Bagaimana anda, lubang ozon Antartika?

Bagaimana anda, lubang ozon Antartika?

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

Mengenai pengarang

Andrei Alexandrovich Kiselev – Calon Fizikal dan Matematik, Penyelidik Kanan Jabatan Meteorologi Dinamik Balai Cerap Geofizik Utama. A.I. Voeikova (St. Petersburg). Kepentingan penyelidikan – proses fotokimia di atmosfera.

Igor Leonidovich Karol – Doktor Sains Fizikal dan Matematik, Profesor, Ketua makmal di klinik yang sama. Pakar dalam bidang pemodelan iklim, proses fotokimia dan radiasi di atmosfera. Selama bertahun-tahun terlibat dalam masalah ozon atmosfera.

Orang ramai mengetahui tentang kewujudan lubang ozon 30 tahun yang lalu, pada tahun 1985. Walau bagaimanapun, bagi kebanyakan orang, penemuan ini hampir tidak diketahui; minat dan kecemasan datang kemudian, apabila Artik juga memperoleh "lubang", sebagai tambahan kepada Antartika jauh dari kami. Pakar segera menilai potensi ancaman dan mula mengkaji secara intensif fenomena semula jadi yang tidak kelihatan. Tidak lama kemudian mendapati bahawa penampilan lubang ozon pada akhir musim sejuk dan awal musim bunga di atas Antartika disebabkan oleh gabungan kesan tiga faktor: penyekatan pertukaran udara antara kutub selatan dan selatan tengah (fenomena vorteks circumpolar), dan pemusnahan ozon,yang berlaku dalam dua cara – pada permukaan kristal awan yang berlaku di stratosfera yang lebih rendah pada suhu rendah (sekitar -85 ° … -75 ° C), dan dalam tindak balas kimia yang melibatkan atom klorin dan bromin. Kandungan sebatian klorin dan bromin di atmosfera pada masa itu berkembang pesat hasil penggunaan freon sebagai penyejuk, dispenser, ejen meniup, pelarut, dan sebagainya. Sebagai bahan bukan buatan, tidak mudah terbakar dan kimia pasif, bahan buatan manusia ini, masuk ke atmosfera, selamat mencapai stratosfera di mana mereka dimusnahkan oleh tindakan sinar matahari, sambil memberi semangat dengan memperkayakannya dengan atom klorin dan bromin yang sama [1]. Oleh itu, berlakunya lubang ozon disebabkan oleh punca semula jadi dan buatan manusia. Dalam keadaan ini, adalah munasabah untuk mengarahkan usaha untuk meneutralkan hasil "perbuatan tangan manusia." Sudah pada tahun 1987, Protokol Montreal telah diterima pakai dan tidak lama lagi digubal, bertujuan untuk pengurangan secara beransur-ansur, dan seterusnya pemberhentian pelepasan dan penggunaan bahan pengurangan ozon. Salah satu perkaranya adalah larangan penggunaan oleh kuasa ekonomi maju lima freon generasi pertama – freon-11 (CFCl3), -12 (CF2Cl2) -113 (C2F3Cl3) -114 (C2F4Cl2), -115 (C2F5Cl) dari 1 Januari 1996

Sudah 20 tahun. Mengikut perhitungan model, kesan terbesar dari batasan Montreal yang diterima pakai dijangka di kawasan kutub Bumi, dan tempoh pemulihan lapisan ozon adalah pertengahan abad XXI.1 Sudah tentu, masih ada masa sebelum 2050, tetapi ia ingin melihat apa yang berlaku dengan lubang ozon Antartika hari ini, kerana 20 tahun juga banyak.

Freon 20 tahun kemudian

Dalam rantaian logik "sebab – akibat", pada pendapat kami, ia masih lebih baik untuk memulakan dengan sebab itu. Jadi, generasi pertama freon. Dua dekad yang lalu, aliran mereka ke atmosfera tidak kering dalam sekelip mata (selepas semua, kebanyakan negara tidak melarang pengeluaran dan kegunaannya), tetapi menurun dengan ketara. Terima kasih kepada pemantauan teratur hari ini, kita dapat melihat bagaimana kepekatan freon di troposfera telah berubah dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Konsentrasi freon-11 (seumur hidupnya di atmosfera τ ≈ 45 tahun) dan -113 (τ ≈ 85 tahun) berkurang secara mendadak selama tempoh yang dipertimbangkan: kejatuhan mereka pada tahun 2015 (berbanding tahap 1996) adalah 13.4 dan 14.1%, masing-masing.

