Varje år, ozonnedbrytande föreningar i den övre atmosfären förstör det skyddande ozonskiktet, och i synnerhet ovanför Antarktis. Ozonskiktet fungerar som jordens solskyddsmedel genom att absorbera skadlig ultraviolett strålning från inkommande solljus som kan orsaka hudcancer och skada växter, bland andra skadliga effekter på livet på jorden. Medan dessa olika föreningar var och en frigör antingen reaktivt klor eller brom, de två aktiva ozonförstörande ingredienserna, under en rad kemiska reaktioner, molekylerna har en rad olika livstider i atmosfären som kan påverka deras slutliga inverkan på ozonskiktet och dess framtida återhämtning.

n ett perspektivstycke som visas i numret 8 december av Vetenskap , NASA-forskare diskuterar nyanserna som skiljer tre kategorier av föreningar och deras inverkan på övre atmosfäriska ozon:långvariga och mänskligt tillverkade föreningar, kortlivade och människotillverkade föreningar, och föreningar som är kortlivade och naturligt släpps ut från havet. Alla långlivade och några av de antropogena kortlivade föreningarna kontrolleras av Montrealprotokollet för att minska deras inverkan på ozon. Forskarna finner att långvariga föreningar fortfarande dominerar utsikterna för ozonåtervinning.

Denna diskussion är en del av en pågående vetenskaplig debatt om effekterna av kortlivade ozonnedbrytande föreningar som stannar i atmosfären i mindre än sex månader, vars människoproducerade utsläpp har ökat. Det är relevant för det arbete som utförs av FN:s miljöprogram som administrerar Montrealprotokollet och dess ändringar, det avgörande globala avtalet om att förbjuda och fasa ut ozonförstörande föreningar. För närvarande endast ozonnedbrytande ämnen med atmosfäriska livslängder från ett år till över 100 år, kontrolleras eftersom de dröjer kvar i atmosfären tillräckligt länge för att nå den övre atmosfären, kallas stratosfären. Kortare föreningar är oreglerade eftersom deras effekter är mindre signifikanta.

"Montrealprotokollet har varit en stor framgång, " sa atmosfärforskaren Qing Liang vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och perspektivets första författare. Som ett resultat av regleringen av Montrealprotokollet, halterna av ozonnedbrytande klor och brom slutade växa i atmosfären i mitten av 1990-talet, och har minskat i nästan den förväntade takten. Ozonskiktet visar tecken på läkning.

Ändå, de långlivade kontrollerade ämnena, majoriteten släpptes före 1987, beräknas fortfarande utgöra 56 procent av den totala stratosfäriska klor och brom år 2050, enligt Liang och hennes kollegors analys. I kontrast, som mest förväntas endast fyra procent av klor och brom komma från oreglerade mänskligt producerade ozonnedbrytande föreningar. Resten av klor och brom år 2050 kommer från föreningar som släpps ut naturligt av havet. Men när havstemperaturerna ökar på grund av klimatuppvärmningen, deras utsläppshastigheter skulle potentiellt kunna öka med 20 procent mellan 2010 och 2100. En ytterligare källa till naturliga ozonnedbrytande föreningar är skogsbränder, både naturligt och mänskligt.

Forskare vid NASA, National Oceanic and Atmospheric Administration, såväl som andra internationella organ övervakar ständigt det stratosfäriska ozonskiktet och nivåerna av ozonnedbrytande kemikalier på jordens yta.

Huruvida ett ämne når stratosfären eller inte är den primära faktorn som dikterar vilken kategori av föreningar man ska oroa sig för, sa medförfattaren Susan Strahan från NASA Goddard. Ju längre livslängd ett ozonnedbrytande ämne har, ju längre tid det kommer att ta sig till stratosfären och förstöra ozon. Kortlivade ämnen, å andra sidan, kommer att ha en minimal effekt på att fördröja ozonåtervinningen eftersom de är mer benägna att brytas ned innan de når stratosfären, Hon sa.

Ett av dessa ämnen som kallas diklormetan har nyligen granskats på grund av dess ökande utsläppshastigheter under de senaste åren. Det är ett mångsidigt substitut för många förbjudna kemikalier i industrin. Diklormetan bryts ner i atmosfären på cirka fyra månader och dess skadliga nedbrytningsprodukter avlägsnas helt från atmosfären inom några år efter utsläppen.

"På grund av dess mycket kortlivade natur, och det osannolika scenariot med att utsläppen upprätthåller en hög tillväxttakt, det är högst osannolikt att diklormetan skulle ha en stor inverkan på ozonskiktet, " sa Liang. Liang tror att dess utsläppshastighet kommer att hamna på en platå när industrierna når sin bärkraft baserat på ekonomisk efterfrågan.

Dessutom, industriella kortlivade ozonnedbrytande ämnen som släpps ut på land, ofta på mitten av breddgraderna, har fyra till sex månader lång resa till stratosfären. Detta är något längre än deras livstid och ger mer tid för dem att förstöras eller sköljas ut av regn innan de når ozonskiktet, sa Liang.

Kortlivade bromföreningar som frigörs naturligt från havsytan, dock, har en mer uttalad inverkan på ozon än sina kortlivade industriella kusiner. Eftersom de släpps ut i stora mängder från tropiska hav, de lyfts snabbt av tropiska åskväder in i stratosfären inom en månad eller två där de kan förstöra ozon under en större del av sin livstid.

"Den andra viktiga faktorn är klimatförändringarna. När de tropiska haven värms upp, naturliga utsläpp av metylbrom och andra kortlivade bromerade arter kommer att öka, " sa Strahan. "Och du kan inte stänga av det. När havet blir varmare, utsläppsökningen fortsätter."

Också oroväckande är de förbjudna kemikalierna som fortsätter att komma in och ackumuleras i atmosfären. Ett exempel är koltetraklorid, som regleras av Montrealprotokollet och har en livslängd på 33 år i atmosfären. Medan dess produktion, användning och förstörelse övervakas och rapporteras noggrant, det bildas också som en biprodukt i produktionslinjerna för kloroform och diklormetan. Eftersom det är mycket flyktigt, det har oavsiktliga utsläpp som läcker ut i atmosfären, sa Liang. Det är sannolikt inte det enda reglerade ozonnedbrytande ämnet som smyger ut utan redovisning från produktionslinjen för andra kemikalier.

Liang och Strahan baserade sin analys på en kombination av datormodellsimuleringar av atmosfären och mätningar av koncentrationerna av de ozonnedbrytande kemikalierna. NASA:s Goddard Earth Observing System Version 5 (GEOS-5) modell simulerar atmosfären i 3D, vilket gör att forskargruppen kan följa atmosfäriska gaser från deras källor på marken genom deras resa till den övre atmosfären. Modellen stöds av observationer från satelliter, markbaserade nätverk som mäter ozonnedbrytande kemikalier i den verkliga världen, och genom observationer från två decennier av NASAs flygfältskampanjer, inklusive det senaste Airborne Tropical Tropopause Experiment (ATTREX) 2013 och Atmospheric Tomography (ATom) global atmosfärisk undersökning, som har gjort tre implementeringar sedan 2016.