Озоновое истощение

Распределение атмосферного озона при парциальном давлении как функция высоты

Истощение озона состоит из двух родственных событий, наблюдаемых с конца 1970 -х годов: устойчивое снижение примерно на четыре процента в общем количестве озона в атмосфере Земли и гораздо более крупное снижение весеннего времени в стратосферном озоне ( озоновый слой ) вокруг полярных областей Земли. Последнее явление называется озоновой дырой . Существуют также весенние полярные тропосферные озоновые события в дополнение к этим стратосферным событиям.

Основными причинами истощения озона и озонового отверстия являются изготовленные химические вещества, особенно изготовленные галоглеродные хладагенты , растворители , пропелленты и пенопластовые агенты ( хлорфторуглероды (CFC), HCFC, галоны ), ссылаются как вещества, передаваемые озоном (ODS). Эти соединения транспортируются в стратосферу с помощью турбулентного смешивания после излучения с поверхности, смешивая гораздо быстрее, чем молекулы могут оседать. Оказавшись в стратосфере, они высвобождают атомы из галогенной группы посредством фотодиссоциации , которая катализирует распад озона (O ₃ ) в кислород (O ₂ ). Было обнаружено, что оба типа истощения озона увеличиваются по мере увеличения выбросов галокарек.

Истощение озона и озоновая дыра вызвали озабоченность во всем мире по поводу повышения риска рака и других негативных последствий. Озоновый слой предотвращает вредные длины волны ультрафиолетового (UVB) света от прохождения через атмосферу Земли . Эти длины волны вызывают рак кожи , солнечные ожоги , постоянную слепоту и катаракту , которые, по прогнозам, значительно увеличится в результате истончения озона, а также вреда растениям и животным. Эти опасения привели к принятию Монреальского протокола в 1987 году, который запрещает производство ХФУ, галонов и других химических веществ с нарушением озона. В настоящее время, Ученые планируют разработать новые хладагенты, чтобы заменить пожилые.

Запрет вступил в силу в 1989 году. Уровень озона, стабилизированные серединой 1990-х годов, и начал восстанавливаться в 2000-х годах, поскольку изменение реактивного потока в южном полушарии в направлении Южного полюса остановилось и может даже измениться. Прогнозируется, что восстановление будет продолжаться в течение следующего столетия, а озоновая дыра, как ожидается, достигнет уровня до 1980 года примерно к 2075 году. В 2019 году НАСА сообщило, что озоновая дыра была самой маленькой с тех пор, как она была впервые обнаружена в 1982 году. Теперь ООН проектирует, что в соответствии с текущими правилами озоновый слой полностью регенерируется к 2045 году Полем Монреальский протокол считается наиболее успешным международным экологическим соглашением на сегодняшний день.

Обзор цикла озона

Озоновый цикл

Три формы (или аллотропы ) кислорода участвуют в цикле озона-кислорода : атомы кислорода (O или атомный кислород), газовый кислород ( O
₂ или диатомный кислород) и озонового газа ( o
₃ или триатомный кислород). Озон образуется в стратосфере, когда молекулы газа кислорода фотодиссоциация после поглощения фотонов UVC. Это преобразует один O
₂ в два атомных кислородных радикалов . Атомные кислородные радикалы затем в сочетании с отдельным O
₂ молекулы для создания двух o
₃ молекулы. Эти молекулы озона поглощают ультрафиолетовый свет, после которого озон распадается в молекулу O
₂ и атом кислорода. Затем атом кислорода соединяется с молекулой кислорода, чтобы регенерировать озон. Это продолжающийся процесс, который заканчивается, когда атом кислорода рекомбинизируется с молекулой озона, чтобы сделать два O
₂ молекулы. Стоит отметить, что озон является единственным атмосферным газом, который поглощает UVB свет.

O + O.
₃ → 2 O
₂

Уровни озона на различных высотах ( DU/км ) и поглощении различных полос ультрафиолетового излучения: в сущности все UVC поглощается диатомическим кислородом (100–200 нм) или озоном (триатомный кислород) (200–280 нм) в озоне (триатомный кислород) (200–280 нм) в озоне (триатомный кислород) (200–280 нм) атмосфера. Озоновый слой также поглощает большинство UVB. Напротив, UVA едва ли поглощается, и большая часть его достигает земли. Следовательно, UVA составляет почти весь ультрафиолетовый свет, который проникает в атмосферу Земли.

Общее количество озона в стратосфере определяется балансом между фотохимической продукцией и рекомбинацией.

Озон может быть уничтожен рядом катализаторов свободного радикала ; Наиболее важными являются гидроксильный радикал (OH ·), оксид -радикал азота (no ·), радикал хлора (Cl ·) и бромин радикал (Br ·). Точка - это обозначение, указывающее, что каждый вид имеет непарную электрон и, таким образом, чрезвычайно реактивен. Все они имеют как естественные, так и искусственные источники; В настоящее время большая часть OH · и NO · в стратосфере встречается в природе, но человеческая активность резко повысила уровень хлора и брома. Эти элементы обнаруживаются в стабильных органических соединениях, особенно хлорфторуглеродах , которые могут перемещаться в стратосферу, не будучи разрушенным в тропосфере из -за их низкой реакционной способности. Оказавшись в стратосфере, атомы CL и BR высвобождаются из родительских соединений при действии ультрафиолетового света, например,

CFCL
₃ + электромагнитное излучение → CL · + · CFCL
₂

Глобальная средняя средняя общая сумма озона

Озон - это очень реактивная молекула, которая легко сводится к более стабильной форме кислорода с помощью катализатора. Атомы Cl и Br разрушают молекулы озона через различные каталитические циклы. В простейшем примере такого цикла, атом хлора реагирует с молекулой озона ( O
₃ ), принимая атом кислорода с образованием монооксида хлора (CLO) и оставив молекулу кислорода ( O
₂ ). CLO может реагировать со второй молекулой озона, высвобождая атом хлора и давая две молекулы кислорода. Химическое сокращение для этих газофазных реакций:

• Cl · + o
  ₃ → CLO + O
  ₂
  Атом хлора удаляет атом кислорода из молекулы озона, чтобы сделать молекулу CLO
• Clo + o
  ₃ → CL · + 2 O
  ₂
  Этот CLO также может удалить атом кислорода из другой молекулы озона; Хлор может свободно повторить этот двухэтапный цикл

Общий эффект - это уменьшение количества озона, хотя скорость этих процессов может быть снижена за счет последствий нулевых циклов . Также были обнаружены более сложные механизмы, которые приводят к разрушению озона в нижней стратосфере.

Один атом хлора будет постоянно разрушать озон (таким образом, катализатор) в течение до двух лет (шкала времени для транспортировки вниз к тропосфере), за исключением реакций, которые удаляют его из этого цикла, образуя виды резервуаров, такие как хлорид водорода (HCl) и нитрат хлора ( клоно
₂ ). Бромен даже более эффективен, чем хлор, при уничтожении озона на основе атома, но в настоящее время в атмосфере гораздо меньше брома. И хлор, и бром вносят значительный вклад в общее истощение озона. Лабораторные исследования также показали, что атомы фтора и йода участвуют в аналогичных каталитических циклах. Тем не менее, атомы фтора быстро реагируют с водяным парами, метаном и водородом, образуя сильно связанный фторид водорода (HF) в стратосфере Земли, в то время как органические молекулы, содержащие йод так быстро, реагируют в нижней атмосфере, что они не достигают стратосферы в значительных количествах.

Один атом хлора способен реагировать в среднем со 100 000 молекул озона, прежде чем он будет удален из каталитического цикла. Этот факт плюс количество хлора, выпущенного в атмосферу, ежегодно хлорфторубрбонами (CFC) и гидрохлорофлуорокурбен (HCFC), демонстрирует опасность CFC и HCFC для окружающей среды.

Наблюдения за истощением озонового слоя

Самое низкое значение озона, измеренное TOMS каждый год в озоновой дыре

Озоновое отверстие обычно измеряется путем уменьшения общего озона колонны над точкой на поверхности Земли. Обычно это выражается в подразделениях Добсона ; сокращено как "du". Наиболее заметным снижением озона было в нижней стратосфере. Заметное снижение озона в колонне в Антарктике и начале лета по сравнению с началом 1970 -х годов и раньше наблюдалось с использованием таких инструментов, как спектрометр общего картирования озона (TOMS).

