Hvordan har du det antarktiske ozonhul?

Hvordan har du det antarktiske ozonhul?

Andrei Kiselev, Igor Karol
"Nature" №10, 2016

Om forfatterne

Andrei Alexandrovich Kiselev – Kandidat i Fysisk og Matematisk Videnskab, Seniorforsker ved Institut for Dynamisk Meteorologi fra Det Store Geofysiske Observatorium. A.I. Voeikova (Skt. Petersborg). Forskningsinteresser – fotokemiske processer i atmosfæren.

Igor Leonidovich Karol – Doktor i Fysisk og Matematisk Videnskab, Professor, Leder af Laboratoriet i samme Observatorium. Specialist inden for klimamodellering, fotokemiske og strålingsprocesser i atmosfæren. I mange år beskæftiget sig med problemerne med atmosfærisk ozon.

Folk lærte om eksistensen af ​​ozonhullet for 30 år siden, i 1985. Men for mange gik denne opdagelse næsten ubemærket; interesse og angst kom senere, da arktiske også købte sit "hul" ud over Antarktis langt fra os. Specialister vurderede straks den potentielle trussel og begyndte intensivt at studere et tidligere uset naturfænomen. Det blev hurtigt opdaget, at ozonhullets udseende i slutningen af ​​vinteren og det tidlige forår over Antarktis skyldes den kumulative effekt af tre faktorer: blokering af luftudveksling mellem polar- og mellem sydlige breddegrader (fænomenet en cirkumpolær hvirvel) og ødelæggelsen af ​​ozon,der forekommer på to måder – på overfladen af ​​skyskrystaller, der forekommer i den nedre stratosfære ved ekstremt lave temperaturer (ca. -85 ° … -75 ° C) og i kemiske reaktioner, der involverer chlor- og bromatomer. Indholdet af chlor- og bromforbindelser i atmosfæren på det tidspunkt voksede hurtigt som følge af den udbredt anvendelse af freoner som kølemidler, dispensere, opblæsningsmidler, opløsningsmidler mv. At være ugiftige, brandfarlige og kemisk passive, nåede disse menneskeskabte kemikalier, der kom ind i atmosfæren, sikkert op på stratosfæren hvor de blev ødelagt af sollysets virkninger, samtidig med at de generøst berigede det med samme chlor- og bromatomer [1]. Således er forekomsten af ​​ozonhullet forårsaget af både naturlige og menneskeskabte årsager. I denne situation var det rimeligt at rette bestræbelser på at neutralisere resultaterne af "handlinger af menneskelige hænder". Allerede i 1987 blev Montreal-protokollen vedtaget og snart vedtaget med henblik på den gradvise reduktion og efterfølgende ophør og frigivelse af ozonlagsnedbrydende stoffer. Et af dens punkter var forbuddet mod anvendelse af de udviklede økonomiske kræfter af fem freons fra den første generation – freon-11 (CFCl3), -12 (CF2cl2) -113 (C2F3cl3) -114 (C2F4cl2), -115 (C2F5Cl) fra 1. januar 1996

Det har været 20 år. Ifølge modelberegningerne forventes den største effekt af de vedtagne Montreal restriktioner i Jordens polare områder, og ozonlaget er i midten af ​​XXI århundrede.1 Selvfølgelig er der stadig tid før 2050, men det er nysgerrig at se, hvad der sker med det antarktiske ozonhul i dag, for 20 år er også meget.

Freons 20 år senere

I vores logiske kæde "årsag – effekt" er det efter vores mening endnu bedre at starte med årsagen. Så freon første generation. For to årtier siden tørrede deres strømning ind i atmosfæren ikke natten over (de fleste lande var trods alt ikke tabu på deres produktion og brug), men faldt markant. Takket være den regelmæssige overvågning i dag kan vi se, hvordan koncentrationerne af freons i troposfæren er ændret de seneste år. Koncentrationer af freon-11 (dens levetid i atmosfæren τ ≈ 45 år) og -113 (τ ≈ 85 år) faldt ensbetydende i hele den betragtede periode: deres fald i 2015 (i forhold til 1996-niveauerne) var 13,4 og Henholdsvis 14,1%.

