Влияние вулканических выбросов на разрушение озонового

Институт мониторинга климатических и экологических
систем СО РАН
Лаборатория геосферно-биосферных взаимодействий
ВЛИЯНИЕ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ НА
РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ
В ВЕСЕННИЙ ПЕРИОД НАД АНТАРКТИДОЙ
Савельева Екатерина
Аспирантка
Научный
руководитель,
член-корр. РАН, профессор
Зуев
Владимир Владимирович
2012
Цель:
Определить роль вулканогенных аэрозолей в
формировании антарктической озоновой дыры.
Задачи:
1. Определить роль вулкана Эребус в
формировании антарктической озоновой дыры.
2. Выделить основные вулканические извержения,
повлиявшие на усиление озоновой дыры.
2
ОСНОВНОЙ МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
АНТАРКТИЧЕСКОЙ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
ЗИМНЕЕ
ФОРМИРОВАНИЕ И
УСИЛЕНИЕ
ЦИРКУМПОЛЯРНОГО
ВИХРЯ
СНИЖЕНИЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ВНУТРИ ВИХРЯ
ФОРМИРОВАНИЕ
ЧАСТИЦ ПСО НА
ЯДРАХ
СЕРНОКИСЛОТНОГО
АЭРОЗОЛЯ С
ОБОГАЩЕНИЕМ ИХ
ПОВЕРХНОСТИ HCl
ПОЯВЛЕНИЕ
СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ
АТОМАРНОГО
ХЛОРА, ВСТУПАЮЩЕ
ГО В РЕАКЦИИ
КАТАЛИТИЧЕСКОГО
РАЗРУШЕНИЯ ОЗОНА
ОБРАЗОВАНИЕ
ОЗОНОВОЙ
ДЫРЫ
3
ОБРАЗОВАНИЕ ПОЛЯРНЫХ СТРАТОСФЕРНЫХ ОБЛАКОВ
H2SO4
SO2 или COS
H2O (г)
Т, К
H2SO4+H2O (р-р)
HNO3 (г)
195
H2O (г)
H2SO4+HNO3+H2O (р-р)
H2SO4+HNO3·nH2O
HNO3 (г)
HNO3 (г)
H2SO4+HNO3+H2O /
H2SO4·4H2O
H2O (г)
H2SO4·4H2O /
HNO3·nH2O
H2SO4+HNO3+H2O
(р-р)
188
H2O
тв.
H2O тв. (преобладает)
HNO3·nH2O
ПСО Ia ПСО Ib ПСО II
Ключевые факторы
образования ПСО и
разрушения озона:
1. Температура ≤ -78°С
2. Наличие ядер
конденсации (H2SO4)
3. Присутствие HCl
4. Весеннее появление
солнечной радиации
H2O (г)
H2O тв. (преобладает)
H2SO4·4H2O / HNO3·nH2O
H2O
тв.
4
ГЕТЕРОГЕННЫЕ ЦИКЛЫ РАЗРУШЕНИЯ
ОЗОНА
ПСО Ia
HCl
HNO3•3H2O
HCl
ClONO2
ПСО
Cl2
ПСО II
HCl
H20 тв.
ClONO2(г) + HCl(тв)→ Cl2(г) + HNO3(тв)
ClONO2(г) + H2О(тв)→ HOCl(г) + HNO3(тв)
HOCl(г) + HCl(тв)→ Cl2(г) + H2О(тв)
Cl2 + hv → 2Cl·
Cl· + O3 → ClO· + O2
ClO· + NO2 + M → ClONO2 + M*
∑: HCl + NO2 + 2O3 → HNO3 + ClO· + 2O2
5
СВЯЗЬ СТРАТОСФЕРНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
И СКОРОСТИ ВИХРЯ
(сентябрь-октябрь)
45
38
189
31
192
24
195
Температура, К
Скорость вихря, м/с
186
1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
Скорость вихря, 60° ю.ш., 16 км
Температура, 50-90° ю.ш., 16 км
R = -0,75
6
СВЯЗЬ ПЛОЩАДИ ПСО И ТЕМПЕРАТУРЫ
СТРАТОСФЕРЫ
18
184
12
188
6
192
0
196
Температура, К
Площадь ПСО, млн. км2
(сентябрь-октябрь)
1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
Площадь ПСО I, 19 км
Температура, 50-90° ю.ш., 19 км
R = -0,95
7
СВЯЗЬ ПЛОЩАДИ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
И ПЛОЩАДИ ПСО
18
30
12
20
6
10
0
0
Площадь озоновой
дыры, млн.км2
Площадь ПСО I, млн.км2
(сентябрь-октябрь)
1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
Площадь ПСО I, 19 км
Площадь озоновой дыры
R = 0,85
8
РОЛЬ ВУЛКАНА ЭРЕБУС
В УВЕЛИЧЕНИИ
АНТАРКТИЧЕСКОЙ
ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
В НАЧАЛЕ 80-Х
ЭРЕБУС (77° ю.ш.)