Kepekatan freon-12 (τ ≈ 100 tahun) terus berkembang sehingga tahun 2004 dan kemudiannya mula berkurang, oleh itu penurunan semasa berbanding tahun 1996- agak simbolik (hanya 1.9%). Walau bagaimanapun, sejak tahun 2004, kepekatan Freon-12 telah menurun sebanyak 4.5%. Perhatikan bahawa pada masa yang sama dengan penyingkiran freon generasi pertama, penggantian freon generasi pertama berlaku dengan bahan kimia yang kurang berbahaya kepada lapisan ozon. Ini termasuk, khususnya, "tidak berdisiplin" freon-22 (CHF2Cl, τ ≈ 12 tahun): kepekatannya meningkat dari 93 hingga 2015 sebanyak 93%, iaitu, hampir dua kali ganda.

Perubahan dalam kepekatan freon (di bahagian atas) dan jumlah klorin dalam troposfera. 1 trilion−1 sepadan dengan satu molekul setiap 1012 molekul udara. Imej: esrl.noaa.gov

Oleh itu, jumlah klorin dalam troposfera terbentuk di bawah keadaan penurunan kepekatan sebatian yang mengandungi beberapa atomnya. Pada masa yang sama, kandungan pengganti mereka berkembang, sebagai peraturan, dengan jumlah atom klorin yang lebih kecil dan hayat yang lebih pendek. Akibatnya, sejak tahun 1996 terdapat kecenderungan penurunan dalam jumlah kandungan (termasuk, sebagai tambahan kepada bahan kimia yang disenaraikan, contohnya, "antropogenik" metil kloroform (CH3CCl3, τ ≈ 6 tahun) dan "semula jadi" metil klorida (CH3Cl, τ ≈ 1 tahun)) klorin di troposfera. Penurunan keseluruhan pada masa ini ialah 10.0%.

Mungkin sesetengah pembaca mungkin tertanya-tanya mengapa kami memberi tumpuan kepada troposfera, sedangkan impak utama kepada ozon digunakan oleh sebatian yang mengandungi klorin di atas, dalam stratosfera. Ada sebab untuk ini.Pertama, sejak pelepasan freon keluar dari permukaan bumi, troposfera berfungsi sebagai sejenis zon transit dalam perjalanan ke stratosfera. Kedua, kawalan ke atas tahap freon di troposfera adalah jauh lebih baik daripada stratosfera. Oleh itu, sangat sukar untuk mendapatkan maklumat lengkap mengenai kandungan frekuensi stratosfera.

Berdasarkan pengukuran 2002-2011. [3] menentukan taburan spatial ciri kepekatan freon-11 dan -12, kandungannya di atmosfera lebih tinggi daripada yang lain. Ternyata konsentrasi stratosfera kedua freon berkurang dengan jarak yang lebih jauh dari khatulistiwa ke tiang dan dengan peningkatan ketinggian. Analisis data ini menunjukkan bahawa dalam lapisan 15-20 km kadar penurunan kepekatan freon adalah 20-30 trilion−1 / 10 tahun [3]. Kejatuhan sedikit lebih intensif diperhatikan di Artik, dan di lintang selatan tengah pada ketinggian 25 km kepekatan freon-12 berkurangan (79 trilion−1 / 10 tahun). Malangnya, data ini tidak meliputi Antartika. Walau bagaimanapun, tidak ada sebab untuk mempercayai bahawa trend yang berbeza dari yang berlaku di utara adalah wujud di wilayah kutub selatan.

Pengagihan kepekatan ruang dalam (trilion−1) freon-11 pada Mac 2011 (di sebelah kiri) dan freon-12 pada bulan September 2008 [2], dikira mengikut data pengukuran 2002-2011. [3]. Lintang negatif sepadan dengan hemisfera selatan

Oleh itu, adalah mustahil untuk memastikan pengurangan kandungan di dalam atmosfera semua freon yang telah jatuh di bawah larangan Montreal. Walau bagaimanapun, kerana "panjang umur" atmosfera mereka, kepekatan masih tinggi. Namun beban klorin pada lapisan ozon secara beransur-ansur melemahkan.