Koncentrationen af ​​freon-12 (τ ≈ 100 år) fortsatte med at vokse indtil 2004 og først derefter begyndte at falde, derfor er dens nuværende fald i forhold til 1996- temmelig symbolsk (kun 1,9%). Ikke desto mindre er koncentrationen af ​​Freon-12 siden 2004 faldet med 4,5%. Bemærk at samtidig med fjernelsen af ​​den første generation af freoner fandt udskiftningen af ​​freons fra den første generation sted med kemikalier, der er mindre farlige for ozonlaget. Disse omfatter især "ikke-jurisdiktion" freon-22 (CHF2Cl, τ ≈ 12 år): dens koncentration steg 93% til 2015 med 93%, det vil sige næsten fordoblet.

Ændringer i freon koncentrationer (øverst) og total chlor i troposfæren. 1 billioner−1 svarer til et molekyle pr. 1012 luftmolekyler. Billede: esrl.noaa.gov

Således dannes den totale mængde chlor i troposfæren under betingelser med faldende koncentrationer af forbindelser indeholdende flere af dets atomer. Samtidig vokser indholdet af deres substitutter som regel med et mindre antal kloratomer og en kortere levetid. Som et resultat heraf har der siden 1996 været en tendens til et fald i det samlede indhold (herunder foruden de nævnte andre kemikalier, for eksempel "antropogen" methylchlorform (CH3CCI3, τ ≈ 6 år) og "naturlig" methylchlorid (CH3Cl, τ ≈ 1 år)) chlor i troposfæren. Det samlede fald i denne periode var 10,0%.

Måske vil nogle læsere måske undre sig over, hvorfor vi betaler så meget opmærksomheden på troposfæren, mens hovedindvirkningen på ozon anvendes af klorholdige forbindelser ovenfor i stratosfæren. Der er grunde til dette.For det første, da freonemissionerne går fra jordens overflade, fungerer troposfæren som en slags transitzone på vej til stratosfæren. For det andet er kontrollen over freonniveauer i troposfæren etableret meget bedre end i stratosfæren. Derfor er det meget vanskeligt at få lige så fuldstændige oplysninger om stratosfæriske indhold af freons.

Baseret på målinger fra 2002-2011. [3] bestemt den karakteristiske rumlige fordeling af koncentrationer af freon-11 og -12, hvis indhold i atmosfæren er meget højere end resten. Det viste sig, at stratosfæriske koncentrationer af begge freons falder med stigende afstand fra ækvator til polerne og med stigende højde. Analyse af disse data viser, at i 15-20 km-laget er hastigheden af ​​fald i freonkoncentrationer 20-30 billioner−1 / 10 år [3]. Et lidt mere intensivt fald ses i Arktis, og i midten sydlige breddegrader i en højde på 25 km falder koncentrationen af ​​freon-12 betydeligt (79 billioner−1 / 10 år). Desværre dækker disse data ikke Antarktis. Der er dog ingen grund til at tro, at tendenser, som er fundamentalt forskellige fra de nordlige lande, er iboende i den sydlige polarregion.

Spatiale koncentration fordelinger i (billioner−1) freon-11 i marts 2011 (til venstre) og freon-12 i september 2008 [2], beregnet i henhold til måledataene for 2002-2011. [3]. Negative breddegrader svarer til den sydlige halvkugle

Det er således muligt at fastslå det allestedsnærværende fald i indholdet i atmosfæren af ​​alle freons, der er faldet under Montreal-forbuddet. På grund af deres atmosfæriske "levetid" er koncentrationerne dog stadig meget høje. Og alligevel svækker chlorbelastningen på ozonlaget gradvist.