Сокращение до 70 процентов в колонке озона, наблюдаемое в австралийской (южном полушарии) пружины над Антарктидой и впервые сообщается в 1985 году (Farman et al.) Продолжается. Антарктический общий озон колонны в сентябре и октябре по-прежнему на 40–50 процентов ниже, чем значения до озоновой лунки с 1990-х годов. Постепенная тенденция к «исцелению» была зарегистрирована в 2016 году. В 2017 году НАСА объявило, что озоновая дыра была самой слабой с 1988 года из -за теплых стратосферных условий. Ожидается, что он восстановится около 2070 года.

Потерянная сумма является более изменчивой годовой в год в Арктике , чем в Антарктике. Наибольшие арктические снижения - зимой и весной, достигая до 30 процентов, когда стратосфера самая холодная.

Реакции, которые происходят на полярных стратосферных облаках (PSC), играют важную роль в усилении истощения озона. ПСК образуются более легко в крайней холоде арктической и антарктической стратосферы. Вот почему озоновые отверстия впервые образовались и глубже, над Антарктидой. Ранние модели не смогли учитывать PSC и предсказали постепенное глобальное истощение, поэтому внезапная антарктическая озоновая дыра была таким удивлением для многих ученых.

Более точнее говорить о истощении озона в средних широтах, а не в отверстиях. Общая колонка озона снизилась ниже значений до 1980 года в период с 1980 по 1996 год для середины латиностей. В северных середине латиностей он увеличился по сравнению с минимальной стоимостью примерно на два процента с 1996 по 2009 год, когда вступили в силу правила, а количество хлора в стратосфере уменьшилось. В середине латиностей в южном полушарии общий озон оставался постоянным в течение этого периода времени. В тропиках нет существенных тенденций, в основном потому, что галогенсодержащие соединения не имели времени, чтобы сломать и высвобождать атомы хлора и брома в тропических широтах.

Было показано, что крупные вулканические извержения имеют существенные, хотя и неровные эффекты-нарушения озона, как наблюдалось при извержении горы Pinatubo 1991 года на Филиппинах.

Истощение озона также объясняет большую часть наблюдаемого снижения стратосферных и верхних тропосферных температур. Источником тепла стратосферы является поглощение ультрафиолетового излучения озоном, следовательно, снижение озона приводит к охлаждению. Некоторое стратосферное охлаждение также прогнозируется в результате увеличения парниковых газов, таких как CO
₂ и сами CFC; Тем не менее, охлаждение, вызванное озоном, по-видимому, является доминирующим.

Предсказания уровней озона остаются трудными, но точность прогнозов моделей наблюдаемых значений и согласие между различными методами моделирования неуклонно увеличивались. Всемирная метеорологическая организация Глобальная исследование и мониторинг озона - Отчет № 44 решительно выступает в пользу протокола Монреаля , но отмечает, что оценка UNEP 1994 года переоценила потерю озона в период 1994–1997 годов.

Соединения в атмосфере

CFC и связанные с ними соединения

Хлорофторуглероды (CFCS) и другие галогенированные озоновые вещества (OD) в основном ответственны за искусственное химическое истощение озона. Общее количество эффективных галогенов (хлор и бром) в стратосфере может быть рассчитано и известна как эквивалентный эффективный стратосферный хлор (EESC).

CFC как хладагенты были изобретены Томасом Мидгли -младшим в 1930 -х годах. Они использовались в кондиционировании и охлаждении, в качестве аэрозольных аэрозольных пропеллетов до 1970 -х годов и в процессах очистки тонкого электронного оборудования. Они также встречаются как побочные продукты некоторых химических процессов. Для этих соединений никогда не было выявлено существенных естественных источников - их присутствие в атмосфере почти полностью связано с человеческим производством. Как упомянуто выше, когда такие химические вещества с озоном достигают стратосферы, они диссоциированы ультрафиолетовым светом для высвобождения атомов хлора. Атомы хлора действуют как катализатор , и каждый может разбить десятки тысяч молекул озона, прежде чем удалить из стратосферы. Учитывая долговечность молекул CFC, время восстановления измеряется за десятилетия. Подсчитано, что молекуле CFC занимает в среднем около пяти -семи лет, чтобы перейти от уровня земли до верхней атмосферы, и она может оставаться там около столетия, разрушая до ста тысяч молекул озона в течение этого времени.

1,1,1-трихлор-2,2,2-трифторуэтан , также известный как CFC-113A, является одним из четырех искусственных химических веществ, недавно обнаруженных в атмосфере командой Университета Восточной Англии. CFC-113A-единственный известный CFC , численность которой в атмосфере все еще растет. Его источник остается загадкой, но некоторые из них подозревают незаконное производство. CFC-113A, по-видимому, накапливается с 1960 года. В период с 2012 по 2017 год концентрации газа подскочили на 40 процентов.

Исследование, проведенное международной группой исследователей, опубликованных в природе , показало, что с 2013 года выбросы, которые преимущественно из северо-восточного Китая выпустили большие количества запрещенных химических хлорфторуглеродов-11 (CFC-11) в атмосферу. Ученые считают, что без действий эти выбросы CFC-11 задержат восстановление озоновой дыры планеты на десятилетие.

Оксид алюминия

Спутники , сжигающие при повторном входе в атмосферу Земли, продуцируют оксида алюминия (AL ₂ O ₃ ) наночастицы , которые выдерживают в атмосфере на протяжении десятилетий. Оценки только для 2022 года составляли ~ 17 метрических тонн (~ 30   кг наночастиц на ~ 250   кг спутника). Увеличение популяций спутниковых созвездий может в конечном итоге привести к значительному истощению озона.

Компьютерное моделирование

Ученые объяснили истощение озона с увеличением искусственных ( антропогенных ) галогенных соединений из ХФУ путем объединения данных наблюдений с компьютерными моделями. Эти сложные модели транспорта химии (например , Slimcat , Clams - химическая лагранжская модель стратосферы) работают путем сочетания измерений химических веществ и метеорологических полей с константами скорости химической реакции. Они идентифицируют ключевые химические реакции и транспортные процессы, которые приводят фотолиза к контакту продуктов CFC с озоном.

Озоновая дыра и ее причины

Озоновая дыра в Северной Америке в 1984 году (аномально теплый, уменьшающий истощение озона) и 1997 (ненормально холодный, что приводит к увеличению сезонного истощения). Источник: НАСА

Антарктическая озоновая дыра-это область антарктической стратосферы, в которой недавние уровни озона снизились до 33 процентов от их значений до 1975 года. Озоновое отверстие происходит во время Антарктической весны, с сентября по начало декабря, поскольку сильные западные ветры начинают циркулировать вокруг континента и создают атмосферный контейнер. В рамках этого полярного вихря более 50 процентов нижнего стратосферного озона разрушается во время антарктической пружины.

Как объяснено выше, основной причиной истощения озона является наличие хлора, содержащих исходные газы (в первую очередь CFC и связанные с ними галокары). В присутствии ультрафиолетового света эти газы диссоциируют, высвобождая атомы хлора, что затем продолжает катализировать разрушение озона. Катализируемое CL-катализируемое истощение озона может происходить в газовой фазе, но оно существенно повышено в присутствии полярных стратосферных облаков (PSC).

Эти полярные стратосферные облака образуются зимой, в крайнем холоде. Полярные зимы темные, состоящие из трех месяцев без солнечного радиации (солнечный свет). Отсутствие солнечного света способствует снижению температуры, а полярные вихревые ловушки и охлаждают воздух. Температура около или ниже -80 ° C. Эти низкие температуры образуют частицы облака. Существует три типа облаков PSC-культивированные тригидратные облака кислоты, медленно охлаждающие облака водяного льда и облака быстрого охлаждающего водяного льда (некриссохи)-обеспечивают поверхности химических реакций, чьи продукты будут привести к разрушению озона.

Фотохимические процессы , связанные с сложными, но хорошо понятны. Ключевое наблюдение состоит в том, что обычно большая часть хлора в стратосфере находится в соединениях «водохранилища», в первую очередь нитрат хлора ( клоно
₂ ), а также стабильные конечные продукты, такие как HCl. Формирование конечных продуктов по существу удаляет CL из процесса истощения озона. Sequestes Cl Cl Cll -резервуар, который впоследствии можно сделать путем поглощения света на длине волны, короче 400 нм. Во время антарктической зимы и весны реакции на поверхности частиц полярного стратосферного облака превращают эти соединения «водохранилища» в реактивные свободные радикалы (CL и CLO). Денитрификация - это процесс, с помощью которого облака не удаляют
₂ из стратосферы, преобразуя ее в азотную кислоту в частицах PSC, которые затем теряются путем седиментации. Это предотвращает преобразование вновь сформированного CLO в Clono
₂ .