(состав газовых выбросов)
Газы (т/с)
Год
2004
SO2 HCl H2O CO2
CO
OCS
HF
74
54
0,51
21
21
Год
Год
1993
6
1976-1984 1983 1986 1991 2004
HCl (т/с)
~1000
1200
19
36,4
21
Источник
9
7
4
4
6
1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992
SO2 (т/с) 230
Источники
864 1330
Источник
3,5,7
230
16
21
51
28
51
100
71
52
3
3,5
4,5
3,7
3,5
5
3
3,4,5
5
1994 1996 1997 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
42
95
39
46
57
54
75
85
74
76
77
5
5
5
5
5
5
5
5
6
5
8
10
Стратосфера над Антарктидой
15-20 км
(максимум ПСО)
ПСО Ia ПСО II
(HNO ∙3H O)
VORTEX
3
2
(H2O тв.)
тропопауза
2-3,5 км
HCl SO2
H2O
3,794 км
Эребус
11
СВЯЗЬ ОСО И ПЛОЩАДИ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
С ЭМИССИЕЙ SO2 ВУЛКАНА ЭРЕБУС
8
0
40
1981
Эмиссия SO2 (т/д)
Площадь озоновой дыры, млн. км2
16
Озон, ед. Д.
270 240
24
90
0
1983
1985
1987
1989
1991
SO2 (Эребус)
SO2
Площадь озоновой дыры
Общее содержание озона
12
РОЛЬ ТРОПИЧЕСКИХ И
ЧИЛИЙСКИХ ВУЛКАНОВ
В ФОРМИРОВАНИИ
АНТАРКТИЧЕСКОЙ
ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
13
ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ, ПОВЛИЯВШИЕ НА
УСИЛЕНИЕ АНТАРКТИЧЕСКОЙ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
Дата
извержения
Название
вулкана
VEI
Высота
выброса
Год воздействия
4.04.1982
Эль-Чичон
5
> 30 км
1982, 1983, 1984
5.04.1982
Галунггунг
4
18 км
1982
18.07.1983
Коло
4
16 км
1983
16.09.1986
Ласкар
3
15 км
1986, 1987
15.06.1991
Пинатубо
6
> 35 км
1991, 1992, 1993, 1994
14.08.1991
Серро-Хадсон
5
18 км
1991, 1992
20.04.1993
Ласкар
4
> 18 км
1993
19.09.1994
Рабаул
4
> 18 км
1995
3.11.2002
Ревентадор
4
> 20 км
2003
24.10.2004
Манам
4
18 км
2005
27.01.2005
Манам
4
24 км
2005
27.02.2006
Манам
4
19 км
2006
20.05.2006
Суфриер-Хиллс
4
20 км
2006
7.10.2006
Рабаул
4
18 км
2007
6.05.2008
Чайтен
4
30 км
2008, 2009
4.11.2010
Мерапи
4
18 км
2011
14
ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ
РАССМАТРИВАЕМЫХ ВУЛКАНОВ
Эль-Чичон
Ревентадор
СуфриерХиллс
Ласкар
Пинатубо
Коло
Манам
Галунггунг
Рабаул
Мерапи
Чайтен
Серро-Хадсон
Эребус
(VEI 1-2)
15
ОПТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ СЛОЯ СТРАТОСФЕРЫ
НАД ЮЖНЫМ ПОЛЮСОМ
(15-20 км, сентябрь-октябрь)
0,500
ПИНАТУБО
Серро-Хадсон .
