Как появляются дыры в озоновом слое

Еще в 1990-х дыра в озоновом слое планеты была насущным глобальным кризисом – если бы мы ее проигнорировали, сегодня их было бы несколько.

В конце 1970-х годов Джонатан Шанклин, метеоролог из Британской антарктической службы, проводил большую часть своего времени, спрятавшись в офисе в Кембридже, работая с массивом данных с самого южного континента нашей планеты.

Шанклин отвечал за надзор за оцифровкой бумажных записей и расчетом значений спектрофотометров Добсона — наземных приборов, измеряющих изменения в атмосферном озоне.

Шли годы, и Шанклин начал понимать, что что-то происходит — после почти двух десятилетий довольно постоянных измерений он заметил, что в конце 1970-х годов уровень озона начал снижаться. Поначалу начальство Шанклина не было так уверено, как он сам, что что-то происходит, что его расстраивало.

К 1984 году озоновый слой над исследовательской станцией Галлей-Бей в Антарктиде потерял треть своей толщины по сравнению с предыдущими десятилетиями. Шанклин и его коллеги Джо Фарман и Брайан Гардинер опубликовали свои выводы в следующем году, предполагая связь с искусственным соединением, называемым хлорфторуглеродами (ХФУ), которые используются в аэрозолях и охлаждающих устройствах. Их открытие, истончение озонового слоя над Антарктидой, стало известно как озоновая дыра.

Когда новость об открытии распространилась, тревога охватила весь мир. Прогнозы о том, что разрушение озонового слоя негативно повлияет на здоровье людей и экосистемы, вызвали общественный страх, мобилизовали научные исследования и побудили правительства мира к беспрецедентному сотрудничеству.

Вам также может понравиться:

• Горько-сладкая история о том, как мы остановили кислотные дожди
  
• Как бороться с загрязнением микропластиком с помощью магнитов
  
• Странная сделка, создавшая город-призрак

С момента своего расцвета история одной из самых серьезных экологических проблем, с которыми сталкивалось человечество, в значительной степени выпала из поля зрения.

Что случилось с дырой в озоновом слое спустя более 30 лет после ее открытия?

Жизненно важное явление

Озон в основном находится в стратосфере, слое атмосферы на высоте от шести до 30 миль (10-50 км) над поверхностью Земли. Этот озоновый слой образует невидимый защитный экран над планетой, поглощая губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Без него жизнь на Земле была бы невозможна.

Британская антарктическая служба впервые начала измерять концентрацию озона над Антарктидой в 1950-х годах. Но прошло несколько десятилетий, прежде чем стало ясно, что проблема существует.

В Австралии в ответ на озоновую дыру запустили кампанию общественного здравоохранения «Slip, slop, slap», которая напомнила людям о том, что нужно прикрываться, наносить солнцезащитный крем и искать тень (Фото: Alamy)

В 1974 году ученые Марио Молина и Ф. Шерри Роуленд опубликовали статью, в которой теоретизировали, что ХФУ могут разрушать озон в стратосфере Земли. До этого ХФУ считались безвредными, но Молина и Роуленд предположили, что это предположение было неверным. Их результаты подверглись критике со стороны промышленности, которая настаивала на безопасности своей продукции. Среди ученых их исследования оспаривались. Прогнозы указывали на то, что истощение озонового слоя будет незначительным — от 2 до 4% — и многие думали, что это произойдет в течение столетий.

Использование ХФУ не ослабевало, и к 1970-м годам они были повсеместно распространены во всем мире, использовались в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, в аэрозольных баллончиках и в качестве промышленных чистящих средств.

Всего десять лет спустя, в 1985 году, Британская антарктическая служба подтвердила наличие дыры в озоновом слое и предположила связь с ХФУ, подтвердив работу Молины и Роуленда, которые в конечном итоге были удостоены Нобелевской премии по химии 1995 года. Хуже того, истощение происходило намного быстрее, чем предполагалось. «Это было действительно шокирующим событием», — говорит Шанклин, ныне почетный сотрудник Британской антарктической службы.

С тех пор ученые бросились выяснять, как и почему это происходит.

Химическая тайна

В 1986 году, когда антарктическая зима подходила к концу, Сьюзан Соломон, исследователь из Национального управления океанических и атмосферных исследований США, привела группу ученых на базу Мак-Мердо в поисках ответов. В то время ученые обсуждали три возможные теории, одна из которых была предложена Соломоном: что ответ может заключаться в химии поверхности с участием хлора в полярных стратосферных облаках, которые встречаются в высоких широтах и ​​образуются только при очень низких температурах полярной зимой.

