ازون: شبیه سازی جدید عواقب دنیای بدون کرم ضد آفتاب طبیعی زمین را نشان می دهد

سال 2065 است. تقریباً دو سوم از ازن زمین از بین رفته است - نه فقط بالای قطب ها، بلکه در همه جا. سوراخ بدنام اوزون بر فراز قطب جنوب، که برای اولین بار در دهه 1980 کشف شد، در تمام طول سال ثابت است و یک دوقلو بر فراز قطب شمال است. تشعشعات فرابنفش (UV) که بر روی شهرهای عرض جغرافیایی متوسط مانند واشنگتن دی سی می ریزد، به اندازه ای قوی است که تنها در پنج دقیقه باعث آفتاب سوختگی شود. تشعشعات فرابنفش جهش‌دهنده DNA 650 درصد افزایش یافته است، که احتمالاً اثرات مضری بر روی گیاهان، حیوانات و نرخ سرطان پوست انسان دارد.

به گفته شیمیدانان اتمسفر در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، گرین‌بلت، Md، اگر 193 کشور با ممنوعیت مواد تخریب‌کننده لایه لایه ازن موافقت نمی‌کردند، چنین جهانی است که ما به ارث می‌بردیم.، دانشگاه جان هاپکینز، بالتیمور، و آژانس ارزیابی زیست محیطی هلند، بیلتوون.

به رهبری دانشمند گدارد، پل نیومن، این تیم شبیه سازی کردند که اگر کلروفلوئوروکربن ها (CFCs) و مواد شیمیایی مشابه از طریق معاهده موسوم به پروتکل مونترال ممنوع نمی شدند، «چه می شد» را شبیه سازی کردند. این شبیه سازی از یک مدل جامع استفاده کرد که شامل اثرات شیمیایی جو، تغییرات باد و تغییرات تشعشع بود. تجزیه و تحلیل به صورت آنلاین در مجله Atmospheric Chemistry and Physics منتشر شده است.

نیومن، که رئیس مشترک هیئت ارزیابی علمی برنامه محیط زیست سازمان ملل است، گفت: "علم و نظارت بر اوزون در دو دهه گذشته بهبود یافته است، و ما به مرحله ای رسیده ایم که باید پاسخگو باشیم." بررسی وضعیت لایه اوزون و تأثیرات زیست محیطی تنظیم ازن. "ما در نقطه ای هستیم که باید بپرسیم: آیا در مورد ازن حق داشتیم؟ آیا پروتکل مونترال جواب داد؟ با حذف تدریجی مواد مخرب لایه ازن از چه نوع دنیایی جلوگیری شد؟"

ازون ضد آفتاب طبیعی زمین است که بیشتر اشعه ماوراء بنفش دریافتی از خورشید را جذب و مسدود می کند و از زندگی در برابر تشعشعات مخرب DNA محافظت می کند. این گاز به طور طبیعی توسط یک واکنش فتوشیمیایی در اتمسفر بالایی که در آن اشعه ماوراء بنفش مولکول‌های اکسیژن (O2) را به اتم‌های منفرد می‌شکند، ایجاد و دوباره پر می‌شود و سپس به مولکول‌های سه بخشی (O3) ترکیب می‌شوند. همانطور که ازن توسط بادهای سطح بالایی در سراسر جهان جابجا می شود، ازن به آرامی توسط گازهای طبیعی اتمسفر تخلیه می شود. این یک سیستم در تعادل طبیعی است.

اما کلروفلوئوروکربن ها - که در سال 1928 به عنوان مبرد و به عنوان حامل های بی اثر برای اسپری های شیمیایی اختراع شدند - این تعادل را بر هم زدند. محققان در دهه‌های 1970 و 1980 کشف کردند که در حالی که CFCها در سطح زمین بی‌اثر هستند، اما در استراتوسفر (10 تا 50 کیلومتر ارتفاع یا 6 تا 31 مایل)، جایی که تقریباً 90 درصد از ازن سیاره در آن انباشته می‌شود، کاملاً واکنش‌پذیر هستند. اشعه ماوراء بنفش باعث می شود که CFCها و ترکیبات مشابه برم در استراتوسفر به کلر و برم عنصری تجزیه شوند که به آسانی مولکول های ازن را از بین می برند.بدتر از همه، این گونه مواد مخرب لایه ازن می توانند برای چندین دهه قبل از تجزیه شدن در استراتوسفر باقی بمانند.

در دهه 1980، مواد مخرب لایه لایه لایه لایه اوزون زمستانی را بر فراز قطب جنوب باز کردند و چشمان جهان را به روی اثرات فعالیت های انسانی بر جو باز کردند. تا سال 1987، سازمان جهانی هواشناسی و برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد دانشمندان، دیپلمات ها، حامیان محیط زیست، دولت ها، نمایندگان صنعت و سازمان های غیردولتی را گرد هم آوردند تا توافق نامه ای برای حذف تدریجی مواد شیمیایی ایجاد کنند. در ژانویه 1989، پروتکل مونترال، اولین توافقنامه بین‌المللی در مورد مقررات آلاینده‌های شیمیایی، لازم‌الاجرا شد.

نیومن خاطرنشان کرد: "تنظیم مواد مخرب لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه لایه اوزون بر اساس شواهد جمع آوری شده توسط جامعه علمی و رضایت رهبران صنعت و دولت است." تخریب لایه اوزون، با افزایش شدید سطوح تابش UV خورشیدی در سطح زمین."

