home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / ozone-depletion / stratcl < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1997-12-30  |  54.2 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!boulder!spot.colorado.edu!rparson
  2. From: rparson@spot.colorado.edu (Robert Parson)
  3. Newsgroups: sci.environment,sci.answers,news.answers
  4. Subject: Ozone Depletion FAQ Part II: Stratospheric Chlorine and Bromine
  5. Followup-To: poster
  6. Date: 24 Dec 1997 20:49:55 GMT
  7. Organization: University of Colorado, Boulder
  8. Lines: 1188
  9. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  10. Expires: Sun, 1 Feb 1998 00:00:00 GMT
  11. Message-ID: <67rshj$2ui@peabody.colorado.edu>
  12. Reply-To: rparson@spot.colorado.edu
  13. NNTP-Posting-Host: spot.colorado.edu
  14. NNTP-Posting-User: rparson
  15. Summary: This is the second of four files dealing with stratospheric
  16.          ozone depletion. It is concerned with sources of chlorine 
  17.          and bromine in the earth's stratosphere.
  18. Keywords: ozone layer cfc stratosphere chlorine bromine volcanoes
  19. Originator: rparson@spot.colorado.edu
  20. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.environment:158518 sci.answers:7560 news.answers:119776
  21.  
  22. Archive-name: ozone-depletion/stratcl
  23. Last-modified: 16 Dec 1997
  24. Version: 5.9
  25.  
  26. -----------------------------
  27.  
  28. Subject: How to get this FAQ
  29.  
  30. These files are posted to the newsgroups sci.environment, sci.answers,
  31. and news.answers. They are also archived at a variety of sites. These
  32. archives work by automatically downloading the faqs from the newsgroups
  33. and reformatting them in site-specific ways. They usually update to
  34. the latest version within a few days of its being posted, although in
  35. the past there have been some lapses; if the "Last-Modified" date in
  36. the FAQ seems old, you may want to see if there is a more recent version
  37. in a different archive. 
  38.  
  39. Many individuals have archived copies on their own servers, but these
  40. are often seriously out of date and in general are not recommended.
  41.  
  42. A. World-Wide Web
  43. (Limited) hypertext versions, with embedded links to some of the on-line
  44. resources cited in the faqs, can be found at:
  45.  
  46. http://www.faqs.org/faqs/ozone-depletion/ 
  47. http://www.cis.ohio-state.edu/hypertext/faq/usenet/ozone-depletion/top.html
  48. http://www.lib.ox.ac.uk/internet/news/faq/sci.environment.html 
  49. http://www.cs.ruu.nl/wais/html/na-dir/ozone-depletion/.html
  50.  
  51. Plaintext versions can be found at:
  52.  
  53. ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/ozone-depletion/
  54. ftp://ftp.uu.net/usenet/news.answers/ozone-depletion/
  55.  
  56. ----
  57. B. Anonymous ftp
  58.  
  59. To rtfm.mit.edu, in the directory  /pub/usenet/news.answers/ozone-depletion
  60. To ftp.uu.net, in the directory /usenet/news.answers/ozone-depletion
  61. Look for the four files named intro, stratcl, antarctic, and uv.
  62.  
  63. ----
  64. C. Regular email
  65.    Send the following messages to mail-server@rtfm.mit.edu:
  66.  
  67.    send usenet/news.answers/ozone-depletion/intro
  68.    send usenet/news.answers/ozone-depletion/stratcl
  69.    send usenet/news.answers/ozone-depletion/antarctic
  70.    send usenet/news.answers/ozone-depletion/uv
  71.  
  72.  Leave the subject line blank.
  73.  If you want to find out more about the mail server, send a
  74.  message to it containing the word "help". 
  75.  
  76. -----------------------------
  77.  
  78. Subject: Copyright Statement
  79.  
  80. ***********************************************************************
  81. * Copyright 1997 Robert Parson                                        *
  82. *                                                                     *
  83. * This file may be distributed, copied, and archived. All such        *
  84. * copies must include this notice and the paragraph below entitled    *
  85. * "Caveat". Reproduction and distribution for personal profit is      *
  86. * not permitted. If this document is transmitted to other networks or *
  87. * stored on an electronic archive, I ask that you inform me. I also   *
  88. * ask you to keep your archive up to date; in the case of world-wide  *
  89. * web pages, this is most easily done by linking to the master at the *
  90. * ohio-state http URL  instead of storing local copies. Finally, I    *
  91. * request that you inform me before including any of this information *
  92. * in any publications of your own. Students should note that this     *
  93. * is _not_ a peer-reviewed publication and may not be acceptable as   *
  94. * a reference for school projects; it should instead be used as a     *
  95. * pointer to the published literature. In particular, all scientific  *
  96. * data, numerical estimates, etc. should be accompanied by a citation *
  97. * to the original published source, not to this document.             *
  98. ***********************************************************************
  99.  
  100.  
  101. -----------------------------
  102.  
  103. Subject: General Information
  104.  
  105. This part deals not with ozone depletion per se (that is covered
  106. in Part I) but rather with the sources and sinks of chlorine and
  107. bromine in the stratosphere. Special attention is devoted to the
  108. evidence that most of the chlorine comes from the photolysis of
  109. CFC's and related compounds. Instead of relying upon qualitative 
  110. statements about relative lifetimes, solubilities, and so forth, I
  111. have tried to give a sense of the actual magnitudes involved. 
  112. Fundamentally, this Part of the FAQ is about measurements, and I 
  113. have therefore included some tables to illustrate trends; the
  114. data that I reproduce is in every case a small fraction of what 
  115. has actually been published. In the first section I state the
  116. present assessment of stratospheric chlorine sources and trends, 
  117. and then in the next section I discuss the evidence that leads to
  118. those conclusions. After a brief discussion of Bromine and Iodine in 
  119. section 3, I answer the most familiar challenges that have been 
  120. raised in section 4. Only these last are actually "Frequently Asked
  121. Questions"; however I have found the Question/Answer format to be 
  122. useful in clarifying the issues in my mind even when the questions 
  123. are rhetorical, so I have kept to it.
  124.  
  125. -----------------------------
  126.  
  127. Subject: Caveats, Disclaimers, and Contact Information
  128.  
  129. | Caveat: I am not a specialist. In fact, I am not an atmospheric
  130. | chemist at all - I am a physical chemist studying gas-phase
  131. | processes who talks to atmospheric chemists. These files are an
  132. | outgrowth of my own efforts to educate myself about this subject.
  133. | I have discussed some of these issues with specialists but I am
  134. | solely responsible for everything written here, especially errors. 
  135. | On the other hand, if you find this document in an online archive 
  136. | somewhere, I am not responsible for any *other* information that may 
  137. | happen to reside in that archive. This file should not be cited as 
  138. | a reference in publications off the net; rather, it should be used as 
  139. | a pointer to the published literature.
  140.  
  141. *** Corrections and comments are welcomed.
  142.  
  143. - Robert Parson
  144.   Associate Professor
  145.   Department of Chemistry and Biochemistry,
  146.   University of Colorado  (for which I do not speak)
  147.  
  148.   rparson@spot.colorado.edu
  149.   Robert.Parson@colorado.edu
  150.  
  151. -----------------------------
  152.  
  153. Subject: TABLE OF CONTENTS
  154.  
  155.  How to get this FAQ
  156.  Copyright Notice
  157.  General Information
  158.  Caveats, Disclaimers, and Contact Information
  159.  TABLE OF CONTENTS
  160.  
  161.  1.  CHLORINE IN THE STRATOSPHERE - OVERVIEW
  162.  1.1) Where does the Chlorine in the stratosphere come from?
  163.  1.2) How has stratospheric chlorine changed with time?
  164.  1.3) How will stratospheric chlorine change in the future?
  165.  
  166.  2.  THE CHLORINE CYCLE
  167.  2.1) What are the sources of chlorine in the troposphere?
  168.  2.2) In what molecules is _stratospheric_ chlorine found?
  169.  2.3) What happens to organic chlorine in the stratosphere?
  170.  2.4) How do we know that CFC's are photolyzed in the stratosphere?
  171.  2.5) How is chlorine removed from the stratosphere?
  172.  2.6) How is chlorine distributed in the stratosphere?
  173.  2.7) What happens to the Fluorine from the CFC's?
  174.  2.8) Summary of the Evidence
  175.  
