Published March 1, 2018 | Version v1
Publication Open

The maintenance of elevated active chlorine levels in the Antarctic lower stratosphere through HCl null cycles

  • 1. Forschungszentrum Jülich
  • 2. University of Engineering and Technology Lahore
  • 3. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Description

Abstract. The Antarctic ozone hole arises from ozone destruction driven by elevated levels of ozone destroying (active) chlorine in Antarctic spring. These elevated levels of active chlorine have to be formed first and then maintained throughout the period of ozone destruction. It is a matter of debate how this maintenance of active chlorine is brought about in Antarctic spring, when the rate of formation of HCl (considered to be the main chlorine deactivation mechanism in Antarctica) is extremely high. Here we show that in the heart of the ozone hole (16–18 km or 85–55 hPa, in the core of the vortex), high levels of active chlorine are maintained by effective chemical cycles (referred to as HCl null cycles hereafter). In these cycles, the formation of HCl is balanced by immediate reactivation, i.e. by immediate reformation of active chlorine. Under these conditions, polar stratospheric clouds sequester HNO3 and thereby cause NO2 concentrations to be low. These HCl null cycles allow active chlorine levels to be maintained in the Antarctic lower stratosphere and thus rapid ozone destruction to occur. For the observed almost complete activation of stratospheric chlorine in the lower stratosphere, the heterogeneous reaction HCl + HOCl is essential; the production of HOCl occurs via HO2 + ClO, with the HO2 resulting from CH2O photolysis. These results are important for assessing the impact of changes of the future stratospheric composition on the recovery of the ozone hole. Our simulations indicate that, in the lower stratosphere, future increased methane concentrations will not lead to enhanced chlorine deactivation (through the reaction CH4 + Cl ⟶ HCl + CH3) and that extreme ozone destruction to levels below ≈ 0.1 ppm will occur until mid-century.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص: ينشأ ثقب الأوزون في أنتاركتيكا من تدمير الأوزون الناجم عن ارتفاع مستويات الأوزون التي تدمر الكلور (النشط) في ربيع أنتاركتيكا. يجب تشكيل هذه المستويات المرتفعة من الكلور النشط أولاً ثم الحفاظ عليها طوال فترة تدمير الأوزون. إنها مسألة نقاش حول كيفية حدوث هذه الصيانة للكلور النشط في ربيع القارة القطبية الجنوبية، عندما يكون معدل تكوين حمض الهيدروكلوريك (الذي يعتبر آلية تعطيل الكلور الرئيسية في القارة القطبية الجنوبية) مرتفعًا للغاية. نوضح هنا أنه في قلب ثقب الأوزون (16–18 كم أو 85-55 هكتوباسكال، في قلب الدوامة)، يتم الحفاظ على مستويات عالية من الكلور النشط من خلال دورات كيميائية فعالة (يشار إليها فيما يلي باسم دورات خالية من حمض الهيدروكلوريك). في هذه الدورات، يتم موازنة تكوين حمض الهيدروكلوريك عن طريق إعادة التنشيط الفوري، أي عن طريق الإصلاح الفوري للكلور النشط. في ظل هذه الظروف، تقوم السحب الستراتوسفيرية القطبية بعزل HNO3 وبالتالي تتسبب في انخفاض تركيزات ثاني أكسيد النيتروجين. تسمح هذه الدورات الصفرية من حمض الهيدروكلوريك بالحفاظ على مستويات الكلور النشطة في طبقة الستراتوسفير السفلى في أنتاركتيكا وبالتالي حدوث تدمير سريع للأوزون. بالنسبة للتفعيل شبه الكامل الملحوظ لكلور الستراتوسفير في طبقة الستراتوسفير السفلى، فإن التفاعل غير المتجانس HCl + HOCl ضروري ؛ يحدث إنتاج HOCl عبر HO2 + ClO، مع HO2 الناتج عن التحلل الضوئي لـ CH2O. هذه النتائج مهمة لتقييم تأثير التغيرات في تكوين الستراتوسفير في المستقبل على استعادة ثقب الأوزون. تشير عمليات المحاكاة التي أجريناها إلى أنه في طبقة الستراتوسفير السفلى، لن تؤدي تركيزات الميثان المتزايدة في المستقبل إلى تعزيز تعطيل الكلور (من خلال التفاعل CH4 + Cl ⟶ HCl + CH3) وأن تدمير الأوزون الشديد إلى مستويات أقل من 0.1 جزء في المليون سيحدث حتى منتصف القرن.

Translated Description (French)