در تحلیل جدید، نیومن و همکارانش "به پیش بینی تلفات لایه ازن پرداختند که گویی هیچ کاری برای متوقف کردن آنها انجام نشده است." شبیه‌سازی «جهان اجتناب‌شده» آنها ماه‌ها زمان کامپیوتری برای پردازش نیاز داشت.

تیم با سیستم مشاهده‌گر زمین گودارد، مدل شیمی-اقلیم (GEOS-CCM)، یک مدل سیستم زمینی از گردش جوی که تغییرات انرژی خورشیدی، واکنش‌های شیمیایی جو، تغییرات دما و بادها و موارد دیگر را به حساب می‌آورد، شروع کرد. عناصر تغییر اقلیم جهانی برای مثال، مدل جدید چگونگی تأثیر تغییرات استراتوسفر بر تغییرات تروپوسفر (توده‌های هوای نزدیک به سطح زمین) را توضیح می‌دهد. تلفات ازن دما را در قسمت‌های مختلف جو تغییر می‌دهد و این تغییرات باعث تحریک یا سرکوب واکنش‌های شیمیایی می‌شود.

سپس محققان انتشار CFC و ترکیبات مشابه را 3 درصد در سال افزایش دادند که این میزان تقریباً نصف نرخ رشد اوایل دهه 1970 بود. سپس اجازه دادند دنیای شبیه‌سازی شده از سال 1975 تا 2065 تکامل یابد.

تا سال شبیه سازی شده 2020، 17 درصد از کل ازن در سطح جهان تخلیه می شود، همانطور که با کاهش واحدهای دابسون (DU)، واحد اندازه گیری مورد استفاده برای تعیین کمیت غلظت معین ازن، ارزیابی می شود. هر سال یک سوراخ اوزون بر فراز قطب شمال، که زمانی محل سطوح خارق‌العاده ازن بود، تشکیل می‌شود.

تا سال 2040، غلظت ازن جهانی به زیر 220 DU کاهش می یابد، همان سطوحی که در حال حاضر "حفره" بالای قطب جنوب را تشکیل می دهد. (در سال 1974، میانگین ازن جهانی 315 DU بود.) شاخص UV در شهرهای با عرض جغرافیایی متوسط به 15 در حوالی ظهر در یک روز تابستانی صاف می رسد (شاخص UV 10 امروزه بسیار زیاد در نظر گرفته می شود.) که باعث ایجاد آفتاب سوختگی محسوس در حدود 10 دقیقه می شود.. بر فراز قطب جنوب، سوراخ اوزون به مکانی ثابت در تمام طول سال تبدیل می شود.

در دهه 2050، اتفاق عجیبی در دنیای مدل‌سازی‌شده رخ می‌دهد: سطح ازن در استراتوسفر بر فراز مناطق استوایی در فرآیندی شبیه به فرآیندی که سوراخ ازن قطب جنوب را ایجاد می‌کند، به صفر می‌رسد.

در پایان مدل اجرا شده در سال 2065، ازن جهانی به 110 DU کاهش می یابد که 67 درصد کاهش نسبت به دهه 1970 است.مقادیر قطبی در طول سال بین 50 تا 100 DU (از 300 تا 500 در سال 1960 کاهش یافته است). شدت تابش UV در سطح زمین دو برابر می شود. در برخی از طول موج های کوتاه تر، شدت تا 10000 برابر افزایش می یابد. تشعشعات سرطان‌زای پوست افزایش می‌یابد.

ریچارد استولارسکی، دانشمند گودار و یکی از نویسندگان مطالعه، که از پیشگامان شیمی ازن اتمسفر در دهه 1970 بود، گفت: "جهان ما از محاسبه اجتناب کرد، کمی فراتر از آن چیزی است که من فکر می کردم اتفاق بیفتد." "مقادیر ممکن است کاملا صحیح نباشند، اما نتایج اولیه به وضوح نشان می دهد که چه اتفاقی می تواند برای جو بیفتد. و مدل ها گاهی اوقات چیزی را به شما نشان می دهند که انتظارش را نداشتید، مانند افت شدید در مناطق استوایی."

نیومن گفت: «ما دنیایی را شبیه‌سازی کردیم که از آن اجتناب شد، و این دنیایی است که باید خوشحال باشیم که از آن اجتناب کرده‌ایم.»

دنیای واقعی مقررات CFC تا حدودی مهربان‌تر بوده است. تولید مواد مخرب لایه لایه لایه لایه لایه اوزون عمدتاً حدود 15 سال پیش متوقف شد، اگرچه فراوانی آنها در حال کاهش است زیرا مواد شیمیایی می توانند 50 تا 100 سال در جو باقی بمانند.اوج فراوانی CFCها در جو در حدود سال 2000 رخ داد و تا به امروز تقریباً 4 درصد کاهش یافته است.

ازن استراتوسفر در عرض های جغرافیایی میانی 5 تا 6 درصد کاهش یافته است، اما در سال های اخیر تا حدودی بهبود یافته است. بزرگترین سوراخ ازن قطب جنوب ثبت شده در سال 2006 ثبت شد.

"من فکر نمی کردم که پروتکل مونترال به خوبی کار کند، اما در مورد سیاست بسیار ساده لوح بودم." پروتکل مونترال یک توافق بین المللی قابل توجه است که باید توسط کسانی که با گرم شدن کره زمین و تلاش برای دستیابی به توافق بین المللی در این زمینه درگیر هستند مورد مطالعه قرار گیرد.»