Stigende drivhusgasser udgør en fortsat trussel mod det arktiske ozonlag

Der foregår et kapløb højt i atmosfæren over Arktis, og ozonlaget, der beskytter Jorden mod skadelig ultraviolet (UV) stråling, vil tabe kapløbet, hvis drivhusgasemissionerne ikke reduceres hurtigt nok.

En ny undersøgelse fra et internationalt hold af forskere, herunder University of Maryland professor Ross Salawitch, viser, at ekstremt lave vintertemperaturer højt i atmosfæren over Arktis bliver hyppigere og mere ekstreme på grund af klimamønstre forbundet med global opvarmning. Undersøgelsen viser også, at disse ekstremt lave temperaturer forårsager reaktioner blandt kemikalier, som mennesker pumpede i luften for årtier siden, fører til større ozontab.

De nye resultater sætter spørgsmålstegn ved den almindelige antagelse om, at tabet af ozon ville stoppe i løbet af få årtier efter det globale forbud i 2010 mod produktion af ozonlagsnedbrydende kemikalier kaldet chlorfluorcarboner (CFC'er) og haloner.

Undersøgelsen - som blev udført i fællesskab af UMD, Alfred Wegener Instituttets Helmholtz Center for Polar- og Havforskning, og det finske meteorologiske institut - blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 23. juni, 2021.

"Vi er i et slags kapløb mellem det langsomme og konstante fald i CFC'er, som tager 50 til 100 år at forsvinde, og klimaændringer, hvilket får ekstreme polære hvirveltemperaturer til at blive koldere i et hurtigt tempo, " sagde Ross Salawitch, som er professor i UMD Institut for Atmosfærisk og Oceanisk Videnskab, Institut for Kemi og Biokemi, og Earth System Science Interdisciplinary Center. "De stadigt koldere temperaturer skaber forhold, der fremmer ozonnedbrydning fra CFC'er. Så, selvom disse forbindelser langsomt forsvinder, Den arktiske ozonnedbrydning er stigende, efterhånden som klimaet ændrer sig."

Nye data fra undersøgelsen viste de laveste arktiske polarhvirveltemperaturer og de højeste ozontab nogensinde i 2020, slog de tidligere rekorder, der blev sat for ni år siden i 2011.

Den polære hvirvel er en relativt selvstændig, lavtrykssystem, der dannes i stratosfæren - i en højde af omkring 12 til 50 kilometer (7,5 til 31 miles) - over Arktis hvert efterår og forbliver i varierende varighed gennem vinteren til foråret. Mønsteret med varme og kolde vintertemperaturer i den polare hvirvel er meget uregelmæssigt, så ikke hver vinter er ekstrem kold.

Men tendensen til hyppigere og mere ekstreme lave temperaturer i den polare hvirvel bekymrer forskerne, fordi disse forhold fremmer dannelsen af ​​skyer, og det fremmer ozontab i den polære stratosfære.

Det meste af klor og en betydelig mængde af brom i stratosfæren kommer fra nedbrydning af CFC'er, haloner og andre ozonlagsnedbrydende stoffer. Normalt i den arktiske polære hvirvel er klor ikke-reaktivt, men skyer giver de rette betingelser for, at kloren kan ændre form og reagere med brom og sollys for at ødelægge ozon.

På trods af drastisk reduktion af den industrielle produktion af CFC'er og haloner siden Montreal-protokollen i 1987 og det globale forbud, der fulgte i 2010, disse langtidsholdbare forbindelser er stadig rigelige i atmosfæren. Ifølge World Meteorological Organization, atmosfærisk klor og brom produceret af mennesker forventes ikke at falde under 50 % af deres højeste niveauer før i slutningen af ​​dette århundrede.

For at afgøre, hvad denne situation betyder for fremtiden, forskerne fremskrev ozontab frem til år 2100 baseret på den langsigtede temperaturtendens i polarhvirvelen og det forventede fald i klor- og bromforbindelser. De baserede deres forudsigelser på output fra 53 topklimamodeller, der blev brugt af det mellemstatslige panel om klimaændringer.

"Alle undtagen én af de klimamodeller, vi så på, viser, at usædvanligt kolde vintre i polarhvirvelen vil blive koldere med tiden, " sagde Salawitch. "Og jo flere drivhusgasemissioner der er, jo stejlere tendens, hvilket betyder større ozonnedbrydning."

Ved at kombinere disse fremskrivninger med analyser af meteorologiske data fra de seneste 56 år, forskerne bekræftede, at Arktis allerede oplever en betydelig tendens til lavere stratosfæriske temperaturer og dermed forbundne stigninger i ozontab. Hvad mere er, deres observationer afslører, at disse tendenser forekommer i overensstemmelse med de hurtigste klimamodeller.

"Vi har sagt, at der kommer et tog i en årrække nu, " sagde Salawitch, peger på forskningsartikler, han udgav i 2004 og 2006, og som viste, at ekstreme vintre i Arktis blev koldere. "Vi har nu set toget suse forbi med et rekordstort ozontab i 2011 og nu i 2020. Så, dette papir er virkelig et wake-up call om, at der sker noget i atmosfæren, som er virkelig vigtigt for ozon, og det ser ud til, at drivhusgasser driver det."

Salawitch og hans kolleger forstår endnu ikke helt, hvordan stigende drivhusgasemissioner og de dermed forbundne ændringer i det globale klima forårsager de ekstreme kolde vintre i stratosfæriske lag af polarhvirvelen. Men nogle af de underliggende mekanismer er forstået. Den globale opvarmning opstår delvist, fordi drivhusgasser fanger varmen tættere på jordens overflade, som tillader afkøling af de øvre lag i stratosfæren, hvor ozonlaget er placeret. Opvarmning af overfladen forårsager ændringer i de fremherskende vindmønstre, og forskerne foreslår, at disse ændringer også giver lavere temperaturer i den polare hvirvel.

Forskerne bemærker også, at de seneste år har set en hurtig stigning i metan, en kraftigere drivhusgas end kuldioxid, i den lavere atmosfære. Når denne gas bevæger sig til stratosfæren, det øger fugtigheden, hvilket også fører til forhold, der fremmer ozonødelæggende kemiske reaktioner i Arktis.

Fordi ozon filtrerer meget af solens potentielt skadelige UV-stråling, et forarmet ozonlag over Arktis kan resultere i, at mere UV-stråling når jordens overflade over Europa, Nordamerika og Asien, når polarhvirvelen dykker mod syd.

Men der er håb for at undgå fremtidig ozonnedbrydning, ifølge forskerne. Deres undersøgelse viser, at væsentlige reduktioner i drivhusgasemissionerne i løbet af de kommende årtier kan føre til et støt fald i forhold, der favoriserer stort ozontab i den arktiske stratosfære.

Forskningspapiret, Klimaændringer begunstiger store sæsonbestemte tab af arktisk ozon, Peter von der Gathen, Rigel Kivi, Ingo Wohltmann, Ross J. Salawitch, Markus Rex, blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 23. juni, 2021.