Доказана удивительно устойчивая способность атмосферы к самоочищению

Международная группа исследователей под руководством американского Национального управления по исследованию океанов и атмосферы NOAA сделала значительный шаг к пониманию способности атмосферы самоочищаться от загрязняющих веществ и некоторых газов, кроме углекислого. Этот вопрос вызывал противоречивые обсуждения в течение многих лет.

В некоторых исследованиях выдвигались предположения, что такие возможности атмосферы нестабильны и чувствительны к экологическим изменениям, в то время как другие ученые утверждали обратное. В нынешнем исследовании ученым удалось доказать относительную устойчивость способности атмосферы к самоочищению. На фото Айдан Колтон демонстрирует процесс сбора проб воздуха на наблюдательной станции около вулкана Мауна-Лоа на Гавайях.

Опубликованный в журнале Science новый анализ демонстрирует, что мировой уровень гидроксильного радикала, критического для химии атмосферы вещества, из года в год практически не изменяется. Уровень гидроксила, который помогает очищать атмосферу от многих опасных загрязнителей и некоторых важных парниковых газов, за исключением углекислого, каждый год увеличивается и уменьшается только на несколько процентов, это число не достигает показателя 25 процентов, как утверждалось ранее.

«Новые измерения гидроксила дают исследователям содержательную информацию о способности атмосферы оксидироваться или самоочищаться, - объясняет Стефан Монтцка, руководитель группы и химик-исследователь подразделения NOAA, занимающегося глобальным мониторингом. – Теперь мы знаем, что способность атмосферы избавляться от многих загрязнителей является, в общем, хорошо сформированной и стабильной. Именно эту фундаментальную особенность атмосферы мы не могли подтвердить ранее».

Новое исследование позволяет получить предполагаемые показатели загрязнения в будущем. Гидроксильный радикал, состоящий из одного атома кислорода и одного атома водорода, формируется и распадается в атмосфере так быстро, что его было необычайно сложно измерить на глобальном уровне.

«В дневное время продолжительность жизни гидроксила составляет около одной секунды, и его концентрации крайне малы, - говорит Монтцка. – После его появления сразу находится вещество, с которым он вступает в реакцию».

Радикал является ключевым соединением в химии атмосферы. Он участвует в формировании и распаде поверхностного озона и загрязнителей, наносящих вред легким человека и сельскохозяйственным культурам. Он также вступает в реакцию и разрушает существенный для парникового эффекта газ метан и загрязнители воздуха, включая углеводороды, угарный и сернистый газы. Однако гидроксильный радикал не может удалять углекислый газ, закись азота и фторхлоруглеводороды.

Чтобы определить изменчивость глобального уровня гидроксила, и, таким образом, способность атмосферы очищаться, исследователи решили изучить химические вещества с более длительным жизненным циклом, которые вступают в реакцию с гидроксилом.

Промышленный химикат метил хлороформ, к примеру, уничтожается в атмосфере в первую очередь гидроксильным радикалом. Сравнивая уровень выброшенного в атмосферу метил хлороформа с данными о его присутствии в воздухе, ученые смогли определить концентрацию гидроксила и ее изменение на протяжении ряда лет.

С помощью этого способа удалось получить данные об уровне гидроксила, который значительно колебался в 80-х и 90-х годах. Ученые пытались понять, что является причиной повышений и понижений – например, ошибки в данных о выбросах метил хлороформа или же это действительные колебания уровня гидроксила. Эти колебания играют важную роль: значительные флуктуации радикалов гидроксила могли означать, что способность атмосферы самоочищаться очень чувствительна к антропогенным или природным изменениям в ней.

Усложняло дело также и то, что в результате измерения концентрации уровней радикалов гидроксила по сравнению с другими газами, такими как метан, ученые получали данные лишь о небольших изменениях в течение нескольких лет. Та же малая флуктуация наблюдалась и во время испытаний стандартных глобальных химических моделей.

Решить проблему помог международный документ. В соответствии с Монреальским протоколом – международным соглашением о снятии с производства химических веществ, разрушающих защитный стратосферный озоновый слой Земли, - производство метил хлороформа практически прекратилось в середине 90-х. В результате выбросы этого активного озоноразрушающего газа резко прекратились.
Без смешиваемого эффекта, связанного с какими-либо ощутимыми выбросами метил хлороформа, появилась более четкая картина изменчивости гидроксила, основанная на наблюдениях за уменьшением остатков химического вещества в атмосфере. Ученые изучали радикал гидроксила путем измерения метил хлороформа в рамках международной программы по сбору проб воздуха NOAA, а также воспроизведения результатов в современных моделях.

Полученные результаты дают возможность производить вычисления относительно атмосферы Земли.

«Предположим, нам необходимо узнать, насколько нужно снизить антропогенные выбросы метана, чтоб наполовину уменьшить его влияние на климат, – объясняет Монтцка. – Для этого понадобится информация о гидроксиле и его изменчивости. Так как на основании наших результатов большие изменения радикалов гидроксила маловероятны, полученные расчетные показатели являются вполне вероятными».