholder en høj vækstrate, det er højst usandsynligt, at dichlormethan vil have en større indvirkning på ozonlaget, " sagde Liang. Liang mener, at dens emissionsrate vil højne, når industrierne når deres bæreevne baseret på økonomisk efterspørgsel.

Ud over, industrielle kortlivede ozonnedbrydende stoffer, der udsendes på land, ofte på mellembreddegrader, har fire til seks måneders rejse til stratosfæren. Dette er lidt længere end deres levetid og giver dem mere tid til at blive ødelagt eller udvasket af regn, før de ankommer til ozonlaget, sagde Liang.

Kortlivede bromforbindelser frigivet naturligt fra havoverfladen, imidlertid, har en mere udtalt indvirkning på ozon end deres kortlivede industrielle fætre. Fordi de frigives i store mængder fra tropiske oceaner, de løftes hurtigt af tropiske tordenvejr ind i stratosfæren inden for en måned eller to, hvor de kan ødelægge ozon i en større del af deres levetid.

"Den anden vigtige faktor er klimaændringer. Når de tropiske oceaner bliver varmere, naturlige emissioner af methylbrom og andre kortlivede bromerede arter vil stige, " sagde Strahan. "Og du kan ikke slå det fra. Når havet bliver varmere, emissionsstigningen fortsætter."

Også bekymrende er de forbudte kemikalier, der fortsætter med at trænge ind og ophobes i atmosfæren. Et eksempel er kulstoftetrachlorid, som er reguleret af Montreal-protokollen og har en levetid på 33 år i atmosfæren. Mens dens produktion, brug og ødelæggelse er nøjagtigt overvåget og rapporteret, det dannes også som et biprodukt i produktionslinjerne af chloroform og dichlormethan. Fordi det er meget flygtigt, det har utilsigtede emissioner, der siver ud i atmosfæren, sagde Liang. Det er sandsynligvis ikke det eneste regulerede ozonnedbrydende stof, der sniger sig ud uden hensyn til fra produktionslinjen af ​​andre kemikalier.

Liang og Strahan baserede deres analyse på en kombination af computermodelsimuleringer af atmosfæren og målinger af koncentrationerne af de ozonnedbrydende kemikalier. NASAs Goddard Earth Observing System Version 5 (GEOS-5) model simulerer atmosfæren i 3D, som giver forskerholdet mulighed for at følge atmosfæriske gasser fra deres kilder på jorden gennem deres rejse til den øvre atmosfære. Modellen er understøttet af observationer fra satellitter, jordbaserede netværk, der måler ozonnedbrydende kemikalier i den virkelige verden, og ved observationer fra to årtiers NASA-flyfeltkampagner, inklusive det seneste Airborne Tropical Tropopause Experiment (ATTREX) i 2013 og Atmospheric Tomography (ATom) globale atmosfæriske undersøgelse, som har foretaget tre implementeringer siden 2016.


Varme artikler