Роль солнечного света в истощении озона является причиной, по которой истощение Антарктики озона является наибольшим весной. Зимой, несмотря на то, что PSC в их наиболее распространенной, на полюсе нет света для управления химическими реакциями. Однако во время весны солнечный свет возвращается и обеспечивает энергию для управления фотохимическими реакциями и растопит полярные стратосферные облака, освобождая значительный CLO, который управляет механизмом отверстия. Дальнейшие температуры потепления в конце весны разбивают вихрь около середины декабря. Как теплый, озон и нет
₂ -Rich воздух вытекает из нижних широт, PSC уничтожаются, усиленный процесс истощения озона закрывается, а отверстие озона закрывается.

Большая часть разрушенного озона находится в нижней стратосфере, в отличие от гораздо меньшего истощения озона посредством гомогенных газофазных реакций, которые встречаются главным образом в верхней стратосфере.

Эффекты

Поскольку озоновый слой поглощает ультрафиолетовый свет UVB от солнца, истощение озонового слоя повышает поверхностные уровни UVB (все остальное равное), что может привести к повреждению, включая увеличение рака кожи . Это было причиной протокола Монреаля. Хотя снижение стратосферного озона хорошо связано с ХФУ и увеличивается в поверхностном УФБ, нет прямых наблюдений, связывающих истощение озона с более высокой частотой рака кожи и повреждения глаз у людей. Отчасти это связано с тем, что UVA , который также участвовал в некоторых формах рака кожи, не поглощается озоном, и потому что со временем практически невозможно контролировать статистику для изменений образа жизни. Истощение озона также может влиять на паттерны ветра.

Увеличение УФ

Озон, будучи составляющей меньшинства в атмосфере Земли, отвечает за большую часть поглощения излучения УФБ. Количество ультрафиолетового излучения, которое проникает через озоновый слой, уменьшается экспоненциально с толщиной и плотностью слоя наклона и плотностью слоя. Когда уровни стратосферного озона снижаются, более высокие уровни ультрафиолета достигают поверхности Земли. Фенольное образование, управляемое УФ, в кольцах деревьев датировалось началом истощения озона в северных широтах до конца 1700-х годов.

В октябре 2008 года Эквадорское космическое агентство опубликовало отчет под названием Hiperion. В исследовании использовались наземные инструменты в Эквадоре, и в последние 28 лет данные из 12 спутников нескольких стран и показали, что ультрафиолетовое излучение, достигающее экваториальных широт, было намного больше, чем ожидалось, причем ультрафиолетовый индекс поднимался до 24 в Кито ; ВОЗ . рассматривает 11 как крайний индекс и большой риск для здоровья В отчете пришел вывод, что истощенные уровни озона в середине латиностей планеты уже подвергают опасности большие популяции в этих областях. Позже Конида, перуанское космическое агентство, опубликовала свое собственное исследование, которое дало почти те же результаты, что и эквадорское исследование.

Биологические эффекты

Основным общественным беспокойством в отношении озоновой дыры было влияние повышенного поверхностного ультрафиолета на здоровье человека. До настоящего времени истощение озона в большинстве мест было, как правило, было несколько процентов, и, как отмечалось выше, никаких прямых доказательств ущерба для здоровья не доступно в большинстве широт. Если бы высокий уровень истощения, наблюдаемый в озоновой дыре, был обычным явлением по всему миру, эффекты могут быть существенно более драматичными. Поскольку озоновая дыра над Антарктидой в некоторых случаях выращивалась настолько большим, чтобы повлиять на части Австралии , Новой Зеландии , Чили , Аргентины и Южной Африки , экологи были обеспокоены тем, что увеличение поверхностного ультрафиолета может быть значительным. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение (UVR) оказывает снижение воздействия на скорости фотосинтеза и роста сообществ бентических диатомов (виды микроводорослей, которые увеличивают качество воды и имеют устойчивость к загрязнению), которые присутствуют в мелкой пресной воде. Истощение озона не только влияет на здоровье человека, но и оказывает глубокое влияние на биоразнообразие. Он повреждает растения и деревья на клеточном уровне, влияя на их рост, жизнеспособность, фотосинтез, водный баланс и защитные механизмы от вредителей и болезней. Это излагает каскад экологических воздействий, наносящих ущерб микробам почвы, насекомым, дикой природе и целым экосистемам.

Истощение озона увеличит все влияние УФ на здоровье человека , как положительное (включая продукцию витамина D), так и отрицательный (включая солнечные ожоги, рак кожи и катаракты). Кроме того, повышенная поверхностная ультрафиолета приводит к увеличению тропосферного озона, который представляет собой риск для здоровья для людей.

Базальные и плоскоклеточные карциномы

Наиболее распространенные формы рака кожи у людей, базальные и плоскоклеточные карциномы, были тесно связаны с воздействием ультрафиолета. Механизм, с помощью которого ультрафиолетовое ультрафиолетовое излучение индуцирует эти раковые заболевания, хорошо понят-поглощение излучения УФ-В приводит к тому, что основания пиримидина в молекуле ДНК образуют димеры , что приводит к ошибкам транскрипции, когда ДНК повторяет. Эти раковые заболевания относительно легки и редко смертельны, хотя лечение плоскоклеточной карциномы иногда требует обширной реконструктивной хирургии. Объединяя эпидемиологические данные с результатами исследований на животных, ученые подсчитали, что каждое снижение долгосрочного стратосферного озона увеличило бы частоту рака на 2%.

Злокачественная меланома

Другая форма рака кожи, злокачественная меланома , гораздо менее распространена, но гораздо более опасна, была смертельной примерно в 15–20 процентах диагностированных случаев. Взаимосвязь между злокачественной меланомой и ультрафиолетовым воздействием еще не полностью понята, но, похоже, участвуют как UV-B, так и UV-A. Из -за этой неопределенности трудно оценить влияние истощения озона на частоту меланомы. Одно исследование показало, что увеличение ультрафиолетового излучения B-B на 10 процентов было связано с увеличением меланомы для мужчин на 19 процентов и 16 процентов для женщин. Исследование людей в Punta Arenas , на южной оконечности Чили , показало увеличение меланомы на 56 процентов и 46 -процентное увеличение немеланомы кожи в течение семи лет, а также снижение озона и повышение уровня ультрафиолета.

Корковая катаракта

Эпидемиологические исследования предполагают связь между головой кортикальной катаракты и воздействием ультрафиолетового излучения, используя грубые приближения воздействия и различные методы оценки катаракты. Детальная оценка воздействия глазного ультрафиолетового излучения была проведена в исследовании на водных лицах Чесапикского залива, где увеличение среднегодового воздействия глаза было связано с повышением риска непрозрачности коры. В этой высокопоставленной группе преимущественно белых мужчин доказательства, связывающие невыполнения коры с воздействием солнечного света, были самыми сильными на сегодняшний день. Основываясь на этих результатах, к 2050 году истощение озона вызовет сотни тысяч дополнительных катарактов.

Увеличение тропосферного озона

Повышенная поверхностная ультрафиолета приводит к увеличению тропосферного озона. Обычно озон на уровне земли является риском для здоровья, поскольку озон токсичен из-за его сильных окислительных свойств. Риски особенно высоки для маленьких детей, пожилых людей и людей с астмой или другими трудностями в дыхании. В настоящее время озон на уровне земли производится главным образом действием ультрафиолетового излучения на газы сгорания от выхлопных газов транспортных средств.

Увеличение производства витамина D

Витамин D производится в коже ультрафиолетовым светом. Таким образом, более высокое воздействие UVB повышает витамин D на человека в тех, кто находится в нем. Недавние исследования (в первую очередь после протокола Монреаля) показывают, что многие люди имеют менее оптимальные уровни витамина D. В частности, в популяции США самая низкая квартала витамина D (<17,8 нг/мл) была обнаружена с использованием информации из национального обследования в области здравоохранения и питания, связанной с увеличением смертности от всех причин в общей популяции. В то время как уровень витамина D в крови, превышающий 100 нг/мл, по -видимому, повышает кальций в крови и связан с более высокой смертностью, организм имеет механизмы, которые мешают солнечному свету приносить витамин D в превышении требований организма.