Chronicle kekurangan ozon bermusim

Kami kini beralih kepada komponen lain dari rantaian logik – kesan, iaitu, ke lubang ozon Antartika. "Ledakan ozon" pada separuh kedua tahun 1980an meninggalkan warisan di benua ais dalam bentuk keseluruhan siri stesen pengukur, yang hingga ke hari ini secara kerap membekalkan maklumat tentang keadaan semasa lapisan ozon.

Biasanya, keadaan lubang ozon dicirikan oleh kawasan yang dikelilingi dan "kedalaman "nya, yang merupakan nilai minimum kandungan ozon total (CCA). Sangat menarik untuk mengetahui bagaimana kawasan lubang ozon telah berubah dari tahun ke tahun dalam dua dekad yang lalu.

Nilai kawasan minimum dan maksimum pada tahun 2002 dan 2006 mencapai 12 dan 26.6 juta km2 masing-masing, iaitu, mereka berbeza hampir dua kali, tetapi di bawah 20 juta km2 kawasan lubang ozon jatuh hanya empat kali. Kawasan purata sepanjang tempoh dua puluh tahun ialah 22.5 juta km2, dan ini, dengan cara ini, adalah 1.6 kali kawasan Antartika itu sendiri! Dan yang paling penting, tidak ada sebab untuk bercakap tentang trend menurun: pada tahun 2015, lubang ozon menduduki kawasan terbesar dalam sembilan tahun yang lalu – 25.6 juta km2.

Purata bagi tempoh dari 7 September hingga 13 Oktober setiap tahun adalah kawasan lubang ozon. Imej: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Dengan kata lain, lubang ozon masih "luas", dan juga "mendalam" – kerana norma iklim yang dipanggil dianggap sebagai nilai TO sama dengan 220 e.2 Nilai-nilai TOC minimum adalah tertakluk kepada turun naik yang signifikan antara satu sama lain (contohnya, hanya dalam 10 tahun terakhir penyebarannya adalah 98.2-139.1 e. D.), berbanding latar belakang mereka trend positif dengan pertumbuhan 9.7% lebih 10 tahun tidak kelihatan terlalu mengagumkan. Jika kita menganggap trend yang sama hanya dalam dekad yang lalu, ternyata bahawa nilai minimum TO mulai mula dua kali lebih pantas (21.2% lebih 10 tahun). Nampaknya kecenderungan untuk meningkatkan mereka adalah jelas, tetapi … Menunjukkan analisis statistikMalangnya, trend ini (berbanding dengan yang akan dibincangkan kemudian), malangnya, tidak penting hari ini. Oleh itu, masih terlalu awal untuk membuat apa-apa generalisasi dan kesimpulan.

Rata-rata untuk tempoh dari 21 September hingga 16 Oktober setiap tahun adalah minimum TO nilai dalam lubang ozon. Merah menunjukkan trend linier. Imej: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Tetapi hubungan rapat antara keadaan lubang ozon dan suhu data pengukuran stratosfera Antartika mengesahkan dengan semua kepastian, iaitu: TO minimum dan suhu bertepatan dalam fasa, dan kawasan lubang ozon dan suhu berada dalam antiphase. Fakta ini disahkan oleh pekali korelasi yang sangat tinggi, masing-masing bersamaan dengan 0.892 dan -0.933. Oleh itu, mekanisme semulajadi pembentukan lubang ozon terus berfungsi dengan baik dan efisien. Dan bagaimana pula dengan faktor antropogenik?

Hubungan antara keadaan lubang ozon dan suhu stratosfer Antartika. Di sebelah kiri – purata untuk tempoh dari 7 September hingga 13 Oktober setiap tahun, suhu dan luas lubang ozon. Di sebelah kanan – purata untuk tempoh dari 21 September hingga 16 Oktober, suhu dan CCA minimum. Suhu ditentukan pada tahap 70 hPa (kira-kira 18 km). Imej: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology

Terdapat satu lagi, pada pendapat kami, lebih banyak ciri ciri lubang ozon: kekurangan ozon di dalamnya. Sesetengah sumber dalam talian menyediakan data harian yang relevan untuk keseluruhan kewujudan "lubang". Jika berlakunya nilai TOC minimum adalah sebahagian besarnya bertanggungjawab terhadap suhu ultra rendah yang berlaku hanya untuk tempoh yang singkat.3maka beban klorin pada ozonosfera berfungsi sepanjang musim musim sejuk musim semi, dan, oleh itu, kekurangan ozon memungkinkan untuk lebih menilai kebergantungan klorin-ozon stratosferik. Seterusnya kami menggunakan data yang disediakan di perkhidmatan Internet TEMIS (Perkhidmatan Internet Pemantauan Emisi Tropospheric).