«Это была великая загадка», — говорит Соломон, ныне профессор химии атмосферы и климатологии в Массачусетском технологическом институте. Ее исследование объяснило, как и почему в Антарктиде возникает озоновая дыра. «Все данные указывали на комбинацию увеличения содержания хлора в результате использования человеком ХФУ и присутствия полярных стратосферных облаков как на спусковой крючок того, что произошло».

Спутниковый мониторинг подтвердил, что истощение озонового слоя распространилось на обширную территорию — 7,7 миллиона квадратных миль (20 миллионов квадратных километров).

Серьезная угроза, связанная с истощением озонового слоя – рост заболеваемости раком кожи и катарактой у людей, вред, наносимый росту растений, сельскохозяйственных культур и животных, а также репродуктивные проблемы у рыб, крабов, лягушек и фитопланктона, основы морской пищевой цепи – стимулировала международные действия и сотрудничество.

Но, учитывая, насколько серьезной угрозой считалась озоновая дыра, почему мы больше не слышим о ней?

«Это уже не та причина для беспокойства, которая была раньше», — говорит Лаура Ревелл, доцент кафедры физики окружающей среды Кентерберийского университета в Новой Зеландии. Во многом это связано с беспрецедентными международными шагами, предпринятыми правительствами для решения проблемы.

Холодильники, произведенные до 1995 года, содержали хладагенты CFC, которые вместе с другими веществами, разрушающими озоновый слой, стали причиной образования озоновой дыры (Фото: Getty Images).

Думая, что разрушение озонового слоя будет незначительным и произойдет в далеком будущем, международные политики изначально придерживались осторожного подхода к защите озонового слоя. В 1977 году был принят глобальный план действий, призывающий к мониторингу озона и солнечной радиации, изучению воздействия истощения озонового слоя на здоровье человека, экосистемы и климат, а также к оценке рентабельности мер контроля. За несколько месяцев до открытия озоновой дыры британскими учеными это привело к принятию Венской конвенции 1985 года, призывающей к дальнейшим исследованиям. Но он не включал юридически обязательный контроль за сокращением ХФУ, что разочаровало многих.

После открытия озоновой дыры большие инвестиции в научные исследования, мобилизация экономических ресурсов и скоординированные международные политические действия помогли изменить ситуацию.

В 1987 году был принят Монреальский протокол для защиты озонового слоя путем поэтапного отказа от химических веществ, разрушающих его. Для поддержки соблюдения договор признает «общую, но дифференцированную ответственность», разбивая графики поэтапного отказа для развитых и развивающихся стран и учреждая многосторонний фонд для оказания финансовой и технической помощи, чтобы помочь развивающимся странам выполнить свои обязательства.

В 1990-х и начале 2000-х годов производство и потребление ХФУ было остановлено. К 2009 году 98% химикатов, согласованных в соглашении, были выведены из употребления. Шесть поправок, которые допускаются соглашением, когда научные данные свидетельствуют о необходимости дальнейших действий, привели к ужесточению ограничений на вещества, вводимые вместо ХФУ, такие как гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ). Эти замены оказались полезными для озонового слоя, но оказались вредными для климата. Например, потенциал глобального потепления наиболее часто используемого ГХФУ почти в 2000 раз выше, чем у двуокиси углерода.

Климатические преимущества договора были положительным побочным эффектом.В 2010 году сокращение выбросов благодаря Монреальскому протоколу составило от 9,7 до 12,5 гигатонн в эквиваленте CO2, что примерно в пять-шесть раз превышает цель Киотского протокола, международного договора, принятого в 1997 году и направленного на сокращение выбросов парниковых газов. Принятие в 2016 году Кигалийской поправки, которая ограничит использование ГФУ, поможет избежать глобального потепления до 0,5°C к 2100 году.

«Можно утверждать, что [Монреальский протокол] является гораздо более успешным законодательным актом по защите климата, чем любое из других [климатических] соглашений, которые у нас были на сегодняшний день», — говорит Ревелл.

С момента его принятия Монреальский протокол был подписан всеми странами на Земле — на сегодняшний день это единственный договор, ратифицированный всеми. Это широко считается триумфом международного экологического сотрудничества. Согласно некоторым моделям, Монреальский протокол и поправки к нему помогли ежегодно предотвращать до двух миллионов случаев рака кожи и предотвращали миллионы случаев катаракты во всем мире.

