Het ozongat boven Antarctica herstelt dankzij wereldwijde vermindering van CFC’s

Het herstel van de ozonlaag in Antarctica

Een nieuwe studie, geleid door het MIT, bevestigt dat de ozonlaag in Antarctica herstelt, als direct gevolg van wereldwijde inspanningen om stoffen die de ozonlaag aantasten te verminderen.

Wetenschappers, waaronder het MIT-team, hebben in het verleden tekenen van ozonherstel waargenomen. Maar deze nieuwe studie is de eerste die met hoge statistische zekerheid aantoont dat dit herstel voornamelijk te danken is aan de afname van ozonafbrekende stoffen, in tegenstelling tot andere invloeden zoals natuurlijke weersvariabiliteit of verhoogde broeikasgasemissies naar de stratosfeer. “Er is veel kwalitatief bewijs dat aantoont dat het ozon gat in Antarctica verbetert. Dit is echt de eerste studie die vertrouwen in het herstel van het ozon gat heeft gekwantificeerd,” zegt studieauteur Susan Solomon, professor Milieu- en Scheikundestudies.

“De conclusie is, met 95% zekerheid, dat het herstelt. Wat geweldig is. En het toont aan dat we milieuproblemen daadwerkelijk kunnen oplossen.”

De nieuwe studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Afgestudeerde student Peidong Wang van de Solomon-groep in de afdeling Aarde, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS) is de hoofdauteur. Zijn co-auteurs zijn Solomon en EAPS-onderzoekswetenschapper Kane Stone, samen met samenwerkingspartners van verschillende andere instellingen.

Oorzaken van ozonherstel

Ozon is een van nature voorkomend gas in de stratosfeer van de aarde dat fungeert als een soort zonnebrandcrème en de planeet beschermt tegen de schadelijke ultraviolette straling van de zon. In 1985 ontdekten wetenschappers een “gat” in de ozonlaag boven Antarctica dat zich tijdens de zuidelijke lente, tussen september en december, opent. Deze seizoensgebonden ozonafbraak stelde plotseling UV-stralen in staat om tot de oppervlakte door te dringen, wat leidde tot huidkanker en andere nadelige gezondheidseffecten.

In 1986 leidde Solomon, die toen bij de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) werkte, expeditie naar Antarctica, waar zij en haar collega’s bewijs verzamelden dat snel de oorzaak van het ozon gat bevestigde: chloorfluorkoolstoffen (CFC’s)—chemicaliën die toen werden gebruikt in koeling, airconditioning, isolatie en aerosolpropellanten. Wanneer CFC’s de stratosfeer binnendringen, kunnen ze ozon afbreken onder bepaalde seizoensgebonden omstandigheden.

Het jaar daarop leidde deze onthulling tot de opstelling van het Protocol van Montreal—een internationaal verdrag dat tot doel had de productie van CFC’s en andere ozonafbrekende stoffen uit te faseren, in de hoop het ozon gat te genezen. In 2016 leidde Solomon een studie waarin belangrijke tekenen van ozonherstel werden gerapporteerd. Het ozon gat leek elk jaar kleiner te worden, vooral in september, de periode waarin het zich opent. Toch waren deze waarnemingen kwalitatief van aard.

De studie toonde grote onzekerheden aan over hoeveel van dit herstel te danken was aan gezamenlijke inspanningen om ozonafbrekende stoffen te verminderen, of dat het krimpende ozon gat het gevolg was van andere “verstoringen,” zoals jaar-tot-jaar weersvariabiliteit van El Niño, La Niña en de poolwervel.

“Hoewel het relatief eenvoudig is om een statistisch significante toename van ozon te detecteren, is het uitdagender om deze veranderingen aan specifieke verstoringen toe te schrijven,” zegt Wang.

