Przed czym uchronił nas Protokół Montrealski?

Pamiętacie jeszcze Protokół Montrealski? To międzynarodowy traktat wprowadzony w życie w roku 1989. Miał na celu ochronę warstwy ozonowej Ziemi poprzez redukcję emisji niszczących ozon substancji i jak mało który traktat międzynarodowy… zadziałał. I bardzo dobrze się stało, biorąc pod uwagę wyniki najnowszych badań przeprowadzonych przez Rolanda Garcię, Douglasa Kinnisona i Daniela Marsha z National Center for Atmospheric Research (NCAR) (Garcia i in., 2013, [pełna wersja]). Przy użyciu najnowocześniejszego, całościowego modelu atmosfery naukowcy przeprowadzili symulację skutków, jakie miałyby rosnące w niekontrolowany sposób emisje związków niszczących ozon w stratosferze. Nie byłyby one wesołe.

Dziura ozonowa

Rysunek 1: Grubość warstwy ozonowej nad biegunem południowym 16 września 2013 (dzień, w którym dziura ozonowa osiągnęła roczne maksimum powierzchni). Dziura ozonowa to obszar, w którym grubość warstwy ozonowej spada poniżej 220 Dobsonów. Ilustracja dzięki uprzejmości NASA GSFC.

Wszystkie warstwy atmosfery

Naukowcy z NCAR wykorzystali w swojej pracy całościowy model atmosfery (Whole Atmosphere Community Climate Model – WACCM). Obejmuje on atmosferę od powierzchni Ziemi aż do termosfery, czyli obszaru, w którym atmosfera jest już bardzo rozrzedzona i przechodzi w próżnię międzyplanetarną. Ziemska atmosfera dzieli się na warstwy o różnych własnościach, w których zachodzą różne procesy. Mechanizmy dyktujące pogodę rozgrywają się w najbliższej powierzchni Ziemi troposferze. W położonej wyżej stratosferze powstają i rozpadają się cząsteczki ozonu. Jeszcze wyżej, w jonosferze pojawia się zorza polarna. Naukowcy często interesują się tylko jedną z tych warstw lub niektórymi zjawiskami. Używają wtedy modeli, w których dokładnie opisują procesy, którymi się zajmują. Informacje o tym, co dzieje się w innych częściach atmosfery wprowadzają do modelu jako tzw. warunki brzegowe, podając na przykład, jakie są temperatury na granicy warstw, albo ile cząstek pary wodnej dostaje się lub ucieka z danej warstwy. WACCM to model tworzony wspólnie przez wiele grup badawczych, z których każda specjalizuje się w modelowaniu procesów zachodzących w innej warstwie atmosfery. Połączenie tworzonych przez nie kodów pozwala na jednoczesne prowadzenie obliczeń dla wszystkich wysokości. Co więcej, najnowszą wersję modelu można dodatkowo sprząc z modelem oceanu, by uzyskać jeszcze bardziej dogłębny obraz rzeczywistości – między innymi wiarygodne oszacowanie wpływu, jaki zanik ozonosfery miałby na klimat.

Gdyby nie Protokół…

Gdyby nie wprowadzono Protokołu Montrealskiego i emisje niszczących ozon substancji w dalszym ciągu rosłyby w tempie 3% rocznie, dziura ozonowa objęłaby całą planetę do połowy XXI wieku. Ten wynik jest zgodny ze wcześniejszymi analizami. „To istotne, bo pokazuje, że niezależne implementacje aktualnie przyjętej teorii chemii stratosferycznej dają zasadniczo te same wyniki”, zauważa Rolando Garcia, z National Center for Atmospheric Research w Boulder w stanie Colorado.

Związki niszczące ozon są jednocześnie silnymi gazami cieplarnianymi. Choć ich koncentracje w atmosferze są dużo niższe niż dwutlenku węgla, metanu czy tlenku azotu, „doskonale” uzupełniają ten zestaw, pochłaniając promieniowanie ziemskie o długościach „pomijanych” przez pozostałe gazy cieplarniane. Symulacje Garcii, Kinnisona i Marsha pokazały, że ich nieprzerwane emisje do 2070 roku spowodowałyby wzrost temperatur porównywalny ze scenariuszem umiarkowanych emisji gazów cieplarnianych – tak zwanym RCP4.5 – jednym ze standardowych scenariuszy omawianych między innymi w V raporcie IPCC. O ile więc realizowalibyśmy scenariusz RCP4.5 w rzeczywistości (jest dość realny), a jednocześnie nadal wypuszczali do atmosfery substancje niszczące warstwę ozonową, pod koniec XXI wieku zanotowalibyśmy wzrost temperatury dwa razy większy niż ten, jakiego spodziewamy się dzisiaj.

