Хотя такие низкие уровни редки, они не беспрецедентны. Подобные низкие уровни озона наблюдались в верхних слоях атмосферы или стратосфере в 1997 и 2011 годах. Для сравнения, самое низкое мартовское значение озона, наблюдаемое в Арктике, обычно составляет около 240 единиц Добсона.
«В этом году низкий уровень озона в Арктике случается примерно раз в десятилетие», – сказал Пол Ньюман, главный научный сотрудник Центра космических полетов им. Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Что касается общего состояния озонового слоя, это вызывает беспокойство, поскольку уровни арктического озона обычно высоки в марте и апреле."
Озон – это высокореактивная молекула, состоящая из трех атомов кислорода, которая встречается в природе в небольших количествах. Стратосферный озоновый слой, находящийся примерно на высоте от 7 до 25 миль над поверхностью Земли, представляет собой солнцезащитный крем, поглощающий вредное ультрафиолетовое излучение, которое может нанести вред растениям и животным и затронуть людей, вызывая катаракту, рак кожи и подавление иммунной системы.
Мартовское истощение озонового слоя в Арктике было вызвано сочетанием факторов, возникших из-за необычно слабых «волновых» событий в верхних слоях атмосферы с декабря по март.
Эти волны управляют движением воздуха в верхних слоях атмосферы подобно погодным системам, которые мы испытываем в нижних слоях атмосферы, но гораздо более масштабными.
Обычно в год эти волны движутся вверх от нижних слоев атмосферы средних широт и нарушают циркумполярные ветры, циркулирующие в Арктике. Когда они нарушают полярные ветры, они делают две вещи. Во-первых, они приносят с собой озон из других частей стратосферы, пополняя резервуар над Арктикой.
«Подумайте об этом, как о ложке красной краски с низким содержанием озона над Северным полюсом в белом ведре с краской», – сказал Ньюман. "Волны перемешивают белую краску, повышенное количество озона в средних широтах, с красной краской или низким содержанием озона, содержащимися в сильной струе, вращающейся вокруг полюса."
Смешивание имеет второй эффект – согревает арктический воздух.
Более высокие температуры создают неблагоприятные условия для образования полярных стратосферных облаков. Эти облака позволяют выделять хлор для озоноразрушающих реакций.
Озоноразрушающие хлор и бром происходят из хлорфторуглеродов и галонов, химически активных форм хлора и брома, полученных из антропогенных соединений, которые в настоящее время запрещены Монреальским протоколом. Смешивание останавливает истощение озона, вызванное хлором и бромом.
В декабре 2019 года и с января по март 2020 года стратосферные волновые явления были слабыми и не нарушали полярных ветров. Таким образом, ветры действовали как барьер, не позволяя озону из других частей атмосферы восполнять низкие уровни озона над Арктикой.
Кроме того, стратосфера оставалась холодной, что приводило к образованию полярных стратосферных облаков, которые позволяли химическим реакциям высвобождать химически активные формы хлора и вызывать истощение озонового слоя.
«Мы не знаем, что стало причиной слабой волновой динамики в этом году», – сказал Ньюман. «Но мы знаем, что если бы мы не прекратили попадание хлорфторуглеродов в атмосферу из-за Монреальского протокола, истощение Арктики в этом году было бы намного хуже."
С 2000 года уровни хлорфторуглеродов и других антропогенных озоноразрушающих веществ в атмосфере заметно снизились и продолжают это делать. Хлорфторуглероды – это долгоживущие соединения, на разложение которых уходят десятилетия, и ученые ожидают, что к середине века уровни стратосферного озона вернутся к уровням 1980 года.
Исследователи НАСА предпочитают термин «истощение» Арктике, поскольку, несмотря на рекордно низкий уровень озонового слоя в этом году, потери озона по-прежнему намного меньше, чем ежегодная озоновая «дыра», которая возникает над Антарктидой в сентябре и октябре весной в Южном полушарии. Для сравнения, уровень озона над Антарктидой обычно падает примерно до 120 единиц Добсона.
НАСА вместе с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований осуществляет мониторинг стратосферного озона с помощью спутников, в том числе спутника НАСА Aura, спутника НАСА-NOAA Национального полярно-орбитального партнерства Суоми и совместной полярной спутниковой системы NOAA NOAA-20. Микроволновый датчик конечностей на борту спутника Aura также оценивает стратосферные уровни озоноразрушающего хлора.