Влияние на животных

Отчет ученых в ноябре 2011 года в Институте зоологии в Лондоне, Англия, показал, что киты у побережья Калифорнии демонстрируют резкий рост повреждения солнца, и эти ученые «боятся, что разжигание озонового слоя виноват». Исследование сфотографировало и взяло биопсию кожи из более чем 150 китов в Калифорнийском заливе и обнаружило «широко распространенные доказательства эпидермального повреждения, обычно связанного с острым и сильным солнечным ожогом», имея клетки, которые образуются, когда ДНК повреждается из -за ультрафиолетового излучения. Полученные данные свидетельствуют о том, что «повышение уровня УФ -уровня в результате истощения озона виноват в наблюдаемом повреждении кожи, так же, как показатели рака кожи человека были увеличены в последние десятилетия». Помимо китов многие другие животные, такие как собаки, кошки, овец и наземные экосистемы, также страдают от негативных последствий повышенного излучения ультрафиолетового излучения.

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Ожидается, что увеличение ультрафиолетового излучения повлияет на сельскохозяйственные культуры. Ряд экономически важных видов растений, таких как рис , зависят от цианобактерий , проживающих на их корнях для удержания азота . Цианобактерии чувствительны к УФ -радиации и будут влиять на его увеличение. «Несмотря на механизмы уменьшения или восстановления воздействия увеличения ультрафиолетового излучения, растения обладают ограниченной способностью адаптироваться к повышению уровня УФБ, поэтому на рост растений может быть непосредственно влиять излучение ультрафиолетового излучения».

Влияние на жизнь растений

За прошедшие годы арктический слой озона сильно истощался. Как следствие, виды, которые живут над снежным покровом или в районах, где снег обильно расплавился, из -за горячих температур, отрицательно влияют из -за ультрафиолетового излучения, которое достигает земли. Предполагается, что истощение озонового слоя и избыточное излучение ультрафиолетового излучения увеличивают повреждение ДНК растений. Отчеты показали, что когда растения подвергаются воздействию излучения ультрафиолетового излучения, аналогичного истощению стратосферного озона, не было значительного изменения высоты растений или массы листьев, но показало реакцию в биомассе побега и площадью листьев с небольшим снижением. Однако было показано, что излучение UVB снижает квантовый выход фотосистемы II. Повреждение UVB происходит только при экстремальном воздействии, и у большинства растений также есть ультрафиолетовые флавоноиды, которые позволяют им акклиматизироваться к присутствующему излучению. Растения испытывают разные уровни ультрафиолетового излучения в течение дня. Известно, что они способны сдвинуть уровни и типы ультрафиолетовых солнцезащитных кремов (т.е. флавоноиды), которые они содержат, в течение дня. Это позволяет им повысить свою защиту от ультрафиолетового излучения. Растения, которые подвергались воздействию радиации на протяжении всей разработки, больше влияют на неспособность перехватить свет с большей площадью листьев, чем на скомпрометирование фотосинтетических систем. Ущерб от ультрафиолетового излучения с большей вероятностью будет значительным для видовых взаимодействий, чем на самих растениях.

Еще одним значительным влиянием истощения озона на жизнь растений является стресс, испытываемый растениями при воздействии ультрафиолетового излучения. Это может вызвать снижение роста растений и увеличение окислительного стресса из -за выработки оксида азота и перекиси водорода. В областях, где произошло существенное истощение озона, увеличение излучения ультрафиолетового излучения снижает продуктивность наземных растений (а также секвестрацию углерода) примерно на 6%.

Более того, если растения подвергаются воздействию высокого уровня ультрафиолетового излучения, это может вызвать производство вредных летучих органических соединений , таких как изопрены. Выброс изопен в воздух, с помощью растений, может серьезно повлиять на окружающую среду, добавив к загрязнению воздуха и увеличивая количество углерода в атмосфере, что в конечном итоге способствует изменению климата.

Государственная политика

Проекции НАСА стратосферных концентраций озона, если хлорфторуглероды не были запрещены

Полная степень ущерба, который CFC, нанесенные для озонового слоя, не известен и не будет известен на протяжении десятилетий; Тем не менее, отмеченное уменьшение в колонне озона уже наблюдалось. Монреальские и Венские конвенции были установлены задолго до того, как был установлен научный консенсус или решалась важная неопределенность в области науки. Случай озона был сравнительно хорошо понят мирянными людьми, так как EG Ozone Shield или озоновая дыра были полезны «простые для понимания мостиковые метафоры». Американцы добровольно отключились от аэрозольных спреев, что привело к 50 -процентной потери продаж еще до применения законодательства.

После отчета Национальной академии Национальной академии Национальной академии США в 1976 году показано, что достоверные научные данные подтверждают гипотезу истощения озона Несколько стран, в том числе Соединенные Штаты, Канаду, Швецию, Данию и Норвегию, переехали, чтобы устранить использование ХФУ в аэрозольных банках. В то время, когда это широко рассматривалось как первый шаг к более комплексной политике регулирования, но прогресс в этом направлении замедлился в последующие годы из -за сочетания политических факторов (продолжение сопротивления от галоглеродной промышленности и общее изменение в отношении окружающей среды Регулирование в течение первых двух лет администрации Рейгана) и научных событий (последующие оценки Национальной академии, которые указывали на то, что первые оценки величины истощения озона были чрезмерно большими).

Срок действия критического производственного патента DuPont для Freon истек в 1979 году . Соединенные Штаты запретили использование ХФУ в аэрозольных банках в 1978 году. Европейское сообщество отклонило предложения о запрете ХФУ в аэрозольных спреях, а в США ХФУ продолжали использоваться в качестве хладагентов и для очистки плат. Всемирное производство CFC резко упало после запрета на аэрозоль США, но к 1986 году почти вернулся к уровню 1976 года. В 1993 году DuPont Canada закрыла свое предприятие CFC.

Отношение правительства США снова начало меняться в 1983 году, когда Уильям Рукельшаус заменил Энн М. Берфорд в качестве администратора Агентства по охране окружающей среды США (EPA). Под Рукельшоусом и его преемником Ли Томасом EPA настаивало на международном подходе к галоглеродным правилам. В 1985 году двадцать стран, в том числе большинство основных производителей ХФУ, подписали Венскую конвенцию для защиты озонового уровня , которая создала основу для переговоров международных правил на озоновых веществах. В том же году было объявлено об открытии Антарктической озоновой дыры, что привело к возрождению общественного внимания к этому вопросу.

В 1987 году представители 43 стран подписали Монреальский протокол . Между тем, индустрия галоуглеров изменила свои позиции и начала поддерживать протокол для ограничения производства ХФУ. Тем не менее, этот сдвиг был неровным, когда DuPont действовал быстрее, чем его европейские коллеги. DuPont, возможно, опасался в суде, связанных с увеличением рака кожи, тем более что EPA опубликовало исследование в 1986 году, утверждая, что в США в ближайшие 88 лет ожидалось, что в США было ожидалось еще 40 миллионов случаев и 800 000 смертей от рака. ЕС также изменил свою позицию после того, как Германия отказалась от своей защиты индустрии ХФУ и начала поддерживать движения в направлении регулирования. Правительство и промышленность во Франции и Великобритании пытались защитить свои промышленные отрасли CFC даже после того, как протокол Монреаля был подписан.

В Монреале участники согласились заморозить производство ХФУ на уровне 1986 года и снизить производство на 50 процентов к 1999 году. После серии научных экспедиций в Антарктику, вызванных убедительными доказательствами того, что озоновая дыра действительно была вызвана хлором и бромом из искусственных органогалогенов, протокол Монреаля был укреплен на встрече в 1990 году в Лондоне. Участники согласились полностью отойти от CFC и галонов (за исключением очень небольшого количества, отмеченного для определенных «основных» использования, таких как ингаляторы астмы ) к 2000 году в неартовых 5 странах и к 2010 году в статье 5 (менее развитых) подписаний. На встрече 1992 года в Копенгагене, Дания, дата поэтапного перерыва была перенесена до 1996 года. На том же собрании, метиловый бромид (MEBR), фумигант, используемый в основном в сельскохозяйственном производстве, был добавлен в список контролируемых веществ. Для всех веществ, контролируемых в соответствии с протоколом, графики поэтапного заключения были отложены для стран менее развитых («статья 5 (1)»), и в этих странах было поддержано поэтапное положение в этих странах с помощью экспертизы, технологий и денег из неартомичностей 5 (1) Партии в протокол. Кроме того, исключения из согласованных графиков могут быть применены в соответствии с процессом Essential Issemption (EUE) для веществ, отличных от метилбромида, и в рамках процесса освобождения от критического использования (CUE) для метилбромида.

