Ozonskiktet är en integrerad del av det som gör Jorden bebörlig. Denna region i stratosfären är ansvarig för att absorbera majoriteten av solens ultravioletta strålning och därmed säkerställa att markorganismer inte bestrålas. Sedan 1970-talet blev forskare medvetna om en jämn nedgång i detta skikt runt den södra polära regionen, tillsammans med och en stor säsongsminskning. Detta senare fenomen, känt som "ozonhålet", har varit ett stort problem i årtionden.
Försök att avhjälpa denna situation har fokuserat på att minska användningen av industrikemikalier, såsom klorfluorkolväten (CFC). Dessa ansträngningar kulminerade med undertecknandet av Montrealprotokollet 1987, vilket krävde fullständig utfasning av ozonutarmande ämnen (ODS). Och enligt en ny studie från ett team av NASA-forskare visar ozonhålet tecken på betydande återhämtning som ett resultat.
Studien, med titeln "Nedgång i antarktisk ozonnedbrytning och lägre stratosfärisk klor bestämd från Aura Mikrovågsugn Limb Sounder Observations", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Geofysiska forskningsbrev. Studien leddes av Susan E Strahan och medförfattare av Anne R. Douglass, två forskare med NASA Goddards Atmospheric Chemistry and Dynamics Laboratory.
För studiens skull konsulterade teamet data från NASAs Aura-satellit, som har övervakat den södra polära regionen sedan 2005. Efter lanseringen 2004 var syftet med Aura-satelliten att utföra mätningar av ozon, aerosoler och viktiga gaser i jordens atmosfär. Och enligt de avläsningar som det har samlats sedan 2005 har minskningarna i användningen av CFC: er lett till en minskning av ozonutarmningen med 20%.
Enkelt uttryckt är CFC: er långlivade kemiska föreningar som består av kol, klor och fluor. Sedan senare hälften av 1900-talet har de använts i ett antal industriella tillämpningar såsom kylning (som Freon), i kemiska aerosoler (som drivmedel) och som lösningsmedel. Så småningom stiger dessa kemikalier in i stratosfären där de utsätts för UV-strålning och bryts ned till kloratomer.
Dessa kloratomer spelar förödelse med ozonskiktet, där de katalyserar till bildning av syrgas (O²). Denna aktivitet börjar omkring juli under den södra halvklotets vinter, när solens strålar orsakar en ökad katalysering av CFC-härledda klor- och bromatomer i atmosfären. I september (dvs våren på den södra halvklotet) toppar aktiviteten, vilket resulterade i ”ozonhålet” som forskarna först noterade 1985.
Tidigare har statistiska analysstudier visat att ozonutarmningen har ökat sedan dess. Emellertid indikerade denna studie - som var den första som använde mätningar av den kemiska sammansättningen i ozonhålet - att ozonnedbrytningen minskar. Dessutom indikerade det att minskningen orsakas av minskningen av CFC-användningen.
Som Susan Strahan förklarade i ett nyligen publicerat pressmeddelande från NASA: "Vi ser mycket tydligt att klor från CFC går ner i ozonhålet och att mindre ozonnedbrytning sker på grund av det." För att bestämma hur ozon och andra kemikalier i atmosfären har förändrats från år till år, har forskare förlitat sig på data från Aura-satellitens Mikrovågsugnadsljud (MLS).
Till skillnad från andra instrument som förlitar sig på solljus för att få spektra från atmosfäriska gaser, mäter instrumentet dessa gaser respektive mikrovågsutsläpp. Som ett resultat kan den mäta spårgaser över Antarktis under en viktig tid på året - när södra halvklotet upplever vinter och vädret i stratosfären är lugnt och temperaturen är låg och stabil.
Förändringen i ozonnivåer från början till slutet av den södra halvklotens vinter (början av juli till mitten av september) beräknades dagligen med hjälp av MLS-mätningar varje år från 2005 till 2016. Medan dessa mätningar indikerade en minskning av ozonförlusten ville Strahan och Douglass Att vara vissa minskningar av användningen av CFC: er var det som var ansvarig.
Detta gjorde de genom att leta efter tydliga tecken på saltsyra i MLS-uppgifterna, vilken klor kommer att bilda genom att reagera med metan (men bara när allt tillgängligt ozon tappas). Som Strahan förklarade:
”Under den här perioden är antarktisstemperaturerna alltid mycket låga, så hastigheten för ozonförstörelse beror mest på hur mycket klor det finns. Detta är när vi vill mäta ozonförlust ... I mitten av oktober omvandlas alla klorföreningar bekvämt till en gas, så genom att mäta saltsyra har vi en bra mätning av den totala klor. "
En annan ledtråd kom i form av kväveoxidnivåer, en annan långlivad gas som uppträder precis som CFC i mycket av stratosfären - men som inte är i nedgång som CFC. Om CFC: er i stratosfären skulle minska, skulle det betyda att mindre klor skulle vara närvarande jämfört med kväveoxid. Genom att jämföra MLS-mätningar av saltsyra och kväveoxid varje år bestämde de att klorhalterna sjönk med cirka 0,8 procent per år.
Som Strahan antydde ökade detta med 20% från 2005 till 2016, vilket var i linje med vad de förväntade sig. "Detta är mycket nära vad vår modell förutspår att vi borde se för denna mängd klornedgång," sade hon. ”Detta ger oss förtroende för att minskningen av ozonnedbrytningen till mitten av september visat med MLS-data beror på minskade nivåer av klor från CFC. Men vi ser ännu inte en klar minskning av storleken på ozonhålet eftersom det styrs främst av temperaturen efter mitten av september, som varierar mycket från år till år. "
Denna återhämtningsprocess förväntas fortsätta när CFC: er gradvis lämnar atmosfären, även om forskare förväntar sig att en fullständig återhämtning kommer att ta årtionden. Detta är mycket goda nyheter med tanke på att ozonhålet upptäcktes för ungefär tre decennier sedan och ozonhalterna började stabilisera ungefär ett decennium senare. Som Douglass förklarade är det troligt att en fullständig återhämtning inte kommer att ske förrän senare hälften av detta århundrade:
”CFC: er har livslängd från 50 till 100 år, så de kvarstår i atmosfären under mycket lång tid. När det gäller att ozonhålet är borta tittar vi på 2060 eller 2080. Och även då kan det fortfarande finnas ett litet hål. "
Montrealprotokollet prövas ofta som ett exempel på effektiv internationell klimatåtgärd och med goda skäl. Protokollet träffades tretton år efter det att den vetenskapliga konsensus om ozonnedbrytning nåddes, och bara två år efter den ganska oroande upptäckten av ozonhålet. Och under åren som följde förblev undertecknarna engagerade i sina mål och uppnådde målsänkningar.
I framtiden hoppas man att liknande åtgärder kan uppnås mot klimatförändringar, som har varit föremål för förseningar och motstånd i många år nu. Men som fallet med ozonhålet visar kan internationella åtgärder ta itu med ett problem innan det är för sent.
