Er is een race gaande hoog in de atmosfeer boven het noordpoolgebied, en de ozonlaag die de aarde beschermt tegen schadelijke ultraviolette (UV) straling zal de race verliezen als de uitstoot van broeikasgassen niet snel genoeg wordt verminderd.

Een nieuwe studie van een internationaal team van wetenschappers, waaronder professor Ross Salawitch van de Universiteit van Maryland, toont aan dat extreem lage wintertemperaturen hoog in de atmosfeer boven het noordpoolgebied frequenter en extremer worden vanwege klimaatpatronen die verband houden met de opwarming van de aarde. De studie toont ook aan dat die extreem lage temperaturen reacties veroorzaken tussen chemicaliën die mensen decennia geleden in de lucht hebben gepompt, wat leidt tot grotere ozonverliezen.

De nieuwe bevindingen zetten vraagtekens bij de algemeen aanvaarde veronderstelling dat het ozonverlies in slechts enkele decennia tot stilstand zou komen na het wereldwijde verbod van 2010 op de productie van ozonafbrekende chemicaliën, chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) en halonen genaamd.

De studie, die gezamenlijk werd uitgevoerd door UMD, het Helmholtz Center for Polar and Marine Research van het Alfred Wegener Institute, en het Fins Meteorologisch Instituut - werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 23 juni, 2021.

"We zitten in een soort race tussen de langzame en gestage afname van CFK's, die 50 tot 100 jaar nodig hebben om weg te gaan, en klimaatverandering, wat ervoor zorgt dat de extreme temperaturen van de polaire vortex in een snel tempo kouder worden, " zei Ross Salawitch, die een professor is in de UMD-afdeling van Atmospheric and Oceanic Science, de afdeling Scheikunde en Biochemie, en het Earth System Science Interdisciplinair Centrum. "De steeds koudere temperaturen creëren omstandigheden die de aantasting van de ozonlaag door CFK's bevorderen. Dus, hoewel deze verbindingen langzaam verdwijnen, De aantasting van de ozonlaag in het noordpoolgebied neemt toe naarmate het klimaat verandert."

Nieuwe gegevens van de studie toonden de laagste Arctische polaire vortextemperaturen en de hoogste ozonverliezen ooit geregistreerd in 2020, het verslaan van de vorige records die negen jaar geleden in 2011 werden gevestigd.

De polaire vortex is een relatief op zichzelf staand, lagedruksysteem dat zich elke herfst in de stratosfeer vormt - op een hoogte van ongeveer 12 tot 50 kilometer (7,5 tot 31 mijl) - boven het noordpoolgebied en gedurende de winter tot de lente van verschillende duur blijft. Het patroon van warme en koude wintertemperaturen in de polaire vortex is zeer onregelmatig, dus niet elke winter is extreem koud.

Maar de trend naar frequentere en extremere lage temperaturen in de polaire vortex baart de onderzoekers zorgen, omdat die omstandigheden de vorming van wolken bevorderen, en dat bevordert het ozonverlies in de polaire stratosfeer.

Het grootste deel van het chloor en een aanzienlijk deel van het broom in de stratosfeer is afkomstig van de afbraak van CFK's, halonen en andere ozonafbrekende stoffen. Normaal gesproken is het chloor in de Arctische polaire vortex niet-reactief, maar wolken bieden de juiste omstandigheden voor het chloor om van vorm te veranderen en te reageren met broom en zonlicht om ozon te vernietigen.

Ondanks de drastische vermindering van de industriële productie van CFK's en halonen sinds het Montreal Protocol in 1987 en het wereldwijde verbod dat daarop volgde in 2010, deze langdurige verbindingen zijn nog steeds overvloedig aanwezig in de atmosfeer. Volgens de Wereld Meteorologische Organisatie, door de mens geproduceerde atmosferische chloor en broom zullen naar verwachting tot het einde van deze eeuw niet onder de 50% van hun hoogste niveau komen.

