Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) сделали вывод о том, что истощение озонового щита нашей планеты началось гораздо раньше предполагаемого. Этот результат был получен благодаря применению передовых методов моделирования атмосферных процессов для реконструкции событий прошлого века. Согласно данным исследования, первые признаки воздействия деятельности человека на озон могли проявиться уже в 1957 году – почти за тридцать лет до регистрации знаменитой антарктической «озоновой дыры» в 1985-м.

Обнаружение дефицита озона над Антарктидой произошло в середине восьмидесятых годов, когда специалисты отметили резкое снижение концентрации стратосферного газа, выполняющего роль защиты Земли от вредного ультрафиолетового излучения. Впоследствии было установлено, что ключевую роль сыграли хлорфторуглероды (CFC) – промышленные соединения, широко используемые в производстве холодильного оборудования, кондиционеров, аэрозолей и пенопластов, а также для получения растворителей. Благодаря совместным международным инициативам по прекращению использования этих веществ наблюдается постепенное восстановление озонового слоя, особенно над Антарктидой.

В рамках нового исследования ученые провели своеобразный эксперимент: они попытались выяснить, смогли бы исследователи выявить первые признаки разрушения озонового экрана значительно раньше, если бы в середине XX века были доступны современные спутниковые технологии, высокоточные приборы для наблюдений и методы анализа атмосферы. Для ответа на этот вопрос команда во главе с Сьюзен Соломон разработала компьютерную модель химических реакций в атмосфере за весь прошлый век.

Анализ данных выявил, что первые явные признаки воздействия человека на озоновый слой могли бы быть обнаружены уже в 1957 году. При этом этот эффект проявлялся не над Антарктидой, а в верхних слоях атмосферы тропического региона. Именно эта область характеризуется наименьшими естественными изменениями концентрации озона, что позволяет более четко выделить вклад антропогенных факторов на фоне природных колебаний.

Еще одним неожиданным фактом стало то, что первопричиной раннего разрушения озонового слоя оказались не хлорфторуглероды. Анализ показал, что первым веществом, спровоцировавшим заметное истощение озона, был четыреххлористый углерод – промышленный растворитель, который начали применять в тридцатых годах для очистки одежды и обезжиривания различных поверхностей.

Цзянь Гуань, аспирант Массачусетского технологического института и первый автор научной работы, указал, что общепринятой точкой зрения является роль хлорфторуглеродов в истощении озонового слоя. Тем не менее, компьютерное моделирование выявило существование другого соединения, которое начало оказывать разрушительное воздействие гораздо раньше. По словам ученого, данный вывод оказался неожиданным.

Сьюзен Соломон, признанный эксперт в области изучения озонового слоя и ранее установившая важную связь между хлорфторуглеродами и деградацией антарктического озона, также выразила удивление. Она заявила, что идея о возможном начале разрушения озонового слоя уже в конце 1950-х годов кардинально пересмотрела ее понимание развития этих явлений. Специалист акцентировала внимание на том, что полученные данные подчеркивают важность непрерывного наблюдения за состоянием атмосферы для оценки реакции на человеческую деятельность и эффективности мер по восстановлению.

Озон – это молекула, формирующаяся в верхних слоях земной атмосферы из трех атомов кислорода. В стратосфере озоновый слой действует как своеобразный барьер, задерживая значительную часть солнечной радиации ультрафиолетового спектра и защищая живые организмы от ее негативного влияния.

В период окончания восьмидесятых годов, после выявления дефицита озонового слоя, Соломон организовала научные походы в Антарктиду для анализа состава верхних слоев атмосферы. В ходе этих исследований было установлено необычайно высокое содержание диоксида хлора – соединения, указывающего на разрушение озона под воздействием атомов хлора. Ранее химик Марио Молина высказал предположение, что при облучении солнечным светом молекулы хлорфторуглеродов распадаются в стратосфере, высвобождая атомы хлора, которые впоследствии приводят к разрушению озоновых молекул. Именно совместные усилия Молины и исследований Соломон позволили окончательно установить взаимосвязь между хлорфторуглеродами и уменьшением толщины озонового слоя. В дальнейшем Молина был удостоен Нобелевской премии по химии в 1995 году.

Непосредственно после этого, значительная часть государств мира подписала Монреальский протокол, который предусматривал поэтапное сокращение использования веществ, разрушающих озоновый слой. Благодаря этому документу концентрация многих опасных соединений начала уменьшаться, и специалисты уже отмечают первые признаки восстановления озонового слоя.

В рамках нового исследования ученые применили шестнадцать различных компьютерных моделей атмосферы для имитации изменений в химическом составе воздуха на разной высоте и географической широте. При проведении расчетов были учтены как антропогенные факторы, так и естественные процессы, включая извержения вулканов и климатическое явление Эль-Ниньо, которые также оказывают влияние на содержание озона. Это дало возможность определить границы природных колебаний и отделить их от изменений, вызванных деятельностью человека.

Помимо статистических данных по производству различных химикатов за прошедшие десятилетия ученые использовали информацию из ледяных образцов, полученных в Арктике и Антарктиде. Эти многовековые слои льда содержат следы состава атмосферы прошлых лет. Анализ этих кернов показал, что концентрация четыреххлористого углерода начала заметно возрастать уже в 1940-х годах, что соответствует истории его промышленного применения.

Сопоставив результаты компьютерных расчетов, исторические промышленные данные и сведения из образцов льда, ученые установили, что явный признак влияния человеческой деятельности на разрушение озонового слоя можно выделить уже в 1957 году. Несмотря на то, что снижение концентрации озона наблюдалось повсеместно, наиболее заметным оно было именно в верхних слоях стратосферы над тропическими областями из-за относительно небольшой естественной изменчивости этого региона.

Исследователи также убедились, что единственным веществом, разрушающим озон и демонстрирующим столь ранний рост концентрации, был тетрахлорметан. Широкое применение хлорфторуглеродов началось гораздо позже. Впоследствии тетрахлорметан практически прекратили использовать во многих государствах не только из-за его негативного воздействия на озоновый слой, но и в связи с риском для здоровья людей – при длительном воздействии он может вызывать дисфункцию нервной системы и считается потенциально раковым веществом. После принятия строгих мер регулирования согласно Монреальскому протоколу в 1990-х годах его концентрация в атмосфере постепенно уменьшается.

Авторы научной работы утверждают, что полученные данные вновь подчеркивают важность продолжения наблюдений за содержанием тетрахлорметана, хлорфторуглеродов и других соединений, разрушающих озон. Даже после прекращения их массового производства многие из этих веществ способны долго сохраняться в атмосфере – десятилетиями, поэтому регулярный контроль остается ключевым элементом поддержания процесса восстановления озонового слоя Земли.

Исследование опубликованоО публикация состоялась в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.