Восстановление озонового слоя имеет неожиданное климатическое последствие

Новое исследование показывает, что восстановление озонового слоя и загрязнение могут сделать озон вторым по значимости источником потепления к 2050 году.

Исследование Университета Рединга показывает, что восстановление озонового слоя и загрязнение воздуха могут внести на 40% больше потепления, чем считалось ранее, делая озон вторым по значимости фактором будущего изменения климата после углекислого газа.

Изменения озона могут добавить около 0,268 ватта потепляющего воздействия на квадратный метр между 2015 и 2050 годами в сценарии с высоким загрязнением — примерно на 40% больше, чем предыдущие оценки.

Примерно половина этого прогнозируемого потепления происходит от восстановления защитного стратосферного озонового слоя, а остальное — в основном от роста загрязнения озоном ближе к земле.

Это открытие не подрывает защиту озонового слоя. Оно, напротив, показывает, что климатические модели должны более тщательно учитывать сложную роль озона как щита против ультрафиолетового излучения и парникового газа.

Десятилетиями восстановление озонового слоя Земли было одним из величайших экологических успехов мира. Международное сотрудничество помогло поэтапно отказаться от химических веществ, разрушавших защитный щит высоко над планетой, снизив угрозу вредного ультрафиолетового излучения и риск рака кожи.

Теперь новое исследование предполагает, что этот успех несёт неожиданное климатическое последствие.

Учёные под руководством Университета Рединга обнаружили, что будущие изменения озона могут внести значительно больше потепления, чем считалось ранее. Их результаты позволяют предположить, что озон может стать вторым по величине фактором дополнительного потепления между 2015 и 2050 годами, уступая только углекислому газу.

Исследование указывает, что связанные с озоном изменения могут задерживать дополнительно 0,27 ватта энергии на квадратный метр поверхности Земли к середине века. Эта цифра представляет примерно на 40% больше потепления, чем предполагали более ранние оценки, и подчёркивает сложную связь между восстановлением атмосферы и изменением климата.

Защитный щит с двойной ролью

Озон занимает уникальное место в атмосфере Земли. Высоко в стратосфере он действует как защитный барьер, поглощая вредное ультрафиолетовое излучение Солнца. Без него жизнь на Земле столкнулась бы с гораздо большими рисками рака кожи, повреждения глаз и вреда для экосистем.

В то же время озон является парниковым газом.

Как углекислый газ и метан, он задерживает тепло в атмосфере. Это означает, что, хотя озон защищает жизнь от опасного солнечного излучения, он также может способствовать глобальному потеплению.

Около 90% озона существует в стратосфере. Остальные 10% находятся ближе к поверхности Земли в тропосфере, где он образуется в результате химических реакций с участием загрязнителей, выбрасываемых автомобилями, заводами и электростанциями.

Приземный озон особенно проблематичен, потому что он вредит здоровью людей, повреждает урожай и способствует потеплению.

«Страны поступают правильно, продолжая запрещать химические вещества под названием ХФУ и ГХФУ, которые разрушают озоновый слой над Землёй, — сказал профессор Билл Коллинз из Университета Рединга, ведущий автор исследования. — Однако, хотя это помогает восстановить защитный озоновый слой, мы обнаружили, что это восстановление озона нагреет планету сильнее, чем мы изначально думали».

Моделирование атмосферного будущего Земли

Чтобы понять, как озон может повлиять на будущее потепление, исследователи использовали передовые климатические и атмосферно-химические модели для моделирования условий до 2050 года.

Исследование рассмотрело сценарий, известный как SSP3-7.0, который предполагает относительно ограниченные усилия по снижению загрязнения воздуха при продолжении соблюдения международных соглашений, поэтапно отказывающихся от озоноразрушающих химических веществ.

Эти химические вещества, включая хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), когда-то широко использовались в холодильниках, кондиционерах и промышленных продуктах. Их постепенный отказ в рамках Монреальского протокола позволил озоновому слою начать восстанавливаться.

Модели спрогнозировали, как и восстановление озона, и образование озона под воздействием загрязнения изменят атмосферу в ближайшие десятилетия.

Исследователи проанализировали семь основных климатических и химических моделей. Вместе симуляции нарисовали согласованную картину: концентрации озона, как ожидается, вырастут как в верхней, так и в нижней атмосфере.