Om te bepalen wat deze situatie voor de toekomst betekent, de onderzoekers voorspelden het ozonverlies tot het jaar 2100 op basis van de langetermijntemperatuurtrend in de polaire vortex en de verwachte afname van chloor- en broomverbindingen. Ze baseerden hun voorspellingen op de output van 53 topklimaatmodellen die werden gebruikt door het Intergovernmental Panel on Climate Change.

"Alle klimaatmodellen die we hebben bekeken, laten zien dat uitzonderlijk koude winters in de polaire vortex na verloop van tijd kouder zullen worden, " zei Salawitch. "En hoe meer uitstoot van broeikasgassen er is, hoe steiler de trend, wat een grotere aantasting van de ozonlaag betekent."

Door deze projecties te combineren met analyses van meteorologische gegevens van de afgelopen 56 jaar, de onderzoekers bevestigden dat het noordpoolgebied al een significante trend doormaakt naar lagere stratosferische temperaturen en de daarmee gepaard gaande toename van ozonverliezen. Bovendien, hun waarnemingen laten zien dat deze trends zich voordoen in een tempo dat consistent is met de snelste klimaatmodellen.

"We zeggen al een aantal jaren dat er een trein aankomt, " zei Salawitch, verwijzend naar onderzoekspapers die hij in 2004 en 2006 publiceerde, waaruit bleek dat extreme winters in het noordpoolgebied kouder werden. "We hebben nu de trein voorbij zien suizen met een recordverlies aan ozon in 2011 en nu in 2020. Dus, dit artikel is echt een wake-up call dat er iets gebeurt in de atmosfeer dat echt belangrijk is voor ozon, en het lijkt erop dat broeikasgassen het aandrijven."

Salawitch en zijn collega's begrijpen nog niet helemaal hoe de toenemende uitstoot van broeikasgassen en de daarmee gepaard gaande veranderingen in het mondiale klimaat de extreem koude winters in de stratosferische laag van de polaire vortex veroorzaken. Maar sommige van de onderliggende mechanismen worden begrepen. Opwarming van de aarde vindt gedeeltelijk plaats omdat broeikasgassen warmte dichter bij het aardoppervlak vasthouden, waardoor de bovenste lagen in de stratosfeer kunnen worden gekoeld, waar de ozonlaag zich bevindt. Opwarming aan het oppervlak veroorzaakt veranderingen in de heersende windpatronen, en de onderzoekers suggereren dat deze veranderingen ook leiden tot lagere temperaturen in de polaire vortex.

De onderzoekers merken ook op dat de afgelopen jaren een snelle toename van methaan, een krachtiger broeikasgas dan koolstofdioxide, in de lagere atmosfeer. Terwijl dit gas naar de stratosfeer reist, het verhoogt de luchtvochtigheid, wat ook leidt tot omstandigheden die ozonvernietigende chemische reacties in het noordpoolgebied bevorderen.

Omdat ozon veel van de potentieel schadelijke UV-straling van de zon filtert, een uitgeputte ozonlaag boven het noordpoolgebied kan ertoe leiden dat meer UV-straling het aardoppervlak boven Europa bereikt, Noord-Amerika en Azië wanneer de polaire vortex naar het zuiden duikt.

Maar er is hoop om toekomstige aantasting van de ozonlaag te voorkomen, volgens de onderzoekers. Hun onderzoek toont aan dat een aanzienlijke vermindering van de uitstoot van broeikasgassen in de komende decennia zou kunnen leiden tot een gestage afname van de omstandigheden die een groot ozonverlies in de Arctische stratosfeer bevorderen.

Het onderzoeksrapport, Klimaatverandering bevordert een groot seizoensgebonden verlies van Arctische ozon, Peter von der Gathen, Rigel Kivi, Ingo Wohltmann, Ross J. Salawitch, Markus Rex, werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 23 juni, 2021.