  176.  3.  BROMINE AND IODINE
  177.  3.1) Does Bromine contribute to ozone depletion?
  178.  3.2) How does bromine affect ozone?
  179.  3.3) Where does the bromine come from?
  180.  3.4) How about Iodine?
  181.  
  182.  4. COMMONLY ENCOUNTERED OBJECTIONS
  183.  4.1) CFC's are 4-8 times heavier than air, so how can they
  184.  4.2) CFCs are produced in the Northern Hemisphere, so how do 
  185.       they get down to the Antarctic?
  186.  4.3) Sea salt puts more chlorine into the atmosphere than CFC's.
  187.  4.4) Volcanoes put more chlorine into the stratosphere than CFC's.
  188.  4.5) Space shuttles put a lot of chlorine into the stratosphere.
  189.  4.6) Most CFC's are decomposed by soil bacteria and other 
  190.       terrestrial mechanisms.
  191.   
  192.  5.  REFERENCES FOR PART II
  193.      Introductory Reading
  194.      Books and Review Articles
  195.      More specialized references
  196.  
  197. -----------------------------
  198.  
  199. Subject: 1.  CHLORINE IN THE STRATOSPHERE - OVERVIEW
  200.  
  201. -----------------------------
  202.  
  203. Subject: 1.1) Where does the Chlorine in the stratosphere come from?
  204.  
  205. ~80% from CFC's and related manmade organic chlorine compounds,
  206.  such as carbon tetrachloride and methyl chloroform
  207.  
  208. ~15-20% from methyl chloride (CH3Cl), most of which is natural.
  209.  
  210.  A few % from inorganic sources, such as volcanic eruptions. 
  211.  [Russell et al. 1996] [WMO 1991, 1994] [Solomon] [AASE]
  212.  [Rowland 1989,1991] [Wayne]
  213.  
  214. These estimates are based upon >20 years' worth of measurements of
  215. organic and inorganic chlorine-containing compounds in the earth's
  216. troposphere and stratosphere. Particularly informative is the 
  217. dependence of these compounds' concentrations on altitude and
  218. their increase with time. The evidence is summarized in section 2
  219. of this FAQ.
  220.  
  221. -----------------------------
  222.  
  223. Subject: 1.2) How has stratospheric chlorine changed with time?
  224.  
  225. The total amount of chlorine in the stratosphere has increased by
  226. a factor of 2.5 since 1975 [Solomon] During this time period the
  227. known natural sources have shown no major increases.  On the other
  228. hand, emissions of CFC's and related manmade compounds have
  229. increased dramatically, reaching a peak in 1987. Extrapolating
  230. back, one infers that total stratospheric chlorine has increased
  231. by a factor of 4 since 1950.
  232.  
  233. -----------------------------
  234.  
  235. Subject: 1.3) How will stratospheric chlorine change in the future?
  236.  
  237. Since the 1987 Montreal Protocol (see Part I) production of
  238. CFC's and related compounds has been decreasing rapidly, and
  239. in consequence their rate of growth in the atmosphere has
  240. fallen dramatically [Elkins et al. 1993] [Prinn et al. 1995] 
  241. [Montzka et al. 1996]  The data below show that CFC-12 concentrations
  242. have nearly stabilized while CFC-11 has actually begun to decrease.
  243.  
  244.                 Growth Rate, pptv/yr    
  245.  
  246. Year            CFC-12          CFC-11
  247.  
  248. 1977-84          17               9      [Elkins et al. 1993]
  249. 1985-88          19.5            11              "
  250. 1993             10.5             2.7              "
  251. 1995          5.9         -0.6     [Montzka et al. 1996]
  252.  
  253. Methyl chloroform and carbon tetrachloride are also decreasing, while
  254. CFC-113 has stabilized. Overall, tropospheric chlorine from halocarbons
  255.  peaked in 1995 and has begun to decline. The time scale for mixing 
  256. tropospheric and lower stratospheric air is about 3-5 years, so 
  257. _stratospheric_ chlorine is expected to peak in about 1998 and 
  258. then to decline slowly, on a time scale of about 50 years. 
  259. [WMO 1994] [Montzka et al. 1996]
  260.  
  261. -----------------------------
  262.  
  263. Subject: 2.  THE CHLORINE CYCLE
  264.  
  265. -----------------------------
  266.  
  267. Subject: 2.1) What are the sources of chlorine in the troposphere?
  268.  
  269. Let us divide the chlorine-containing compounds found in the 
  270. atmosphere into two groups, "organic chlorine" and "inorganic
  271. chlorine". The most important inorganic chlorine compound in the 
  272. troposphere is hydrogen chloride, HCl. Its principal source is 
  273. acidification of salt spray - reaction of atmospheric sulfuric and 
  274. nitric acids with chloride ions in aerosols.  At sea level, this 
  275. leads to an HCl mixing ratio of 0.05 - 0.45 ppbv, depending strongly 
  276. upon location (e.g. smaller values over land.) However, HCl dissolves 
  277. very readily in water (giving hydrochloric acid), and condensation of 
  278. water vapor  efficiently removes HCl from the _upper_ troposphere. 
  279. Measurements show that the HCl mixing ratio is less than 0.1 ppbv at 
  280. elevations above 7 km,  and less than 0.04 ppbv at 13.7 km. 
  281. [Vierkorn-Rudolf et al.] [Harris et al.] 
  282.  
  283. There are many volatile organic compounds containing chlorine, but
  284. most of them are quickly decomposed by the natural oxidants in the
  285. troposphere, and the chlorine atoms that were in these compounds
  286. eventually find their way into HCl or other soluble species and are 
  287. rained out. The most important exceptions are:
  288.  
  289.  ChloroFluoroCarbons, of which the most important are
  290.  CF2Cl2 (CFC-12), CFCl3 (CFC-11), and CF2ClCFCl2 (CFC-113);
  291.  
  292.  HydroChloroFluoroCarbons such as CHClF2 (HCFC-22); 
  293.  
  294.  Carbon Tetrachloride, CCl4; 
  295.  
  296.  Methyl Chloroform, CH3CCl3;
  297.  
  298.  and Methyl Chloride, CH3Cl (also called Chloromethane).  
  299.  
  300. Only the last has a large natural source; it is produced
  301. biologically in the oceans and chemically from biomass burning. 
  302. The CFC's and CCl4 are nearly inert in the troposphere, and have
  303. lifetimes of 50-200+ years.  Their major "sink" is photolysis by UV
  304. radiation. [Rowland 1989, 1991] The hydrogen-containing halocarbons
  305. are more reactive, and are removed in the troposphere by reactions
  306. with OH radicals. This process is slow, however, and they live long
  307. enough (1-20 years) for a large fraction to reach the stratosphere.
  308.  
  309. As a result of this enormous difference in atmospheric lifetimes, 
  310. there is more chlorine present in the lower atmosphere in 
  311. halocarbons than in HCl, even though HCl is produced in much larger
  312. quantities. Total tropospheric organic chlorine amounted to
  313. ~3.8 ppbv in 1989 [WMO 1991], and this mixing ratio is very nearly
  314. independent of altitude throughout the troposphere. Methyl Chloride,
  315. the only ozone-depleting chlorocarbon with a major natural source,
  316. makes up 0.6 ppbv of this total. Compare this to the tropospheric HCl 
  317. mixing ratios given above: < 0.5 ppbv at sea level, < 0.1 ppbv at 3 km, 
  318. and < 0.04 ppbv at 10 km.  
  319.  
  320. -----------------------------
  321.  
  322. Subject: 2.2) In what molecules is _stratospheric_ chlorine found?
  323.  
  324. The halocarbons described above are all found in the stratosphere, 
  325. and in the lower stratosphere they are the dominant form of chlorine.
  326. At higher altitudes inorganic chlorine is abundant, most of it in 
  327. the form of HCl or of _chlorine nitrate_, ClONO2.  These are called 
  328. "chlorine reservoirs"; they do not themselves react with ozone, but 
  329. they generate a small amount of chlorine-containing radicals - Cl,
  330. ClO, ClO2, and related species, referred to collecively as the
  331. "ClOx family" - which do. An increase in the concentration of 
  332. chlorine reservoirs leads to an increase in the concentration of 
  333. the ozone-destroying radicals.
  334.  
  335. -----------------------------
  336.  
  337. Subject: 2.3) What happens to organic chlorine in the stratosphere?
  338.  