Résumé. Le trou d'ozone antarctique résulte de la destruction de l'ozone causée par des niveaux élevés de chlore (actif) destructeur d'ozone au printemps antarctique. Ces niveaux élevés de chlore actif doivent d'abord être formés, puis maintenus tout au long de la période de destruction de l'ozone. Il est question de débattre de la manière dont ce maintien du chlore actif est provoqué au printemps antarctique, alors que le taux de formation de HCl (considéré comme le principal mécanisme de désactivation du chlore en Antarctique) est extrêmement élevé. Nous montrons ici qu'au cœur du trou d'ozone (16–18 km ou 85-55 hPa, au cœur du vortex), des niveaux élevés de chlore actif sont maintenus par des cycles chimiques efficaces (ci-après dénommés cycles HCl nuls). Dans ces cycles, la formation de HCl est équilibrée par une réactivation immédiate, c'est-à-dire par une reformation immédiate du chlore actif. Dans ces conditions, les nuages stratosphériques polaires séquestrent HNO3 et provoquent ainsi de faibles concentrations de NO2. Ces cycles de HCl nuls permettent de maintenir les niveaux de chlore actif dans la basse stratosphère antarctique et donc de détruire rapidement l'ozone. Pour l'activation presque complète observée du chlore stratosphérique dans la basse stratosphère, la réaction hétérogène HCl + HOCl est essentielle ; la production de HOCl se fait via HO2 + ClO, le HO2 résultant de la photolyse du CH2O. Ces résultats sont importants pour évaluer l'impact des changements de la future composition stratosphérique sur la récupération du trou d'ozone. Nos simulations indiquent que, dans la basse stratosphère, l'augmentation future des concentrations de méthane ne conduira pas à une désactivation accrue du chlore (par la réaction CH4 + Cl ⟶ HCl + CH3) et que la destruction extrême de l'ozone à des niveaux inférieurs à ≈ 0,1 ppm se produira jusqu'au milieu du siècle.

Translated Description (Spanish)

Resumen. El agujero de ozono antártico surge de la destrucción del ozono impulsada por niveles elevados de cloro (activo) que destruye el ozono en la primavera antártica. Estos niveles elevados de cloro activo deben formarse primero y luego mantenerse durante todo el período de destrucción del ozono. Es motivo de debate cómo se produce este mantenimiento del cloro activo en la primavera antártica, cuando la tasa de formación de HCl (considerado el principal mecanismo de desactivación del cloro en la Antártida) es extremadamente alta. Aquí mostramos que en el corazón del agujero de ozono (16–18 km o 85–55 hPa, en el núcleo del vórtice), los altos niveles de cloro activo se mantienen mediante ciclos químicos efectivos (denominados ciclos nulos de HCl en lo sucesivo). En estos ciclos, la formación de HCl se equilibra mediante la reactivación inmediata, es decir, mediante la reformación inmediata del cloro activo. En estas condiciones, las nubes estratosféricas polares secuestran HNO3 y, por lo tanto, hacen que las concentraciones de NO2 sean bajas. Estos ciclos nulos de HCl permiten que los niveles de cloro activo se mantengan en la estratosfera inferior antártica y, por lo tanto, se produzca una rápida destrucción del ozono. Para la activación casi completa observada de cloro estratosférico en la estratosfera inferior, es esencial la reacción heterogénea HCl + HOCl; la producción de HOCl se produce a través de HO2 + ClO, con el HO2 resultante de la fotólisis de CH2O. Estos resultados son importantes para evaluar el impacto de los cambios de la futura composición estratosférica en la recuperación del agujero de ozono. Nuestras simulaciones indican que, en la estratosfera inferior, el aumento futuro de las concentraciones de metano no conducirá a una mayor desactivación del cloro (a través de la reacción CH4 + Cl ⟶ HCl + CH3) y que la destrucción extrema del ozono a niveles inferiores a ≈ 0,1 ppm ocurrirá hasta mediados de siglo.

Files

acp-18-2985-2018.pdf.pdf

Files (5.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a3566be2096063ee55a0dae44b9bbd2a
5.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الحفاظ على مستويات الكلور النشطة المرتفعة في طبقة الستراتوسفير السفلى في أنتاركتيكا من خلال دورات خالية من حمض الهيدروكلوريك
Translated title (French)
Le maintien de niveaux élevés de chlore actif dans la basse stratosphère antarctique par des cycles nuls de HCl
Translated title (Spanish)
El mantenimiento de niveles elevados de cloro activo en la estratosfera inferior antártica a través de ciclos nulos de HCl

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2766556236
DOI
10.5194/acp-18-2985-2018

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1545780500
  • https://openalex.org/W1966269167
  • https://openalex.org/W1968512837
  • https://openalex.org/W1978895883
  • https://openalex.org/W1980224481
  • https://openalex.org/W1980648968
  • https://openalex.org/W1986352851
  • https://openalex.org/W1989279667
  • https://openalex.org/W2007525498
  • https://openalex.org/W2010827229
  • https://openalex.org/W2030092159
  • https://openalex.org/W2038114037
  • https://openalex.org/W2038134649
  • https://openalex.org/W2040091314
  • https://openalex.org/W2045334569
  • https://openalex.org/W2052863742
  • https://openalex.org/W2053476646
  • https://openalex.org/W2067513464
  • https://openalex.org/W2068648439
  • https://openalex.org/W2070741908
  • https://openalex.org/W2072013332
  • https://openalex.org/W2076363916
  • https://openalex.org/W2090172840
  • https://openalex.org/W2091207172
  • https://openalex.org/W2093808168
  • https://openalex.org/W2097380846
  • https://openalex.org/W2101972656
  • https://openalex.org/W2109548409
  • https://openalex.org/W2112253639
  • https://openalex.org/W2112844606
  • https://openalex.org/W2114245860
  • https://openalex.org/W2121741651
  • https://openalex.org/W2134552111
  • https://openalex.org/W2138890577
  • https://openalex.org/W2139977237
  • https://openalex.org/W2151893164
  • https://openalex.org/W2152747680
  • https://openalex.org/W2161179326
  • https://openalex.org/W2165412911
  • https://openalex.org/W2177246344
  • https://openalex.org/W2468673805
  • https://openalex.org/W2512554092
  • https://openalex.org/W2530751732
  • https://openalex.org/W289671557
  • https://openalex.org/W4319053913