Kekurangan ozon harian ditakrifkan sebagai perbezaan antara 220 e. D. (iaitu norma iklim) dan nilai TO sebenarnya untuk hari ini. Secara semulajadi, hanya hari-hari yang dipertimbangkan apabila CCA tidak melebihi 220 e. D. Seterusnya, nilai-nilai yang diperolehi di stesen-stesen yang berbeza disimpulkan. Keputusan menunjukkan bahawa lebih 20 tahun kekurangan ozon telah menurun sebanyak 14.7%. Walau bagaimanapun, adalah jelas bahawa nilai absolut kekurangan ozon bergantung kepada saiz "lubang", yang berbeza dari tahun ke tahun dalam pelbagai. Oleh itu, adalah dinasihatkan untuk menilai secara bersamaan defisit ozon tertentu, iaitu, defisit setiap 1 km2 "lubang".Dalam kes ini, ternyata kekurangan ozon dikurangkan dengan ketara lebih intensif (sebanyak 26.5% lebih dua dekad). Kehadiran kepentingan statistik trend ini menunjukkan bahawa "proses telah bermula" …

Kekurangan ozon di seluruh kawasan lubang ozon (di bahagian atas) dan dari segi 1 km2 (turun di bawah) untuk keseluruhan tempoh kewujudannya. Merah menunjukkan trend linier. Imej: TEMIS

Menurut "jadual"?

Kontroversi sengit di sekitar Protokol Montreal belum dipadamkan dari memori, dan bukan hanya kesesuaian menandatangani dokumen ini, tetapi juga kebenaran mekanisme fiziko-kimia yang menimbulkan lubang ozon dipersoalkan. Malangnya, kontroversi ini terus hilang dari "landasan saintifik" dan berpindah ke pesawat politik dan ekonomi. Setiausaha Agung PBB (1997-2006) Kofi Annan menyatakan bahawa "mungkin Protokol Montreal boleh dianggap satu-satunya perjanjian antarabangsa yang sangat berjaya." Lawannya Rusia menyaksikan penggunaan protokol percubaan untuk menegur industri penyejukan domestik oleh "imperialisme dunia" dan serangan ke atas daya saingnya, walaupun sukar untuk tidak bersetuju dengan B.Zhukova: "… Anda perlu mempunyai imaginasi yang sangat kaya untuk mempersembahkan gedung-gedung Eropah dan Amerika, dengan barisan peti sejuk Oka dan ZIL"4. Walau bagaimanapun, berat pendapat bergantung pada sejauh mana ia disokong oleh fakta, oleh itu, marilah kita kembali kepada realiti moden. Bagaimanakah seseorang menilai apa yang berlaku pada lubang ozon Antartika selama dua dekad yang lalu? Dan sejauh manakah fakta-fakta ini sepadan dengan ramalan terdahulu?

Kami mengakui bahawa selepas membaca ia mungkin kelihatan seperti seseorang yang selama ini lubang ozon hidup menurut undang-undangnya sendiri, yang diketahui hanya dengannya, sepenuhnya mengabaikan kekecohan freon-remaja kita. Sesungguhnya tingkah laku lubang ozon hari ini amat ditentukan oleh betapa rendahnya suhu stratosfera Antartika pada bulan September-Oktober, yang juga bergantung kepada evolusi CCA. Faktor ini kekal dominan sepanjang tahun. Paling penting, tetapi masih bukan satu-satunya, kerana suhu ultra rendah di stratosfera Antartika mungkin berlaku lebih awal, jauh sebelum penampilan lubang ozon. Peningkatan mendadak kandungan klorin di atmosfera pada tahun 1970-1980 memainkan peranan sejenis pencetus, yang memberikan permulaan kepada fenomena Antartika yang dibincangkan di halaman-halaman ini.Evolusi lubang ozon kini berlaku terhadap latar belakang kepekatan klorin stratosferik yang masih tinggi, yang perlu mengambil beberapa dekad untuk menurun ke tahap "rendah". Sementara itu, beban klorin di atmosfera, sebagai sejenis "kardinal kelabu", mempunyai kesan yang signifikan terhadap pembentukan lubang ozon, sambil berpuas hati dengan peranan sokongan yang kelihatan tidak mencolok.