  339. The organic chlorine compounds are dissociated by UV radiation
  340. having wavelengths near 230 nm. Since these wavelengths are also
  341. absorbed by oxygen and ozone, the organic compounds have to rise
  342. high in the stratosphere in order for this photolysis to take
  343. place. The initial (or, as chemists say, "nascent") products are 
  344. a free chlorine atom and an organic radical, for example:
  345.  
  346.  CFCl3 + hv -> CFCl2 + Cl
  347.  
  348. The chlorine atom can react with methane to give HCl and a methyl
  349. radical:
  350.  
  351.  Cl + CH4 -> HCl + CH3
  352.  
  353.  Alternatively, it can react with ozone to give ClO:
  354.  
  355.  Cl + O3 -> ClO + O2
  356.  
  357.  which can go on to react with O to release Cl again, closing
  358.  a catalytic cycle:
  359.  
  360.  ClO + O -> Cl + O2
  361.  
  362.  or can react with nitrogen dioxide to form the metastable compound
  363.  chlorine nitrate:
  364.  
  365.  ClO + NO2 -> ClONO2.
  366.  
  367.  (There are other pathways, but these are the most important.)
  368.  
  369. The other nascent product (CFCl2 in the above example) undergoes
  370. a complicated sequence of reactions that also eventually leads to
  371. HCl and ClONO2. Most of the inorganic chlorine in the stratosphere
  372. therefore resides in one of these two "reservoirs". The immediate 
  373. cause of the Antarctic ozone hole is an unusual sequence of 
  374. reactions, catalyzed by polar stratospheric clouds, that "empty" 
  375. these reservoirs and produce high concentrations of ozone-destroying 
  376. Cl and ClO radicals. [Wayne] [Rowland 1989, 1991]
  377.  
  378. -----------------------------
  379.  
  380. Subject: 2.4) How do we know that CFC's are photolyzed in the stratosphere?
  381.  
  382. The UV photodissociation cross-sections for the halocarbons have been
  383. measured in the laboratory; these tell us how rapidly they will
  384. dissociate when exposed to light of a given wavelength and intensity.
  385. We can combine this with the measured intensity of radiation in the
  386. stratosphere and deduce the way in which the mixing ratio of a
  387. given halocarbon should depend upon altitude. Since there is almost 
  388. no <230 nm radiation in the troposphere or in the lowest parts of
  389. the stratosphere, the mixing ratio should be independent of altitude
  390. there. In the middle stratosphere the mixing ratio should drop off
  391. quickly, at a rate which is determined by the photodissociation
  392. cross-section. Thus each halocarbon has a characteristic signature 
  393. in its mixing ratio profile, which can be calculated. Such calculations
  394. (first carried out in the mid 1970's) agree well with the distributions
  395. presented in the next section.
  396.  
  397. There is direct evidence as well. Photolysis removes a chlorine
  398. atom, leaving behind a reactive halocarbon radical. The most likely
  399. fate of this radical is reaction with oxygen, which starts a long
  400. chain of reactions that eventually remove all the chlorine and
  401. fluorine. Most of the intermediates are reactive free radicals, but
  402. two of them, COF2 and COFCl, are fairly stable and live long enough 
  403. to be detected - and have been. [Zander et al. 1992, 1994].
  404.  
  405. -----------------------------
  406.  
  407. Subject: 2.5) How is chlorine removed from the stratosphere?
  408.  
  409. Since the stratosphere is very dry, water-soluble compounds are
  410. not quickly washed out as they are in the troposphere. The
  411. stratospheric lifetime of HCl is about 2 years; the principal
  412. sink is transport back down to the troposphere.
  413.  
  414. -----------------------------
  415.  
  416. Subject: 2.6) How is chlorine distributed in the stratosphere?
  417.  
  418. Over the past 20 years an enormous effort has been devoted to
  419. identifying sources and sinks of stratospheric chlorine.  The
  420. concentrations of the major species have been measured as a 
  421. function of altitude, by "in-situ" methods ( e.g. collection
  422. filters carried on planes and balloons) and by spectroscopic
  423. observations from aircraft, balloons, satellites, and the Space 
  424. Shuttle. From all this work we now have a clear and consistent
  425. picture of the processes that carry chlorine through the stratosphere.         
  426.  
  427. Let us begin by asking where inorganic chlorine is found. In the 
  428. troposphere, the HCl mixing ratio decreased markedly with increasing
  429. altitude. In the stratosphere, on the other hand,  it _increases_ with 
  430. altitude, rapidly up to about 35 km, and then more slowly up to 55km
  431. and beyond. This was noticed as early as 1976 [Farmer et al.] 
  432. [Eyre and Roscoe] and has been confirmed repeatedly since. Chlorine
  433. Nitrate (ClONO2), the other important inorganic chlorine compound in 
  434. the stratosphere, also increases rapidly in the lower stratosphere, and
  435. then falls off at higher altitudes.  These results strongly suggest
  436. that HCl in the stratosphere is being _produced_ there, not drifting 
  437. up from below.
  438.  
  439. Let us now look at the organic source gases.  Here, the data show
  440. that the mixing ratios of the CFC's and CCl4 are _nearly independent 
  441. of altitude_ in the troposphere, and _decrease rapidly with altitude_ 
  442. in the stratosphere.  The mixing ratios of the more reactive 
  443. hydrogenated compounds such as CH3CCl3 and CH3Cl drop off somewhat
  444. in the troposphere, but also show a much more rapid decrease in
  445. the stratosphere.  The turnover in organic chlorine correlates
  446. nicely with the increase in inorganic chlorine, confirming the
  447. hypothesis that CFC's are being photolyzed as they rise high enough
  448. in the stratosphere to experience enough short-wavelength UV. At
  449. the bottom of the stratosphere almost all of the chlorine is
  450. organic, and at the top it is all inorganic. [Fabian et al. ] 
  451. [Zander et al. 1987, 1992, 1996] [Penkett et al.]
  452.  
  453. Finally, there are the stable reaction intermediates, COF2 and
  454. COFCl. These have been found in the lower and middle stratosphere, 
  455. exactly where one expects to find them if they are produced from 
  456. organic source gases and eventually react to give inorganic chlorine.
  457.  
  458. For example, the following is extracted from Tables II and III of
  459. [Zander et al. 1992]; they refer to 30 degrees N Latitude in 1985.
  460. I have rearranged the tables and rounded some of the numbers, and
  461. the arithmetic in the second table is my own.
  462.  
  463.    Organic Chlorine and Intermediates, Mixing ratios in ppbv
  464.  
  465. Alt.,  CH3Cl CCl4 CCl2F2 CCl3F CHClF2 CH3CCl3 C2F3Cl3  ||  COFCl
  466. km
  467. 12.5  .580  .100  .310  .205  .066     .096    .021    ||  .004
  468. 15    .515  .085  .313  .190  .066     .084    .019    ||  .010
  469. 20    .350  .035  .300  .137  .061     .047    .013    ||  .035
  470. 25    .120   -    .175  .028  .053     .002    .004    ||  .077
  471. 30     -     -    .030   -    .042      -       -      ||  .029
  472. 40     -     -     -     -     -        -       -      ||   -
  473.  
  474.  
  475.      Inorganic Chlorine and Totals, Mixing ratios in ppbv
  476.  
  477. Alt., HCl  ClONO2   ClO  HOCl   ||   Total Cl,  Total Cl,  Total Cl
  478.                                 ||   Inorganic   Organic
  479. km                              ||
  480. 12.5   -     -       -     -    ||       -       2.63        2.63
  481. 15    .065   -       -     -    ||     0.065     2.50        2.56
  482. 20    .566  .212     -     -    ||     0.778     1.78        2.56
  483. 25   1.027  .849    .028  .032  ||     1.936     0.702       2.64
  484. 30   1.452 1.016    .107  .077  ||     2.652     0.131       2.78
  485. 40   2.213 0.010    .234  .142  ||     2.607       -         2.61
  486.  
  487. I have included the intermediate COFCl in the Total Organic column.
  488. It should be noted that COFCl was not measured directly in this
  489. experiment, although the related intermediate COF2 was.
  490.  
  491. This is just an excerpt. The original tables give results every 2.5km 
  492. from 12.5 to 55km, together with a similar inventory for Fluorine.
