Hogy vagy az antarktiszi ózonlyuk?

Hogy vagy az antarktiszi ózonlyuk?

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

A szerzőkről

Andrei Alexandrovics Kiselev – Fizikai és matematikai tudomány kandidátusa, a fő geofizikai megfigyelőközpont dinamikus meteorológiai tanszékének vezető kutatója. A.I. Voeikova (Szentpétervár). Kutatási érdekek – fotokémiai folyamatok a légkörben.

Igor Leonidovich Karol – fizikai és matematikai tudományok doktora, egyetemi tanár, ugyanabban a megfigyelőközpont laboratóriumának vezetője. A klímamodellezés, fotokémiai és sugárkezelési folyamatok szakembere a légkörben. Évek óta foglalkozik a légköri ózon problémáival.

Az emberek megtudták az ózonlyuk létezését 30 évvel ezelőtt, 1985-ben. Sokan azonban ez a felfedezés szinte észre sem vette; Érdeklődés és szorongás jött később, amikor az Északi-sark is megszerezte a "lyuk" mellett az Antarktisz messze tőlünk. A szakemberek azonnal felmérte a potenciális fenyegetést, és intenzíven tanulmányoztak egy korábban nem látott természetes jelenséget. Hamar rájöttek, hogy az ózonlyuknak a tél végén és az Antarktisz feletti kora tavaszi időszakra gyakorolt ​​hatását három tényező együttes hatása okozza: a poláris és a középső déli szélességek közötti légcsere (a cirkuláris örvény jelensége) és az ózon megsemmisítése,amely két úton következik be – a felszínen a felhő a kristályok feltörekvő az alsó sztratoszférában nagyon alacsony (körülbelül -85 ° … -75 ° C) hőmérsékleten, és a kémiai reakció, amely klór- és brómatom. A tartalma klór és bróm vegyületek a légkörben az időben gyorsan növekszik eredményeként széles körű alkalmazása a CFC-k hűtőközegként, permet, hab habosító szerek, oldószerek és hasonlók. N. Mivel nem mérgező, nem gyúlékony és kémiailag passzív, ezek a mesterséges vegyi anyagok a légkörbe belépő biztonságosan eléri a sztratoszféra ahol mellett megsemmisítik a napfény, a nagyvonalúan gazdagítva azt a nagyon atomok klór és bróm. [1] Így az ózonlyuk előfordulását természetes és ember okozta okok okozzák. Ebben a helyzetben indokolt, hogy erőfeszítéseiket a semlegesítő eredményei „működik az emberi kéz”. Már 1987-ben fogadták el, és hamarosan üzembe a montreali jegyzőkönyv célzó fokozatos csökkentését, és végül a megszüntetését gyártásának és felhasználásának ózonkárosító anyagok. Egyik pont az volt, hogy tiltsák a fejlett gazdasági hatalmak öt első generációs CFC – CFC-11 (CFCi3), -12 (CF2Cl2) -113 ° C2F3Cl3) -114 ° C2F4Cl2), -115 ° C2F5Cl) 1996. január 1-jétől

Már 20 éve van. A modellszámítások szerint az elfogadott montreali korlátozások legnagyobb hatása várható a Föld poláris régióin, és az ózonréteg helyreállítási periódusa a XXI. Század közepe.1 Természetesen még van idő 2050 előtt, de kíváncsi, hogy mi történik az antarktiszi ózonlyukkal ma, mert 20 év is sok.

Freons 20 évvel később

Logikai láncolatunk "ok-hatása" szerint véleményünk szerint még jobb az ügy megkezdésével. Szóval, freon az első generáció. Két évtizeddel ezelőtt az atmoszféra beáramlása nem szűnt meg egyik napról a másikra (végül is a legtöbb ország nem volt tabu a termelésükön és felhasználásukon), de jelentősen csökkent. A rendszeres megfigyelésnek köszönhetően a troposzférában a freonok koncentrációja az utóbbi években megváltozott. A freon-11 koncentrációja (élettartama a légkörben τ ≈ 45 év) és -113 (τ ≈ 85 év) monoton csökkent az egész vizsgált időszakban: 2015-ig (1996-hoz képest) 14,1%.