Гражданское общество, в том числе особенно неправительственные организации (НПО), играли критические роли на всех этапах разработки политики, ведущих к Венской конференции, Монреальскому протоколу, и в последующей оценке соответствия. Основные компании утверждали, что никаких альтернативы HFC не существовало. В технологическом институте в Гамбурге, Германия, был разработан хладагент, защищенный от озона, состоял из смеси пропана и бутана углеводородных газов и в 1992 году, а в 1992 году обратился с вниманием НПО Гринпис. Гринпис назвал это "Greenfreeze". Затем НПО успешно работала сначала с небольшой и борющейся компанией, чтобы продавать прибор, начиная с Европы, затем в Азии, а затем в Латинской Америке, получив премию UNEP 1997 года. К 1995 году Германия сделала холодильники CFC незаконными. С 2004 года такие корпорации, как Coca-Cola, Carlsberg и IKEA, создали коалицию для продвижения защитников озона GreenFreeze. Производство распространилось на такие компании, как Electrolux, Bosch и LG, к 2008 году продажи достигают около 300 миллионов холодильников. В Латинской Америке внутренняя аргентинская компания начала производство GreenFreeze в 2003 году, в то время как гигантский Bosch в Бразилии начал год спустя. К 2013 году его использовали около 700 миллионов холодильников, составляющих около 40 процентов рынка.

В США, однако, изменения были намного медленнее. В некоторой степени ХФУ заменялись менее разрушительными гидрохлорофлуоруглеродами ( HCFC ), хотя и остаются опасения в отношении HCFC. В некоторых приложениях гидрофторуглероды ( ГФУ для замены ХФУ использовались ). HFC, которые не содержат хлора или брома, не способствуют истощению озона, хотя они являются мощными парниковыми газами. Наиболее известным из этих соединений, вероятно, HFC-134A ( R-134A ), который в Соединенных Штатах в значительной степени заменил CFC-12 ( R-12 ) в автомобильных кондиционерах. В лабораторной аналитике (бывшем «основном» использовании) озоновые истощающие вещества могут быть заменены другими растворителями. Химические компании, такие как Du Pont, чьи представители унижали GreenFreeze как «эту немецкую технологию», маневрировали EPA, чтобы заблокировать технологию в США до 2011 года. Ben & Jerry's из Unilever и General Electric, подкрепленные Гринпис, выразили официальную интерес в 2008 году, который показал в окончательном одобрении EPA.

ЕС пересмотрел свое регулирование озона в 2009 году. Закон запрещает веществам озонового обдумывания с целью защиты озонового слоя. Список OD, подлежащих регулированию, такой же, как и в соответствии с протоколом Монреаля, с некоторыми дополнениями.

Совсем недавно эксперты по политике выступали за усилия по связыванию усилий по защите озона с усилиями по защите климата. Многие OD также являются парниковыми газами, примерно в тысячи раз больше мощных агентов радиационного воздействия, чем углекислый газ в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Таким образом, политика, защищающая озоновый слой, имела преимущества в смягчении изменения климата . Снижение радиационного воздействия из-за ODS, вероятно, замаскировало истинный уровень последствий изменения климата других парниковых газов и отвечало за «замедление» глобального потепления с середины 90-х годов. Политические решения на одной арене влияют на затраты и эффективность улучшения окружающей среды в другой.

Требования к ODS в морской промышленности

IMO Приложение внесли изменения в Marpol VI Регламент 12 в отношении озоновых источников. Как и с 1 июля 2010 года, все суда, где применимо Marpol, применимо, должен иметь список оборудования с использованием озоновых источников. Список должен включать название ODS, тип и местоположение оборудования, количество в кг и дате. Все изменения с этой даты должны быть записаны в книге записей ODS на борту, записывающей все предполагаемые или непреднамеренные выбросы в атмосферу. Кроме того, новые поставки ODS или посадка на береговые объекты должны также быть зарегистрированы.

Перспективы истощения озона

Уровни озона стабилизировались в 1990 -х годах после протокола Монреаля, и начали восстанавливаться. Предполагается, что они достигнут уровня до 1980 года до 2075 года.

Озоновые газовые тенденции

С момента принятия и укрепления протокола Монреаля привело к снижению выбросов ХФУ, концентрации атмосферных концентраций наиболее значимых соединений снижаются. Эти вещества постепенно удаляются из атмосферы; С момента пика в 1994 году уровень эквивалентного хлора (EECL) в атмосфере упал примерно на 10 процентов к 2008 году. На снижение химических веществ, нарушающих озон, также значительно влияло снижение химических веществ, содержащих бром . Данные свидетельствуют о том, что существуют существенные естественные источники для атмосферного метил бромид ( Ch
₃ BR ). Поэтапное положение CFCs означает, что оксид азота ( n
₂ o ), который не покрывается протоколом Монреаля, стал наиболее высоко излучаемым веществом озона, и, как ожидается, останется таковым в течение 21-го века.

Согласно отчету Шестую оценки МГЭИК, глобальные уровни стратосферных озонов испытывали быстрое снижение в 1970 -х и 1980 -х годах и с тех пор увеличились, но не достиг доиндустриального уровня. Хотя значительная изменчивость ожидается из года в год, в том числе в полярных регионах, где истощение является наибольшим, ожидается, что озоновый слой будет продолжать восстанавливаться в ближайшие десятилетия из-за снижения концентрации вещества с нарушением озона, предполагая полное соответствие протоколу Монреаля.

Ожидается, что Антарктическая озоновая дыра будет продолжаться в течение десятилетий. Концентрации озона в нижней стратосфере над Антарктидой увеличились на 5–10 процентов к 2020 году и вернутся к уровням до 1980 года примерно к 2060–2075 годам. Это на 10–25 лет позже, чем предсказано в более ранних оценках, из-за пересмотренных оценок концентрации атмосферных веществ, нарушающих озон, в том числе более широкое предсказанное использование в будущем в развивающихся странах. Другим фактором, который может продлить истощение озона, является разрыв оксидов азота сверху стратосферы из -за изменяющихся паттернов ветра. Постепенная тенденция к «исцелению» была зарегистрирована в 2016 году. В 2019 году озоновая дыра была наименьшей за предыдущие тридцать лет из -за более теплой полярной стратосферы, ослабляющей полярную вихрь. В сентябре 2023 года Антарктическая озоновая дыра была одной из самых больших зарегистрированных в 26 миллионов квадратных километров. Аномально большая потеря озона, возможно, была результатом извержения вулкана Тонга 2022 года .

История исследований

См. Также: Цикл озона -кислорода

и химические процессы, которые приводят к образованию озонового слоя в стратосфере Земли, были обнаружены Чепмен Сиднеем Основные физические
₂ ) Молекула в два атома кислорода (O), которые затем объединяются с другими молекулами кислорода с образованием озона. Озон удаляется, когда атом кислорода и молекула озона «рекомбина» с образованием двух молекул кислорода, то есть O + O
₃ → 2 O
₂ ​В 1950 -х годах Дэвид Бейтс и Марсель Николет представили доказательства того, что различные свободные радикалы, в частности, гидроксил (OH) и оксид азота (NO), могут катализировать эту реакцию рекомбинации, уменьшая общее количество озона. Известно, что эти свободные радикалы присутствуют в стратосфере и, таким образом, рассматривались как часть естественного баланса - было подсчитано, что в их отсутствие слой озона будет примерно в два раза толщиной, чем в настоящее время.

В 1970 году Пол Крутцен отметил, что выбросы оксида азота ( n
₂ o ), стабильный, долгоживущий газ, вырабатываемый почвенными бактериями, с поверхности Земли может повлиять на количество оксида азота (NO) в стратосфере. Крутзен показал, что оксид азота живет достаточно долго, чтобы достичь стратосферы, где она преобразуется в нет. Затем Крутцен отметил, что увеличение использования удобрений могло привести к увеличению выбросов оксида азота на естественном фоне, что, в свою очередь, приведет к увеличению количества NO в стратосфере. Таким образом, человеческая активность может повлиять на слой стратосферного озона. В следующем году Крутзен и (независимо) Гарольд Джонстон предположил, что никакие выбросы из сверхзвуковых пассажирских самолетов , которые будут летать в нижней стратосфере, также не могут истощать слой озона. Тем не менее, более недавний анализ в 1995 году Дэвидом В. Фахи, ученом атмосферы в Национальном администрации океанических и атмосферных ресурсов , обнаружил, что падение озона будет составлять от 1 до 2 процентов, если будет эксплуатироваться флот из 500 сверхзвуковых пассажирских самолетов. Это, как выразилось Фахи, не станет шоу -стоппером для развития сверхзвуковых пассажирских самолетов.