  493. Standard errors on total Cl were estimated to be 0.02-0.04 ppbv. 
  494. [Zander et al. 1996] provide a similar inventory for the year 1994;
  495. once again the total chlorine at any altitude is approximately
  496. constant, but at ~3.5 ppbv instead of ~2.6 ppbv, indicative of
  497. the increase in anthropogenic halocarbons between 1985 and 1994.
  498.  
  499. Notice that the _total_ chlorine at any altitude is nearly constant
  500. at ~2.5-2.8 ppbv. This is what we would expect if the sequence of
  501. reactions that leads from organic sources to inorganic reservoirs 
  502. was fast compared to vertical transport. Our picture, then, would be
  503. of a swarm of organic chlorine molecules slowly spreading upwards 
  504. through the stratosphere, being converted into inorganic reservoir
  505. molecules as they climb. In fact this oversimplifies things -
  506. photolysis pops off a single Cl atom which does reach its final
  507. destination quickly, but the remaining Cl atoms are removed by a
  508. sequence of slower reactions. Some of these reactions involve
  509. compounds, such as NOx, which are not well-mixed; moreover, 
  510. "horizontal" transport does not really take place along surfaces of 
  511. constant altitude, so chemistry and atmospheric dynamics are in fact 
  512. coupled together in a complicated way.  These are the sorts of issues 
  513. that are addressed in atmospheric models.  Nevertheless, this simple
  514. picture helps us to understand the qualitative trends, and quantitative
  515. treatments confirm the conclusions [McElroy and Salawich]
  516. [Russell et al. 1996]. 
  517.  
  518. We conclude that most of the inorganic chlorine in the stratosphere
  519. is _produced_ there, as the end product of photolysis of the organic
  520. chlorine compounds.
  521.  
  522. -----------------------------
  523.  
  524. Subject: 2.7) What happens to the Fluorine from the CFC's?
  525.  
  526. Most of it ends up as Hydrogen Fluoride, HF. The total amount of HF
  527. in the stratosphere increased by a factor of 3-4 between 1978 and
  528. 1989 [Zander et al., 1990] [Rinsland et al.]; the relative increase 
  529. is larger for HF than for HCl (a factor of 2.2 over the same period)
  530. because the natural source, and hence the baseline concentration,
  531. is much smaller. For the same reason, the _ratio_ of HF to HCl has
  532. increased, from 0.14 in 1977 to 0.23 in 1990. As discussed above, the
  533. decomposition of CFC's in the stratosphere produces reaction
  534. intermediates such as COF2 and COFCl which have been detected in the
  535. stratosphere. COF2 in particular is relatively stable and makes a
  536. significant contribution to the total fluorine; the total amount
  537. of COF2 in the stratosphere increased by 60% between 1985 and 1992
  538. [Zander et al. 1994] The total Fluorine budget,
  539. as a function of altitude, adds up in much the same way as the 
  540. chlorine budget. [Zander et al. 1992, 1994] [Luo et al.]
  541.  
  542. The most comprehensive measurements of stratospheric HF are those made
  543. by the Halogen Occultation Experiment (HALOE) on the UARS satellite
  544. [Luo et al.] [Russell et al. 1996] Information about HALOE is available 
  545. on the World-Wide-Web at http://haloedata.larc.nasa.gov/home.html .
  546.  
  547. -----------------------------
  548.  
  549. Subject: 2.8) Summary of the Evidence
  550.  
  551.  a. Inorganic chlorine, primarily of natural origin, is efficiently
  552.  removed from the troposphere; organic chlorine, primarily 
  553.  anthropogenic, is not, and in the upper troposphere organic 
  554.  chlorine dominates overwhelmingly.
  555.  
  556.  b. In the stratosphere, organic chlorine decreases with altitude, 
  557.  since at higher altitudes there is more short-wave UV available to
  558.  photolyze it. Inorganic chlorine _increases_ with altitude. 
  559.  At the bottom of the stratosphere essentially all of the chlorine
  560.  is organic, at the top it is all inorganic, and reaction 
  561.  intermediates such as COF2 are found at intermediate altitudes.
  562.  
  563.  c. Both HCl and HF in the stratosphere have been increasing steadily,         
  564.  in a correlated fashion, since they were first measured in the 1970's.
  565.  Reaction intermediates such as COF2 are also increasing.
  566.  
  567. -----------------------------
  568.  
  569. Subject: 3.  BROMINE
  570.  
  571. -----------------------------
  572.  
  573. Subject: 3.1) Does Bromine contribute to ozone depletion?
  574.  
  575. Br is present in much smaller quantities than Cl, but it is
  576. much more destructive on a per-atom basis.  There is a large
  577. natural source; manmade compounds contribute about 40% of the total.
  578. In the antarctic chlorine is more important than Bromine, but at 
  579. middle latitudes their effects are comparable.
  580.  
  581. -----------------------------
  582.  
  583. Subject: 3.2) How does bromine affect ozone?
  584.  
  585. Bromine concentrations in the stratosphere are ~150 times smaller
  586. than chlorine concentrations.  However, atom-for-atom Br is 10-100
  587. times as effective as Cl in destroying ozone.  (The reason for this
  588. is that there is no stable 'reservoir' for Br in the stratosphere
  589. - HBr and BrONO2 are very easily photolyzed so that nearly all of
  590. the Br is in a form that can react with ozone.  Contrariwise, F is
  591. innocuous in the stratosphere because its reservoir, HF, is
  592. extremely stable.) So, while Br is less important than Cl, it must
  593. still be taken into account.  Interestingly, one principal
  594. pathway by which Br destroys ozone also involves Cl: 
  595.  
  596.      BrO + ClO -> BrCl + O2
  597.      BrCl + hv -> Br + Cl
  598.      Br + O3 -> BrO + O2
  599.      Cl + O3 -> ClO + O2
  600.    -----------------------
  601.    Net:    2 O3 -> 3 O2
  602.  
  603. [Wayne p. 164] [Solomon] 
  604.  
  605. so reducing stratospheric chlorine concentrations will, as a
  606. side-effect, slow down the bromine pathways as well.
  607. Another important mechanism combines Br with HOx radicals:
  608.  
  609.      BrO + HO2 -> HOBr
  610.      HOBr + hv -> Br + OH
  611.      Br + O3 -> BrO + O2
  612.      OH + O3 -> HO2 + O2
  613.    -----------------------
  614.    Net:    2 O3 -> 3 O2
  615.  
  616. -----------------------------
  617.  
  618. Subject: 3.3) Where does the bromine come from?
  619.  
  620. a.) Methyl Bromide
  621.  
  622. The largest source of stratospheric Bromine is methyl bromide,
  623. CH3Br. It is also the most poorly characterized source. Much of it is
  624. naturally produced in the oceans, but a significant portion (30-60%,
  625. according to [Khalil et al.) is manmade; it is widely used as a
  626. fumigant. Methyl bromide is also produced during biomass burning,
  627. which can be either natural or anthropogenic [Mano and Andreae]. The
  628. 1994 assessment from the World Meteorological Organization [WMO 1994]
  629. estimates the major sources as:
  630.  
  631. Oceans: 60-160 ktons/yr 
  632. Fumigation: 20-60 ktons/yr
  633. Biomass burning: 10-50 ktons/yr .
  634.  
  635. This assessment estimates the atmospheric lifetime of methyl bromide
  636. to be 0.8-1.7 years (best estimate 1.3 years) and its ozone depletion
  637. potential to be about 0.6 . However, recent laboratory and field
  638. experiments [Shorter et al.] indicate that large amounts of methyl bromide
  639. are consumed by soil bacteria. This would push the atmospheric lifetime 
  640. down to the lower limit of 0.8 years, and reduce the ozone depletion 
  641. potential to 0.4; it may also require adjustments in the estimated sources.
  642.  
  643. Methyl bromide is also produced in the combustion of leaded gasolines,
  644. which use ethylene dibromide as a scavenger. One estimate for the methyl
  645. bromide emissions from this source gave 9-22 ktons/yr, but another
  646. estimate gave only 0.5-1.5 ktons/yr. 
  647.  
  648. b.) Halons
  649.  
  650. Another important Bromine source is the family of "halons", widely
  651. used in fire extinguishers.  Like CFC's these compounds have long
  652. atmospheric lifetimes (65 years for CF3Br) and very little is lost in
  653. the troposphere.  [WMO 1994]. Halons are scheduled for phase-out
  654. under the Montreal Protocol, and their rate of increase in the
  655. atmosphere has slowed by a factor of three since 1989. (Before then
  656. halon concentrations were increasing by 15-20% _per year_.)