A freon-12 koncentrációja (τ ≈ 100 év) 2004-ig tovább növekedett, és csak akkor kezdett csökkenni, ezért az 1996-hoz képest- inkább szimbolikus (csak 1,9%). Mindazonáltal 2004 óta a Freon-12 koncentrációja 4,5% -kal csökkent. Megjegyezzük, hogy a freonok első generációjának eltávolításával párhuzamosan az első generációs freonok helyettesítésére az ózonréteg kevésbé veszélyes vegyi anyagok kerültek. Ide tartoznak különösen a "nem joghatósági" freon-22 (CHF2Cl, τ ≈ 12 év): koncentrációja 93-ról 2015-re 93% -kal emelkedett, vagyis majdnem megduplázódott.

A freon koncentrációjának változása (a tetején) és a teljes klórt a troposzférában. 1 trillió−1 10 molekulánként egy molekulának felel meg12 levegő molekulák. Kép: esrl.noaa.gov

Így a troposzférában a klór teljes mennyisége a több atomot tartalmazó vegyületek csökkenő koncentrációi mellett alakul ki. Ugyanakkor a helyettesítőik tartalma általában kevesebb klóratomokkal és rövidebb élettartammal nő. Ennek eredményeképpen 1996 óta a teljes tartalom csökkenése (beleértve a felsorolt ​​egyéb vegyi anyagokat, például az "antropogén" metil-kloroformot (CH3CCI3, τ ≈ 6 év) és a "természetes" metil-klorid (CH3Cl, τ ≈ 1 év)) a klór a troposzférában. A teljes hanyatlás ezen idő alatt 10,0% volt.

Talán néhány olvasó csodálkozna azon, hogy miért fordítunk annyira a figyelmet a troposzférára, míg az ózonra gyakorolt ​​legfontosabb hatást a klór tartalmú vegyületek, a sztratoszférában alkalmazzák. Ennek okai vannak.Először is, mivel a freon kibocsátás a föld felszínéről megy keresztül, a troposzféra egyfajta átmeneti zóna a sztratoszférához vezető úton. Másodszor, a troposzféra freon szintjének ellenőrzése sokkal jobb, mint a sztratoszférában. Ezért nagyon nehéz teljes körű információt kapni a freonok sztratoszferikus tartalmáról.

A 2002-2011-es mérések alapján. [3] meghatározta a freon-11 és -12 koncentrációk jellemző térbeli eloszlását, amelynek tartalma jóval nagyobb a légkörben, mint a többi. Kiderült, hogy mindkét freon sztratoszférikus koncentrációja az egyenlítőtől a pólusokig növekvő távolságra és a magasság növekedésével csökken. Ezeknek az adatoknak az elemzése azt mutatja, hogy a 15-20 km-es rétegben a freon koncentráció csökkenésének mértéke 20-30 trillió−1 / 10 év [3]. Az északi-sarkvidéken kissé intenzívebb csökkenés figyelhető meg, és a középső déli szélességben, 25 km magasságban, a freon-12 koncentrációja jelentősen csökken (79 billió−1 / 10 év). Sajnos ezek az adatok nem terjednek ki az Antarktiszra. Azonban nincs okunk feltételezni, hogy a déli pólusú régióban alapvetően különböznek az északon észlelhető tendenciák.

Térbeli koncentrációeloszlások (billió−1) freon-11 2011 márciusában (a bal oldalon) és a freon-12 2008 szeptemberében [2], a 2002-2011-es mérési adatok szerint számítva. [3]. A negatív szélességek megfelelnek a déli féltekének

Így megállapítható, hogy a montreali tilalom alá eső összes freon légkörében mindenütt jelen van a tartalom. Az atmoszferikus "hosszú élettartamuk" miatt azonban a koncentrációk még mindig nagyon magasak. És mégis az ózonrétegben lévő klór terhelése fokozatosan gyengül.