Коло
0,050
Ласкар
Рабаул
Ласкар
Манам
Суфриер-Хиллс
Манам
Ревентадор
ЭЛЬ-ЧИЧОН
Рабаул
0,005
Галунггунг
Чайтен
Чайтен
0,001
1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008
16
СВЯЗЬ ОБЩЕГО СОДЕРЖАНИЯ ОЗОНА
И ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ СЛОЯ СТРАТОСФЕРЫ
(сентябрь-октябрь)
0,500
ВЛИЯНИЕ В. ПИНАТУБО, СЕРРОХАДСОН, ЛАСКАР, РАБАУЛ
ВЛИЯНИЕ В.
РЕВЕНТАДОР,
МАНАМ, РАБАУЛ
230
180
130
Оптическая плотность
Озон, ед.Д.
280
0,050
0,005
ВЛИЯНИЕ В. ЭЛЬЧИЧОН, ЛАСКАР
1981
1984
1987
Озон, ед. Д.
0,001
1990
1993
1996
1999
2002
2005
2008
Оптическая плотность, 74-90° ю.ш., 15-20 км
17
ПЛОЩАДЬ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ
(сентябрь-октябрь)
Площадь озоновой
дыры, млн.км2
27
ВЛИЯНИЕ В. ЭЛЬЧИЧОН, ЛАСКАР
18
ВЛИЯНИЕ В. ПИНАТУБО,
СЕРРО-ХАДСОН,
ЛАСКАР, РАБАУЛ
9
ВЛИЯНИЕ В. МАНАМ,
РАБАУЛ, МЕРАПИ
ВЛИЯНИЕ В. ЭРЕБУС
0
1981
1984
1987
1990
1993
1996
1999
2002
2005
2008
2011
18
Выводы:
1.
2.
3.
4.
Для образования озоновой дыры необходимо наличие в
стратосфере над Антарктидой в весенний период полярных
стратосферных облаков из твердых частиц, содержащих на
поверхности значительное количество HCl.
Усилившаяся активность вулкана Эребус с 1976 по 1984 гг.
привела к значительному насыщению стратосферы над
Антарктидой HCl, SO2 и H2O, что стимулировало рост ПСО и,
соответственно, озоновой дыры в 80-х годах.
Вулканогенный аэрозоль, сформировавшийся в стратосфере
Южного полушария после мощных извержений вулканов
Пинатубо, Серро-Хадсон, Ласкар и Рабаул определил
значительное усиление озоновой дыры в 90-х годах.
Замедление темпов уменьшения озоновой дыры в последнее
десятилетие связано с мощными извержениями тропических
вулканов Манам, Рабаул, Мерапи и усилением активности
антарктического вулкана Эребус.
19
Источники:
1. NASA Goddard Space Flight Center. Images, data, and information for the Southern
Hemisphere: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov.
2. NASA Goddard Institute for Space Studies. Stratospheric Aerosol Optical Thickness:
http://data.giss.nasa.gov/modelforce/strataer.
3. Global Volcanism Program. Worldwide Holocene Volcano and Eruption Information:
http://www.volcano.si.edu/index.cfm.
4. Zreda-Gostynska G., Kyle P.R., Finnegan D., Prestbo K.M. / J. of Geophysical
Research, 1997.
5. Sweeney D., Kyle P.R., Oppenheimer C. / J. of Volcanology and Geothermal
Research, 2008.
6. Oppenheimer С., Kyle P.R. / J. of Volcanology and Geothermal Research, 2008.
7. Kyle P.R., Meeker K., Finnegan D. / Geophysical Research Letters, 1990.
8. Boichu M., Oppenheimer C., Tsanev V., Kyle P.R. / J. of Volcanology and
Geothermal Research, 2010
9. Rogelio A. Maduro. The Myth Behind the Ozone Hole Scare / 21st Century. – 1989. №4(2).
10. B.J. Finlayson-Pitts, J.N. Pitts. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere.
Theory, Experiments, and Applications / California: Academic Press. – 2000. – 993 р.
11. TEMIS. Tropospheric Emission Monitoring Internet Service. Total Ozone. Halley Bay.
Режим доступа:
http://www.temis.nl/protocols/o3field/data/msr1/overpass/Halley_Bay_tm3dam_
msr1.dat.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!