  657.  
  658. -----------------------------
  659.  
  660. Subject: 3.4) And how about about Iodine?
  661.  
  662. Since Chlorine and Bromine radicals both enter into ozone-destroying 
  663. catalytic cycles, it comes as no surprise that Iodine can do so as well.
  664. One possible mechanism is:
  665.  
  666.      ClO + IO -> Cl + I + O2
  667.      Cl + O3  -> ClO + O2
  668.      I + O3   -> IO + O2
  669.      _______________________
  670. Net:     2 O3 -> 3 O2
  671.  
  672. Note that this is precisely analogous to the Bromine/Chlorine cycle
  673. given in section 3.2; the Iodine acts in concert with Chlorine. There
  674. are also cycles in which Iodine and Bromine, and Iodine and OH, act
  675. together. 
  676.  
  677. At present it is not known whether there is enough Iodine in the
  678. stratosphere to make these reactions important for the overall ozone
  679. balance. The principle source of atmospheric iodine is methyl iodide,
  680. produced in large quantities by marine biota. Methyl iodide, like methyl
  681. chloride and bromide, is insoluble in water and is thus not "frozen out"
  682. at the tropopause; however it has a much shorter atmospheric lifetime
  683. so only a small fraction survives long enough to reach the stratosphere.
  684. It has recently been suggested [Solomon et al. 1994a,b] that this small
  685. fraction may nevertheless be large enough to influence ozone depletion
  686. in the lowest part of the stratosphere. (Current models using only
  687. chlorine and bromine chemistry predict significantly less ozone loss in
  688. these regions than has been observed.) More measurements will be needed
  689. to resolve this issue.
  690.  
  691. Anthropogenic sources of stratospheric iodine are negligible.
  692. Trifluoromethyliodide, CF3I, has been suggested as a substitute for
  693. halons, since unlike halons, CF3I has a short atmospheric lifetime. 
  694. [Solomon et al. 1994b] estimate its ozone depletion potential (ODP) to
  695. be less than 0.008 and probably less than 0.0001; CF3Br, in contrast,
  696. has an ODP of 7.8. Iodine may be accelerating the rate at which
  697. (mostly) anthropogenic chlorine and (partly) anthropogenic bromine 
  698. destroy ozone, but iodine in itself is not an anthropogenic influence.
  699.  
  700. -----------------------------
  701.  
  702. Subject: 4. COMMONLY ENCOUNTERED OBJECTIONS
  703.  
  704. -----------------------------
  705.  
  706. Subject: 4.1) CFC's are 4-8 times heavier than air, so how can they
  707.          reach the stratosphere?
  708.  
  709.  This is answered in Part I of this FAQ, section 1.3. Briefly,
  710.  atmospheric gases do not segragate by weight in the troposphere
  711.  and the stratosphere, because the mixing mechanisms (convection,
  712.  "eddy diffusion") do not distinguish molecular masses. 
  713.  
  714. -----------------------------
  715.  
  716. Subject: 4.2) CFCs are produced in the Northern Hemisphere, so how do 
  717.         they get down to the Antarctic?
  718.  
  719. Vertical transport into and within the stratosphere is slow.  It
  720. takes more than 5 years for a CFC molecule released at sea level to
  721. rise high enough in the stratosphere to be photolyzed.  North-South
  722. transport, in both troposphere and stratosphere, is faster - there is 
  723. a bottleneck in the tropics (it can take a year or two to get across
  724. the equator) but there is still plenty of time.  CFC's are distributed 
  725. almost uniformly as a function of latitude, with a gradient of ~10%
  726. from Northern to Southern Hemispheres.
  727. [Singh et al. 1979] [Elkins et al. 1993]
  728.  
  729. -----------------------------
  730.  
  731. Subject: 4.3) Sea salt puts more chlorine into the atmosphere than CFC's.
  732.  
  733. True, but not relevant because this chlorine is in a form (HCl) that
  734. is rapidly removed from the troposphere. Even at sea level there is
  735. more chlorine present in organic compounds than in HCl, and in the
  736. upper troposphere and lower stratosphere organic chlorine dominates 
  737. overwhelmingly. See section 2.1 above.
  738.  
  739. -----------------------------
  740.  
  741. Subject: 4.4) Volcanoes put more chlorine into the stratosphere than CFC's.
  742.  
  743. Short Reply: False. Volcanoes account for at most a few percent 
  744. of the chlorine in the stratosphere.
  745.  
  746. Long reply:  This is one of the most persistent myths in this
  747. area. As is so often the case, there is a seed of truth at the
  748. root of the myth.  Volcanic gases are rich in Hydrogen Chloride, HCl. 
  749. As we have discussed, this gas is very soluble in water and is 
  750. removed from the troposphere on a time scale of 1-7 days, so we can
  751. dismiss quietly simmering volcanoes as a stratospheric source, just 
  752. as we can neglect sea salt and other natural sources of HCl. (In fact
  753. tropospheric HCl from volcanoes is neglible compared to HCl from
  754. sea salt.) However, we cannot use this argument to dismiss MAJOR
  755. volcanic eruptions, which can in principle inject HCl directly into
  756. the middle stratosphere.
  757.  
  758. What is a "major" eruption?  There is a sort of "Richter scale" for
  759. volcanic eruptions, the so-called "Volcanic explosivity index" or
  760. VEI.  Like the Richter scale it is logarithmic; an eruption with a
  761. VEI of 5 is ten times "bigger" than one with a VEI of 4. To give a
  762. sense of magnitude, I list below the VEI for some familiar recent
  763. and historic eruptions:
  764.  
  765. Eruption           VEI             Stratospheric Aerosol,
  766.                                    Megatons (Mt)
  767.  
  768. Kilauea             0-1            -
  769. Erebus, 1976-84     1-2            -
  770. Augustine, 1976     4              0.6 
  771. St Helen's, 1980    5 (barely)     0.55 
  772. El Chichon, 1982    5              12
  773. Pinatubo, 1991      5-6            30
  774. Krakatau, 1883      6              50 (estimated)
  775. Tambora, 1815       7              80-200 (estimated)
  776.  
  777. [Smithsonian] [Symonds et al.] [Sigurdsson] [Pinatubo] [WMO 1988]
  778. [Bluth et al.] [McCormick et al. 1995]
  779.  
  780. Roughly speaking, an eruption with VEI>3 can penetrate the
  781. stratosphere. An eruption with VEI>5 can send a plume up to 25km, in the
  782. middle of the ozone layer. Such eruptions occur about once a decade.
  783. Since the VEI is not designed specifically to measure a volcano's impact
  784. on the stratosphere, I have also listed the total mass of stratospheric
  785. aerosols (mostly sulfates) produced by the eruption. (Note that St.
  786. Helens produced much less aerosol than El Chichon - St. Helens blew out
  787. sideways, dumping a large ash cloud over eastern Washington, rather than
  788. ejecting its gases into the stratosphere.) Passively degassing volcanoes
  789. such as Kilauea and Erebus are far too weak to penetrate the
  790. stratosphere, but explosive eruptions like El Chichon and Pinatubo need
  791. to be considered in detail.
  792.  
  793. Before 1982, there were no direct measurements of the amount of HCl
  794. that an explosive eruption put into the stratosphere.  There were,
  795. however, estimates of the _total_ chlorine production from an
  796. eruption, based upon such geophysical techniques as analysis of
  797. glass inclusions trapped in volcanic rocks.  [Cadle] [Johnston]
  798. [Sigurdsson] [Symonds et al.] There was much debate
  799. about how much of the emitted chlorine reached the stratosphere;
  800. estimates ranged from < 0.03 Mt/year [Cadle] to 0.1-1.0 Mt/year
  801. [Symonds et al.].  During the 1980's emissions of CFC's and related
  802. compounds contributed ~1 Mt of chlorine per year to the
  803. atmosphere. [Prather et al.] This results in an annual flux of >0.3
  804. Mt/yr of chlorine into the stratosphere. The _highest_ estimates
  805. of volcanic emissions - upper limits calculated by assuming that
  806. _all_ of the HCl from a major eruption reached and stayed in the
  807. stratosphere - were thus of the same order of magnitude as human
  808. sources.  (There is no support whatsoever for the claim that a 
  809. _single_ recent eruption produced ~500 times as much chlorine as a 
  810. year's worth of CFC production. This wildly inaccurate number appears
  811. to have originated as an editorial mistake in a scientific encyclopedia.)
