C'è una corsa in corso nell'atmosfera sopra l'Artico, e lo strato di ozono che protegge la Terra dalle dannose radiazioni ultraviolette (UV) perderà la corsa se le emissioni di gas serra non verranno ridotte abbastanza rapidamente.

Un nuovo studio di un team internazionale di scienziati, tra cui il professor Ross Salawitch dell'Università del Maryland, mostra che le temperature invernali estremamente basse nell'atmosfera sopra l'Artico stanno diventando più frequenti e più estreme a causa dei modelli climatici associati al riscaldamento globale. Lo studio mostra anche che quelle temperature estremamente basse stanno causando reazioni tra le sostanze chimiche che l'uomo ha pompato nell'aria decenni fa, portando a maggiori perdite di ozono.

Le nuove scoperte mettono in discussione l'ipotesi comunemente diffusa che la perdita di ozono si arresterebbe in pochi decenni a seguito del divieto globale del 2010 sulla produzione di sostanze chimiche dannose per l'ozono chiamate clorofluorocarburi (CFC) e halon.

Lo studio, condotto congiuntamente da UMD, il Centro Helmholtz per la ricerca polare e marina dell'Istituto Alfred Wegener, e l'Istituto meteorologico finlandese, è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 23 giugno, 2021.

"Siamo in una sorta di gara tra il lento e costante declino dei CFC, che impiegano da 50 a 100 anni per andare via, e il cambiamento climatico, che sta causando un rapido raffreddamento delle temperature estreme del vortice polare, " disse Ross Salawitch, che è professore nel Dipartimento di Scienze Atmosferiche e Oceaniche dell'UMD, il Dipartimento di Chimica e Biochimica, e il Centro interdisciplinare di scienze del sistema terrestre. "Le temperature sempre più fredde creano condizioni che promuovono la riduzione dell'ozono da parte dei CFC. Quindi, anche se questi composti stanno lentamente scomparendo, L'esaurimento dell'ozono nell'Artico è in aumento con i cambiamenti climatici".

Nuovi dati dallo studio hanno mostrato le temperature più basse del vortice polare artico e le più alte perdite di ozono mai registrate nel 2020, battendo i precedenti record stabiliti nove anni fa nel 2011.

Il vortice polare è relativamente autonomo, sistema di bassa pressione che si forma nella stratosfera, ad un'altitudine di circa 12-50 chilometri (da 7,5 a 31 miglia), sopra l'Artico ogni autunno e rimane per periodi variabili dall'inverno alla primavera. L'andamento delle temperature invernali calde e fredde nel vortice polare è molto irregolare, quindi non tutti gli inverni sono estremamente freddi.

Ma la tendenza verso basse temperature più frequenti e più estreme nel vortice polare riguarda i ricercatori, perché quelle condizioni favoriscono la formazione di nubi, e che promuove la perdita di ozono nella stratosfera polare.

La maggior parte del cloro e una quantità significativa di bromo nella stratosfera provengono dalla degradazione dei CFC, halon e altre sostanze che riducono lo strato di ozono. Normalmente all'interno del vortice polare artico il cloro non è reattivo, ma le nuvole forniscono le condizioni giuste perché il cloro cambi forma e reagisca con il bromo e la luce solare per distruggere l'ozono.

Nonostante la drastica riduzione della produzione industriale di CFC e halon dal Protocollo di Montreal nel 1987 e il divieto globale che ne seguì nel 2010, questi composti di lunga durata sono ancora abbondanti nell'atmosfera. Secondo l'Organizzazione meteorologica mondiale, il cloro atmosferico e il bromo prodotti dall'uomo non dovrebbero scendere al di sotto del 50% dei loro livelli massimi fino alla fine di questo secolo.

Per determinare cosa significhi questa situazione per il futuro, i ricercatori hanno proiettato la perdita di ozono fino all'anno 2100 in base all'andamento della temperatura a lungo termine nel vortice polare e al previsto calo dei composti di cloro e bromo. Hanno basato le loro previsioni sui risultati dei 53 principali modelli climatici utilizzati dal Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici.

"Tutti tranne uno dei modelli climatici che abbiamo esaminato mostrano che gli inverni eccezionalmente freddi nel vortice polare diventeranno più freddi nel tempo, " Salawitch ha detto. "E più emissioni di gas serra ci sono, più ripida è la tendenza, il che significa un maggiore impoverimento dell'ozono".

Combinando queste proiezioni con le analisi dei dati meteorologici degli ultimi 56 anni, i ricercatori hanno confermato che l'Artico sta già sperimentando una tendenza significativa verso temperature stratosferiche più basse e l'aumento associato delle perdite di ozono. Cosa c'è di più, le loro osservazioni rivelano che queste tendenze si stanno verificando a un ritmo coerente con i modelli climatici più veloci.

"Da qualche anno diciamo che sta arrivando un treno, " disse Salawitch, indicando documenti di ricerca pubblicati nel 2004 e nel 2006 che mostravano che gli inverni estremi nell'Artico stavano diventando più freddi. "Ora abbiamo visto il treno sfrecciare con una perdita record di ozono nel 2011 e ora nel 2020. Quindi, questo documento è davvero un campanello d'allarme che sta accadendo qualcosa nell'atmosfera che è davvero importante per l'ozono, e sembra che i gas serra lo stiano guidando".

Salawitch e i suoi colleghi non hanno ancora compreso appieno come l'aumento delle emissioni di gas serra e i cambiamenti associati al clima globale stiano causando gli inverni estremamente freddi nello strato stratosferico del vortice polare. Ma alcuni dei meccanismi sottostanti sono stati compresi. Il riscaldamento globale si verifica in parte perché i gas serra intrappolano il calore più vicino alla superficie terrestre, che consente il raffreddamento degli strati superiori nella stratosfera, dove si trova lo strato di ozono. Il riscaldamento in superficie provoca cambiamenti nei modelli prevalenti del vento, e i ricercatori suggeriscono che questi cambiamenti producono anche temperature più basse nel vortice polare.

I ricercatori notano anche che negli ultimi anni si è assistito a un rapido aumento del metano, un gas serra più potente dell'anidride carbonica, nella bassa atmosfera. Mentre questo gas viaggia verso la stratosfera, aumenta l'umidità, che porta anche a condizioni che promuovono reazioni chimiche che distruggono l'ozono nell'Artico.

Poiché l'ozono filtra gran parte delle radiazioni UV potenzialmente dannose del sole, uno strato di ozono impoverito sopra l'Artico può portare a più radiazioni UV che raggiungono la superficie della Terra in Europa, Nord America e Asia quando il vortice polare scende a sud.

Ma c'è speranza di evitare il futuro impoverimento dell'ozono, secondo i ricercatori. Il loro studio mostra che riduzioni sostanziali delle emissioni di gas serra nei prossimi decenni potrebbero portare a un costante declino delle condizioni che favoriscono una grande perdita di ozono nella stratosfera artica.

Il documento di ricerca, Il cambiamento climatico favorisce una grande perdita stagionale di ozono artico, Peter von der Gathen, Rigel Kivi, Ingo Wohltmann, Ross J. Salawitch, Markus Rex, è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 23 giugno, 2021.