Глобальный общий столб озона вырос с в среднем 298,3 единицы Добсона в 2015 году до 310,5 единицы Добсона к 2050 году. Тропосферный озон вырос с 36,2 до 40,5 единицы Добсона за тот же период.

Наибольший рост озона в нижней атмосфере наблюдался над регионами, включая Индию, Юго-Восточную Азию и Ближний Восток, где выбросы загрязнителей остаются значительными в рассмотренном сценарии.

Почему потепляющий эффект озона растёт

Исследование обнаружило, что будущие изменения озона создадут эффективное радиационное воздействие примерно 0,268 ватта на квадратный метр к 2050 году.

Радиационное воздействие измеряет, сколько дополнительной энергии задерживается в климатической системе Земли. Положительные значения указывают на потепление.

Для сравнения: углекислый газ, как прогнозируется, внесёт около 1,75 ватта на квадратный метр дополнительного потепления за тот же период.

Это ставит озон твёрдо на второе место среди факторов будущего потепления в рассмотренном сценарии.

Исследователи обнаружили, что потепление происходит из двух источников.

Первый — продолжающееся восстановление стратосферного озонового слоя. По мере роста концентраций озона вверху задерживается больше тепла.

Второй — растущие уровни озона возле земли, создаваемые загрязнением и выбросами газов, образующих озон.

Вместе эти процессы усиливают климатическое воздействие озона.

«Загрязнение воздуха от автомобилей, заводов и электростанций также создаёт озон возле земли, вызывая проблемы со здоровьем и нагревая планету», — сказал Коллинз.

Неожиданный климатический компромисс

Одно из самых поразительных открытий исследования касается климатических выгод, ранее связывавшихся с отказом от озоноразрушающих веществ.

Учёные давно признали, что ХФУ и ГХФУ вносят прямой вклад в глобальное потепление, поскольку являются мощными парниковыми газами. Их удаление поэтому ожидалось как обеспечивающее и защиту озона, и климатические выгоды.

Новый анализ предполагает, что климатические выгоды могут быть меньше, чем считалось ранее.

По мере исчезновения этих веществ озоновый слой восстанавливается. Это восстановление само вносит дополнительное потепление, компенсируя значительную часть охлаждающей выгоды, полученной от отказа от химических веществ.

Исследователи оценивают, что примерно половина будущего связанного с озоном потепления происходит от восстановления озонового слоя, а другая половина — от роста озона в нижней атмосфере.

Это не умаляет важности отказа от озоноразрушающих веществ. Озоновый слой остаётся необходимым для защиты здоровья людей и экосистем. Однако это меняет то, как учёные оценивают климатические эффекты прошлых экологических политик.

Больше, чем просто задержка тепла

Исследование обнаружило, что озон влияет не только на температуру.

Изменения озона также влияют на облака, атмосферную влажность и отражательную способность Земли.

Модели показали небольшое сокращение облачного покрова и небольшое снижение поверхностной отражательной способности. Эти изменения позволили большему количеству солнечной энергии оставаться в климатической системе.

Исследователи также наблюдали увеличение атмосферной влажности в частях стратосферы.

Хотя эти эффекты были меньше прямого потепляющего воздействия озона, они внесли вклад в общий климатический отклик и помогли объяснить, почему будущее воздействие озона выглядит больше, чем предполагали предыдущие оценки.

Открытия также показали, что разные методы, используемые для расчёта климатического воздействия, могут давать разные результаты. Исследователи пришли к выводу, что мера, известная как эффективное радиационное воздействие, даёт наиболее полную картину общего климатического влияния озона.

Более сложное климатическое будущее

Исследование подчёркивает сложную реальность управления атмосферой Земли.

Одна экологическая проблема может взаимодействовать с другой неожиданными способами. Политика, успешно защищающая людей от вредного ультрафиолетового излучения, может одновременно влиять на будущее потепление.

Однако авторы подчёркивают, что защита озонового слоя остаётся не подлежащей обсуждению.

Без продолжающегося восстановления озона мир столкнулся бы с серьёзными последствиями для здоровья, включая более высокие показатели рака кожи, катаракты и ущерба для урожая и экосистем.

Вместо этого исследование указывает на необходимость климатических политик, которые лучше учитывают растущую роль озона в будущем потеплении.

По мере того как страны продолжают сокращать выбросы парниковых газов, влияние озона может стать всё более важным в климатических прогнозах и планировании политики.