Впервые благодаря прямым спутниковым наблюдениям за озоновой дырой ученые показали, что уровни разрушающего озон хлора снижаются, что приводит к меньшему истощению озонового слоя.
Измерения показывают, что снижение содержания хлора в результате международного запрета на хлорсодержащие химические вещества искусственного происхождения, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), привело к истощению озонового слоя во время антарктической зимы примерно на 20 процентов меньше, чем это было в 2005 году. Первый год измерения хлора и озона во время антарктической зимы были сделаны спутником НАСА «Аура».
«Мы очень ясно видим, что хлор из фреонов опускается в озоновую дыру, и что из-за этого происходит меньшее истощение озонового слоя», - сказала ведущий автор Сьюзан Страхан, ученый-атмосферник из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелт, Мэриленд.
ХФУ представляют собой долгоживущие химические соединения, которые в конечном итоге поднимаются в стратосферу, где разрушаются ультрафиолетовым излучением Солнца, высвобождая атомы хлора, которые затем разрушают молекулы озона. Стратосферный озон защищает жизнь на планете, поглощая потенциально вредное ультрафиолетовое излучение, которое может вызывать рак кожи и катаракту, подавлять иммунную систему и наносить ущерб жизни растений.
Через два года после открытия озоновой дыры в Антарктике в 1985 году страны мира подписали Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, который регулировал использование озоноразрушающих соединений. Более поздние поправки к Монреальскому протоколу полностью прекратили производство ХФУ.
В прошлых исследованиях использовался статистический анализ изменений размера озоновой дыры, чтобы утверждать, что истощение озонового слоя уменьшается. Это исследование является первым, в котором используются измерения химического состава внутри озоновой дыры, чтобы подтвердить, что не только уменьшается истощение озонового слоя, но и что это уменьшение вызвано снижением содержания фреонов..
Исследование было опубликовано 4 января в журнале Geophysical Research Letters.
Антарктическая озоновая дыра образуется в сентябре зимой в Южном полушарии, когда возвращающиеся солнечные лучи катализируют циклы разрушения озона с участием хлора и брома, которые образуются в основном из фреонов. Чтобы определить, как озон и другие химические вещества менялись из года в год, ученые использовали данные микроволнового эхолота (MLS) на борту спутника Aura, который непрерывно проводит измерения по всему миру с середины 2004 года. В то время как многим спутниковым приборам для измерения газовых примесей в атмосфере требуется солнечный свет, MLS измеряет микроволновое излучение и, как результат, может измерять газовые примеси над Антарктидой в ключевое время года: темная южная зима, когда в стратосфере тихая погода и низкие температуры. и стабильно.
Изменение уровней озона над Антарктидой с начала до конца южной зимы - с начала июля до середины сентября - рассчитывалось ежедневно по измерениям MLS каждый год с 2005 по 2016 год. «В этот период антарктические температуры всегда очень низкий, поэтому скорость разрушения озона в основном зависит от того, сколько там хлора», - сказал Страхан. «Именно тогда мы хотим измерить потерю озона».
Они обнаружили, что потери озона уменьшаются, но им нужно было знать, связано ли это с уменьшением содержания фреонов. Когда разрушение озона продолжается, хлор обнаруживается во многих молекулярных формах, большинство из которых не поддаются измерению. Но после того, как хлор уничтожил почти весь доступный озон, он вместо этого вступает в реакцию с метаном, образуя соляную кислоту, газ, измеряемый MLS. «Примерно к середине октября все соединения хлора легко превращаются в один газ, поэтому, измеряя соляную кислоту, мы получаем хорошее измерение общего хлора», - сказал Страхан.
Закись азота - это долгоживущий газ, который ведет себя так же, как фреоны в большей части стратосферы. ХФУ на поверхности уменьшается, а закись азота - нет. Если ХФУ в стратосфере уменьшаются, то со временем для данного значения закиси азота следует измерять меньше хлора. Сравнивая измерения MLS соляной кислоты и закиси азота каждый год, они определили, что общий уровень хлора снижается в среднем примерно на 0,8 процента в год..
Ожидалось 20-процентное снижение истощения озона в зимние месяцы с 2005 по 2016 год, как определено по измерениям озона MLS. «Это очень близко к тому, что наша модель предсказывает, что мы должны увидеть снижение количества хлора», - сказал Страхан. «Это дает нам уверенность в том, что уменьшение разрушения озона до середины сентября, показанное данными MLS, связано со снижением уровня хлора, поступающего из фреонов. Но мы пока не наблюдаем явного уменьшения размера озоновой дыры, потому что это контролируется. в основном по температуре после середины сентября, которая сильно меняется от года к году."
Глядя вперед, озоновая дыра в Антарктике должна продолжать постепенно восстанавливаться по мере того, как ХФУ покидают атмосферу, но полное восстановление займет десятилетия. «ХФУ имеют срок службы от 50 до 100 лет, поэтому они остаются в атмосфере очень долго», - сказала Энн Дуглас, коллега по атмосферным исследованиям в Годдарде и соавтор исследования. «Что касается исчезновения озоновой дыры, мы ожидаем 2060 или 2080 года. И даже тогда небольшая дыра все еще может быть».