Гипотеза Роулэнд -Молина

В 1974 году Фрэнк Шервуд Роуленд , профессор химии в Университете Калифорнии в Ирвине, и его докторский ассоциированное лицо Марио Дж. Молина предположили, что долгоживущие органические галогенные соединения, такие как ХФУ, могут вести себя так же, как и Crutzen, оксид азота. Полем Джеймс Лавлок недавно обнаружил во время круиза в Южной Атлантике в 1971 году, что почти все соединения CFC, изготовленные с момента их изобретения в 1930 году, все еще присутствовали в атмосфере. Молина и Роуленд пришли к выводу, что, как и n
₂ O , CFCs достигли бы стратосферы, где они будут диссоциированы ультрафиолетовым светом, высвобождая атомы хлора. Годом ранее Ричард Столарски и Ральф Цицероне в Мичиганском университете показали, что CL даже более эффективен, чем нет, при катализировании разрушения озона. Подобные выводы были сделаны Майклом МакЭлрой и Стивеном Уофси в Гарвардском университете . Ни одна из групп, однако, не поняла, что ХФУ являются потенциально большим источником стратосферного хлора - они изучали возможные эффекты выбросов HCL от космического челнока , которые намного меньше.

Гипотеза Роулэнд -Молина была сильно оспорена представителями аэрозольной и галоглеродной промышленности. Председатель совета директоров DuPont был указан как заявление о том, что теория истощения озона - это «научная фантастическая сказка ... куча мусора ... полная чушь». Роберт Абланальп , президент Precision Valve Corporation (и изобретатель первого практического аэрозольного спрея CAN Valve), написал канцлеру UC Irvine , чтобы жаловаться на публичные заявления Роуленда. Тем не менее, в течение трех лет большинство основных предположений, сделанных Роулендом и Молиной, были подтверждены лабораторными измерениями и прямым наблюдением в стратосфере. Концентрации исходных газов (CFC и связанные с ним соединения) и вида водохранилища хлора (HCL и Clono
₂ ) были измерены по всей стратосфере и продемонстрировали, что ХФУ действительно являются основным источником стратосферного хлора, и что почти все излученные ХФУ в конечном итоге достигли стратосферы. Еще более убедительным было измерение Джеймса Г. Андерсона и соавторов, о монооксиде хлора (CLO) в стратосфере. CLO продуцируется реакцией CL с озоном - его наблюдение, таким образом, продемонстрировало, что Cl -радикалы присутствовали не только в стратосфере, но и фактически участвовали в уничтожении озона. МакЭлрой и Уофси расширили работу Роуленда и Молины, показав, что атомы брома были еще более эффективными катализаторами потери озона, чем атомы хлора, и утверждали, что бромированные органические соединения, известные как галоны , широко используемые в огнетушительном, были потенциально большими источниками. бром. В 1976 году Национальная академия наук Соединенных Штатов опубликовала отчет о том, что гипотеза истощения озона была решительно подтверждена научными данными. В ответ Соединенные Штаты, Канада и Норвегия запретили использование ХФУ в Аэрозольные спреи банки в 1978 году. Ранние оценки заключались в том, что, если производство CFC продолжается на уровне 1977 года, общий атмосферный озон через столетие или около того достигнет около столетия, на 15-18 процентов ниже нормальных уровней. К 1984 году, когда были доступны более высокие доказательства скорости критических реакций, эта оценка была изменена на 5-9 процентов устойчивого истощения.

Крутцен, Молина и Роуленд были удостоены Нобелевской премии по химии 1995 года за работу над стратосферным озоном.

Антарктическая озоновая дыра

Открытие антарктической «озоновой дыры» Антарктического опроса британских ученых Фармана , Гардинера и Шанклина (впервые сообщается в статье в природе в мае 1985 года. ) стал шоком для научного сообщества, потому что наблюдаемое снижение полярного озона было намного больше, чем ожидалось. Спутниковые измерения ( TOMS на борту NIMBUS 7 ), показывающие массивное истощение озона вокруг Южного полюса, становятся доступными в то же время. Тем не менее, они были первоначально отклонены как необоснованные алгоритмом контроля качества данных (они были отфильтрованы как ошибки, поскольку значения были неожиданно низкими); Озоновое отверстие было обнаружено только в спутниковых данных, когда необработанные данные были переработаны после доказательства истощения озона в in situ . наблюдениях Когда программное обеспечение было повторно без флагов, озоновая дыра была замечена еще в 1976 году.

Сьюзен Соломон , химик атмосферы в Национальном введении океанических и атмосферных (NOAA), предположил, что химические реакции на полярных стратосферных облаков (PSC) в холодной антарктической стратосфере вызывали массовое, хотя и локализованное и сезонное, увеличение количества хлора в присутствии хлора присутствующего . Активные, разрушающие озоновые формы. Полярные стратосферные облака в Антарктике образуются только при очень низких температурах, до -80 ° C и условия ранней пружины. В таких условиях кристаллы льда облака обеспечивают подходящую поверхность для преобразования нереактивных соединений хлора в реактивные хлорные соединения, которые могут легко истощать озон.

Кроме того, полярный вихрь, образованный над Антарктидой , очень плотный, и реакция, возникающая на поверхности кристаллов облака, сильно отличается от того, когда она возникает в атмосфере. Эти условия привели к образованию озоновой отверстия в Антарктике. Эта гипотеза была решительно подтверждена, сначала путем лабораторных измерений и впоследствии путем прямых измерений, из земли и из высоких самолетов , очень высоких концентраций монооксида хлора (CLO) в антарктической стратосфере.

Альтернативные гипотезы, которые объяснили озоновое отверстие с вариациями солнечного ультрафиолетового излучения или изменениям атмосферной циркуляции, также были протестированы и показаны как несостоятельные.

Между тем, анализ измерений озона из всемирной сети наземных спектрофотометров Добсона привел к международной панели, чтобы сделать вывод, что озоновый слой фактически истощается, во всех широтах за пределами тропиков. Эти тенденции были подтверждены спутниковыми измерениями. Как следствие, основные галоглеродные страны, продуцирующие галогеной, согласились на то, чтобы вывести производство ХФУ, галонов и связанных с ними соединений, процесс, который был завершен в 1996 году.

С 1981 года Программа окружающей среды Организации Объединенных Наций под эгидой Всемирной метеорологической организации спонсировала ряд технических отчетов о научной оценке истощения озона на основе спутниковых измерений. Отчет 2007 года показал, что дыра в озоновом слое восстанавливалась, а самая маленькая - около десяти лет.

В отчете за 2010 год показано: «За последнее десятилетие глобальное озон и озон в арктических и антарктических регионах больше не уменьшаются, но еще не увеличивается. Прогнозируется, что озоновый слой за пределами полярных областей будет восстановлен до уровня до 1980 года. До середины этого века.

В 2012 году NOAA и NASA сообщили, что «более теплые температуры воздуха, высоко над антаркктикой, привели ко второму наименьшему озоновому отверстию в течение 20 лет, в среднем 17,9 миллиона квадратных километров. Отверстие достигло своего максимального размера для сезона 22 сентября, простираясь до 21,2 млн. километры ". Постепенная тенденция к «исцелению» была зарегистрирована в 2016 году а затем в 2017 году. Сообщается, что сигнал восстановления очевиден даже на высотах насыщения потери озона.

Отверстие в озоновом слое Земли над южным полюсом повлияла на атмосферное кровообращение в южном полушарии до экватора. Озоновая дыра повлияла на атмосферную циркуляцию вплоть до тропиков и увеличивалось количество осадков при низких субтропических широтах в южном полушарии.

Арктический озон "мини-хол"

3 марта 2005 года, журнал Nature Опубликована статья, связывающая необычайно большую арктическую озоновую дыру 2004 года с активностью солнечного ветра.

15 марта 2011 года наблюдалась рекордная потеря слоя озона, причем около половины озона присутствовали над Арктикой, была уничтожена. Это изменение было связано с все более холодной зимой в арктической стратосфере на высоте приблизительно 20 км (12 миль), что связано с глобальным потеплением в отношениях, которые все еще находятся под следствием. К 25 марта потеря озона стала самой большой по сравнению с тем, что наблюдается во всех предыдущих зимах с возможностью того, что она станет озоновой дырой. Это потребовало бы, чтобы количество озона падало ниже 200 единиц Добсона, из 250, зарегистрированных в Центральной Сибири. Предсказано, что прореживая слой будет влиять на части Скандинавии и Восточной Европы 30–31 марта.

