Новое исследование, проведенное Гарвардским университетом, показывает, что защитный стратосферный озоновый слой над центральной частью Соединенных Штатов подвержен эрозии в летние месяцы в результате озоноразрушающих химических реакций, подвергающих людей, домашний скот и сельскохозяйственные культуры вредному воздействию УФ-излучение.
Мощные штормовые системы, характерные для Великих равнин, выбрасывают водяной пар, который при наблюдаемых колебаниях температуры может вызвать те же химические реакции в центральной части Соединенных Штатов, которые являются причиной потери озона над полярными регионами, согласно новому исследованию. Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Доклад, подготовленный Джеймсом Г. Андерсоном, профессором химии атмосферы Филипа С. Уэлда в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), обнаружил, что концентрации стратосферного озона над Соединенными Штатами летом уязвимы как к увеличению количества водяного пара, так и к наблюдаемым колебаниям температуры из-за штормовых систем над Великими равнинами. Ожидается, что изменение климата будет сопровождаться увеличением частоты и интенсивности этих штормовых систем, а также более долгосрочным снижением стратосферных температур.
Используя обширные авиационные наблюдения в арктической стратосфере в начале 2000-х годов, исследователи установили химическую основу, определяющую повышенную скорость потери озона в зависимости от температуры и водяного пара. Затем они использовали недавние наблюдения метеорадара NEXRAD, чтобы продемонстрировать, что в среднем 4000 штормов каждое лето проникают в стратосферу над центральной частью Соединенных Штатов, что гораздо чаще, чем считалось ранее.
Это сочетание обстоятельств подвергает стратосферу над штатами, включая Техас, Оклахому, Канзас, Небраску, Айову, Миссури, Дакоту и штаты, граничащие с Великими равнинами, риску химических реакций, разрушающих озон летом, что может привести к к более высоким уровням воздействия вредного ультрафиолетового излучения солнца.
«Эти события не были предсказаны ранее, и они представляют собой важное изменение в оценке риска увеличения УФ-излучения над центральной частью США летом», - сказал Марио Дж. Молина из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Лауреат Нобелевской премии 1995 года по химии стратосферы, который не участвовал в этом исследовании.
Стратосферный озон является одним из самых деликатных аспектов обитаемости на планете. В стратосфере содержится лишь незначительное количество озона, чтобы обеспечить защиту от ультрафиолетового излучения людей, животных и сельскохозяйственных культур. Медицинские исследования, проведенные в Соединенных Штатах, показали, что уменьшение количества озона в стратосфере на 1 процент соответствует увеличению заболеваемости раком кожи на 3 процента. В настоящее время только в США ежегодно регистрируется 3,5 миллиона новых случаев рака кожи. Таким образом, на каждый 1 процент снижения содержания озона в Соединенных Штатах будет ежегодно прибавляться 100 000 новых случаев рака кожи.
«Гроза, которые увлажняют стратосферу, могут иметь значительные локальные и региональные воздействия на радиационный баланс и климат Земли», - сказал Кэмерон Р. Хомейер из Университета Оклахомы, соавтор статьи. «Эта работа демонстрирует наши растущие знания о таких штормах с помощью наземных и воздушных наблюдений и оценивает их потенциал для истощения стратосферного озона сейчас и в будущем. Результаты сильно мотивируют необходимость увеличения метеорологических и химических наблюдений за такими штормами».
«Каждый год в полярных регионах регистрируются резкие потери стратосферного озона, которые можно проследить за хлором и бромом, добавляемыми в атмосферу промышленными хлорфторуглеродами и галонами», - сказал Стивен С. Вофси, профессор атмосферных и экологических наук Эбботт Лоуренс Ротч в SEAS и соавтор исследования. «Новая статья показывает, что такая же химия может произойти в центральной части Соединенных Штатов, вызванная штормовыми системами, которые приносят воду, или следующим извержением вулкана, или повышением уровня углекислого газа в атмосфере. Мы пока не знаем, как именно мы близки к тому, чтобы достичь этого порога."
Научное сообщество наблюдало за химическими реакциями, воздействующими на озоновый слой над полярными регионами зимой, но важное сочетание наблюдений, определяющих причину и скорость потери стратосферного озона, никогда не проводилось летом над центральной частью США.. Это представляет собой серьезный недостаток в способности исследователей прогнозировать увеличение УФ-излучения, которое может возникнуть в результате извержения вулкана или изменения климата сейчас и в ближайшие годы..
«Вместо большой потери озона в континентальном масштабе, которая происходит над полярными регионами зимой и характеризуется, например, термином «антарктическая озоновая дыра», обстоятельства над центральной частью США летом совсем другие», - сказал Андерсон.«В частности, из-за очень частых инъекций, вызванных штормом, подробно описанных в исследованиях Техасского университета A&M и Университета Оклахомы с использованием передовых радиолокационных методов, эта структура сильно локализованных, но многочисленных областей потенциальной потери озона требует тщательно определенных стратегий наблюдения и систематического наблюдения. чтобы обеспечить основу для точных еженедельных прогнозов потери озона».
Исследователи призывают к расширенной характеристике стратосферы над центральной частью Соединенных Штатов, чтобы прогнозировать краткосрочные и долгосрочные потери озона, связанные с увеличением частоты и интенсивности штормовых систем, более высокими уровнями углекислого газа в атмосфере и метан и другие факторы.