Ewolucja zawartości ozonu

Rysunek 2: Ewolucja zawartości ozonu w kolumnie atmosfery w latach 2005–2070 na podstawie symulacji Garcii, Kinnisona i Marsha: górny wykres – spodziewane koncentracje ozonu w naszym świecie, w którym wdrożone zostały postanowienia Protokołu Montrealskiego; dolny wykres – spodziewane koncentracje ozonu, gdyby nie wprowadzono Protokołu Montrealskiego. Dziura ozonowa to obszar, w którym zawartość ozonu spada poniżej 220 Dobsonów. Zamieszczone na rysunku dane zostały wygładzone metodą średniej biegnącej (dla przedziałów 13-miesięcznych), żeby uwypuklić długoterminowe trendy. Źródło: Garcia i in. (20013).

Naukowcy sprawdzili na koniec, jak szybko odbudowałaby się warstwa ozonowa, gdyby redukcję emisji związków niszczących ozon rozpoczęto dopiero w połowie XXI wieku (np. dlatego, że całkowite zniszczenie powłoki ozonowej zmusiłoby wreszcie światowe rządy do działania). Okazało się, że w tropikach i umiarkowanych szerokościach geograficznych ozonosfera odbudowałaby się stosunkowo szybko tj. w ciągu kilku lat od zaprzestania szkodliwych emisji. W rejonach polarnych jednak poważne braki ozonu utrzymywałyby się do końca okresu symulacji. Do tego czasu nie zanotowano by także znaczącego zahamowania ocieplenia klimatu.

Walka z „dziurą ozonową” a zmiana klimatu

Powodem tych różnic jest zależność czasu pozostawania związków niszczących ozon w atmosferze na różnych szerokościach geograficznych w zależności od czasu trwania ich emisji. W niższych szerokościach głównymi wrogami ozonu są związki chloru i bromu pochodzące od substancji o krótkim (poniżej roku) czasie życia, takich jak bromometan. Znikłby on z atmosfery w ciągu kilku lat od zaprzestania emisji. Z drugiej strony, w wysokich szerokościach warstwę ozonową niszczą przede wszystkim pochodne związków o czasach życia rzędu 45-100 lat: CFC-11, CFC-12, Halonu-1301. Usunięcie ich z atmosfery trwa około stulecia. Ponieważ spośród wszystkich szkodliwych dla ozonosfery związków, te mają jednocześnie największy udział w efekcie cieplarnianym, dlatego wstrzymanie emisji w połowie XXI wieku nie przyniosłoby do roku 2070 istotnych skutków klimatycznych.

Nasz eksperyment [numeryczny] pozwala spojrzeć na efekty Protokołu Montrealskiego z nowej perspektywy – nie tylko w kontekście ochrony warstwy ozonowej, ale także klimatu. Jeśli chodzi o zmianę klimatu, warto pamiętać, że chociaż wpływ długożyciowych związków niszczących ozon może trwać około 100 lat, dwutlenek węgla jest ‘wieczny’ w zestawieniu z długością życia człowieka. Część dwutlenku węgla zostanie zaabsorbowana przez oceany w relatywnie krótkim czasie, rzędu 1000 lat. Dalszym usuwaniem węgla z atmosfery zajmą się trwające setki tysięcy lat procesy geologiczne. Czy Protokół był dobrym posunięciem jeśli chodzi o przeciwdziałanie zmianie klimatu? Paradoksalnie – niekoniecznie. Gdyby nie on, globalne ocieplenie zachodziłoby szybciej, zmuszając nas do szybszego podjęcia działań

podsumowuje Rolando Garcia.

Aleksandra Kardaś na podstawie biuletynu NCAR. Konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2013-11-13 23:53
Tagi

Antarktyka inżynieria klimatyczna skutki zmiany klimatu

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.