A szezonális ózonhiány krónikája

Most viszont a logikai lánc másik összetevőjévé válunk – a hatás, vagyis az antarktiszi ózonlyukra. Az 1980-as évek második felének "ózonbóliája" a mérőállomások egész sorában hagyta el a jég kontinens örökségét, amely napjainkig rendszeresen információt szolgáltat az ózonréteg jelenlegi állapotáról.

Általában az ózonlyuk állapotát az általa lefedett terület és a "mélység" jellemzi, ami a teljes ózontartalom (CCA) minimális értéke. Érdekes az is, hogy az elmúlt két évtizedben az ózonlyuk helyzete évről évre megváltozott.

A legkisebb és legnagyobb területérték 2002-ben és 2006-ban elérte a 12 és 26,6 millió km-t2 vagyis csaknem kétszer, de 20 millió km alatt különböztek2 az ózonlyuk területe csak négyszeresére esett vissza. Az átlagos terület az egész húsz év alatt 22,5 millió km2, és ez egyébként 1,6-szerese az Antarktisz területén! És ami a legfontosabb, nincs okunk beszélni a csökkenő tendenciáról: 2015-ben az ózonlyuk az elmúlt kilenc évben legnagyobb területet foglal el – 25,6 millió km2.

Az évek szeptember 7-től október 13-ig terjedő időszakának átlaga az ózonlyuk területét jelenti. A kép: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Más szóval, az ózonlyuk még mindig "széles", és "mély" is – mert az úgynevezett éghajlati normát TO értéknek tekintjük, amely egyenlő a 220 e.2 A minimális TOC-értékek jelentős interannuális ingadozásnak vannak kitéve (például csak az elmúlt 10 évben, a spread 98,2-139,1 eD), a háttérben a pozitív trend 10 év alatt 9,7% -kal nőtt, nem tűnik túlságosan lenyűgözőnek. Ha csak az elmúlt évtizedben hasonló tendenciát tartunk, kiderül, hogy a minimális TO értékek kétszer gyorsabban nőnek (21,2% 10 év alatt). Úgy tűnik, hogy a tendencia növelése nyilvánvaló, de … Statisztikai elemzést mutathogy ezek a tendenciák (ellentétben azokkal, amelyeket tovább fogunk megvitatni) ma sajnálatosak. Tehát még túl korai lenne általánosságok és következtetések levonása.

Az egyes évek szeptember 21-től október 16-ig terjedő időszakának átlaga az ózonlyukban lévő legkisebb TO érték. Pirosan lineáris trendet mutat. A kép: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

De az ózonlyukállapot és az antarktiszi sztratoszféra mérési adatai közötti szoros kapcsolat minden bizonyossággal megerősíti: a minimális TO és a hőmérséklet egybeesik a fázisban, és az ózonlyuk és a hőmérséklet területe antiphase. Ezt a tényt igen nagy korrelációs együtthatók igazolták, ami 0,892 és -0,933 volt. Így az ózonlyuk kialakulásának természetes mechanizmusa továbbra is megfelelően és hatékonyan működik. És mi a helyzet az antropogén tényezővel?

Az ózonlyukállapot és az antarktiszi sztratoszféra hőmérséklete közötti kapcsolat. Balra – az egyes évek szeptember 7-től október 13-ig tartó időszakra vonatkozó átlaga, az ózonlyuk hőmérséklete és területe. Jobbra – a szeptember 21-től október 16-ig tartó időszak átlaga, a hőmérséklet és a minimális CCA. A hőmérsékletet 70 hPa (körülbelül 18 km) értékre határoztuk meg. A kép: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Véleményünk szerint van egy másik, az ózonlyukra jellemzőbb jelenség: az ózonréteg hiánya. Néhány online erőforrás releváns napi adatokat szolgáltat a "lyuk" teljes létezéséhez. Ha a minimális TOC-értékek előfordulása nagyrészt az alacsony hőmérsékletekért felelős, amelyek csak rövid ideig jelentkeznek.3akkor az ozonoszféra klórterhelése az egész téli-tavaszi szezonban működik, és ezért az ózonhiány lehetővé teszi a sztratoszferikus klór-ózonfüggőség jobb felmérését. Ezt követően a TEMIS internetes szolgáltatáson (Tropospheric Emission Monitoring Internet Service).