  812.  
  813. It is very difficult to reconcile the higher estimates with the
  814. altitude and time-dependence of stratospheric HCl. The volcanic
  815. contribution to the upper stratosphere should come in sudden bursts
  816. following major eruptions, and it should initially be largest in
  817. the vicinity of the volcanic plume. Since vertical transport in the
  818. stratosphere is slow, one would expect to see the altitude profile
  819. change abruptly after a major eruption, whereas it has maintained
  820. more-or-less the same shape since it was first measured in 1975. 
  821. One would also not expect a strong correlation between HCl and
  822. organochlorine compounds if volcanic injection were contributing
  823. ~50% of the total HCl.  If half of the HCl has an inorganic origin,
  824. where is all that _organic_ stratospheric chlorine going? 
  825.  
  826. The issue has now been largely resolved by _direct_ measurements of the
  827. stratospheric HCl produced by El Chichon, the most important eruption of
  828. the 1980's, and Pinatubo, the largest since 1912. It was found that El
  829. Chichon injected *0.04* Mt of HCl [Mankin and Coffey].  The much bigger
  830. eruption of Pinatubo produced less [Mankin, Coffey and Goldman] [Wallace
  831. and Livingston 1992], - in fact the authors were not sure that they had
  832. measured _any_ significant increase. Analysis of ice cores leads to
  833. similar conclusions for historic eruptions [Delmas]. The ice cores show
  834. significantly enhanced levels of sulfur following major historic
  835. eruptions, but no enhancement in chlorine, showing that the chlorine
  836. produced in the eruption did not survive long enough to be transported
  837. to polar regions. It is clear, then, that even though major eruptions
  838. produce large amounts of chlorine in the form of HCl, most of that HCl
  839. either never enters the stratosphere, or is very rapidly removed from it.
  840.  
  841. Recent model calculations [Pinto et al.] [Tabazadeh and Turco]
  842. have clarified the physics involved.  A volcanic plume contains
  843. approximately 1000 times as much water vapor as HCl. As the plume
  844. rises and cools the water condenses, capturing the HCl as it does
  845. so and returning it to the earth in the extensive rain showers that
  846. typically follow major eruptions. HCl can also be removed if it
  847. is adsorbed on ice or ash particles. Model calculations show that
  848. more than 99% of the HCl is removed by these processes, in good
  849. agreement with observations. 
  850.  
  851. .............................
  852. In summary:
  853.  
  854.  * Older indirect _estimates_ of the contribution of volcanic
  855.    eruptions to stratospheric chlorine gave results that ranged  
  856.    from much less than anthropogenic to somewhat larger than 
  857.    anthropogenic. It is difficult to reconcile the larger estimates 
  858.    with the altitude distribution of inorganic chlorine in the 
  859.    stratosphere, or its steady increase over the past 20 years.  
  860.    Nevertheless, these estimates raised an important scientific 
  861.    question that needed to be resolved by _direct_ measurements 
  862.    in the stratosphere. 
  863.  
  864.  * Direct measurements on El Chichon, the largest eruption of
  865.    the 1980's, and on Pinatubo, the largest since 1912, show
  866.    that the volcanic contribution is small. 
  867.  
  868.  * Claims that volcanoes produce more stratospheric chlorine than
  869.    human activity arise from the careless use of old scientific
  870.    estimates that have since been refuted by observation.
  871.  
  872.  * Claims that a single recent eruption injected ~500 times a year's 
  873.    CFC production into the stratosphere have no scientific basis
  874.    whatsoever.
  875.  
  876. .................................................................
  877.  
  878. To conclude, we need to say something about Mt. Erebus.  In an
  879. article in _21st Century_ (July/August 1989), Rogelio Maduro
  880. claimed that this Antarctic volcano has been erupting constantly
  881. for the last 100 years, emitting more than 1000 tons of chlorine
  882. per day. Mt. Erebus has in fact been simmering quietly for over a
  883. century [ARS] but the estimate of 1000 tons/day of HCl only applied
  884. to an especially active period between 1976 and 1983 [Kyle et al. 1990].
  885. Moreover, that estimate has been since been reduced to 167 tons/day
  886. (0.0609 Mt/year). By late 1984 emissions had dropped by an order of 
  887. magnitude, and have remained at low levels since; HCl emissions
  888. _at the crater rim_ were 19 tons/day (0.007 Mt/year) in 1986, 
  889. and 36 tons/day (0.013 Mt/year) in 1991. [Zreda-Gostynska et al.] 
  890. Since this is a passively degassing volcano (VEI=1-2 in the active 
  891. period), very little of this HCl reaches the stratosphere. The
  892. Erebus plume never rises more than 0.5 km above the volcano, 
  893. and in fact the gas usually just oozes over the crater rim. Indeed, 
  894. one purpose of the measurements of Kyle et al. was to explain high 
  895. Cl concentrations in Antarctic snow.
  896.  
  897. -----------------------------
  898.  
  899. Subject: 4.5) Space shuttles put a lot of chlorine into the stratosphere.
  900.  
  901. Simply false. In the early 1970's, when very little was known about
  902. the role of chlorine radicals in ozone depletion, it was suggested
  903. that HCl from solid rocket motors might have a significant effect
  904. upon the ozone layer -  if not globally, perhaps in the immediate
  905. vicinity of the launch. It was immediately shown that the effect
  906. was negligible, and this has been repeatedly demonstrated since.
  907. Each shuttle launch produces about 200 metric tons of chlorine as
  908. HCl, of which about one-third, or 68 tons, is injected into the 
  909. stratosphere. Its residence time there is about three years. A
  910. full year's US schedule of shuttle and solid rocket launches injects 
  911. 725 tons of chlorine into the stratosphere. The European Space Agency's
  912. Ariane rocket makes a similar contribution, with 57 tons of HCl deposited
  913. in the stratosphere for each launch.  These inputs are negligible 
  914. compared to chlorine emissions in the form of CFC's and related 
  915. compounds (~ 1.0 million tons/yr in the 1980's, of which ~0.3 Mt reach 
  916. the stratosphere each year). It is also small in comparison to natural 
  917. sources of stratospheric chlorine, which amount to about 75,000 tons 
  918. per year. [Prather et al.] [WMO 1991] [Ko et al.]
  919.  
  920. See also the sci.space FAQ, Part 10, "Controversial Questions",
  921. available by anonymous ftp from rtfm.mit.edu in the directory
  922. pub/usenet/news.answers/space/controversy, or on the world-wide web at:
  923.  
  924. http://www.cis.ohio-state.edu/hypertext/faq/usenet/space/controversy/faq.html
  925.  
  926. Subject: 4.6) Most CFC's are decomposed by soil bacteria and other 
  927.               terrestrial mechanisms.
  928.  
  929. This argument is based upon a misinterpretation of measurements made by
  930. Khalil and Rasmussen.  These scientists did show that some CFC's such
  931. as CFC-11 and CFC-12 (but not CFC-113) were taken up by soils in
  932. Australia [Khalil and Rasmussen 1989] and by rice paddies in China
  933. [Khalil et al. 1990]. However, the amounts that are disposed of in
  934. this way are small compared to the amounts that end up in the
  935. stratosphere. A recent summary [Khalil and Rasmussen 1993] concludes
  936. that out of a total of 9152 Gigagrams (Gg) of CFC-11 produced, only 1
  937. Gg has been removed by soils and 33 Gg reside in the oceans; in
  938. contrast, 1709 Gg have been photolyzed in the stratosphere, 741 Gg are
  939. presently in the stratosphere, and 5360 Gg are in the troposphere.
  940. Most of the remainder is still trapped in foams, aerosols, etc. and 
  941. has not yet been released to the atmosphere.
  942.  
  943. (In contrast, soil bacteria do appear to consume large quantities of
  944.  methyl bromide, CH3Br. [Shorter et al.])
  945.  
  946. -----------------------------
  947.  
  948. Subject: 5.  REFERENCES FOR PART II
  949.  