Kronik af sæsonbestemt ozonnangel

Vi vender nu til en anden komponent i den logiske kæde – virkningen, det vil sige til det antarktiske ozonhul. "Ozonbommen" i anden halvdel af 1980'erne efterlod en arv på iskontinentet i form af en lang række måle stationer, som til dato regelmæssigt leverer information om ozonlagets aktuelle tilstand.

Ozonhullets tilstand er normalt karakteriseret ved det område, den dækker, og dens "dybde", som er minimumsværdien af ​​det samlede ozonindhold (CCA). Det er interessant at spore, hvordan ozonhullet har ændret sig fra år til år i løbet af de sidste to årtier.

Mindste og maksimale arealværdier i 2002 og 2006 nåede 12 og 26,6 millioner km2 henholdsvis de var næsten to gange, men under 20 millioner km2 Ozonhullet faldt kun fire gange. Gennemsnitsområdet for hele tyveårsperioden er 22,5 millioner km2, og for øvrigt er det 1,6 gange området Antarktis selv! Og vigtigst af alt er der ingen grund til at tale om den nedadgående tendens: I 2015 havde ozonhullet det største område i de sidste ni år – 25,6 millioner km2.

Gennemsnittet for perioden fra 7. september til 13. oktober hvert år er området for ozonhullet. Billede: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Med andre ord er ozonhullet stadig "bredt" og også "dybt" – fordi den såkaldte klimastandard anses for at være TO-værdien lig med 220 e. D.2 De minimale TOC værdier er udsat for betydelige interanuelle svingninger (for eksempel i de sidste 10 år var spredningen 98,2-139,1 e. D.). Den positive udvikling med 9,7% over 10 år ser ikke ud til at være imponerende. Hvis vi kun ser en lignende trend i løbet af det sidste årti, viser det sig, at de minimale TO-værdier begyndte at vokse dobbelt så hurtigt (21,2% over 10 år). Det ser ud til at tendensen til at øge dem er indlysende, men … Statistisk analyse viserat disse tendenser (i modsætning til dem der vil blive diskuteret yderligere) er desværre ubetydelige i dag. Så det er stadig for tidligt at gøre generaliseringer og konklusioner.

Gennemsnittet for perioden fra 21. september til 16. oktober hvert år er den mindste TO værdi i ozonhullet. I rødt viser en lineær tendens. Billede: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Men det tætte forhold mellem ozonhullets tilstand og temperaturen i de antarktiske stratosfæremålingsdata bekræfter med sikkerhed, nemlig: minimumet TO og temperatur falder sammen i fase, og ozonhullets og temperaturens område er i antifase. Denne kendsgerning bekræftes af meget høje korrelationskoefficienter, svarende til henholdsvis 0,892 og -0,933. Således fortsætter de naturlige mekanismer til dannelsen af ​​ozonhullet korrekt og effektivt. Og hvad med den menneskeskabte faktor?

Forholdet mellem ozonhullets tilstand og temperaturen i den antarktiske stratosfære. Til venstre – gennemsnit for perioden fra 7. september til 13. oktober hvert år, temperaturen og arealet af ozonhullet. Til højre – gennemsnit for perioden fra 21. september til 16. oktober, temperatur og minimum CCA. Temperaturen blev bestemt i niveauet 70 hPa (ca. 18 km). Billede: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Der er en anden, efter vores mening, mere vejledende karakteristisk for ozonhullet: ozonmangel i den. Nogle online ressourcer giver relevante daglige data for hele eksistensen af ​​"hullet". Hvis forekomsten af ​​minimale TOC-værdier i høj grad er ansvarlig for ultra-lave temperaturer, der kun forekommer i en kort periode.3så fungerer klorbelastningen på ozonosfæren i hele vinterhalvåret, og derfor gør ozonmangelene det muligt at vurdere den stratosfæriske klor-ozonafhængighed mere fuldt ud. Næste bruger vi de data, der leveres på internet-tjenesten TEMIS (Troposfæriske emissioner overvågning internet service).

