Озоновый слой является неотъемлемой частью того, что делает Землю пригодной для жизни. Эта область стратосферы ответственна за поглощение большей части ультрафиолетового излучения Солнца, таким образом гарантируя, что наземные организмы не будут облучаться. С 1970-х годов ученым стало известно об устойчивом снижении этого слоя вокруг южной полярной области, а также о значительном сезонном сокращении. Это последнее явление, известное как «озоновая дыра», было серьезной проблемой на протяжении десятилетий.
Попытки исправить эту ситуацию были направлены на сокращение использования промышленных химических веществ, таких как хлорфторуглероды (ХФУ). Кульминацией этих усилий стало подписание в 1987 году Монреальского протокола, в котором содержался призыв к полному отказу от озоноразрушающих веществ (ОРВ). И согласно недавнему исследованию группы ученых НАСА, озоновая дыра демонстрирует признаки значительного восстановления в результате.
В последнее время в научном журнале появилось исследование под названием «Снижение истощения озонового слоя в Антарктике и определения содержания хлора в нижних слоях стратосферы на основе наблюдений с помощью микроволнового зонда Aura» Письма о геофизических исследованиях. Исследование было проведено Сьюзен Э. Страхан и в соавторстве с Энн Дуглас, двумя научными сотрудниками Лаборатории атмосферной химии и динамики НАСА им. Годдарда.
Ради этого исследования группа проверила данные со спутника НАСА "Аура", который осуществляет мониторинг южной полярной области с 2005 года. Запуск спутника "Аура" в 2004 году состоял в проведении измерений озона, аэрозолей и основных газов в атмосфера Земли. И согласно показаниям, которые он собрал с 2005 года, сокращение использования ХФУ привело к 20% снижению истощения озонового слоя.
Проще говоря, ХФУ - это долговечные химические соединения, которые состоят из углерода, хлора и фтора. Со второй половины 20-го века они использовались в ряде промышленных применений, таких как охлаждение (например, фреон), в химических аэрозолях (в качестве пропеллентов) и в качестве растворителей. В конце концов, эти химические вещества попадают в стратосферу, где подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения и распадаются на атомы хлора.
Эти атомы хлора разрушают озоновый слой, где они катализируются с образованием газообразного кислорода (O²). Эта деятельность начинается примерно в июле в течение зимы в южном полушарии, когда солнечные лучи вызывают увеличение в атмосфере атомов хлора и брома, происходящих из ХФУ. К сентябрю (то есть к весне в южном полушарии) активность достигает пика, что приводит к появлению «озоновой дыры», которую ученые впервые отметили в 1985 году.
В прошлом исследования статистического анализа показали, что с тех пор истощение озонового слоя увеличилось. Однако это исследование, которое впервые использовало измерения химического состава внутри озоновой дыры, показало, что истощение озонового слоя уменьшается. Более того, это указало на то, что снижение вызвано снижением использования ХФУ.
Как объяснила Сьюзен Страхан в недавнем пресс-релизе НАСА, «мы очень четко видим, что хлор из ХФУ идет вниз в озоновую дыру и что из-за этого происходит меньшее разрушение озона». Чтобы определить, как озон и другие химические вещества в атмосфере менялись из года в год, ученые использовали данные микроволнового эхолота спутника Aura (MLS).
В отличие от других приборов, которые используют солнечный свет для получения спектров из атмосферных газов, этот прибор измеряет эти газы с помощью соответствующих микроволновых излучений. В результате он может измерять следовые газы над Антарктидой в основное время года - когда в южном полушарии зима, а погода в стратосфере спокойная, а температура низкая и стабильная.
Изменение уровня озона с начала до конца зимы в южном полушарии (с начала июля до середины сентября) вычислялось ежедневно с использованием измерений MLS каждый год с 2005 по 2016 год. Хотя эти измерения показали уменьшение потери озона, Страхан и Дуглас хотели чтобы быть определенные сокращения в использовании ХФУ было то, что было ответственно.
Это было сделано путем поиска контрольных признаков соляной кислоты в данных MLS, в которой хлор образуется при реакции с метаном (но только тогда, когда весь доступный озон истощается). Как объяснил Страхан:
«В этот период температура в Антарктике всегда очень низкая, поэтому скорость разрушения озона зависит главным образом от количества хлора. Это когда мы хотим измерить потерю озона ... К середине октября все соединения хлора удобно превращаются в один газ, поэтому, измеряя соляную кислоту, мы получаем точное измерение общего хлора ».
Другой намек пришел в виде уровней закиси азота, еще одного долгоживущего газа, который ведет себя так же, как ХФУ в большей части стратосферы, - но не находится в состоянии упадка, как ХФУ. Если бы ХФУ в стратосфере снижалось, это означало бы, что в нем было бы меньше хлора по сравнению с закисью азота. Сравнивая измерения MLS для соляной кислоты и закиси азота каждый год, они определили, что уровень хлора снижается примерно на 0,8 процента в год.
Как указал Страхан, это увеличилось на 20% с 2005 по 2016 год, что соответствовало их ожиданиям. «Это очень близко к тому, что наша модель предсказывает, что мы должны увидеть снижение количества хлора», - сказала она. «Это дает нам уверенность в том, что уменьшение истощения озона до середины сентября, показанное данными MLS, связано со снижением уровня хлора, поступающего из ХФУ. Но мы пока не видим явного уменьшения размера озоновой дыры, потому что она контролируется в основном температурой после середины сентября, которая сильно варьируется от года к году ».
Ожидается, что этот процесс восстановления продолжится, поскольку ХФУ постепенно покидают атмосферу, хотя ученые ожидают, что полное восстановление займет десятилетия. Это очень хорошая новость, учитывая, что озоновая дыра была открыта всего около трех десятилетий назад, а уровень озона начал стабилизироваться примерно десятилетие спустя. Тем не менее, как объяснил Дуглас, полное выздоровление вряд ли произойдет до второй половины этого столетия:
«Срок годности ХФУ составляет от 50 до 100 лет, поэтому они очень долго задерживаются в атмосфере. Что касается исчезновения озоновой дыры, мы смотрим на 2060 или 2080 год. И даже в этом случае может быть небольшая дыра ».
Монреальский протокол часто преподносится как пример эффективных международных действий по борьбе с изменением климата, и на то есть веские причины. Протокол был подписан через тринадцать лет после достижения научного консенсуса по истощению озонового слоя и всего через два года после довольно тревожного открытия озоновой дыры. И в последующие годы подписанты оставались приверженными своим целям и достигли целевых сокращений.
В будущем можно надеяться, что аналогичные действия могут быть достигнуты в отношении изменения климата, которое в течение многих лет подвергалось задержкам и сопротивлению. Но, как показывает случай с озоновой дырой, международные действия могут решить проблему, пока не стало слишком поздно.
