Elk jaar, ozonafbrekende verbindingen in de bovenste atmosfeer vernietigen de beschermende ozonlaag, en in het bijzonder boven Antarctica. De ozonlaag fungeert als het zonnescherm van de aarde door schadelijke ultraviolette straling van binnenkomend zonlicht te absorberen die huidkanker kan veroorzaken en planten kan beschadigen, onder andere schadelijke effecten op het leven op aarde. Hoewel deze verschillende verbindingen elk reactief chloor of broom afgeven, de twee actieve ozonafbrekende ingrediënten, tijdens een reeks chemische reacties, de moleculen hebben een reeks verschillende levensduren in de atmosfeer die hun uiteindelijke impact op de ozonlaag en het toekomstige herstel ervan kunnen beïnvloeden.

n een Perspectiefstuk dat verschijnt in het nummer van 8 december van Wetenschap , NASA-onderzoekers bespreken de nuances die drie categorieën verbindingen onderscheiden en hun effecten op de bovenste atmosferische ozon:langdurige en door de mens gemaakte verbindingen, kortlevende en door de mens gemaakte verbindingen, en verbindingen die van korte duur zijn en van nature door de oceaan worden uitgestoten. Alle langdurige en sommige antropogene kortlevende verbindingen worden gecontroleerd door het Montreal Protocol om hun impact op ozon te verminderen. De onderzoekers vinden dat langdurige verbindingen nog steeds de vooruitzichten voor ozonherstel domineren.

Deze discussie maakt deel uit van een lopend wetenschappelijk debat over de impact van kortlevende ozonafbrekende verbindingen die minder dan zes maanden in de atmosfeer blijven, waarvan de door de mens geproduceerde uitstoot is gestegen. Het is relevant voor het werk dat wordt gedaan door het Milieuprogramma van de Verenigde Naties dat het Protocol van Montreal en zijn wijzigingen beheert, de baanbrekende wereldwijde overeenkomst om ozonafbrekende verbindingen te verbieden en geleidelijk uit te bannen. Momenteel alleen ozonafbrekende stoffen met een atmosferische levensduur variërend van een jaar tot meer dan 100 jaar, worden gecontroleerd omdat ze lang genoeg in de atmosfeer blijven hangen om de bovenste atmosfeer te bereiken, de stratosfeer genoemd. Verbindingen met een kortere levensduur zijn niet gereguleerd omdat hun effecten minder groot zijn.

"Het Montreal Protocol is een enorm succes geweest, " zei atmosferische wetenschapper Qing Liang van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en eerste auteur van het perspectief. Als gevolg van regelgeving door het Montreal Protocol, de niveaus van ozonafbrekend chloor en broom stopten halverwege de jaren negentig met groeien in de atmosfeer, en zijn gedaald in bijna het verwachte tempo. De ozonlaag vertoont tekenen van genezing.

Hoe dan ook, de langlevende gereguleerde stoffen, de meerderheid uitgebracht vóór 1987, zullen naar verwachting in 2050 nog steeds 56 procent van het totale chloor en broom in de stratosfeer uitmaken, volgens de analyse van Liang en haar collega's. In tegenstelling tot, hooguit vier procent van het chloor en broom zal naar verwachting afkomstig zijn van niet-gereguleerde, door de mens geproduceerde ozonafbrekende verbindingen. De rest van het chloor en broom in 2050 zal afkomstig zijn van verbindingen die van nature door de oceaan worden uitgestoten. Maar naarmate de temperatuur van de oceaan stijgt als gevolg van klimaatopwarming, hun uitstoot zou tussen 2010 en 2100 mogelijk met 20 procent kunnen stijgen. Een extra bron van natuurlijke ozonafbrekende stoffen zijn bosbranden, zowel natuurlijk als door mensen ingesteld.

Wetenschappers bij NASA, de National Oceanic and Atmospheric Administration, evenals andere internationale instanties houden voortdurend toezicht op de stratosferische ozonlaag en de niveaus van ozonafbrekende chemicaliën op het aardoppervlak.

