De oceanen van de wereld zijn een enorme opslagplaats voor gassen, waaronder ozonafbrekende chloorfluorkoolwaterstoffen, of CFK's. Ze absorberen deze gassen uit de atmosfeer en trekken ze naar de diepte, waar ze eeuwen en meer kunnen worden afgezonderd.

Mariene CFK's worden al lang gebruikt als tracers om oceaanstromingen te bestuderen, maar hun invloed op atmosferische concentraties werd verwaarloosbaar geacht. Nutsvoorzieningen, MIT-onderzoekers hebben de oceanische fluxen gevonden van ten minste één type CFC, bekend als CFC-11, hebben in feite invloed op de atmosferische concentraties. In een studie die vandaag in de Proceedings van de National Academy of Sciences , het team meldt dat de wereldwijde oceaan zijn oude rol als gootsteen voor de krachtige ozonafbrekende chemische stof zal omkeren.

De onderzoekers voorspellen dat tegen het jaar 2075, de oceanen zullen meer CFC-11 terug in de atmosfeer uitstoten dan ze absorberen, tegen 2130 detecteerbare hoeveelheden van de chemische stof uitstoten. met toenemende klimaatverandering, deze verschuiving zal 10 jaar eerder plaatsvinden. De uitstoot van CFC-11 uit de oceaan zal de gemiddelde verblijftijd van de chemische stof effectief verlengen, waardoor het vijf jaar langer in de atmosfeer blijft hangen dan anders het geval zou zijn. Dit kan toekomstige schattingen van de CFK-11-emissies beïnvloeden.

De nieuwe resultaten kunnen wetenschappers en beleidsmakers helpen toekomstige bronnen van de chemische stof beter te lokaliseren, die nu wereldwijd is verboden onder het Montreal Protocol.

"Tegen de tijd dat je in de eerste helft van de 22e eeuw komt, je hebt genoeg van een stroom die uit de oceaan komt dat het lijkt alsof iemand het Montreal Protocol bedriegt, maar in plaats daarvan, het kan gewoon zijn wat er uit de oceaan komt, " zegt co-auteur Susan Solomon, de Lee en Geraldine Martin hoogleraar milieustudies aan het MIT's Department of Earth, Atmosferische en planetaire wetenschappen. "Het is een interessante voorspelling en hopelijk helpt het toekomstige onderzoekers om te voorkomen dat ze in de war raken over wat er aan de hand is."

Tot de co-auteurs van Solomon behoren onder meer hoofdauteur Peidong Wang, Jeffrey Scott, John Marshall, Andreas Babbin, Megan Lickley, en Ronald Prinn van MIT; David Thompson van de Colorado State University; Timothy DeVries van de Universiteit van Californië in Santa Barbara; en Qing Liang van het NASA Goddard Space Flight Center.

Een oceaan, oververzadigd

CFC-11 is een chloorfluorkoolstof die veel werd gebruikt om koelmiddelen en isolatieschuim te maken. Wanneer uitgestoten naar de atmosfeer, de chemische stof veroorzaakt een kettingreactie die uiteindelijk ozon vernietigt, de atmosferische laag die de aarde beschermt tegen schadelijke ultraviolette straling. Sinds 2010, de productie en het gebruik van de chemische stof is wereldwijd uitgefaseerd onder het Montreal Protocol, een wereldwijd verdrag dat tot doel heeft de ozonlaag te herstellen en te beschermen.

Sinds de uitfasering, niveaus van CFC-11 in de atmosfeer zijn gestaag gedaald, en wetenschappers schatten dat de oceaan ongeveer 5 tot 10 procent van alle geproduceerde CFC-11-emissies heeft geabsorbeerd. Terwijl de concentraties van de chemische stof in de atmosfeer blijven dalen, echter, er wordt voorspeld dat CFC-11 in de oceaan oververzadigd zal zijn, duwen om een ​​bron te worden in plaats van een gootsteen.

"Al enige tijd, menselijke emissies waren zo groot dat wat in de oceaan terechtkwam als verwaarloosbaar werd beschouwd, "zegt Salomo. "Nu, terwijl we proberen de menselijke uitstoot kwijt te raken, we ontdekken dat we niet meer volledig kunnen negeren wat de oceaan aan het doen is."

