Сегодня производство и использование почти двух десятков СОЗ и нескольких озоноразрушающих веществ сильно ограничено двумя международными соглашениями: Стокгольмской конвенцией и Монреальским протоколом. Не совсем понятно, почему СОЗ, выпущенные в основном во второй половине 20-го века, после того как они распространились по всему земному шару воздушными и океанскими течениями, сконцентрировались в полярных регионах. Поэтому трудно делать точные прогнозы относительно долгосрочной судьбы этих загрязнителей. Исследователи из ETH Zurich в настоящее время исследуют основные физические и химические процессы, которые контролируют динамику этих загрязнителей.
Моделирование реальных и гипотетических веществДо сих пор дискуссии были сосредоточены в основном на двух факторах, влияющих на накопление загрязняющих веществ, оба из которых связаны с холодными условиями полярных регионов.
При низких температурах химические соединения менее летучие. Специалисты давно подозревали, что эти физические (термодинамические) свойства являются основной причиной более высоких концентраций. Исходя из этого понимания, концентрации, обнаруженные в полярных регионах, являются результатом долгосрочного глобального распределения СОЗ, регулируемого физикой. Второй фактор заключается в том, что химическое и микробиологическое разложение веществ также зависит от температуры: то, что уже является плохо разлагаемыми загрязнителями окружающей среды, разлагается даже медленнее, чем в более теплых регионах мира.
Однако этот фактор считался менее значимым.Группа исследователей во главе с Мартином Шерингером, руководителем группы технологий безопасности и защиты окружающей среды, входящей в Департамент химии и прикладных биологических наук (D-CHAB), сравнила эти два эффекта.
Ученые разработали компьютерную модель и смоделировали стойкость около дюжины фактических и нескольких сотен теоретических загрязнителей окружающей среды. В дополнение к географическим компонентам, таким как океан и воздушные течения, модель учитывала склонность веществ встречаться в воде, почве и воздухе, а также скорость, с которой они разлагаются в этих средах.Только летучие вещества достигают равновесияВ своем исследовании ученые показали, что теория, согласно которой термодинамические свойства являются ключевым фактором, применима только к легколетучим веществам, которые накапливаются в атмосфере, таким как хлорфторуглероды (CFC), ранее использовавшиеся для охлаждающих жидкостей, и тетрахлорметан, ранее использовавшийся в огнетушители. «Легколетучие вещества настолько подвижны, что быстро достигают географического распределения, которое контролируется их термодинамическими свойствами», — говорит Шерингер.
Это не относится к веществам, которые накапливаются в основном в воде, почве и жировых тканях живых организмов, например, к печально известному инсектициду ДДТ или полихлорированным бифенилам (ПХБ), используемым для изготовления электрических изоляторов и герметиков для швов. «Их характер распространения в окружающей среде определяется более медленной деградацией в холодных регионах и более быстрой деградацией в теплых регионах», — объясняет Шерингер. Они не достигают термодинамического равновесия.Модельные расчеты дают преимущества«Наш модельный расчет дает преимущества по сравнению с анализом концентраций, измеренных в полевых условиях», — говорит Шерингер. Хотя закономерности и определенные механизмы также очевидны в измерениях, на анализ влияют погрешности измерения и значительный фоновый шум.
С другой стороны, расчет модели идеализирован, что позволяет устранить фоновый шум. Это также дает возможность делать прогнозы на будущее.
Шерингер понимает, что даже если физические причины более высоких концентраций известны, это не сильно изменит напрямую для пострадавших жителей полярных регионов. «Мы больше не можем забирать эти вещества из окружающей среды. Все, что мы можем сделать, это прекратить их выпуск», — сказал он.
Это как раз и является целью Стокгольмской конвенции.