Studie: Ozónická díra se hojí díky celosvětovému snížení CFC

Nová studie vedená MIT potvrzuje, že antarktická ozónická vrstva se hojí, a to jako přímý důsledek globálního úsilí o snížení látek poškozujících ozónovou vrstvu.

Vědci, včetně týmu z MIT, již v minulosti pozorovali známky ozónového zotavení. Tato nová studie však jako první s vysokou statistickou jistotou prokazuje, že toto zotavení je primárně způsobeno snížením látek poškozujících ozón, a nikoliv jinými vlivy, jako je přirozená variabilita počasí nebo zvýšené emise skleníkových plynů do stratosféry.

„Existuje mnoho kvalitativních důkazů o tom, že se antarktická ozónická díra zlepšuje. Toto je první studie, která kvantifikovala jistotu v zotavení ozónické díry,“ říká autorka studie Susan Solomon, profesorka environmentálních studií a chemie. „Závěr je s 95% jistotou, že se zotavuje. Což je skvělé. A ukazuje to, že dokážeme skutečně řešit environmentální problémy.“

Nová studie vyšla v časopise Nature. Vedoucím autorem je doktorand Peidong Wang ze Solomonovy skupiny na katedře věd o Zemi, atmosféře a planetách (EAPS). Jeho spoluautory jsou Solomon a vědecký pracovník EAPS Kane Stone, spolu s spolupracovníky z několika dalších institucí.

Příčiny zotavení ozónu

V zemské stratosféře je ozón přirozeně se vyskytující plyn, který působí jako jakási sluneční clona a chrání planetu před škodlivým ultrafialovým zářením Slunce. V roce 1985 vědci objevili „díru“ v ozónové vrstvě nad Antarktidou, která se otevírala během antarktického jara, mezi zářím a prosincem. Toto sezónní ztenčení ozónu náhle umožňovalo pronikání UV záření na povrch, což vedlo k rakovině kůže a dalším nežádoucím zdravotním účinkům.

V roce 1986 Solomon, která v té době pracovala v Národní správě pro oceány a atmosféru (NOAA), vedla expedice na Antarktidu, kde ona a její kolegové shromáždili důkazy, které rychle potvrdily příčinu ozónické díry: chlorofluorokarbony, neboli CFC – chemikálie, které se tehdy používaly v chlazení, klimatizaci, izolaci a aerosolových hnacích plynech. Když se CFC dostanou do stratosféry, mohou za určitých sezónních podmínek rozkládat ozón.

Následující rok tato zjištění vedla k vypracování Montrealského protokolu – mezinárodní smlouvy, jejímž cílem bylo postupně ukončit výrobu CFC a dalších látek poškozujících ozónovou vrstvu v naději na zhojení ozónické díry.

V roce 2016 Solomon vedla studii, která uváděla klíčové známky ozónového zotavení. Ozónická díra se zdála každým rokem zmenšovat, zejména v září, kdy se otevírá. Tato pozorování byla však kvalitativní. Studie ukázala velké nejistoty ohledně toho, nakolik toto zotavení bylo způsobeno soustředěným úsilím o snížení látek poškozujících ozón, nebo zda zmenšování ozónické díry bylo výsledkem jiných „vlivů“, jako je meziroční variabilita počasí od El Niña, La Niña a polárního víru.

„Zjištění statisticky významného nárůstu ozónu je relativně jednoduché, ale přičítání těchto změn specifickým vlivům je náročnější,“ říká Wang.

Antropogenní hojení

Ve své nové studii použil tým z MIT k identifikaci příčiny zotavení antarktického ozónu kvantitativní přístup. Vědci si vypůjčili metodu ze skupiny zabývající se změnou klimatu, známou jako „fingerprinting“ (otiskování), kterou jako první představil Klaus Hasselmann, který za tuto techniku obdržel v roce 2021 Nobelovu cenu za fyziku. V kontextu klimatu se otiskování vztahuje k metodě, která izoluje vliv specifických klimatických faktorů od přirozeného, ​​meteorologického šumu. Hasselmann aplikoval otiskování k identifikaci, potvrzení a kvantifikaci antropogenního otisku změny klimatu.

Solomon a Wang se pokusili aplikovat metodu otiskování k identifikaci dalšího antropogenního signálu: vliv lidského snížení látek poškozujících ozónovou vrstvu na zotavení ozónické díry.

„Atmosféra má v sobě skutečně chaotickou variabilitu,“ říká Solomon. „Snažíme se detekovat vznikající signál ozónového zotavení proti tomuto druhu variability, ke kterému dochází také ve stratosféře.“

Vědci začali simulacemi zemské atmosféry a generovali několik „paralelních světů“, nebo simulací stejné globální atmosféry, za různých výchozích podmínek. Například prováděli simulace za podmínek, které předpokládaly žádný nárůst skleníkových plynů nebo látek poškozujících ozón. Za těchto podmínek by jakékoli změny ozónu měly být výsledkem přirozené variability počasí. Prováděli také simulace pouze se zvyšujícími se skleníkovými plyny, stejně jako pouze se snižujícími se látkami poškozujícími ozón.

Porovnali tyto simulace, aby pozorovali, jak se ozón v antarktické stratosféře měnil, jak s ročním obdobím, tak v různých nadmořských výškách, v reakci na různé výchozí podmínky. Z těchto simulací zmapovali časy a nadmořské výšky, kde se ozón zotavoval z měsíce na měsíc, po několik desetiletí, a identifikovali klíčový „otisk“, nebo vzor, ​​otavení ozónu, který byl specificky způsoben podmínkami klesajících látek poškozujících ozón.

Tým poté hledal tento otisk ve skutečných satelitních pozorováních antarktické ozónické díry od roku 2005 do současnosti. Zjistili, že v průběhu času se otisk, který identifikovali v simulacích, v pozorováních stával stále jasnějším. V roce 2018 byl otisk nejsilnější a tým mohl s 95% jistotou říci, že ozónické zotavení bylo způsobeno převážně snížením látek poškozujících ozón.

„Po 15 letech observačních záznamů vidíme tento signál k šumu s 95% jistotou, což naznačuje, že existuje pouze velmi malá šance, že pozorovaná podobnost vzorů může být vysvětlena variabilitním šumem,“ říká Wang. „To nám dává jistotu v otisku. Dává nám také jistotu, že můžeme řešit environmentální problémy. To, co se můžeme naučit ze studií ozónu, je to, jak mohou různé země rychle dodržovat tyto smlouvy ke snížení emisí.“

Pokud bude trend pokračovat a otisk ozónického zotavení se bude zvětšovat, Solomon předpokládá, že brzy nastane rok, kdy se ozónická vrstva udrží zcela neporušená. A nakonec by se ozónická díra měla natrvalo zavřít.

„Asi do roku 2035 bychom mohli vidět rok, kdy vůbec nedochází k vyčerpání ozónu na Antarktidě. A to bude pro mě velmi vzrušující,“ říká. „A část z vás uvidí, jak ozónická díra zcela zmizí během vašeho života. A lidé to dokázali.“

Tento výzkum byl částečně podporován Národní vědeckou nadací a NASA.