A napi ózonhiányt úgy definiálják, mint a 220 e-D (azaz az éghajlati normák) és a tényleges TO érték közötti különbség. Természetesen csak azokat a napokat veszi figyelembe, amikor a CCA nem haladja meg a 220 e-ot. D. Ezután összegzésre kerülnek a különböző állomásokon kapott értékek. Az eredmények azt mutatják, hogy több mint 20 éve az ózonhiány 14,7% -kal csökkent. Nyilvánvaló azonban, hogy az ózonhiány abszolút értéke a "lyuk" nagyságától függ, amely évről évre széles skálán mozog. Ezért célszerű egyidejűleg felmérni az adott ózonréteg, azaz a hiány egy kilométerenként2 „Lyukak”.Ebben az esetben kiderül, hogy az ózonhiány jelentősen csökkent (26,5% -kal két évtized alatt). E tendenciák statisztikai jelentősége arra utal, hogy a "folyamat megkezdődött" …

Ózonhiány az ózonlyuk teljes területén (a tetején), és 1 km-rel2 (lent) a létezésének teljes idejére. Pirosan lineáris trendet mutat. Kép: TEMIS

A "menetrend" szerint?

A Montreali Jegyzőkönyvet körülvevő heves vitát még nem törölték az emlékezetből, és nemcsak a dokumentum aláírásának célszerűségét, hanem az ózonlyuk kialakulásához vezető fiziko-kémiai mechanizmusok igazságát is megkérdőjelezték. Sajnos ez a vita azonnal eltűnt a "tudományos sínekről", és a politikai és gazdasági síkon költözött. Az ENSZ főtitkára (1997-2006) Kofi Annan kijelentette, hogy "talán a Montreali Jegyzőkönyv tekinthető az egyetlen rendkívül sikeres nemzetközi megállapodásnak". Orosz ellenfelei a protokoll elfogadása során megpróbálták megfékezni a hazai hűtőiparot a "világ imperializmusa" és a versenyképesség elleni támadás ellenére, bár nehéz lenne nem egyetérteni a B-vel.Zhukova: "… Nagyon gazdag képzelőerővel kell rendelkezned az európai és az amerikai bevásárlóközpontok bemutatására, melyeket Oka és ZIL hűtőszekrények sorakoznak meg"4. Azonban a vélemény súlya attól függ, hogy mennyire támogatják a tények, ezért térjünk vissza a modern valósághoz. Hogyan lehet felmérni, mi történt az Antarktisz ózonlyukával az elmúlt két évtizedben? És hogy ezek a tények mennyiben felelnek meg a korábbi előrejelzéseknek?

Bevalljuk, hogy olvasás után valakinek tűnhetett, hogy ezekben az években az ózonlyukak saját törvényei szerint éltek, amelyeket egyedül ismert, teljesen figyelmen kívül hagyva a freon-serdülőkorongot. Valójában az ózonlyuk viselkedését nagyrészt meghatározza, hogy az antarktiszi sztratoszférikus hőmérséklet mennyire alacsony szeptembertől októberig, ami egyébként a CCA fejlődésétől is függ. Ez a tényező az évek során továbbra is meghatározó. A legfontosabb, de mégsem az egyetlen, mert az Antarktisz sztratoszférájában az ultra-alacsony hőmérséklet valószínűleg korábban, jóval az ózonlyuk megjelenése előtt zajlott le. Az atmoszférában az 1970-1980-as évek klór tartalmának hirtelen megemelkedése egyfajta indítékot jelentett, amely az ezen oldalakon tárgyalt antarktiszi jelenség kezdetét eredményezte.Az ózonlyuk jelenlegi alakulása a sztratoszferikus klór még mindig magas koncentrációja miatt fordul elő, amely évtizedekig az "alacsony" szintig csökken. Időközben a klór terhelése a légkörben, mint egyfajta "szürke bíboros", jelentős hatást gyakorol az ózonlyuk kialakulására, miközben elégedett a látszólag nem feltétlenül támogató szereppel.

Az átlagos ózontartalom a déli féltekén 2015 szeptemberében Image: ozonewatch.gsfc.nasa.gov

Az elmúlt évtizedekben az ózonlyuk viselkedése a meglepetéselméletiek által? Ha általános tendenciákat és nem árnyalatokat vitatunk meg, akkor érvelhetünk: nem, nem fogta el. A P. Newman 2006-ban közzétett becslései (P. Newman) és társszerzőik szerint az ózonlyuk területének lassan csökkennie kell a 2001-2017-es időszakban, de statisztikailag szignifikánsnak kell lennie ez a csökkenés legkorábban 2024-re [4]. Ezek az eredmények összhangban vannak az amerikai Nemzeti Aerospace Ügynökség (NASA) szakértői véleményével: "Az ózonréteg pozitív változásai 2020-ig nem jelennek meg." A modellelőrejelzések szerint az 1995 és 2015 közötti időszakban az Antarktiszon az ózonréteg-felhalmozódás mértéke minimális (a legtöbb modell esetében egy tucat százalék)5. Tehát okkal feltételezhető, hogy az ózonlyuk fejlődése, legalábbis egyelőre általában összhangban van a teoretikusok által körvonalazott ütemtervvel. A jövőben ugyanazon ütemterv szerint az ózonréteg helyreállítását az Antarktisz felett fel kell gyorsítani a légkörben bekövetkező számos fotokémiai átalakulás nemlinearitása miatt, beleértve a klórvegyületek és az ózon jelenlétét is. És hogy ezt a menetrendet a gyakorlatban fenntartjuk, hamarosan megtudjuk.

"Minden cselekmény hosszú távú következményekkel jár"6– ez a gondolat P. Coelho megerősíti az ózonlyuk létezésének történetét. Egy ember viszonylag gyorsan teremtette előfeltételeit az előfordulásának, és a természetnek sokkal több ideje van szüksége a jelenlegi helyzet kijavítására … Igazán azt szeretném, ha ez a lecke nem ajándék lenne számunkra.

irodalom
1. Karol I. L., Kiselev A. A. Climate Paradoxok. M., 2013.
2. Clarmann T. von. Klór a sztratoszférában // Atmosphera. 2013. V. 26. szám 3. P. 415-458.
3. Kellmann, S., Clarmann, T. von, Stiller, G. P. és munkatársai: Globális CFC-11 (CCl3F) és CFC-12 (CCI2F2) mérések a Michelson Interferométerrel passzív légköri hangzáshoz (MIPAS): visszakeresés, klimatológiák és trendek // Atmospheric Chemistry és Physics. 2012. V. 12. P. 11857-11875. DOI: 10,5194 / acp-12-11857-2012.
4. Newman, P. A., Nash, E. R., Kawa, S. R. és mtsai. Mikor fog az antarktiszi ózonlyuk visszaállni? // Geofizikai Kutatási Levelek. 2006. V. 33. L12814. DOI: 10.1029 / 2005GL025232.


1 Az ózonréteg kimerülésének tudományos értékelése: 2010. WMO Global Ozone Research and Monitoring Project. Jelentés No. 52. 3. fejezet: A jövő ózon és annak hatása a felületi UV-re (PDF, 5 MB).

2 Egy Dobson egység (például D.) megfelel a 2,69 · 10 értéknek16 ózonmolekulákat az atmoszférikus oszlopban, 1 cm-es bázissal2 a föld felszíne.

3 Az itt idézett erőforrás szerint az ózonlyuk maximális területeinek és a minimális TO értékeknek a jellegzetes ideje kb. Egy hónap (szeptember 7-től október 13-ig, illetve szeptember 21-től október 16-ig).

4 Zsukov B. A Montreal bölcsek jegyzőkönyvei // Telegráf "A világ körül". 10.10.2007.

5 Az ózonréteg kimerülésének tudományos értékelése: 2010. WMO Global Ozone Research and Monitoring Project. Jelentés No. 52. 3. fejezet: A jövő ózon és annak hatása a felületi UV-re (PDF, 5 MB).

6 Coelho P. A Fény Harcos Könyvének. M., 2009.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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