Озоновый кризис потребовал от человечества совместной работы (Фото: Getty Images)

Если бы мир не запретил ХФУ, сейчас мы оказались бы на грани массового истощения озонового слоя. «К 2050 году довольно хорошо известно, что у нас будут условия, подобные озоновым дырам, по всей планете, и планета станет непригодной для жизни», — говорит Соломон.

Соломон приписывает трем факторам быстрое решение проблемы: очевидная и непосредственная опасность, которую озоновая дыра представляет для здоровья человека, сделала ее личной для людей, яркие спутниковые снимки сделали ее заметной, и были практические решения этой проблемы — озоноразрушающие вещества могли быть уничтожены. заменил довольно быстро и легко.

Долгое восстановление

Сегодня озоновая дыра все еще существует, образуясь каждый год весной над Антарктидой. Летом он снова закрывается, когда к нему примешивается стратосферный воздух из более низких широт, исправляя его до следующей весны, когда цикл начинается снова.Но есть свидетельства того, что он начинает исчезать и восстанавливаться более или менее, как и ожидалось, говорит Соломон. Согласно научным оценкам, ожидается, что озоновый слой вернется к уровням, существовавшим до 1980 года, примерно в середине века. Заживление происходит медленно из-за длительного срока службы молекул, разрушающих озоновый слой. Некоторые сохраняются в атмосфере от 50 до 150 лет, прежде чем разлагаются.

Несмотря на общий успех Монреальского протокола, были и неудачи. В 2018 году, например, было обнаружено, что концентрация ХФУ-11, запрещенного с 2010 года, не снижается так быстро, как ожидалось, что позволяет предположить, что незадекларированные выбросы происходят откуда-то. Агентство экологических исследований отследило выбросы до заводов в Китае, которые производили его для использования в изоляционной пене. После обнародования китайское правительство быстро приняло меры, и ученые говорят, что теперь мы вернулись на правильный путь.

Для Шанклина это подчеркивает жизненно важную важность долгосрочного мониторинга переменных параметров окружающей среды, будь то ХФУ, температура или индикаторы биоразнообразия. «Если мы не следим за ними, мы не знаем, в беде мы или нет, а если вы не знаете, что у вас проблемы, вы не можете принять превентивные меры, и я думаю, что это жизненно важная часть. этой истории».

И будущее не без рисков. Крупные извержения вулканов обычно приводят к кратковременным потерям озона, в то время как закись азота, мощный парниковый газ, выделяемый при применении удобрений в сельском хозяйстве, также является веществом, сильно разрушающим озоновый слой. Однако он не регулируется Монреальским протоколом, объясняет Ревелл, и выбросы растут.

Озоновая дыра открывается над Антарктикой каждую весну и снова закрывается летом. Он перестал расти в 1990-х годах и с тех пор сокращается (Фото: Getty Images)

Есть также виды деятельности, влияние которых мы еще не полностью понимаем, но которые могут представлять опасность, например, запуски ракет и сульфатная геоинженерия — идея, что мы можем предотвратить худшие последствия глобального потепления, закачивая аэрозоль в стратосферу для охлаждения климата, путем отражения солнечного света от этих аэрозольных частиц.

«Действительно важно помнить об уроках, извлеченных из истории с озоновой дырой, и постоянно быть в курсе того, что происходит в стратосфере», — говорит Ревелл. «Риск заключается в том, что мы нанесем непредвиденный ущерб озоновому слою, если такие оценки не будут проведены заранее».

Существует тенденция сравнивать озоновую дыру с изменением климата, но хотя Монреальский протокол и демонстрирует, что мы можем решать крупные экологические проблемы, это сравнение заходит слишком далеко. ХФУ были заменяемым компонентом нескольких продуктов. Масштабы изменения климата значительно затрудняют его решение; ископаемое топливо широко распространено в нашем образе жизни, его нельзя заменить так же легко, и большинство правительств и промышленности до сих пор сопротивлялись сокращению выбросов ископаемого топлива.

Для Шанклин грустно оказаться там, где мы находимся, застопорив действия по борьбе с изменением климата, все еще говоря о том, что мы могли бы сделать, когда есть такой яркий пример, на котором можно учиться.

«Создание озоновой дыры показало, как быстро мы можем изменить нашу планетарную среду к худшему, и этот урок на самом деле не воспринимается политиками достаточно серьезно», — говорит Шанклин. «Честно говоря, изменение климата — более серьезная проблема. Но это не освобождает политиков от ответственности за принятие необходимых решений».