Den daglige ozonnangel er defineret som forskellen mellem 220 e. D. (dvs. den klimatiske norm) og TO-værdien reel for denne dag. Naturligvis er kun disse dage overvejet, når CCA ikke overstiger 220 e. D. Derefter summeres værdierne fra forskellige stationer. Resultaterne viser, at ozonmangel er over 20 år faldet med 14,7%. Det er imidlertid indlysende, at den absolutte værdi af ozonmangel afhænger af størrelsen på "hullet", som varierede fra år til år over et bredt spektrum. Derfor er det tilrådeligt at vurdere samtidig det specifikke ozonunderskud, dvs. underskuddet pr. 1 km2 "huller".I dette tilfælde viser det sig, at ozonmangel er reduceret betydeligt mere intensivt (med 26,5% over to årtier). Tilstedeværelsen af ​​statistisk betydning af disse tendenser tyder på, at "processen er begyndt" …

Ozonmangel i hele området af ozonhullet (øverst) og i form af 1 km2 (nedenunder) for hele dets periode. I rødt viser en lineær tendens. Billede: TEMIS

Ifølge "tidsplanen"?

Den voldsomme kontrovers omkring Montreal-protokollen er endnu ikke blevet slettet fra hukommelsen, og ikke kun hensigtsmæssigheden af ​​at underskrive dette dokument, men også sandheden om de fysisk-kemiske mekanismer, der gav anledning til ozonhullet, blev stillet spørgsmålstegn ved. Desværre forsvandt denne kontrovers umiddelbart fra de "videnskabelige skinner" og flyttede til det politiske og økonomiske plan. FNs generalsekretær (1997-2006) Kofi Annan udtalte, at "måske Montreal-protokollen kan betragtes som den eneste meget vellykkede internationale aftale." Hans russiske modstandere så i vedtagelsen af ​​protokollen et forsøg på at kvæle den indenlandske køleindustri ved "verdensimperialisme" og et angreb på dets konkurrenceevne, selvom det er svært at ikke være enig med B.Zhukova: "… Du skal have en meget stor fantasi til at præsentere europæiske og amerikanske indkøbscentre, proppet med rækker Oka og ZIL køleskabe"4. Vægten af ​​enhver mening afhænger dog af, hvor godt det understøttes af fakta, derfor lad os vende tilbage til moderne virkeligheder. Hvordan kan man vurdere, hvad der skete med det antarktiske ozonhul i de sidste to årtier? Og i hvilket omfang svarer disse fakta til tidligere prognoser?

Vi indrømmer at efter læsning kunne det have været nogen, der i løbet af disse år levede ozonhullet efter sine egne love, som var kendt for hende alene, fuldstændig ignorerer vores freon-adolescent fuss. Faktisk er ozonhullets opførsel i dag stort set bestemt af, hvor lav den antarktiske stratosfæriske temperatur er i september-oktober, hvilket i øvrigt også afhænger af udviklingen i CCA. Denne faktor forbliver dominerende gennem årene. Vigtigst, men stadig ikke den eneste, fordi de ultra-lave temperaturer i Antarktis stratosfære sandsynligvis fandt sted tidligere, længe før udseendet af ozonhullet. Den skarpe stigning i klorindholdet i atmosfæren i 1970-1980'erne spillede rollen som en slags trigger, hvilket gav starten på det antarktiske fænomen, der blev diskuteret på disse sider.Den aktuelle udvikling af ozonhullet forekommer på baggrund af stadig høje koncentrationer af stratosfærisk klor, hvilket bør tage flere årtier at falde til det "lave" niveau. I mellemtiden har klorbelastningen i atmosfæren, som en slags "grå kardinal", en betydelig indvirkning på dannelsen af ​​ozonhullet, samtidig med at den er tilfreds med den tilsyneladende uhensigtsmæssige understøttende rolle.

