Ученые из США, Испании и Аргентины впервые количественно определили содержание йода в нижней стратосфере и оценили его влияние на разрушение озона в ней. По подсчетам авторов около 0,8 триллионных долей по объему йода неорганического происхождения поступает в стратосферу, внося семь процентов вклада в потери озона в этом слое. Результаты исследования, которые помогут в разработке более точных климатических моделей, опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Йод участвует в каталитических реакциях, разрушающих озон и способных приводить к образованию новых частиц, которые изменяют состав облаков и их отражательную способность. Уже известно, что в верхней тропосфере из-за антропогенных выбросов содержание брома и йода превышено, но роль йода в разрушении озона в стратосфере намного менее изучена из-за недостатка данных о содержании этого элемента в ней.
Ранее ученые по измерениям с Земли или воздушных шаров лишь смогли определить верхний порог содержания радикалов монооксида йода (десятая доля триллиона по объему) в стратосфере. В газовой фазе йод может существовать в форме соединений с кислородом, водородом, оксидами азота, хлором и бромом, которые могут оказаться причиной 30 процентов разрушения озона нижней стратосферы в тропиках. Большую по концентрации часть составляет радикал монооксида йода, который, согласно предположениям, в количестве, превышающем верхний порог (от 0,15 до 0,45 трилионных долей по объему), должен находиться в дневное время в стратосфере. Наличие йода в стратосфере может оказаться как совершенно незначимым, так и одной из основных причин разрушения озонового слоя.
Теодор Кениг (Theodore Koenig) с коллегами из колорадского университета в Боулдере выполнили серию исследовательских полетов и количественно определили содержание радикалов монооксида йода и частиц йода в стратосфере. Содержание радикалов монооксида йода определяли с помощью установленного в самолет оптического спектрометра, разработанного учеными университета Колорадо CU AMAX-DOAS. Концентрацию частиц йода определяли с помощью масс-спектрометра высокого разрешения CU HR-AMS.
Схематическое изображение принципа измерений с помощью бортового спектрометра для дифференциальной абсорбционной спектроскопии
S. Baidar et al., / Atmospheric Measurement Techniques, 2013
В результате 34 исследовательских полетов ученые установили, что суммарно в стратосферу попадает около 0,8 трилионных долей по объему неорганических соединений йода. Такие высокие значения подтверждают предположения о том, что йод активно вступает в реакции на частицах льда в верхней тропосфере, попадая в стратосферу. Ученые отметили резкое увеличение содержания йода в газовой фазе в верхней тропосфере и содержания твердых частиц в слое между тропосферой и стратосферой. Радикалы монооксида йода также обнаружили и в стратосфере, что свидетельствует о том, что твердые частицы переходят обратно в газовую фазу в процессе сложных межфазных химических превращений. На уровне проведенных измерений, неорганические соединения йода оказались виновными на 32 процента в разрушении озонового слоя галогенами, хотя брома и хлора в исследованных слоях больше. Суммарное влияние йода на истощение озонового слоя в стратосфере авторы работы оценили в семь процентов.
Содержание йода в виде монооксида (А), суммарное содержание неорганического йода (В) и влияние галогенов на разрушение озона (С)
Theodore К. Koenig et al., / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020
В отличие от экспериментальных данных, теория предсказывает, что йод в тропопаузе распределен равномерно и не зависит от высоты. Это может означать, что в действительности он входит и покидает зону нижней тропосферы и верхней стратосферы. Из-за повышения концентрации озона в нижних слоях атмосферы, вызванное антропогенными факторами вроде газовых выбросов производств и выхлопных газов, анионы йода над океанами вступают в реакцию с озоном, образуя летучие соединения, которые попадают в верхние слои атмосферы. По расчетам авторов, в долгосрочной перспективе влияние неорганических соединений йода на содержание озона в нижней стратосфере в четыре-пять раз превышает влияние очень короткоживущих веществ с бромом и хлором.
Ожидается, что выбросы йода в стратосферу будут расти с повышением концентрации озона в нижних слоях атмосферы, а значит, и их вклад в разрушение озона в нижней стратосфере будет расти. По словам авторов, для понимания причин истощения озонового слоя необходимо и дальше следить за содержанием йода в стратосфере.
Чуть более двух лет назад ученые обнаружили, что на разрушение озонового слоя сильно влияют дихлорметан и 1,2-дихлорэтан, производство которых ранее не регулировалось Монреальским протоколом. Однако стуация с разрушением озона не безнадежна: позапрошлой осенью Всемирная метеорологическая организация обещала, что к 2060 году озоновый слой восстановится.
Алина Кротова
Оценили 4 человека
3 кармы