Menselijke bijdrage aan het herstel

In hun nieuwe studie nam het MIT-team een kwantitatieve benadering om de oorzaak van het ozonherstel in Antarctica te identificeren. De onderzoekers leenden een methode uit de klimaatverandering gemeenschap, bekend als “vingerafdrukken,” die werd gepionierd door Klaus Hasselmann, die in 2021 de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontving voor deze techniek.

In de context van klimaatverandering verwijst vingerafdrukken naar een methode die de invloed van specifieke klimaatsfactoren isoleert, los van natuurlijke, meteorologische ruis. Hasselmann paste vingerafdrukken toe om het antropogene signaal van klimaatverandering te identificeren, te bevestigen en te kwantificeren.

Solomon en Wang probeerden de vingerafdrukmethode toe te passen om een ander antropogeen signaal te identificeren: de impact van menselijke verminderingen van ozonafbrekende stoffen op het herstel van het ozon gat.

“De atmosfeer vertoont echt chaotische variabiliteit,” zegt Solomon. “Wat we proberen te detecteren is het opkomende signaal van ozonherstel tegen die variabiliteit, die ook in de stratosfeer voorkomt.”

De onderzoekers begonnen met simulaties van de atmosfeer van de aarde en genereerden meerdere “parallelle werelden,” of simulaties van dezelfde globale atmosfeer, onder verschillende beginvoorwaarden. Ze voerden simulaties uit onder voorwaarden die veronderstelden dat er geen toename van broeikasgassen of ozonafbrekende stoffen was.

Onder deze voorwaarden zouden veranderingen in ozon het gevolg moeten zijn van natuurlijke weersvariabiliteit. Ze voerden ook simulaties uit met alleen toenemende broeikasgassen, evenals alleen afnemende ozonafbrekende stoffen.

Ze vergeleken deze simulaties om te observeren hoe de ozon in de Antarctische stratosfeer veranderde, zowel met seizoenen als op verschillende hoogtes, als reactie op verschillende beginvoorwaarden. Uit deze simulaties hebben ze de momenten en hoogtes in kaart gebracht waar ozon maand na maand herstelde, over verschillende decennia, en identificeerden een belangrijke “vingerafdruk,” of patroon, van ozonherstel dat specifiek te danken was aan de afname van ozonafbrekende stoffen.

Het team zocht vervolgens naar deze vingerafdruk in daadwerkelijke satellietwaarnemingen van het ozon gat in Antarctica van 2005 tot heden. Ze ontdekten dat, na verloop van tijd, de vingerafdruk die ze in de simulaties hadden geïdentificeerd steeds duidelijker werd in de waarnemingen.

In 2018 was de vingerafdruk op zijn sterkst, en het team kon met 95% zekerheid stellen dat het ozonherstel voornamelijk te danken was aan de vermindering van ozonafbrekende stoffen.

“Na 15 jaar van waarnemingsgegevens zien we dit signaal ten opzichte van ruis met 95% zekerheid, wat suggereert dat er slechts een heel kleine kans is dat de waargenomen patroonovereenstemming kan worden verklaard door variabiliteitsruis,” zegt Wang.

“Dit geeft ons vertrouwen in de vingerafdruk. Het geeft ons ook vertrouwen dat we milieuproblemen kunnen oplossen. Wat we van ozonstudies kunnen leren, is hoe verschillende landen snel deze verdragen kunnen volgen om de emissies te verminderen.”

Als de trend zich voortzet en de vingerafdruk van ozonherstel sterker wordt, verwacht Solomon dat er binnenkort een jaar zal zijn, hier en daar, waarin de ozonlaag volledig intact blijft. En uiteindelijk zou het ozon gat permanent gesloten moeten blijven.

“Tegen 2035 zouden we een jaar kunnen zien waarin er helemaal geen ozonafbraak in Antarctica is. En dat zal voor mij erg opwindend zijn,” zegt ze. “En sommigen van jullie zullen zien dat het ozon gat volledig verdwijnt in jullie leven. En mensen hebben dat gedaan.”