  950. A remark on references: they are neither representative nor
  951. comprehensive. There are _hundreds_ of people working on these
  952. problems. For the most part I have limited myself to papers that
  953. are (1) widely available (if possible, _Science_ or _Nature_ rather
  954. than archival sources such as _J. Geophys. Res._) and (2) directly
  955. related to the "frequently asked questions".  (In this part, I have
  956. had to refer to archival journals more often than I would have
  957. liked, since in many cases that is the only place where the
  958. question is addressed in satisfactory detail.) Readers who want to
  959. see "who did what" should consult the review articles listed below,
  960. or, if they can get them, the extensively documented WMO reports.
  961.  
  962. -----------------------------
  963.  
  964. Subject: Introductory Reading
  965.  
  966. [Graedel and Crutzen] T. E. Graedel and P. J. Crutzen,
  967.  _Atmospheric Change: an Earth System Perspective_, Freeman, 1993.
  968.  
  969. [Rowland 1989] F. S. Rowland, "Chlorofluorocarbons and the
  970. depletion of stratospheric ozone", _Am. Sci._ _77_, 36, 1989.
  971.  
  972. -----------------------------
  973.  
  974. Subject: Books and Review Articles
  975.  
  976. [Brasseur and Solomon] G. Brasseur and S. Solomon, _Aeronomy of 
  977. the Middle Atmosphere_, 2nd Edition, D. Reidel, 1986.
  978.  
  979. [McElroy and Salawich] M. McElroy and R. Salawich, "Changing
  980. Composition of the Global Stratosphere", _Science_ _243, 763, 1989.
  981.  
  982. [Rowland 1991] F. S. Rowland, "Stratospheric Ozone Depletion",
  983. _Ann. Rev. Phys. Chem._ _42_, 731, 1991.
  984.  
  985. [Solomon] S. Solomon, "Progress towards a quantitative
  986.  understanding of Antarctic ozone depletion",
  987.  _Nature_ _347_, 347, 1990.
  988.  
  989. [Wallace and Hobbs] J. M. Wallace and P. V. Hobbs,
  990. _Atmospheric Science: an Introductory Survey_, Academic Press, 1977.
  991.  
  992. [Wayne] R. P. Wayne, _Chemistry of Atmospheres_, 2nd Ed., Oxford, 1991.
  993.  
  994. [WMO 1988] World Meteorological Organization, 
  995. _Report of the International Ozone Trends Panel_, Report # 18
  996.  
  997. [WMO 1991] World Meteorological Organization, 
  998. _Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1991_, Report # 25 
  999.  
  1000. [WMO 1994] World Meteorological Organization, 
  1001. _Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994_
  1002.  Global Ozone Research and Monitoring Project - Report #37.
  1003.  
  1004. -----------------------------
  1005.  
  1006. Subject: More specialized references
  1007.  
  1008. [AASE] End of Mission Statement, second airborne arctic
  1009. stratospheric expedition, NASA 30 April 1992.
  1010.  
  1011. [ARS] _Volcanological and Environmental Studies of Mount Erebus,
  1012.  Antarctica_, P. R. Kyle, ed., Antarctic Research Series vol. 66,
  1013.  American Geophysical Union, 1994.
  1014.  
  1015. [Bluth et al.] G. J. S. Bluth, C. C. Schnetzler, A. J. Krueger,
  1016. and L. S. Walter, "The contribution of explosive volcanism to
  1017. global atmospheric sulphur dioxide concentrations",
  1018.  _Nature_ _366_, 327, 1993.
  1019.  
  1020. [Cadle] R. Cadle, "Volcanic emissions of halides and sulfur
  1021. compounds to the troposphere and stratosphere", J. Geophys. Res. 
  1022. _80_, 1651, 1975]
  1023.  
  1024. [Delmas] R. J. Delmas, "Environmental Information from Ice Cores",
  1025. _Reviews of Geophysics_ _30_, 1, 1992.
  1026.  
  1027. [Elkins et al. 1993] J. W. Elkins, T. M. Thompson, T. H. Swanson,
  1028. J. H. Butler, B. D. Hall, S. O. Cummings, D. A. Fisher, and 
  1029. A. G. Raffo, "Decrease in Growth Rates of Atmospheric 
  1030. Chlorofluorocarbons 11 and 12", _Nature_ _364_, 780, 1993.
  1031.  
  1032. [Eyre and Roscoe] J. Eyre and H. Roscoe, "Radiometric measurement
  1033. of stratospheric HCl", _Nature_ _266_, 243, 1977.
  1034.  
  1035. [Fabian et al. 1979] P. Fabian, R. Borchers, K.H. Weiler, U.
  1036. Schmidt, A. Volz, D.H. Erhalt, W. Seiler, and F. Mueller,
  1037. "Simultaneously measured vertical profile of H2, CH4, CO, N2O,
  1038. CFCl3, and CF2Cl2 in the mid-latitude stratosphere and
  1039. troposphere", J. Geophys. Res.  _84_, 3149, 1979.
  1040.  
  1041. [Fabian et al. 1981] P. Fabian, R. Borchers, S.A. Penkett, and
  1042. N.J.D. Prosser, "Halocarbons in the Stratosphere", _Nature_ _294_,
  1043. 733, 1981.
  1044.  
  1045. [Farmer et al.] C.B. Farmer, O.F. Raper, and R.H. Norton,
  1046. "Spectroscopic detection and vertical distribution of HCl in the
  1047. troposphere and stratosphere", Geophys. Res. Lett. _3_, 13, 1975.
  1048.  
  1049. [Harris et al.] G.W. Harris, D. Klemp, and T. Zenker, 
  1050. "An Upper Limit on the HCl near-surface mixing ratio over the
  1051. Atlantic", J. Atmos. Chem. _15_, 327, 1992.  
  1052.  
  1053. [Johnston] D. Johnston, "Volcanic contribution of chlorine to the
  1054.  stratosphere: more significant to ozone than previously
  1055. estimated?" _Science_ _209_, 491, 1980.
  1056.  
  1057. [Khalil et al.] M. A. K. Khalil, R. Rasmussen, and R. Gunawardena, 
  1058. "Atmospheric Methyl Bromide: Trends and Global Mass Balance"
  1059.  J. Geophys. Res. _98_, 2887, 1993.
  1060.  
  1061. [Khalil and Rasmussen 1989] M.A.K. Khalil and R. Rasmussen, 
  1062. "The Potential of Soils as a Sink of Chlorofluorocarbons and other
  1063.  man-made chlorocarbons", _Geophys. Res. Lett_, _16_, 679, 1989.
  1064.  
  1065. [Khalil et al. 1990] M. A. K. Khalil, R. A. Rasmussen, M.-X. Wang,
  1066. and L. Ren, "Emissions of trace gases from Chinese rice fields
  1067. and biogas generators: CH4, N2O, CO, CO2, Chlorocarbons, and
  1068. Hydrocarbons", _Chemosphere_ _20_, 207, 1990.
  1069.  
  1070. [Khalil and Rasmussen 1993] M. A. K. Khalil and R. A. Rasmussen,
  1071. "The environmental history and probable future of Fluorocarbon 11",
  1072. J. Geophys. Res. _98_,23091, 1993.
  1073.  
  1074. [Ko et al.] M. K. W. Ko, N.-D. Sze, and M. J. Prather, "Better
  1075. Protection of the Ozone Layer", _Nature_ _367_, 505, 1994.
  1076.  
  1077. [Kyle et al. 1990] P.R. Kyle, K. Meeker, and D. Finnegan, 
  1078. "Emission rates of sulfur dioxide, trace gases, and metals from 
  1079.  Mount Erebus, Antarctica", _Geophys. Res. Lett._ _17_, 2125, 1990.
  1080.  
  1081. [Luo et al.] M. Luo, R. J. Cicerone, J. M. Russell III, and 
  1082. T. Y. W. Huang, "Observations of stratospheric hydrogen fluoride 
  1083. by halogen occultation experiment (HALOE)", J. Geophys. Res. _99_,
  1084. 16691, 1994.
  1085.  
  1086. [Mankin and Coffey] W. Mankin and M. Coffey, "Increased
  1087. stratospheric hydrogen chloride in the El Chichon cloud",
  1088. _Science_ _226_, 170, 1983.
  1089.  
  1090. [Mankin, Coffey and Goldman] W. Mankin, M. Coffey and A. Goldman, 
  1091. "Airborne observations of SO2, HCl, and O3 in the stratospheric
  1092. plume of the Pinatubo volcano in July 1991", Geophys. Res. Lett.
  1093. _19_, 179, 1992.
  1094.  