Kandungan ozon purata di bahagian hemisfera selatan pada bulan September 2015 Imej: ozonewatch.gsfc.nasa.gov

Adakah perilaku lubang ozon diperhatikan dalam dekad kebelakangan ini yang diambil oleh ahli teori kejutan? Sekiranya kita membincangkan trend umum dan tidak bernasib baik, ia boleh dikatakan: tidak, ia tidak dapat ditangkap. Menurut perkiraan P. Newman yang diterbitkan pada tahun 2006 (P. Newman) dan penulis bersama, luas lubang ozon itu perlahan perlahan pada tahun 2001-2017, tetapi secara statistik penting pengurangan ini tidak akan lebih awal dari 2024 [4]. Penemuan ini selaras dengan pendapat ahli dari Agensi Aeroangkasa Kebangsaan AS (NASA): "Perubahan positif dalam lapisan ozon tidak akan muncul sehingga tahun 2020." Menurut ramalan model, kadar pemulihan lapisan ozon ke atas Antartika pada tahun 1995-2015 adalah minimum (untuk kebanyakan model mereka dalam sedozen peratus)5. Oleh itu, ada sebab untuk mempercayai bahawa evolusi lubang ozon, sekurang-kurangnya pada masa ini, biasanya sejajar dengan jadual yang digariskan oleh ahli teori. Di masa depan, mengikut jadual yang sama, pemulihan lapisan ozon di Antartika sepatutnya dipercepat kerana ketidaktilaran banyak transformasi fotokimia yang berlaku di atmosfera, termasuk dengan penyertaan sebatian klorin dan ozon. Dan sama ada jadual ini akan dikekalkan dalam amalan, kami akan mengetahui.

"Setiap perbuatan mempunyai akibat jangka panjang"6– Pemikiran P. Coelho ini mengesahkan sejarah kewujudan lubang ozon. Seorang lelaki dengan cepat membuat prasyarat untuk kejadiannya, dan alam semula jadi memerlukan lebih banyak masa untuk membetulkan keadaan semasa … Saya benar-benar mahukan pelajaran ini tidak menjadi hadiah untuk kita.

Sastera
1. Karol I. L., Kiselev A. A. Iklim Iklim. M., 2013.
2. Clarmann T. von. Klorin dalam stratosphere // Atmosphera. 2013. V. 26. No. 3. P. 415-458.
3. Kellmann, S., Clarmann, T. von, Stiller, G. P. et al. Global CFC-11 (CCl3F) dan CFC-12 (CCl2F2) pengukuran dengan Michelson Interferometer untuk Bunyi Atmosfera Pasif (MIPAS): pengambilan, klimatologi dan trend // Kimia Atmosfera dan Fizik. 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. Bilakah lubang ozon Antartika pulih? // Surat Penyelidikan Geofizik. 2006. V. 33. L12814. DOI: 10.1029 / 2005GL025232.


1 Penilaian Saintifik Pengurangan Ozon: 2010. Projek Penyelidikan dan Pemantauan Ozon Global WMO. Laporan No. 52. Bab 3: Ozon Masa Depan dan Kesannya pada Surface UV (PDF, 5 MB).

2 Satu unit Dobson (e. D.) bersamaan dengan 2.69 · 1016 molekul ozon di ruang atmosfera dengan asas 1 cm2 permukaan bumi.

3 Mengikut sumber yang disebutkan di sini, masa ciri untuk kewujudan kawasan maksimum lubang ozon dan nilai minimum TO adalah sekitar satu bulan (dari 7 September hingga 13 Oktober dan 21 September hingga 16 Oktober).

4 Zhukov B. Protokol dari orang-orang bijak Montreal // Telegraph "Sekitar Dunia". 10.10.2007.

5 Penilaian Saintifik Pengurangan Ozon: 2010. Projek Penyelidikan dan Pemantauan Ozon Global WMO. Laporan No. 52. Bab 3: Ozon Masa Depan dan Kesannya pada Surface UV (PDF, 5 MB).

6 Coelho P. Buku Pahlawan Cahaya. M., 2009.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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