Of een stof de stratosfeer bereikt of niet, is de belangrijkste factor die bepaalt over welke categorie verbindingen we ons zorgen moeten maken. zei co-auteur Susan Strahan van NASA Goddard. Hoe langer de levensduur van een ozonafbrekende stof, hoe langer het zal duren om de stratosfeer te bereiken en ozon te vernietigen. Kortlevende stoffen, anderzijds, een minimaal effect hebben op het vertragen van het herstel van ozon, omdat ze eerder zullen worden afgebroken voordat ze de stratosfeer bereiken, ze zei.

Een van deze stoffen, dichloormethaan genaamd, is recentelijk onder de loep genomen vanwege de toenemende uitstoot in de afgelopen jaren. Het is een veelzijdig alternatief voor veel verboden chemicaliën in de industrie. Dichloormethaan wordt in ongeveer vier maanden in de atmosfeer afgebroken en de schadelijke afbraakproducten ervan worden binnen enkele jaren na hun uitstoot volledig uit de atmosfeer verwijderd.

"Vanwege zijn zeer kortstondige karakter, en het onwaarschijnlijke scenario dat de emissies een hoge groeisnelheid aanhouden, het is hoogst onwaarschijnlijk dat dichloormethaan een grote impact heeft op de ozonlaag, " zei Liang. Liang gelooft dat zijn uitstoot zal stabiliseren zodra industrieën hun draagkracht bereiken op basis van de economische vraag.

In aanvulling, industriële kortlevende ozonafbrekende stoffen die op het land worden uitgestoten, vaak op de middelste breedtegraden, hebben een reis van vier tot zes maanden naar de stratosfeer. Dit is iets langer dan hun levensduur en geeft hen meer tijd om te worden vernietigd of weggespoeld door regen voordat ze bij de ozonlaag aankomen, zei Liang.

Kortlevende broomverbindingen die van nature vrijkomen uit het oceaanoppervlak, echter, hebben een meer uitgesproken impact op ozon dan hun kortstondige industriële neven. Omdat ze in grote hoeveelheden vrijkomen uit tropische oceanen, ze worden binnen een maand of twee snel door tropische onweersbuien in de stratosfeer gebracht, waar ze een groter deel van hun leven ozon kunnen vernietigen.

"De andere belangrijke factor is klimaatverandering. Naarmate de tropische oceanen opwarmen, de natuurlijke uitstoot van methylbroom en andere kortlevende gebromeerde soorten zal toenemen, ' zei Strahan. 'En dat kun je niet uitzetten. Naarmate de oceaan warmer wordt, de uitstoot blijft toenemen."

Ook zorgwekkend zijn de verboden chemicaliën die blijven binnendringen en zich ophopen in de atmosfeer. Een voorbeeld is tetrachloorkoolstof, die wordt gereguleerd door het Montreal Protocol en een levensduur heeft van 33 jaar in de atmosfeer. Terwijl de productie ervan, gebruik en vernietiging nauwkeurig worden gecontroleerd en gerapporteerd, het vormt zich ook als bijproduct in de productielijnen van chloroform en dichloormethaan. Omdat het zeer volatiel is, het heeft onbedoelde emissies die in de atmosfeer lekken, zei Liang. Het is waarschijnlijk niet de enige gereguleerde ozonafbrekende stof die ongemerkt uit de productielijn van andere chemicaliën sluipt.

Liang en Strahan baseerden hun analyse op een combinatie van computermodelsimulaties van de atmosfeer en metingen van de concentraties van de ozonafbrekende chemicaliën. NASA's Goddard Earth Observing System Version 5 (GEOS-5) model simuleert de atmosfeer in 3D, waarmee het onderzoeksteam atmosferische gassen van hun bronnen op de grond kan volgen tijdens hun reis naar de bovenste atmosfeer. Het model wordt ondersteund door waarnemingen van satellieten, op de grond gebaseerde netwerken die ozonafbrekende chemicaliën in de echte wereld meten, en door observaties van twee decennia van NASA-vliegtuigveldcampagnes, inclusief het meest recente Airborne Tropical Tropopause Experiment (ATTREX) in 2013 en de Atmospheric Tomography (ATom) wereldwijde atmosferische survey, die sinds 2016 drie implementaties heeft uitgevoerd.