Йод обвинили в значительном влиянии на разрушение стратосферного озона
Ученые из США, Испании и Аргентины впервые количественно определили содержание йода в нижней стратосфере и оценили его влияние на разрушение озона в ней. По подсчетам авторов около 0,8 триллионных долей по объему йода неорганического происхождения поступает в стратосферу, внося семь процентов вклада в потери озона в этом слое. Результаты исследования, которые помогут в разработке более точных климатических моделей, опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Йод участвует в каталитических реакциях, разрушающих озон и способных приводить к образованию новых частиц, которые изменяют состав облаков и их отражательную способность. Уже известно, что в верхней тропосфере из-за антропогенных выбросов содержание брома и йода превышено, но роль йода в разрушении озона в стратосфере намного менее изучена из-за недостатка данных о содержании этого элемента в ней.
Ранее ученые по измерениям с Земли или воздушных шаров лишь смогли определить верхний порог содержания радикалов монооксида йода (десятая доля триллиона по объему) в стратосфере. В газовой фазе йод может существовать в форме соединений с кислородом, водородом, оксидами азота, хлором и бромом, которые могут оказаться причиной 30 процентов разрушения озона нижней стратосферы в тропиках. Большую по концентрации часть составляет радикал монооксида йода, который, согласно предположениям, в количестве, превышающем верхний порог (от 0,15 до 0,45 трилионных долей по объему), должен находиться в дневное время в стратосфере. Наличие йода в стратосфере может оказаться как совершенно незначимым, так и одной из основных причин разрушения озонового слоя.
Теодор Кениг (Theodore Koenig) с коллегами из колорадского университета в Боулдере выполнили серию исследовательских полетов и количественно определили содержание радикалов монооксида йода и частиц йода в стратосфере. Содержание радикалов монооксида йода определяли с помощью установленного в самолет оптического спектрометра, разработанного учеными университета Колорадо CU AMAX-DOAS. Концентрацию частиц йода определяли с помощью масс-спектрометра высокого разрешения CU HR-AMS.
В результате 34 исследовательских полетов ученые установили, что суммарно в стратосферу попадает около 0,8 трилионных долей по объему неорганических соединений йода. Такие высокие значения подтверждают предположения о том, что йод активно вступает в реакции на частицах льда в верхней тропосфере, попадая в стратосферу. Ученые отметили резкое увеличение содержания йода в газовой фазе в верхней тропосфере и содержания твердых частиц в слое между тропосферой и стратосферой. Радикалы монооксида йода также обнаружили и в стратосфере, что свидетельствует о том, что твердые частицы переходят обратно в газовую фазу в процессе сложных межфазных химических превращений. На уровне проведенных измерений, неорганические соединения йода оказались виновными на 32 процента в разрушении озонового слоя галогенами, хотя брома и хлора в исследованных слоях больше. Суммарное влияние йода на истощение озонового слоя в стратосфере авторы работы оценили в семь процентов.
В отличие от экспериментальных данных, теория предсказывает, что йод в тропопаузе распределен равномерно и не зависит от высоты. Это может означать, что в действительности он входит и покидает зону нижней тропосферы и верхней стратосферы. Из-за повышения концентрации озона в нижних слоях атмосферы, вызванное антропогенными факторами вроде газовых выбросов производств и выхлопных газов, анионы йода над океанами вступают в реакцию с озоном, образуя летучие соединения, которые попадают в верхние слои атмосферы. По расчетам авторов, в долгосрочной перспективе влияние неорганических соединений йода на содержание озона в нижней стратосфере в четыре-пять раз превышает влияние очень короткоживущих веществ с бромом и хлором.
Ожидается, что выбросы йода в стратосферу будут расти с повышением концентрации озона в нижних слоях атмосферы, а значит, и их вклад в разрушение озона в нижней стратосфере будет расти. По словам авторов, для понимания причин истощения озонового слоя необходимо и дальше следить за содержанием йода в стратосфере.
Чуть более двух лет назад ученые обнаружили, что на разрушение озонового слоя сильно влияют дихлорметан и 1,2-дихлорэтан, производство которых ранее не регулировалось Монреальским протоколом. Однако ситуация с разрушением озона не безнадежна: позапрошлой осенью Всемирная метеорологическая организация обещала, что к 2060 году озоновый слой восстановится.
