En ny studie från Harvard University avslöjar att det skyddande stratosfäriska ozonskiktet ovanför centrala USA är känsligt för erosion under sommarmånaderna från ozonnedbrytande kemiska reaktioner, avslöja människor, boskap och grödor till de skadliga effekterna av UV-strålning.

Kraftfulla stormsystem som är gemensamma för Great Plains injicerar vattenånga som, med observerade temperaturvariationer, kan utlösa samma kemiska reaktioner över centrala USA som är orsaken till ozonförlust över polarområdena, enligt en ny tidning publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Pappret, ledd av James G. Anderson, Philip S. Weld professor i atmosfärisk kemi vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), fann att stratosfäriska ozonkoncentrationer över USA på sommaren är känsliga för både ökningar av vattenånga och observerade variationer i temperatur från stormsystem över Great Plains. Ökad frekvens och intensitet hos dessa stormsystem, såväl som långvariga sänkningar av stratosfäriska temperaturer, förväntas följa med klimatförändringarna.

Med hjälp av omfattande flygplansobservationer i den arktiska stratosfären från tidigt 2000-tal, forskare etablerade det kemiska ramverket som definierar ökade ozonförlusthastigheter med avseende på temperatur och vattenånga. Sedan använde de senaste NEXRAD väderradarobservationer för att visa att i genomsnitt 4000 stormar varje sommar tränger in i stratosfären över centrala USA, vilket är mycket vanligare än man tidigare trott.

Denna kombination av omständigheter sätter stratosfären över stater inklusive Texas, Oklahoma, Kansas, Nebraska, Iowa, Missouri, Dakotas och stater som gränsar till Great Plains, risk för kemiska reaktioner som bryter ner ozon under sommaren, potentiellt leda till högre exponeringsnivåer för skadligt UV-ljus från solen.

"Denna utveckling har inte förutspåtts tidigare och de representerar en viktig förändring i bedömningen av risken för ökad UV-strålning över centrala USA på sommaren, " sa Mario J. Molina vid University of California San Diego, 1995 års Nobelpristagare i stratosfärskemi, som inte var involverad i denna forskning.

Stratosfäriskt ozon är en av de känsligaste aspekterna av beboelighet på planeten. Det finns bara marginellt tillräckligt med ozon i stratosfären för att ge skydd mot UV-strålning för människor, djur och grödor. Medicinsk forskning som är specifik för USA har fastställt att en 1 procents minskning av mängden ozon i stratosfären motsvarar en 3 procents ökning av förekomsten av human hudcancer. Det finns nu 3,5 miljoner nya fall av hudcancer varje år rapporterade bara i USA. Således, för varje 1 procents minskning av ozon, det skulle komma ytterligare 100, 000 nya fall av hudcancer årligen i USA.

"Åskväder som hydrerar stratosfären kan ha betydande lokala och regionala effekter på jordens strålningsbudget och klimat, " sa Cameron R. Homeyer vid University of Oklahoma, en medutredare på tidningen. "Detta arbete visar vår ökande kunskap om sådana stormar med hjälp av markbaserade och luftburna observationer och utvärderar deras potential för att utarma stratosfäriskt ozon nu och i framtiden. Resultaten motiverar starkt behovet av ökade meteorologiska och kemiska observationer av sådana stormar."

"Varje år, kraftiga förluster av stratosfäriskt ozon registreras i polära områden, spårbart till klor och brom som tillförts atmosfären av industriella klorfluorkolväten och haloner, " sa Steven C. Wofsy, Abbott Lawrence Rotch professor i atmosfärs- och miljövetenskap vid SEAS och medförfattare till studien. "Det nya dokumentet visar att samma typ av kemi kan förekomma över centrala USA, utlöst av stormsystem som introducerar vatten, eller nästa vulkanutbrott, eller genom att öka nivåerna av atmosfärisk koldioxid. Vi vet ännu inte hur nära vi är att nå den tröskeln."

Forskarvärlden har observerat de kemiska reaktioner som attackerar ozon över polarområdena på vintern, men den viktiga kombinationen av observationer som definierar orsaken till och graden av ozonförlust i stratosfären har aldrig gjorts över centrala USA på sommaren. Detta representerar en stor brist i forskarnas förmåga att förutsäga ökningar av UV-strålning som kan bli följden av en vulkanisk händelse eller klimatförändringar nu och under de kommande åren.

"Istället för stora ozonförluster i kontinental skala som sker över polarområdena under vintern, till exempel, med termen Antarktis ozonhål, omständigheterna i centrala USA på sommaren är mycket olika, " sade Anderson. "I synnerhet, på grund av de mycket frekventa storminducerade injektionshändelser som beskrivs i detaljer vid Texas A&M och University of Oklahoma med hjälp av avancerade radarmetoder, denna struktur av mycket lokaliserade men många regioner med potentiell ozonförlust kräver noggrant specificerade observationsstrategier och systematisk övervakning för att ge grunden för exakta veckoprognoser av ozonförlust."

Forskarna efterlyser en omfattande karakterisering av stratosfären över centrala USA för att förutsäga kortsiktiga och långvariga ozonförluster relaterat till ökande frekvens och intensitet hos stormsystem, högre halter av atmosfärisk koldioxid och metan, och andra faktorer.