2 октября 2011 года было опубликовано исследование в журнале Nature , в котором говорилось, что в период с декабря 2010 года по март 2011 года до 80 процентов озона в атмосфере примерно на 20 километров (12 миль) над поверхностью было разрушено. Уровень истощения озона был достаточно серьезным, чтобы ученые сказали, что его можно сравнить с озоновой дырой, которая образуется над Антарктидой каждую зиму. Согласно исследованию, «впервые произошла достаточная потеря, чтобы разумно описать как арктическое озоновое отверстие». В исследовании проанализировались данные со спутников Aura и Calipso и определили, что большая, чем нормальная потеря озона была вызвана необычайно длительным периодом холодной погоды в Арктике, примерно на 30 дней больше, чем типично, что позволило получить больше озона. Соединения хлора будут созданы. По словам Ламонта Пула, соавтора исследования, облачных и аэрозольных частиц, на которых обнаружены хлорные соединения «были изобилии в Арктике до середины марта 2011 года-намного позже, чем обычно-средние количества на некоторых высотах, аналогичных тем, что наблюдались в Антарктике и значительно больше, чем почти нулевые ценности, наблюдаемые в марте в большинстве арктических зим ».

В 2013 году исследователи проанализировали данные и обнаружили, что арктическое событие 2010–2011 годов не достигло уровней истощения озона, чтобы классифицировать как истинную дыру. Отверстие в озоне обычно классифицируется как 220 единиц Добсона или ниже; Арктическая дыра не приблизилась к такому низкому уровню. С тех пор он был классифицирован как «мини-хол».

После истощения озона в 1997 и 2011 годах падение озона на 90% было измерено с помощью погодных воздушных шаров в Арктике в марте 2020 года, так как они обычно регистрировали 3,5 частей на миллион озона по сравнению с только около 0,3 частям на миллион, наконец, из -за Самые холодные температуры, когда -либо зарегистрированные с 1979 года, и сильный полярный вихрь , который позволил химическим веществам, включая хлор и бром, уменьшить озон.

Редкая дыра, результат необычайно низких температур в атмосфере над Северным полюсом, была изучена в 2020 году.

Тибетская озоновая дыра

Поскольку зимы, которые более холоднее, более затронуты, иногда на Тибете есть озоновая дыра. 2,5 миллионов квадратных километра . В 2006 году над Тибетом было обнаружено Снова в 2011 году озоновая дыра появилась над гористыми областями Тибета , Синьцзяна , Цинхай и индуистского куша , а также беспрецедентную дыру над Арктикой, хотя тибет был гораздо менее интенсивным, чем те, которые над Арктикой или Антарктикой.

Потенциальное истощение от штормовых облаков

Исследования в 2012 году показали, что тот же процесс, который производит озоновую дыру над Антарктидой, встречается в летних штормовых облаках в Соединенных Штатах, и, таким образом, может также разрушать там озон.

Озоновая дыра над тропиками

Физик Цин-бин Лу из Университета Ватерлоо утверждал, что обнаружил большую озоновую дыру в нижней стратосфере над тропиками в июле 2022 года. Однако другие исследователи в этой области опровергли это утверждение, заявив, что исследование было пронизано «серьезными ошибками и необоснованными утверждениями». По словам доктора Пола Янга, ведущего автора 2022 года WMO/UNEP -научной оценки истощения озона », идентификация автора« тропической озоновой дыры »зависит от того, что он смотрит на процентные изменения в озоне, а не абсолютные изменения, с Последнее, будучи гораздо более актуальным для повреждения УФ, достигая поверхности ». В частности, работа LU определяет «озоновую дыру» как «область с потерей O3 в процентах, превышающих 25%, по отношению к нетронутым значениям O3, когда в стратосфере не было значительных ХФУ (~ в 1960 -х годах)» вместо общего определения 220 единиц Добсона или ниже. Д-р Марта Абалос Альварес добавил: «Истощение озона в тропиках не является чем-то новым и в основном связано с ускорением циркуляции пивовара-добсона».

Истощение, вызванное дымом по лесному пожару

Анализируя атмосферное воздействие австралийского сезона лесных пожаров 2019–2020 годов , ученые во главе с исследователем MIT Сьюзен Соломон обнаружили, что дым разрушил 3–5% озона в пораженных районах южного полушария. Частицы дыма поглощают хлорид водорода и действуют как катализатор для создания хлорных радикалов, которые разрушают озон.

Истощение озона и глобальное потепление

Среди прочего, Роберт Уотсон играл роль в оценке науки и в регулировании истощения озона и глобального потепления . До 1980 -х годов ЕС, НАСА, НАС, ЮНЕП, WMO и британское правительство имели несогласные научные отчеты, а Уотсон сыграл роль в процессе объединенных оценок. Основываясь на опыте работы с озоном, МГЭИК начал работать над единой отчетностью и оценкой науки Чтобы достичь консенсуса, чтобы обеспечить сводку МГЭИК для политиков .

Существуют различные области связи между истощением озона и наукой о глобальном потеплении:

Радиационное воздействие от различных парниковых газов и других источников

• То же самое
  ₂ Радиационное воздействие, которое производит глобальное потепление, ожидается охладить стратосферу. Ожидается, что это охлаждение приведет к относительному увеличению озона ( O
  ₃ ) Истощение в полярных областях и частоте озоновых отверстий.
• И наоборот, истощение озона представляет собой радиационное воздействие климатической системы. Существует два противоположных эффекта: пониженная озон заставляет стратосферу поглощать меньше солнечного излучения, таким образом охлаждая стратосферу, прогревая тропосферу; Получающаяся холодная стратосфера излучает менее длинную волнообразное излучение вниз, тем самым охлаждая тропосферу. В целом, охлаждение доминирует; МГЭИК завершает " наблюдаемый стратосферный O
  ₃ убытки за последние два десятилетия вызвали отрицательное воздействие системы поверхностной тропосферы » около -0,15 ± 0,10 Вт на квадратный метр (вес/м ² ).
• Одним из самых сильных прогнозов парникового эффекта является то, что стратосфера будет остыть. Несмотря на то, что это охлаждение наблюдалось, не тривиально разделить влияние изменений в концентрации парниковых газов и истощения озона, поскольку оба приведут к охлаждению. Однако это может быть сделано с помощью численного стратосферного моделирования. Результаты и атмосферного администрирования Национального океанического администрирования Лаборатории геофизической динамики жидкости показывают, что более 20 км (12 миль) парниковые газы доминируют в охлаждении.
• Химические вещества озона также часто бывают парниковыми газами. Увеличение концентраций этих химических веществ продуцировало 0,34 ± 0,03 Вт/м. ² радиационного воздействия, соответствующего примерно 14 процентам от общего радиационного воздействия от увеличения концентраций хорошо смешанных парниковых газов.
• Долгосрочное моделирование процесса, его измерение, изучение, дизайн теорий и тестирование требуют десятилетия, чтобы документировать, получить широкое признание и в конечном итоге стать доминирующей парадигмой. Несколько теорий об разрушении озона были предположили в 1980 -х годах, опубликованные в конце 1990 -х годов, и в настоящее время изучаются. Доктор Дрю Шинделл и доктор Пол Ньюман, НАСА Годдард, предложили теорию в конце 1990 -х годов, используя методы вычислительного моделирования для моделирования разрушения озона, на которые приходилось 78 процентов уничтоженного озона. Дальнейшее уточнение этой модели составило 89 процентов уничтоженного озона, но оттолкнуло предполагаемое восстановление озоновой отверстия с 75 лет до 150 лет. (Важной частью этой модели является отсутствие стратосферного полета из -за истощения ископаемого топлива .)

В 2019 году НАСА сообщило, что не было значительной связи между размером озоновой дыры и изменением климата.

Заблуждения

Вес CFC

Поскольку молекулы CFC тяжелее воздуха (азот или кислород), обычно считается, что молекулы CFC не могут достичь стратосферы в значительных количествах. Тем не менее, атмосферные газы не отсортируются по весу на этих высотах; Силы ветра могут полностью смешивать газы в атмосфере. Некоторые из более тяжелых ХФУ не распределены равномерно.