Алина Кротова
Это дает основание полагать, что нынешнее ослабление АМОЦ повлияет на весь глобальный климат
Во время последнего ледникового периода потепление на севере Атлантики и ослабление Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (АМОЦ) приводили к изменению количества осадков в удаленных от этой области регионах: области южноазиатских муссонов и субтропиков северного полушария становились более влажными, а регион южноамериканских муссонов — более засушливым. Это удалось установить по изотопному анализу сталагмитов в пещерах на пяти континентах. Подобные события в прошлом могут указывать на то, что нынешние быстрое потепление климата и ослабление АМОЦ будут также иметь последствия для всей атмосферной циркуляции. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Во время последнего ледникового периода (120-15 тысяч лет назад) происходили быстрые изменения климата в тысячелетнем масштабе, которые получили название осцилляций Дансгора — Эшгера. Они состояли из относительно теплых и холодных фаз и стремительных (в течение десятилетий) переходов между ними. За ходом этих циклов климатологи наблюдают с помощью прокси-данных — ледяных кернов из Гренландии и Антарктиды, а также древних морских и озерных отложений. Наиболее заметно осцилляции Дансгора — Эшгера проявляются в Северной Атлантике, где во время таких событий сокращается площадь морского льда, быстро растет температура воздуха над Гренландией, а также происходит реорганизация Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции. Однако до сих пор глобальные сдвиги в циркуляциях атмосферы и океана во время таких циклов реконструировали лишь по спорадическим и локальным данным — например, сталагмитам в пещерах на севере Турции. Ученые под руководством Йенс Фольмейстера (Jens Fohlmeister) из Потсдамского института изучения климатических изменений исследовали пространственное распределение переходов между холодными (стадиальными) и теплыми (интерстадиальными) фазами осцилляций Дансгора—Эшгера и их влияние на атмосферную циркуляцию. Для этого они использовали данные изотопного анализа о соотношении стабильных изотопов кислорода 18O и 16O. Известно, что во время потепления в пресной воде растет содержание тяжелого изотопа 18O и падает содержание легкого изотопа 16O. Их соотношение описывается показателем δ18O, и в палеоклиматологии его конкретные значения приняты для разных температур. Авторы установили величины δ18O в 111 спелеотемах из 67 пещер, расположенных на всех континентах, кроме Антарктиды. Спелеотемы — это вторичные минеральные отложения, которые образуются в пещерах, например, сталагмиты. Также палеоклиматологи рассчитали средние значения температур и количества осадков за каждое столетие, используя модели из ансамбля CMIP5 с высоким разрешением. Авторы исследования обнаружили, что временной ряд δ18O отражает закономерности переходов от стадиальных фаз к интерстадиальным во всех 111 спелеотемах. Медианная амплитуда интерстадиального перехода δ18O в течение последнего ледникового периода в них составила от −3,1 до +2,4 промилле. Ученым удалось выявить влияние потепления на севере Атлантики и ослабление АМОЦ на климат в удаленных от этого региона широтах. Например, в регионе южноазиатских муссонов (территории нынешних Индии и Китая) и субтропиках северного полушария (Карибский бассейн) интерстадиальные периоды сопровождались выпадением бóльшего количества осадков, чем стадиальные, за счет сдвига субтропической зоны конвергенции на север. В области муссонов в Южной Америки тенденция была противоположной — теплые периоды были более засушливыми. Авторы отметили, что полученные результаты подтверждают влияние потепления в северной части Атлантики и ослабления АМОЦ на глобальный климат: эти события уже приводили к крупномасштабным изменениям количества и сезонности осадков в различных регионах планеты — то есть по сути изменению всей атмосферной циркуляции. Эта связь может служить архетипом для последствий быстрого изменения климата, которое происходит сейчас и также сопровождается таянием Гренландского ледового щита и ослаблением АМОЦ. Недавно ученые смоделировали, как будет меняться АМОЦ в XXI веке, впервые опираясь на данные о температуре морской поверхности в северной части Атлантического океана за последние 150 лет. Согласно их прогнозу, тренд на ослабление этой циркуляции приведет к тому, что АМОЦ с высокой вероятностью не сможет существовать в прежнем виде уже в период 2025-2095 годов.