Een verzwakkend reservoir

In hun nieuwe krant het MIT-team probeerde vast te stellen wanneer de oceaan een bron van de chemische stof zou worden, en in welke mate de oceaan zou bijdragen aan de CFK-11-concentraties in de atmosfeer. Ze probeerden ook te begrijpen hoe klimaatverandering van invloed zou zijn op het vermogen van de oceaan om de chemische stof in de toekomst te absorberen.

De onderzoekers gebruikten een hiërarchie van modellen om de vermenging in en tussen de oceaan en de atmosfeer te simuleren. Ze begonnen met een eenvoudig model van de atmosfeer en de bovenste en onderste lagen van de oceaan, zowel op het noordelijk als op het zuidelijk halfrond. Ze voegden aan dit model antropogene emissies van CFC-11 toe die eerder door de jaren heen waren gerapporteerd, vervolgens liep het model vooruit in de tijd, van 1930 tot 2300, om veranderingen in de flux van de chemische stof tussen de oceaan en de atmosfeer waar te nemen.

Vervolgens vervingen ze de oceaanlagen van dit eenvoudige model door het algemene circulatiemodel van het MIT, of MITgcm, een meer verfijnde weergave van oceaandynamiek, en voerden vergelijkbare simulaties van CFC-11 uit over dezelfde periode.

Beide modellen produceerden tot op de dag van vandaag atmosferische niveaus van CFC-11 die overeenkwamen met geregistreerde metingen, het team vertrouwen geven in hun aanpak. Toen ze naar de toekomstige projecties van de modellen keken, ze zagen dat de oceaan meer van de chemische stof begon uit te stoten dan het absorbeerde, beginnend rond 2075. Tegen 2145, de oceaan zou CFC-11 uitstoten in hoeveelheden die detecteerbaar zouden zijn volgens de huidige monitoringnormen.

De opname door de oceaan in de 20e eeuw en het uitgassen in de toekomst heeft ook invloed op de effectieve verblijftijd van de chemische stof in de atmosfeer, het verminderen met meerdere jaren tijdens de opname en het verhogen met maximaal 5 jaar tegen het einde van 2200.

Klimaatverandering zal dit proces versnellen. Het team gebruikte de modellen om een ​​toekomst te simuleren met een opwarming van de aarde van ongeveer 5 graden Celsius tegen het jaar 2100, en ontdekte dat klimaatverandering de verschuiving van de oceaan naar een bron met 10 jaar zal versnellen en tegen 2140 detecteerbare niveaus van CFC-11 zal produceren.

"Over het algemeen, een koudere oceaan zal meer CFK's opnemen, Wang legt uit. "Als klimaatverandering de oceaan opwarmt, het wordt een zwakker reservoir en zal ook wat sneller ontgassen."

"Zelfs als er geen klimaatverandering zou zijn, als CFK's in de atmosfeer vervallen, uiteindelijk heeft de oceaan te veel ten opzichte van de atmosfeer, en het komt er weer uit, " Solomon voegt toe. "Klimaatverandering, we denken, zal dat nog sneller gebeuren. Maar de omschakeling is niet afhankelijk van klimaatverandering."

Hun simulaties laten zien dat de oceaanverschuiving iets sneller zal plaatsvinden op het noordelijk halfrond, waar grootschalige oceaancirculatiepatronen naar verwachting zullen vertragen, waardoor er meer gassen in de ondiepe oceaan achterblijven om terug naar de atmosfeer te ontsnappen. Echter, om de exacte drijfveren van de omkering van de oceaan te kennen, zijn meer gedetailleerde modellen nodig, die de onderzoekers willen onderzoeken.

"Sommige van de volgende stappen zouden zijn om dit te doen met modellen met een hogere resolutie en ons te concentreren op veranderingspatronen, " zegt Scott. "Voor nu, we hebben een aantal geweldige nieuwe vragen geopend en een idee gegeven van wat je zou kunnen zien."