麻省理工学院的研究人员预测,海洋将开始排放消耗臭氧层的氯氟烃

2020年臭氧空洞

2020年地球臭氧空洞。信贷:欧空局

随着大气中CFC-11浓度的下降,到下世纪中叶,全球海洋将成为这种化学物质的来源。

世界上的海洋是一个巨大的气体储存库,包括破坏臭氧层的氯氟烃。它们从大气中吸收这些气体,并将它们吸引到深海,在那里它们可以保持几个世纪甚至更长时间。

长期以来,海洋氯氟烃一直被用作研究洋流的示踪剂,但它们对大气浓度的影响被认为是可以忽略不计的。现在,麻省理工学院研究人员发现,至少有一种CFC-11的海洋通量确实会影响大气浓度。在今天发表在《华尔街日报》上的一项研究中美国国家科学院院刊研究小组报告说,全球海洋将改变其长期以来作为这种消耗臭氧层的化学物质的汇的作用。

研究人员预计,到2075年,海洋向大气中排放的CFC-11将超过它们吸收的数量,到2130年,这种化学物质的排放量将可检测到。此外,随着气候变化的加剧,这种转变将提前10年发生。海洋中CFC-11的排放将有效地延长该化学物质的平均停留时间,使其在大气中的停留时间比正常情况下延长5年。这可能会影响未来对CFC-11排放量的估计。

新的研究结果可能有助于科学家和决策者更好地确定这种化学物质的未来来源,这种化学物质目前已被《蒙特利尔议定书》禁止在世界范围内使用。

“当你到达22世纪上半叶的时候,你会有足够多的流量从海洋中流出,这可能看起来像是有人在违反《蒙特利尔议定书》,但实际上,它可能只是从海洋中流出的东西。”麻省理工学院地球、大气和行星科学系环境研究李和杰拉尔丁·马丁教授说。“这是一个有趣的预测,希望能帮助未来的研究人员避免对正在发生的事情感到困惑。”

所罗门的合著者包括主要作者王佩东、杰弗里·斯科特、约翰·马歇尔、安德鲁·巴宾、梅根·利克利和麻省理工学院的罗纳德·普林;科罗拉多州立大学的大卫·汤普森;加州大学圣巴巴拉分校的Timothy DeVries;和清亮的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心。

一个海洋,过饱和的

CFC-11是一种氯氟烃,通常用于制造制冷剂和绝缘泡沫。当排放到大气中时,这种化学物质会引发连锁反应,最终破坏臭氧层。臭氧层是保护地球免受有害紫外线辐射的大气层。自2010年以来,根据旨在恢复和保护臭氧层的全球条约《蒙特利尔议定书》,该化学品的生产和使用已在全球范围内逐步停止。

海洋CFC-11

当前位置麻省理工学院的一项新研究发现,海洋长期以来都是CFC-11的储存地,到下个世纪中叶,海洋将成为这种破坏臭氧层的化学物质的来源。来源:麻省理工学院

自淘汰以来,大气中的CFC-11水平一直在稳步下降,科学家估计,海洋吸收了约5%至10%的人造CFC-11排放。然而,随着这种化学物质在大气中的浓度继续下降,据预测,CFC-11将在海洋中过度饱和,使其成为一个源,而不是一个汇。

所罗门说:“有一段时间,人类排放的二氧化碳如此之多,以至于进入海洋的二氧化碳被认为可以忽略不计。”“现在,当我们试图消除人类排放时,我们发现我们不能再完全忽视海洋的所作所为了。”

疲软的水库

在他们的新论文中,麻省理工学院的研究小组试图确定海洋何时会成为这种化学物质的来源,以及海洋对大气中CFC-11浓度的影响程度。他们还试图了解未来气候变化将如何影响海洋吸收这种化学物质的能力。

研究人员使用了一个层次模型来模拟海洋和大气之间的混合。他们从北半球和南半球的大气和海洋上层和下层的一个简单模型开始。他们在这个模型中加入了之前多年报告的人为CFC-11排放,然后将该模型向前推进,从1930年到2300年,以观察该化学物质在海洋和大气之间的通量变化。

然后,他们用麻省理工学院(MIT)的大气环流模型(或称MITgcm)取代了这个简单模型中的海洋层,这是一种更复杂的海洋动力学模型,并在同一时期对CFC-11进行了类似的模拟。

这两种模型得出的大气中CFC-11的水平与记录的测量值相符,这让研究小组对他们的方法有了信心。当他们观察模型对未来的预测时,他们观察到,从2075年左右开始,海洋释放的化学物质比吸收的多。到2145年,海洋中氯氟烃-11的排放量将达到现有监测标准所能检测到的水平。


此动画显示(右侧)随时间存储在海洋中的CFC-11,以及(左侧)该化学品在大气中总寿命的相应变化。

海洋在20世纪的吸收和未来的脱气也会影响化学物质在大气中的有效停留时间,在吸收过程中会减少几年,到2200年底会增加5年。

气候变化将加速这一进程。研究小组使用这些模型来模拟未来全球变暖约5度的情况摄氏度研究发现,气候变化将使海洋向污染源转移的时间提前10年,并在2140年前产生可检测到的CFC-11。

“一般来说,较冷的海洋会吸收更多的氟氯化碳,”王解释说。“当气候变化使海洋变暖时,它会成为一个较弱的储层,并且会更快地排出气体。”

所罗门补充说:“即使没有气候变化,随着氯氟烃在大气中腐烂,最终海洋相对于大气有太多的东西,它们会回来。”“我们认为,气候变化会让这一切更快发生。但这种转变并不依赖于气候变化。”

他们的模拟显示,海洋的移动将在北半球稍快一些,在那里,大规模的海洋环流模式预计将放缓,使更多的气体在浅海中逃逸回大气层。然而,了解海洋反转的确切驱动因素需要更详细的模型,研究人员打算对此进行探索。

“接下来的一些步骤将是使用更高分辨率的模型,并专注于变化模式,”斯科特说。“现在,我们提出了一些很棒的新问题,并给出了人们可能会看到的想法。”

参考文献:《海洋对大气中CFC-11寿命和排放的影响》,作者:王peidong Wang, Jeffery R. Scott, Susan Solomon, John Marshall, Andrew R. Babbin, Megan licley, David W. J. Thompson, Timothy DeVries, Qing Liang, and Ronald G. Prinn, 2021年3月15日,美国国家科学院院刊.
DOI: 10.1073 / pnas.2021528118

这项研究在一定程度上得到了沃尔沃基金会、西蒙斯基金会和国家科学基金会的支持。

1评论“麻省理工学院研究人员预测海洋将开始排放消耗臭氧层的氟氯化碳”

  1. afwaid。是Vewwy afwaid。

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