  1095. [Mano and Andreae] S. Mano and M. O. Andreae, "Emission of Methyl
  1096. Bromide from Biomass Burning", _Science_ _263_, 1255, 1994.
  1097.  
  1098. [McCormick et al. 1995] M. Patrick McCormick, L. W. Thomason, and 
  1099. C. R. Trepte, "Atmospheric effects of the Mt Pinatubo eruption",
  1100. _Nature_ _373_, 399, 1995.
  1101.  
  1102. [Montzka et al. 1996] S. A. Montzka,  J. H. Butler, R. C. Myers,
  1103. T. M. Thompson, T. H. Swanson, A. D. Clarke, L. T. Lock, and 
  1104. J. W. Elkins, "Decline in the Tropospheric Abundance of Halogen
  1105. from Halocarbons: Implications for Stratospheric Ozone Depletion",
  1106. _Science_ _272_, 1318, 1996.
  1107.  
  1108. [Penkett et al.] S.A. Penkett, R.G. Derwent, P. Fabian, R.
  1109. Borchers, and U. Schmidt, "Methyl Chloride in the Stratosphere",
  1110. _Nature_ _283_, 58, 1980.
  1111.  
  1112. [Pinatubo] Special Mt. Pinatubo issue, Geophys. Res. Lett. _19_,
  1113. #2, 1992. 
  1114.  
  1115. [Pinto et al.] J. Pinto, R. Turco, and O. Toon, "Self-limiting
  1116. physical and chemical effects in volcanic eruption clouds", 
  1117.  J. Geophys. Res. _94_, 11165, 1989.
  1118.  
  1119. [Prather et al. ] M. J. Prather, M.M. Garcia, A.R. Douglass, C.H.
  1120. Jackman, M.K.W. Ko, and N.D. Sze, "The Space Shuttle's impact on
  1121. the stratosphere", J. Geophys. Res. _95_, 18583, 1990.
  1122.  
  1123. [Prinn et al. 1995] R. G. Prinn, R. F. Weiss, B. R. Miller, J. Huang,
  1124. F. N. Alyea, D. M. Cunnold, P. J. Fraser, D. E. Hartley, and 
  1125. P. G. Simmonds, "Atmospheric trends and lifetime of CH3CCl3 and
  1126. global OH concentrations", _Science_ _269_, 187, 1995.
  1127.  
  1128. [Rinsland et al.] C. P. Rinsland, J. S. Levine, A. Goldman, 
  1129. N. D. Sze, M. K. W. Ko, and D. W. Johnson, "Infrared measurements 
  1130. of HF and HCl total column abundances above Kitt Peak, 1977-1990: 
  1131. Seasonal cycles, long-term increases, and comparisons with model 
  1132. calculations", J. Geophys. Res. _96_, 15523, 1991.
  1133.  
  1134. [Russell et al. 1996] J. M. Russell III, M. Luo, R. J. Cicerone,
  1135.  and Lance E. Deaver, "Satellite confirmation of the dominance of
  1136. chlorofluorocarbons in the global stratospheric chlorine budget",
  1137. _Nature_ _379_, 526, 1996. 
  1138. (available on the web at http://haloedata.larc.nasa.gov/Nature_1.html)
  1139.  
  1140. [Shorter et al.] J. H. Shorter, C. E. Kolb, P. M. Krill, R. A. Kerwin,
  1141. R. W. Talbot, M. E. Hines, and R. C. Harris, "Rapid degradation
  1142. of atmospheric methyl bromide in soils", _Nature_ _377_, 717, 1995.
  1143.  
  1144. [Sigurdsson] H. Sigurdsson, "Evidence of volcanic loading of the 
  1145.  atmosphere and climate response",  _Palaeogeography,
  1146. Palaeoclimatology, Palaeoecology_ _89_, 277 (1989).
  1147.  
  1148. [Singh et al. 1979] H. Singh, L. Salas, H. Shigeishi, and E. Scribner,
  1149. "Atmospheric Halocarbons, hydrocarbons, and sulfur hexafluoride
  1150. global distributions, sources, and sinks", _Science_ _203_, 899, 1979.         
  1151.  
  1152. [Smithsonian] Smithsonian Report, _Global Volcanism:1975-85_, p 14.
  1153.  
  1154. [Solomon et al. 1994a] S. Solomon, R. R. Garcia, and A. R. Ravishankara,
  1155. "On the role of iodine in ozone depletion", _J. Geophys. Res._ _99_,
  1156. 20491, 1994.
  1157.  
  1158. [Solomon et al. 1994b] S. Solomon, J. B. Burkholder, A. R. Ravishankara,
  1159. and R. R. Garcia, "Ozone depletion and global warming potentials of
  1160. CF3I", _J. Geophys. Res._ _99_, 20929, 1994.
  1161.  
  1162. [Symonds et al.] R. B. Symonds, W. I. Rose, and M. H. Reed, 
  1163. "Contribution of Cl and F-bearing gases to the atmosphere by
  1164. volcanoes", _Nature_ _334_, 415 1988.  
  1165.  
  1166. [Tabazadeh and Turco] A. Tabazadeh and R. P. Turco, "Stratospheric
  1167. Chlorine Injection by Volcanic Eruptions: HCl Scavenging and
  1168. Implications for Ozone", _Science_ _260_, 1082, 1993. 
  1169.  
  1170. [Vierkorn-Rudolf et al.] B. Vierkorn-Rudolf. K. Bachmann, B.
  1171. Schwartz, and F.X. Meixner, "Vertical Profile of Hydrogen Chloride
  1172. in the Troposphere", J. Atmos. Chem.  _2_, 47, 1984.
  1173.  
  1174. [Wallace and Livingston 1992] L. Wallace and W. Livingston, "The
  1175. effect of the Pinatubo cloud on hydrogen chloride and hydrogen
  1176. fluoride", _Geophys. Res. Lett._ _19_, 1209, 1992.
  1177.  
  1178. [Zander et al. 1987] R. Zander, C. P. Rinsland, C. B. Farmer, and
  1179. R. H. Norton, "Infrared Spectroscopic measurements of halogenated
  1180. source gases in the stratosphere with the ATMOS instrument", J.
  1181. Geophys. Res. _92_, 9836, 1987.
  1182.  
  1183. [Zander et al. 1990] R. Zander, M.R. Gunson, J.C. Foster, C.P.
  1184. Rinsland, and J. Namkung, "Stratospheric ClONO2, HCl, and HF
  1185. concentration profiles derived from ATMOS/Spacelab 3 observations
  1186. - an update", J. Geophys. Res.  _95_, 20519, 1990.
  1187.  
  1188. [Zander et al. 1992] R. Zander, M. R. Gunson, C. B. Farmer, C. P.
  1189. Rinsland, F. W. Irion, and E. Mahieu, "The 1985 chlorine and
  1190. fluorine inventories in the stratosphere based on ATMOS observations
  1191. at 30 degrees North latitude",  J. Atmos. Chem. _15_, 171, 1992.
  1192.  
  1193. [Zander et al. 1994] R. Zander, C. P. Rinsland, E. Mahieu, 
  1194. M. R. Gunson, C. B. Farmer, M. C. Abrams, and M. K. W. Ko, "Increase 
  1195. of carbonyl fluoride (COF2) in the stratosphere and its contribution 
  1196. to the 1992 budget of inorganic fluorine in the upper stratosphere", 
  1197. J. Geophys. Res. _99_, 16737, 1994.
  1198.  
  1199. [Zander et al. 1996] R. Zander, E. Mahieu, M. R. Gunson, M. C. Abrams,
  1200.  A. Y. Chang, M. Abbas, C. Aellig, A. Engel, A. Goldman, F. W. Irion,
  1201. N. Kaempfer, H. A. Michelsen, M. J. Newchurch, C. P. Rinsland, 
  1202. R. J. Salawitch, G. P. Stiller, and G. C. Toon, "The 1994 northern
  1203. midlatitude budget of stratospheric chlorine derived from ATMOS/ATLAS-3
  1204. observations", Geophys. Res. Lett. _23_, 2357, 1996.
  1205.  
  1206. [Zreda-Gostynska et al.] G. Zreda-Gostynska, P. R. Kyle, and
  1207. D. L. Finnegan, "Chlorine, Fluorine and Sulfur Emissions from
  1208. Mt. Erebus, Antarctica and estimated contribution to the antarctic
  1209. atmosphere", _Geophys. Res. Lett._ _20_, 1959, 1993.
  1210.