Az antarktiszi ózonlyuk felfedezése 1985-ben sokkolta a világot: a tudósok a Föld védőrétegének, a sztratoszférikus ózonnak drámai elvékonyodását észlelték. A jelenség hátterében a klórozott szénhidrogének, az úgynevezett CFC-k álltak, amelyeket akkoriban széles körben használtak hűtőközegként, hajtógázként, habosítóanyagként és oldószerként. A nemzetközi összefogásnak köszönhetően, amely a CFC-k fokozatos kivezetését célozta, az ózonréteg ma már lassan helyreáll, különösen az Antarktisz felett.
Az ózonlyuk felfedezése részben az akkor elérhető mérőeszközöknek volt köszönhető. Azóta ezek az eszközök, valamint a műholdak és más megfigyelési technológiák hatalmas fejlődésen mentek keresztül, lehetővé téve a tudósok számára, hogy pontosan nyomon kövessék az ózonréteg regenerálódását.
De mi lett volna, ha a mai technológia már sokkal korábban rendelkezésre áll? Vajon a kutatók már korábban észlelhették volna az emberi tevékenység okozta ózonpusztítás első jeleit? És ha igen, mikor és hol bukkantak volna fel ezek az első figyelmeztető jelek?
Korai figyelmeztetés a trópusok felől
A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói, Susan Solomon légkörkémikus vezetésével, most választ adtak ezekre a kérdésekre. A csapat egy gondolatkísérletet hajtott végre, amelyben elképzeltek egy hipotetikus világot, ahol a mai légkörmegfigyelési képességek a múlt században is rendelkezésre álltak. Ebben a forgatókönyvben szimulálták a légkör kémiai összetételének történetét, és nemcsak azt fedezték fel, hogy mikor lett volna észlelhető az ózonpusztítás legkorábbi jele, hanem azt is, hogy hol és miért.
A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent tanulmány szerint a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az ózonréteg károsodásának első jelei már 1957-ben megjelentek – körülbelül 30 évvel az ózonlyuk felfedezése előtt. Ez a korai ózonveszteség azonban nem az Antarktiszon, hanem a trópusok felső sztratoszférájában mutatkozott meg. Ráadásul a pusztításért nem a CFC-k, hanem egy másik ipari vegyi anyag, a szén-tetraklorid volt a felelős.
„A tankönyvekből azt tanultuk, hogy a CFC-k okozzák az ózonréteg elvékonyodását” – mondja a tanulmány első szerzője, Jian Guan, az MIT Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének doktorandusza. „Kiderült, hogy volt egy másik vegyület is, amely sokkal korábban okozott ózonpusztítást, mint a CFC-k. Ez óriási meglepetés volt.” Solomon, aki úttörő szerepet játszott az ózon légköri hatásainak kutatásában, és elsőként bizonyította, hogy a CFC-k a fő felelősek az antarktiszi ózon pusztulásáért, számára is teljes sokk volt az új eredmény.
A klór kapcsolata és a zajon túli jel
Az ózon egy erősen reaktív molekula, amely három oxigénatomból áll, és természetes módon van jelen a légkör felső rétegeiben. A sztratoszférában pajzsként működik, elnyeli a nap sugarait, és csökkenti a Föld felszínére jutó káros ultraibolya sugárzás mennyiségét. Az 1980-as évek végén, miután a tudósok észlelték az ózonréteg elvékonyodását az Antarktiszon, Solomon expedíciókat vezetett a térségbe a sztratoszféra összetételének mérésére. Ezek a mérések megerősítették, hogy az ózon pusztulásáért a CFC-k a felelősek.
Solomon a vártnál magasabb klór-dioxid szintet mért az antarktiszi sztratoszférában. Ennek a molekulának a jelenléte, pontosan ott, ahol az ózonpusztulást megfigyelték, csak egyetlen kémiai magyarázatot tett lehetővé: az ózont klóratomok bontották le. Abban az időben a klórban gazdag CFC-ket széles körben használták, és az MIT kémikusa, Mario Molina javasolta, hogy ha a CFC-k a sztratoszférába sodródnak, a nap fotonjai széttörhetik a molekulákat, klóratomokat szabadítva fel, amelyek aztán szabadon bonthatják az ózon oxigénatomjait.
Molina munkája és Solomon mérései kulcsszerepet játszottak annak bizonyításában, hogy a CFC-k képesek elpusztítani az ózont – ez a felfedezés hozta meg Molina számára az 1995-ös kémiai Nobel-díj egy részét. Nem sokkal később a világ szinte minden országa aláírta a Montreali Jegyzőkönyvet, amely végül a CFC-k és más ózonkárosító anyagok sikeres kivezetéséhez vezetett. Az új tanulmányhoz Solomon, Guan és kollégáik egy „mi lett volna, ha” megközelítést alkalmaztak, feltéve a kérdést: mi lett volna, ha a múltban a jelenlegi megfigyelési képességek álltak volna rendelkezésre? Mikor lett volna észlelhető az ember által okozott ózonpusztítás legkorábbi jele?
A mai megfigyelőeszközök érzékenyek egy bizonyos jel-zaj arányra, ami azt jelenti, hogy képesek azonosítani az ózonveszteség olyan mintázatait, amelyek nagy valószínűséggel az emberi tevékenység (például a CFC-k) „jelének” tekinthetők, szemben a természetes ingadozásokból, például időjárásból és természeti jelenségekből származó „zajjal”. A csapat 16 különböző modellfuttatást használt, amelyek a légkör változó körülményeit és dinamikáját szimulálták különböző szélességi fokokon és magasságokban, valamint az ózon és más molekulák koncentrációit és kölcsönhatásait. Az elemzésük kimutatta, hogy egy jel már 1957-ben megjelent, és nem az Antarktiszon, hanem a trópusokon. A kutatók szerint az ember által okozott ózonveszteség valószínűleg globális volt, de a trópusi felső sztratoszférában volt könnyebb észrevenni, mert ott a legkisebb a természetes ingadozások tartománya, így a jel jobban kiemelkedik a zajból. Végül az elemzés kimutatta, hogy a legkorábbi ózonpusztulásért a szén-tetraklorid volt a felelős, nem a CFC-k. Ezt a vegyületet az 1930-as évektől kezdték használni vegytisztítószerként és zsíroldó szerként, jóval a CFC-k elterjedése előtt.
© Image: Jose-Luis Olivares, MIT
Forrás: MIT.edu