Процент искусственного хлора

Источники стратосферного хлора

Другое заблуждение заключается в том, что «общепринято, что природные источники тропосферного хлора в четыре-пять раз больше, чем искусственные». Хотя это утверждение строго верно, тропосферный хлор не имеет значения; Это стратосферный хлор, который влияет на истощение озона. Хлор из океанского спрея растворим и, таким образом, промывается дождем, прежде чем он достигнет стратосферы. CFC, напротив, нерастворимы и долгоживущие, что позволяет им достичь стратосферы. гораздо больше хлора, В нижней атмосфере из CFC и связанных с ними галоалканов чем в HCl от солевого спрея, и в стратосферных гало -саренерациях доминируют. Только метилхлорид, который является одним из этих галогблег, имеет в основном естественный источник, и он отвечает за около 20 процентов хлора в стратосфере; Остальные 80 процентов поступают из искусственных источников.

Очень жестокие извержения вулкана могут вводить HCL в стратосферу, но исследователи показали, что вклад не является значительным по сравнению с CFC. Подобное ошибочное утверждение состоит в том, что растворимые галогенные соединения из вулканического шлейфа горы Эребус на острове Росс, Антарктида, вносят основной вклад в антарктическую озонную дыру.

Тем не менее, исследование 2015 года показал, что роль вулкана горы Эребу в антарктическом истощении озона, вероятно, была недооценена. На основе данных о повторном анализе NCEP/NCAR за последние 35 лет и с использованием модели траектории Hysplit NOAA исследователи показали, что выбросы газа вулкана Erebus (включая хлорид водорода (HCl)) могут достигать антарктической стратаффер Полярный вихрь . В зависимости от активности вулкана Эребуса, дополнительная годовая масса HCL, входящая в стратосферу от Erebus, варьируется от 1,0 до 14,3 кт.

Первое наблюдение

GMB Добсон упомянул, что, когда весенний уровень озона в Антарктике над заливом Галлея впервые был измерен в 1956 году, он был удивлен, обнаружив, что они были ~ 320 дюймов, или около 150 дюй, ниже весенних уровней Арктики ~ 450 дю. В то время это были единственные известные доступные значения озона антарктического озона. То, что описывает Добсон, по сути, базовая линия , из которой измеряется озоновое отверстие: фактические значения озоновых отверстий находятся в диапазоне 150–100 DU.

Расхождение между Арктикой и Антарктикой, отмеченным Добсоном, было в первую очередь вопросом времени: во время арктической весны уровни озона выросли плавно, пика в апреле, тогда как в Антарктике они оставались примерно постоянными в начале весны, резко поднимая Вихрь сломался.

Поведение, наблюдаемое в антарктической озоновой дыре, отличается. Вместо того, чтобы оставаться постоянным, ранние весенние уровни озона падают с их и без того низких зимних значений, на целых 50 процентов, а нормальные значения не достигаются снова до декабря.

Расположение отверстия

Некоторые люди думали, что озоновая дыра должна быть выше источников ХФУ. Тем не менее, ХФУ хорошо смешаны во всем мире в тропосфере и стратосфере . Причина возникновения озоновой отверстия над Антарктидой заключается не в том, что больше ХФУ концентрировано, а потому, что низкие температуры помогают образуют полярные стратосферные облака. На самом деле, есть результаты значительных и локализованных «озоновых отверстий» над другими частями Земли, такие как выше Центральная Азия.

Основанные кампании

Общественные заблуждения и недопонимание сложных вопросов, таких как истощение озона, являются общими. Ограниченные научные знания общественности привели к путанице в отношении глобального потепления или восприятие глобального потепления как подмножества «озоновой дыры». Вначале классические зеленые НПО воздерживались от использования истощения CFC для кампании, поскольку они предполагали, что тема была слишком сложной. Они стали активными гораздо позже, например, в поддержке Гринпис холодильник без CFC, созданный бывшей восточной немецкой компанией Veb Dkk Scharfenstein.

Метафоры, используемые в обсуждении CFC (озоновый щит, озоновая дыра), не «точны» в научном смысле. «Озоновая дыра» - это скорее депрессия , меньшая «дыра в лобовом стекле». Озон не исчезает через слой, и не существует равномерного «истончения» озонового слоя. Тем не менее, они резонировали лучше с не учеными и их опасениями. Озоновая дыра рассматривалась как «горячая проблема» и неизбежный риск Поскольку непрофессионалы опасались тяжелых личных последствий, таких как рак кожи, катаракта, повреждение растений и уменьшение популяций планктона в фотоамериканской зоне океана. Не только на уровне политики, регулирование озона по сравнению с изменением климата намного лучше в общественном мнении. Американцы добровольно отключились от аэрозольных спреев до применения законодательства, в то время как изменение климата не смогло достичь сопоставимой озабоченности и общественных действий. Внезапная идентификация в 1985 году, что в прессе широко сообщалось о существенной «дыре». Особенно быстрое истощение озона в Антарктике ранее было отклонено как ошибка измерения. Научный консенсус был установлен после регулирования.

В то время как Антарктическая озоновая дыра оказывает относительно небольшое влияние на глобальный озон, дыра вызвала большой общественный интерес, потому что::

• Многие обеспокоены тем, что озоновые отверстия могут начать появляться в других областях земного шара, хотя до настоящего времени единственное другое крупномасштабное истощение-это меньшая «мгновенная« чудак », наблюдаемая во время арктической пружины вокруг северного полюса. Озон в средних широтах снизился, но в гораздо меньшей степени (снижение примерно на 4–5 процентов).
• Если стратосферные условия становятся более тяжелыми (более прохладные температуры, больше облаков, более активного хлора), глобальный озон может уменьшаться в большем темпе. Стандартная теория глобального потепления предсказывает, что стратосфера будет остыть.
• Когда Антарктическое озоновое отверстие разбивается каждый год, воздух, истощенный озон, дрейфует в близлежащие регионы. Снижение уровня озона до 10 процентов было зарегистрировано в Новой Зеландии в течение месяца после распада антарктической озоновой дыры, с ультрафиолетовым излучением интенсивности излучения более чем на 15 процентов с 1970-х годов.

Всемирный день озона

В 1994 году Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций проголосовала за назначение 16 сентября как Международный день для сохранения озонового слоя или «Всемирный день озона». Обозначение отмечает подписание протокола Монреаля в эту дату в 1987 году.

Смотрите также

• Изменение климата в Арктике
• Раздел 608

Дальнейшее чтение

• Андерсен, так и К.М. Сарма. (2002). Защита озонового слоя: история Организации Объединенных Наций , Earthscan Press. Лондон, Англия.
• Бенедик, Ричард Эллиот; Мировой фонд дикой природы (США); Институт изучения дипломатии. Джорджтаунский университет. (1998). Озоновая дипломатия: новые направления в защите планеты (2 -е изд.). Гарвардский университет издательство. ISBN  978-0-674-65003-9 Полем Получено 28 мая 2016 года . (Посол Бенедик был главным переговорщиком США на собраниях, которые привели к протоколу Монреаля.)
• Часек, Памела С., Дэвид Л. Дауни и Джанет Уэлш Браун (2013). Глобальная экологическая политика , 6 -е изд., Боулдер, Колорадо: Westview Press.
• Гаро, Брайан (2013). От меры предосторожности до получения прибыли: современные проблемы защиты окружающей среды в Монреальском протоколе . Издательство Йельского университета. ISBN  978-0-300-17526-4 Полем Архивировано с оригинала 2013-03-30.
• Grundmann, Reiner (2001). Транснациональная экологическая политика: реконструкция озона . Психология пресса. ISBN  978-0-415-22423-9 Полем Получено 28 мая 2016 года .
• Хаас, П. (1992). Запрещение хлорфторуглеродов: эпистемические усилия сообщества по защите стратосферного озона . Международная организация, 46 (1), 187–224.
• Парсон, Эдвард (2004). Защита озонового слоя: наука и стратегия . Оксфорд, Англия: издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки

• Озоновый слой в Керли
• «WMO/UNEP -научные оценки истощения озона (последний отчет 2022)» . Лаборатория химических наук, Национальное управление океанических и атмосферных ресурсов (NOAA). Истощение озона NOAA/ESRL
• NOAA/ESRL Озоновый индекс озонового газа
• MACC Stratospheric Ozone Service Archived 2014-03-08 в The Wayback Machine предлагает карты, наборы данных и отчеты о проверке о прошлом и текущем состоянии озонового слоя.
• Инициатива зеленого охлаждения на альтернативных натуральных хладагентах Технологии охлаждения
• «Озоновая дыра: как мы сохранили планету». Премьера 10 апреля 2019 г. PBS
• "Что случилось с озоновой дырой?" , Эпизод подкаста Distillations 230, 17 апреля 2018 г., Институт истории науки