Det gennemsnitlige ozonindhold over den sydlige halvkugle i september 2015 Billede: ozonewatch.gsfc.nasa.gov

Har ozonhullets adfærd iagttaget i de seneste årtier taget af overraskende teoretikere? Hvis vi diskuterer generelle tendenser og ikke nuancer, kan det argumenteres: nej, det fanger ikke. Ifølge P. Newmans estimater offentliggjort i 2006 (P. Newman) og medforfattere, skal ozonhullet falde langsomt i 2001-2017, men statistisk signifikant vil denne reduktion ikke være før 2024 [4]. Disse resultater er i overensstemmelse med udtalelsen fra eksperter fra US National Aerospace Agency (NASA): "Positive ændringer i ozonlaget vil ikke komme frem til 2020." Ifølge modelprognoserne var satsen for ozonlaget genopretning over Antarktis i 1995-2015 minimal (for de fleste modeller ligger de inden for et dusin procent)5. Så der er grund til at tro på, at udviklingen af ​​ozonhullet, i det mindste for tiden, generelt er i overensstemmelse med den tidsplan, som teoretikerne beskriver. I fremtiden skal der i overensstemmelse med samme tidsplan fremskyndes genoprettelsen af ​​ozonlaget over Antarktis på grund af den mangelfulde adskillige fotokemiske transformationer, der forekommer i atmosfæren, herunder med deltagelse af klorforbindelser og ozon. Og om denne tidsplan vil blive opretholdt i praksis, vil vi snart finde ud af det.

"Hver handling har langsigtede konsekvenser"6– Denne tankegang af P. Coelho bekræfter historien om eksistensen af ​​ozonhullet. En mand skabte forholdsvis hurtigt forudsætningerne for sin forekomst, og naturen har brug for meget mere tid til at rette op på den nuværende situation … Jeg vil virkelig have denne lektion ikke at være en gave til os.

litteratur
1. Karol I. L., Kiselev A. A. Klima Paradokser. M., 2013.
2. Clarmann T. von. Klor i stratosfæren // Atmosphera. 2013. V. 26. nr. 3. s. 415-458.
3. Kellmann, S., Clarmann, T. von, Stiller, G. P. et al. Global CFC-11 (CCl3F) og CFC-12 (CCl2F2) målinger med Michelson Interferometer for passiv atmosfærisk lyde (MIPAS): hentning, klimatologier og tendenser // Atmosfærisk kemi og fysik. 2012. V. 12. P. 11857-11875. DOI: 10.5194 / acp-12-11857-2012.
4. Newman, P.A., Nash, E.R., Kawa, S.R. et al. Hvornår vil det antarktiske ozonhul genvinde? // Geofysiske forskningsbreve. 2006. V. 33. L12814. DOI: 10.1029 / 2005GL025232.


1 Videnskabelig vurdering af ozonaflejring: 2010. WMO Global Ozone Research and Monitoring Project. Rapport nr. 52. Kapitel 3: Fremtidig ozon og dens indvirkning på overfladen UV (PDF, 5 MB).

2 En Dobson-enhed (e. D.) svarer til 2,69 · 1016 ozonmolekyler i atmosfærisk søjle med en base på 1 cm2 jordens overflade.

3 Ifølge den her beskrevne ressource er den karakteristiske tid for eksistensen af ​​de maksimale arealer af ozonhullet og de minimale TO-værdier ca. en måned (fra 7. september til 13. oktober og fra 21. september til 16. oktober).

4 Zhukov B. Protokoller fra Montreal sages // Telegraph "Around the World". 10.10.2007.

5 Videnskabelig vurdering af ozonaflejring: 2010. WMO Global Ozone Research and Monitoring Project. Rapport nr. 52. Kapitel 3: Fremtidig ozon og dens indvirkning på overfladen UV (PDF, 5 MB).

6 Coelho P. Lygterens Bog. M., 2009.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: