Kaip tu, Antarkties ozono skylė?

Kaip tu, Antarkties ozono skylė?

Andrejus Киселев, Igoris Karolis
"Gamta" №10, 2016

Apie autorius

Andrejus Александрович Киселев – Fizikinių ir matematinių mokslų kandidatas, pagrindinės geofizikinės observatorijos dinaminės meteorologijos katedros vyresnysis mokslinis bendradarbis. A.I. Voeikova (Sankt Peterburgas). Moksliniai interesai – fotocheminiai procesai atmosferoje.

Igoris Leonidovichas Karolis – Fizikinių ir matematinių mokslų daktaras, profesorius, tos pačios observatorijos laboratorijos vadovas. Klimato modeliavimo, fotocheminių ir radiacinių procesų atmosferoje specialistas. Daugelį metų užsiėmė atmosferos ozono problemomis.

Žmonės sužinojo apie ozono skylę egzistavimą prieš 30 metų, 1985 m. Tačiau daugeliui šio atradimo buvo beveik nepastebėta; susidomėjimas ir nerimas atėjo vėliau, kai Arktis taip pat įgijo "skylę", be to, kad toli nuo mūsų esančioje Antarktidoje. Specialistai iš karto įvertino galimą grėsmę ir pradėjo intensyviai studijuoti anksčiau nematytą gamtos reiškinį. Netrukus buvo nustatyta, kad ozono skylės atsiradimą žiemos pabaigoje ir ankstyvą pavasarį ant Antarkties sukelia bendras trijų veiksnių poveikis: oro mainų tarp polių ir vidurinių pietų platumų blokavimas (cirkulentinio sūkurio reiškinys) ir ozono naikinimas,kuris vyksta dviem būdais – ant debesų kristalų paviršiaus, kurie vyksta žemoje stratosferoje esant labai mažoms (apie -85 … -75 ° C) temperatūroms ir cheminėmis reakcijomis, kuriose dalyvauja chloro ir bromo atomai. Chloro ir bromo junginių kiekis atmosferoje tuo metu sparčiai augo dėl to, kad plačiai naudojami freonai kaip šaltnešiai, balionėliai, putplasčio agentai, tirpikliai ir kt. Jie yra netoksiški, nedegūs ir chemiškai pasyvūs, šie žmogaus sukeltos cheminės medžiagos patenka į atmosferą, saugiai pasiekia stratosferą kur jie buvo sunaikinti veikiant saulės spinduliams, tuo pačiu dosniai praturtindami jį tais pačiais chloro ir bromo atomais [1]. Taigi, ozono skylę atsiranda dėl natūralių ir žmogaus sukeltų priežasčių. Tokioje situacijoje buvo pagrįsta nukreipti pastangas neutralizuoti "žmogaus rankų veiksmų" rezultatus. Jau 1987 m. Buvo priimtas ir netrukus priimtas Monrealio protokolas, kurio tikslas laipsniškai mažinti ozono sluoksnį ardančių medžiagų išmetimą ir jo naudojimą. Vienas iš jo aspektų buvo draudimas, kad išsivysčiusios ekonominės galios penkis pirmosios kartos freonus – freoną-11 (CFCl3), -12 (CF2Cl2) -113 (C2F3Cl3) -114 (C2F4Cl2), -115 (C2F5Cl) nuo 1996 m. Sausio 1 d

Tai buvo 20 metų. Remiantis modelių skaičiavimais, didžiausias priimtų Monrealio apribojimų poveikis yra laukiamas Žemės poliariuose regionuose, o ozono sluoksnio atsinaujinimo laikotarpis yra XXI amžiaus viduryje.1 Žinoma, vis dar yra laiko iki 2050 m., Tačiau įdomu sužinoti, kas šiandien atsitinka su Antarkties ozono skylute, nes taip pat yra ir 20 metų.

Freonai po 20 metų

Mūsų loginėje grandinėje "priežastis – poveikis", mūsų nuomone, dar geriau pradėti nuo priežasties. Taigi, freono pirmoji karta. Prieš du dešimtmečius jų srautas į atmosferą per naktį neišdžiūvo (galų gale daugelyje šalių nebuvo tabu apie jų gamybą ir naudojimą), bet labai sumažėjo. Šiandieninė reguliari stebėsena parodo, kaip pastaraisiais metais pasikeitė freonų koncentracija troposferoje. Freono-11 koncentracijos (jos gyvenimo trukmė atmosferoje τ ≈ 45 metų) ir -113 (τ ≈ 85 metų) monotoniškai sumažėjo per visą svarstomą laikotarpį: jų sumažėjimas iki 2015 m. (Palyginti su 1996 m. Lygiu) buvo 13,4 ir 14,1%, atitinkamai.

Freon-12 koncentracija (τ ≈ 100 metų) toliau didėjo iki 2004 m., O tik tada pradėjo mažėti, todėl jos dabartinis sumažėjimas, palyginti su 1996 m.- gana simbolinė (tik 1,9%). Nepaisant to, nuo 2004 m. Freon-12 koncentracija sumažėjo 4,5%. Atkreipkite dėmesį, kad kartu su pirmosios kartos freonų pašalinimu, pirmosios kartos freonų pakeitimas buvo susijęs su chemikalais, mažiau pavojingais ozono sluoksniui. Tai apima, be kita ko, "neprivalomą" freono-22 (CHF2Cl, τ ≈ 12 metų): jo koncentracija nuo 93 iki 2015 m. Padidėjo 93%, ty ji beveik padvigubėjo.

Freono koncentracijos pokyčiai (viršuje) ir bendras chloro kiekis troposferoje. 1 trilijonas−1 atitinka vieną molekulę per 1012 oro molekulės. Vaizdas: esrl.noaa.gov

Taigi bendras chloro kiekis troposferoje susidaro sąlygomis mažėjančių junginių, turinčių keletą jo atomų, koncentracijų. Tuo pačiu metu jų pakaitalų kiekis, kaip taisyklė, auga su mažesniu chloro atomų skaičiumi ir trumpesniu gyvenimo laikotarpiu. Dėl to nuo 1996 m. Tendencija mažinti bendrą turinį (įskaitant, be sąraše nurodytų, kitų cheminių medžiagų, pavyzdžiui, "antropogeninių" metilchloroformų (CH3CCl3, τ ≈ 6 m.) ir "natūralus" metilchloridas (CH3Cl, τ ≈ 1 metai)) chloro troposferoje. Bendras šio laikotarpio nuosmukis buvo 10,0%.

Galbūt kai kurie skaitytojai gali stebėtis, kodėl mes atkreipiame tiek daug dėmesio į troposferą, o pagrindinį poveikį ozonui taiko chloro turinčius junginius virš stratosferoje. Tai yra priežastis.Pirma, kadangi freonų išmetimai eina iš žemės paviršiaus, troposfera kelia į stratosferą kaip tranzito zona. Antra, freonų kiekio kontrolė troposferoje yra daug geriau nei stratosferoje. Todėl labai sunku gauti vienodai išsamią informaciją apie freoso stratosferos turinį.

Remiantis 2002-2011 m. Matavimais. [3] nustatytas būdingas freono-11 ir -12 koncentracijų erdvinis pasiskirstymas, kurio kiekis atmosferoje yra daug didesnis nei likusios. Pasirodo, kad abiejų freonų strosferos koncentracijos mažėja didėjant atstumui nuo pusiaujo iki polių ir didėjant aukščiui. Iš šių duomenų analizės matyti, kad 15-20 km sluoksnyje freono koncentracijos sumažėjimo greitis yra 20-30 trilijonų−1 / 10 metų [3]. Arkties regione pastebimas šiek tiek intensyvesnis kritimas, o viduriniuose pietiniuose platumose 25 km aukštyje freono-12 koncentracija smarkiai sumažėja (79 trilijonai−1 / 10 metų). Deja, šie duomenys neapima Antarktidos. Tačiau nėra pagrindo manyti, kad tendencijos, kurios iš esmės skiriasi nuo to, kas vyksta į šiaurę, yra būdingos pietiniam pusiasalio regionui.

Erdvinės koncentracijos paskirstymas (trilijonais−1) freon-11 2011 m. kovo mėn. (kairėje) ir "Freon-12" 2008 m. rugsėjo mėn. [2], apskaičiuotas pagal 2002-2011 m. duomenis. [3]. Neigiami platumai atitinka pietinį pusrutulį

Taigi, galima įsitikinti, kad visose freonų atmosferoje, kurių draudžiama pagal Monrealio atmosferą, visur sumažėjo. Tačiau dėl savo "ilgaamžiškumo" atmosferoje koncentracijos vis dar yra labai didelės. Tačiau chloro apkrova ozono sluoksnyje palaipsniui silpnėja.

Sezoninio ozono trūkumo kronika

Dabar mes kreipiamės į kitą loginės grandinės sudedamąją dalį – poveikį, tai yra, Antarktidos ozono skylę. Antroje 1980 m. Antrosios pusės "ozono bumas" palikė ledo žemyną palikuoniu kaip daugybė matavimo stočių, kurios iki šios dienos reguliariai teikia informaciją apie dabartinę ozono sluoksnio būklę.

Paprastai ozono skylės būklė pasižymi plotu, kurį jis apima, ir jo "gylį", kuris yra minimali viso ozono kiekio vertė (CCA). Įdomu pastebėti, kaip per pastaruosius du dešimtmečius iš metų į metus keičiasi ozono skylės zona.

Minimalios ir didžiausios ploto vertės 2002 ir 2006 m pasiekė 12 ir 26,6 mln. km2 atitinkamai, ty jie skiriasi beveik du kartus, bet mažesni nei 20 mln. km2 ozono skylės plotas sumažėjo tik keturis kartus. Vidutinis plotas per visą dvidešimties metų laikotarpį yra 22,5 mln. Km2, o tai, beje, yra 1,6 karto didesnis už patį Antarktidos plotą! Ir svarbiausia, nėra jokios priežasties kalbėti apie mažėjimo tendenciją: 2015 m. Ozono skylė užėmė didžiausią plotą per pastaruosius devynerius metus – 25,6 mln. Km2.

Kiekvienų metų rugsėjo 7 d.-spalio 13 d. Vidurkis yra ozono skylės plotas. Vaizdas: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Kitaip tariant, ozono skylė vis dar yra "plati", o taip pat "giliai", nes vadinamoji klimato norma yra TOE vertė, lygi 220 e. D.2 Mažiausios TOC vertės yra susijusios su dideliais tarpinių svyravimų (pvz., Tik per pastaruosius 10 metų plitimas buvo 98,2-139,1 e. D.), atsižvelgiant į jų teigiamą tendenciją, padidėjus 9,7% per 10 metų, neatrodo pernelyg įspūdinga. Jei mes manome, kad panaši tendencija tik per pastarąjį dešimtmetį pasirodė, kad minimalios TO vertybės pradėjo augti dvigubai greičiau (per 10 metų – 21,2%). Atrodo, kad tendencija juos padidinti yra akivaizdi, bet … Rodoma statistinė analizėdeja, šios tendencijos (priešingai nei tos, kurios bus aptartos vėliau) šiandien, deja, yra nereikšmingos. Taigi vis dar per anksti padaryti apibendrinimus ir išvadas.

Kiekvienų metų rugsėjo 21 d.-spalio 16 d. Vidurkis yra minimali TO vertė ozono skylėje. Raudonai rodo linijinę tendenciją. Vaizdas: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Tačiau glaudus ryšys tarp ozono skylės būklės ir Antarkties stratosferos matavimo duomenų temperatūros visiškai patvirtina, kad minimalus TO ir temperatūra sutampa su faze, o ozono skylė ir temperatūra yra priešpaskutinėje. Tai patvirtina labai aukšti koreliacijos koeficientai, atitinkantys 0.892 ir -0.933. Taigi natūralūs ozono skylės formavimo mechanizmai ir toliau veikia tinkamai ir efektyviai. O kas apie antropogeninį veiksnį?

Ryšys tarp ozono skylės būklės ir Antarkties stratosferos temperatūros. Kairėje – kiekvienų metų rugsėjo 7 d.-spalio 13 d. vidutinis ozono skylės temperatūra ir plotas. Dešinėje – vidurkis laikotarpiui nuo rugsėjo 21 iki spalio 16 d., temperatūra ir minimalus CCA. Temperatūra buvo nustatyta 70 hPa (apie 18 km). Vaizdas: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Mūsų nuomone, yra dar viena orientacinė ozono skylės charakteristika: ozono trūkumas joje. Kai kurie internetiniai ištekliai teikia reikiamus dienos duomenis visam "skylės" egzistavimui. Jei minimalių TOC verčių pasireiškimas dažniausiai yra susijęs su labai žema temperatūra, kuri atsiranda tik trumpą laiką.3tada ozono sferos chloro apkrova vyksta visą žiemos ir pavasario sezoną, todėl ozono trūkumas leidžia išsamiau įvertinti stratosferos chloro ir ozono priklausomybę. Toliau mes naudojame duomenis, pateiktus interneto paslaugų TEMIS (Troposferinių teršalų monitoringo interneto paslauga).

Dieninis ozono trūkumas apibrėžiamas kaip skirtumas tarp 220 e. D. (t. Y. Klimato normos) ir TO vert ÷ yra tikroji šiai dienai. Žinoma, tik tos dienos yra laikomos, kai CCA neviršija 220 E. D. Be to, suminės vertės, gautos skirtingose ​​stotyse. Rezultatai rodo, kad daugiau nei 20 metų ozono trūkumas sumažėjo 14,7%. Tačiau akivaizdu, kad absoliutus ozono trūkumo dydis priklauso nuo "skylės" dydžio, kuris įvairiais metais svyravo įvairiais laikais. Todėl patariama vienu metu įvertinti konkretų ozono deficito, t. Y. Deficito 1 km2 "skylės".Tokiu atveju paaiškėja, kad ozono trūkumas yra žymiai intensyvesnis (dviem dešimtmečiais – 26,5%). Šių tendencijų statistinės reikšmės buvimas rodo, kad "procesas prasidėjo" …

Ozono trūkumas visoje ozono skylės zonoje (viršuje) ir 1 km2 (žemyn žemyn) visam jos egzistavimo laikotarpiui. Raudonai rodo linijinę tendenciją. Vaizdas: TEMIS

Pagal "tvarkaraštį"?

Siaubingi ginčai dėl Monrealio protokolo dar nebuvo ištrinti iš atminties, buvo abejojama ne tik šio dokumento pasirašymo tikslingumu, bet ir fizinių ir cheminių mechanizmų, sukėlusių ozono skylę, tiesa. Deja, ši prieštaringa informacija iš karto dingo iš "mokslo bėgių" ir persikėlė į politinę ir ekonominę pusę. JT Generalinis sekretorius (1997-2006 m.) Kofi Annanas teigė, kad "galbūt Monrealio protokolas gali būti laikomas vieninteliu sėkmingu tarptautiniu susitarimu". Savo rusų oponentai protokolo priėmimu matė bandydami "pasaulio imperializmą" užmušti vidaus šaldymo pramonę ir užkirsti kelią jos konkurencingumui, nors sunku nesutikti su B.Zhukova: "… Jums reikia labai turtingos vaizduotės pristatyti Europos ir Amerikos prekybos centrus, įstrigusius eilėmis" Oka "ir" ZIL "šaldytuvų"4. Tačiau bet kokios nuomonės svoris priklauso nuo to, kiek tai patvirtina faktai, todėl grįšime į šiuolaikines realijas. Kaip galima įvertinti, kas įvyko Antarkties ozono skylę per pastaruosius du dešimtmečius? Ir kokiu mastu šie faktai atitinka ankstesnes prognozes?

Pripažįstame, kad skaitant tai atrodė, kad kažkas, kad per tuos metus ozono skylė gyveno pagal savo įstatymus, kurie jai buvo žinomi, visiškai nepaisydami mūsų freonų ir paauglių šurmulio. Iš tiesų, ozono skylės šiandien elgesį daugiausia lemia tai, kaip mažai Antarkties stratosferos temperatūros yra rugsėjo-spalio mėnesiais, o tai, beje, priklauso nuo CCA evoliucijos. Šis veiksnys lieka dominuojantis per metus. Svarbiausia, tačiau dar ne vienintelė, nes itin žemos temperatūros Antarktidos stratosferoje greičiausiai vyko anksčiau, dar prieš ozono skylės atsiradimą. Aštuntajame dešimtmetyje sparčiai didėjęs chloro kiekis atmosferoje vaidino tam tikrą veiksnį, kuris pradėjo Antarkties reiškinį, aptartą šiuose puslapiuose.Dabartinė ozono skylės raida atsiranda dėl to, kad vis dar yra didelė stratosferos chloro koncentracija, o tai turėtų užtrukti keletą dešimtmečių iki "mažo" lygio. Tuo tarpu chloro apkrova atmosferoje kaip "pilkasis kardinolas" savaime daro didelę įtaką ozono skylės susidarymui, tuo pačiu pritariant atrodytų nepastebimam pagalbiniam vaidmeniui.

Vidutinis ozono kiekis virš pietų pusrutulio 2015 m. Rugsėjo mėn. Vaizdas: ozonewatch.gsfc.nasa.gov

Ar per pastaruosius dešimtmečius ozono skylės elgesys pastebėtas nuostabiais teoretikais? Jei aptarsime bendras tendencijas, o ne niuansus, tai gali būti ginčijama: ne, tai nepasiekė. Pasak P. Newmano 2006 m. Paskelbto (P. Newman) ir jo bendraautorių skaičiaus, ozono skylės plotas 2001-2007 m. Turėtų lėtai mažėti, tačiau statistiškai reikšmingas šis sumažėjimas bus ne anksčiau kaip 2024 m. [4]. Šios išvados atitinka JAV Nacionalinės kosmoso agentūros (NASA) ekspertų nuomonę: "Teigiami pokyčiai ozono sluoksnyje nebus rodomi iki 2020 m." Remiantis modelių prognozėmis, 1995-2015 m. Ozono sluoksnio atsikūrimo ant Antarkties lygis buvo minimalus (daugumoje modelių jie yra keliolika procentų)5. Taigi, yra pagrindo manyti, kad ozono skylės evoliucija, bent jau iki šiol, iš esmės atitinka teoristų nustatytą tvarkaraštį. Ateityje pagal tą patį grafiką ozono sluoksnio atkūrimas Antarktidoje turėtų būti pagreitintas dėl daugybės fotocheminių transformacijų, vykstančių atmosferoje, netiesiškumo, įskaitant dalyvaujant chloro junginiams ir ozonui. Ir ar šis tvarkaraštis bus išlaikytas praktiškai, netrukus sužinome.

"Kiekvienas veiksmas turi ilgalaikių pasekmių"6– tai P. Coelho mintis patvirtina ozono skylės egzistavimo istoriją. Žmogus palyginti greitai sukūrė prielaidas jo atsiradimui, o gamtoje reikia daug laiko, kad būtų ištaisyta dabartinė situacija … Aš tikrai noriu, kad ši pamoka nebūtų mums duota.

Literatūra
1. Karolis I. L., Kiselev A. A. Klimato paradoksai. M., 2013 m.
2. Clarmann T. von. Chloras stratosferoje / Atmosfera. 2013. V. 26. No. 3. P. 415-458.
3. Kellmann, S., Clarmann, T. von, Stiller, G. P. ir kt. Global CFC-11 (CCl3F) ir CFC-12 (CCl2F2) matavimai su Michelsono interferometru pasyviosios atmosferos skleidimui (MIPAS): ištraukimas, klimatologijos ir tendencijos // Atmosferos chemija ir fizika. 2012. V. 12. P. 11857-11875. DOI: 10.5194 / acp-12-11857-2012.
4. Newman, P. A., Nash, E. R., Kawa, S. R. et al. Kada Antarkties ozono skylė atsigaus? / / Geofizikinių tyrimų laiškai. 2006. V. 33. L12814. DOI: 10.1029 / 2005GL025232.


1 Mokslinis ozono sluoksnio naikinimo įvertinimas: 2010. WMO Pasaulio ozono tyrimų ir stebėsenos projektas. Pranešimas Nr. 52. 3 skyrius. Ateities ozonas ir jo įtaka paviršiaus UV (PDF, 5 MB).

2 Vienas Dobsono vienetas (e. D.) atitinka 2,69 · 1016 ozono molekulės atmosferos kolonoje su 1 cm baze2 žemės paviršius.

3 Remiantis čia nurodytu šaltiniu, ozono skylės didžiausių zonų egzistavimo laikas ir minimalios TO vertės yra maždaug vienas mėnuo (nuo rugsėjo 7 iki spalio 13 d. Ir atitinkamai nuo rugsėjo 21 iki spalio 16 d.).

4 Жуков B. Protokolai iš Monrealio išminčių // Telegraph "Aplink pasaulį". 10.10.2007.

5 Mokslinis ozono sluoksnio naikinimo įvertinimas: 2010. WMO Pasaulio ozono tyrimų ir stebėsenos projektas. Pranešimas Nr. 52. 3 skyrius. Ateities ozonas ir jo įtaka paviršiaus UV (PDF, 5 MB).

6 Coelho P. Šviesos kariūro knyga. M., 2009.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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