Undersøgelse forudsiger, at havene vil begynde at udsende ozonnedbrydende CFC'er

Verdenshavene er et stort depot for gasser, herunder ozonnedbrydende chlorfluorcarboner, eller CFC'er. De absorberer disse gasser fra atmosfæren og trækker dem ned i dybet, hvor de kan forblive sekvestreret i århundreder og mere.

Marine CFC'er har længe været brugt som sporstoffer til at undersøge havstrømme, men deres indvirkning på atmosfæriske koncentrationer blev antaget at være ubetydelig. Nu, MIT-forskere har fundet de oceaniske strømninger af mindst én type CFC, kendt som CFC-11, faktisk påvirker atmosfæriske koncentrationer. I en undersøgelse, der i dag vises i Proceedings of the National Academy of Sciences , holdet rapporterer, at det globale hav vil vende sin mangeårige rolle som et dræn for det potente ozonnedbrydende kemikalie.

Forskerne fremskriver, at inden år 2075, havene vil udsende mere CFC-11 tilbage i atmosfæren, end de absorberer, udsender påviselige mængder af kemikaliet inden 2130. Yderligere, med stigende klimaændringer, dette skift vil ske 10 år tidligere. Emissionerne af CFC-11 fra havet vil effektivt forlænge kemikaliets gennemsnitlige opholdstid, får det til at blive fem år længere i atmosfæren, end det ellers ville. Dette kan påvirke fremtidige estimater af CFC-11-emissioner.

De nye resultater kan hjælpe forskere og politiske beslutningstagere med bedre at lokalisere fremtidige kilder til kemikaliet, som nu er forbudt i hele verden under Montreal-protokollen.

"Når du når den første halvdel af det 22. århundrede, du får nok af en strømning, der kommer ud af havet, til at det kan se ud som om, at nogen snyder Montreal -protokollen, men i stedet, det kunne bare være det, der kommer ud af havet, " siger studiemedforfatter Susan Solomon, Lee og Geraldine Martin professor i miljøstudier i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber. "Det er en interessant forudsigelse og vil forhåbentlig hjælpe fremtidige forskere med at undgå at blive forvirrede over, hvad der foregår."

Salomons medforfattere omfatter hovedforfatter Peidong Wang, Jeffery Scott, John Marshall, Andrew Babbin, Megan Lickley, og Ronald Prinn fra MIT; David Thompson fra Colorado State University; Timothy DeVries fra University of California i Santa Barbara; og Qing Liang fra NASA Goddard Space Flight Center.

Et hav, overmættet

CFC-11 er et chlorfluorcarbon, der almindeligvis blev brugt til fremstilling af kølemidler og isolerende skum. Når det udsendes til atmosfæren, kemikaliet sætter gang i en kædereaktion, der i sidste ende ødelægger ozon, det atmosfæriske lag, der beskytter Jorden mod skadelig ultraviolet stråling. Siden 2010 har produktionen og brugen af ​​kemikaliet er udfaset verden over under Montreal -protokollen, en global traktat, der har til formål at genoprette og beskytte ozonlaget.

Siden udfasningen, niveauer af CFC-11 i atmosfæren har været støt faldende, og forskere vurderer, at havet har absorberet omkring 5 til 10 procent af alle fremstillede CFC-11-emissioner. Efterhånden som koncentrationerne af kemikaliet fortsætter med at falde i atmosfæren, imidlertid, det er forudsagt, at CFC-11 vil overmætte i havet, skubbe det til at blive en kilde snarere end en vask.

"I nogen tid, menneskelige emissioner var så store, at det, der gik ud i havet, blev betragtet som ubetydeligt, " siger Salomon. "Nu, mens vi forsøger at slippe af med menneskelige emissioner, vi finder ud af, at vi ikke længere kan ignorere, hvad havet gør længere. "

Et svækkende reservoir

I deres nye avis, MIT-holdet søgte at finde ud af, hvornår havet ville blive en kilde til kemikaliet, og i hvilket omfang havet ville bidrage til CFC-11-koncentrationer i atmosfæren. De søgte også at forstå, hvordan klimaændringer ville påvirke havets evne til at absorbere kemikaliet i fremtiden.

Forskerne brugte et hierarki af modeller til at simulere blandingen i og mellem havet og atmosfæren. De begyndte med en simpel model af atmosfæren og de øvre og nedre lag af havet, på både den nordlige og den sydlige halvkugle. De tilføjede til denne model menneskeskabte emissioner af CFC-11, som tidligere var blevet rapporteret gennem årene, så kørte modellen frem i tiden, fra 1930 til 2300, at observere ændringer i kemikaliets flux mellem havet og atmosfæren.

De erstattede derefter havlagene i denne simple model med MIT's generelle cirkulationsmodel, eller MITgcm, en mere sofistikeret repræsentation af havets dynamik, og kørte lignende simuleringer af CFC-11 over samme tidsperiode.

Begge modeller producerede atmosfæriske niveauer af CFC-11 gennem i dag, der matchede med registrerede målinger, giver holdet tillid til deres tilgang. Da de så på modellernes fremtidsprognoser, de observerede, at havet begyndte at udsende mere af kemikaliet, end det absorberede, begynder omkring 2075. I 2145, havet ville udsende CFC-11 i mængder, der ville kunne påvises af de nuværende overvågningsstandarder.

Havets optagelse i det 20. århundrede og afgasning i fremtiden påvirker også kemikaliets effektive opholdstid i atmosfæren, reducere det med flere år under optagelsen og øge det med op til 5 år ved udgangen af ​​2200.

Klimaændringer vil fremskynde denne proces. Holdet brugte modellerne til at simulere en fremtid med global opvarmning på omkring 5 grader Celsius i år 2100, og fandt ud af, at klimaændringer vil fremme havets skift til en kilde med 10 år og producere påviselige niveauer af CFC-11 inden 2140.

"Generelt, et koldere hav vil absorbere flere CFC'er, " Wang forklarer. "Når klimaændringer opvarmer havet, det bliver et svagere reservoir og vil også udgasse lidt hurtigere."

"Selv hvis der ikke var nogen klimaændringer, som CFC'er henfalder i atmosfæren, til sidst har havet for meget i forhold til atmosfæren, og det kommer ud igen, " tilføjer Solomon. "Klimaændringer, vi tænker, vil få det til at ske endnu hurtigere. Men skiftet er ikke afhængigt af klimaforandringerne."

Deres simuleringer viser, at havets skift vil ske lidt hurtigere på den nordlige halvkugle, hvor store cirkulationsmønstre i havet forventes at bremse, efterlader flere gasser i det lavvandede hav for at flygte tilbage til atmosfæren. Imidlertid, at kende de nøjagtige årsager til havets vending vil kræve mere detaljerede modeller, som forskerne har tænkt sig at udforske.

"Nogle af de næste trin ville være at gøre dette med modeller med højere opløsning og fokusere på forandringsmønstre, " siger Scott. "For nu, vi har åbnet nogle fantastiske nye spørgsmål og givet en idé om, hvad man kan se."