Из кислорода под действием ультрафиолетовых лучей. Атмосфера Земли имеет озоновый слой на высоте около 25 километров: слой этого газа плотно окружает нашу планету, защищая ее от высокой концентрации ультрафиолета. Если бы не этот газ, интенсивное излучение могло бы убить все живое на Земле.

Озоновый слой довольно тонкий, он не может полностью оградить планету от проникновения радиации, которая губительно действует на состояние и вызывает заболевания . Но долгое время его было достаточно, чтобы защитить Землю от опасности.

В 80-х годах XX века было обнаружено, что в озоновом слое имеются участки, где содержание этого газа сильно снижено – так называемые озоновые дыры. Первая дыра была обнаружена над Антарктидой британскими учеными, они были поражены масштабами явления – участок диаметром более тысячи километров почти не имел защитного слоя и подвергался более сильному ультрафиолетовому излучению.

Позже были найдены и другие озоновые дыры, меньшие по размеру, но не менее опасные.

Причины образования озоновых дыр

Механизм образования озонового слоя в атмосфере Земли довольно сложен, и к его нарушению могут привести различные причины. Первое время ученые предлагали множество версий: и влияние частиц, образованных при атомных взрывах, и воздействие извержения вулкана Эль-Чикон, высказывались даже мнения о деятельности инопланетян.

Причинами истощения озонового слоя могут быть отсутствие солнечного излучения, образование стратосферных облаков, полярные вихри, но чаще всего концентрация этого газа падает из-за его реакций с различными веществами, которые могут иметь как естественный, так и антропогенный характер. Молекулы разрушаются под воздействием водорода, кислорода, хлора, органических соединений. Пока ученые не могут однозначно сказать, вызвано ли образование озоновых дыр по большей части человеческой деятельностью, или оно имеет природное .

Было доказано, что фреоны, выделяющиеся при работе многих устройств, вызывают потери озона в средних и высоких широтах, но на образование полярных озоновых дыр они не оказывают влияния.

Вероятно, что совокупность многих, и человеческих, и природных факторов, привела к образованию озоновых дыр. С одной стороны, повысилась вулканическая активность, с другой, люди стали слишком серьезно влиять на природу – озоновый слой может не только от выделения фреона, но и от столкновения с вышедшими из строя спутниками. Благодаря уменьшению количества извергающихся вулканов с конца XX века и ограничению применения фреонов ситуация стала немного улучшаться: недавно ученые зафиксировали небольшое дыры над Антарктидой. Более детальное изучение разрушения озона позволит предупреждать появление этих областей.

Парниковый эффект

Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.

История исследований парникового эффекта

Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.

Причины возникновения

Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет. Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, дороги заполнены автомобилями. Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным. Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям. Неужели ничто не может урегулировать количество парниковых газов в атмосфере? Конечно, может. С этим заданием отлично справляется кислород. Но вот беда – количество населения планеты неумолимо растет, а значит, поглощается все больше кислорода. Единственное наше спасение – растительность, особенно леса. Они поглощают избыточный углекислый газ, выделяют гораздо большее количество кислорода, чем потребляют люди.

Парниковый эффект и климат Земли

Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь - это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго. Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном. Вот пример двух причинно-следственных связей. Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать». При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана. Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.

Влияние на жизнь людей

Не стоит забывать, что повышение средней температуры Земли отразится и на нашей жизни. Последствия могут быть очень серьёзными. Многие территории нашей планеты, и так склонные к засухе, станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы. Это неизбежно приведет к социально-экономическим проблемам, к началу третьей и четвертой мировых войн. Недостаток продовольствия, уничтожение урожаев – вот что ждет нас в ближайшее столетие. Но обязательно ли ждет? Или все-таки можно что-то изменить? Может ли человечество снизить вред от парникового эффекта? Болотистые земли способны предотвращать парниковый эффект, самое большое болото в мире, Васюганское.

Действия, способные спасти Землю

На сегодняшний день известны все вредные факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов, и мы знаем, что нужно делать, чтобы это остановить. Не стоит думать, что один человек ничего не изменит. Конечно, эффекта может добиться только все человечество, но кто знает – может, еще сотня людей в этот момент читает подобную статью? Сохранение лесов Остановка вырубки лесов. Растения – наше спасение! Кроме того, нужно не только сохранять существующие леса, но и активно высаживать новые. Понять эту проблему должен каждый человек. Фотосинтез настолько силен, что способен обеспечить нас огромным количеством кислорода. Его хватит для нормальной жизни людей и устранения вредных газов из атмосферы. Использование электромобилей Отказ от использования автомобилей на топливе. Каждый автомобиль выделяет огромное количество парниковых газов в год, так почему бы не сделать выбор в пользу здоровья окружающей среды? Ученые уже предлагают нам электромобили – экологически чистые машины, которые не используют топливо. Минус «топливный» автомобиль – еще один шаг к устранению парниковых газов. Во всем мире пытаются ускорить этот переход, но пока современные разработки таких машин далеки от совершенства. Даже в Японии, где наибольшее использование таких автомобилей, не готовы полностью переходить на их использование. Альтернатива углеводородному топливу Изобретение альтернативной энергии. Человечество не стоит на месте, так почему же мы «застряли» на использовании угля, нефти и газа? Сжигание этих природных компонентов приводит к накоплению парниковых газов в атмосфере, поэтому пора перейти на экологически чистый вид энергии. Мы не можем полностью отказаться от всего того, что выделяет вредные газы. Зато мы можем способствовать увеличению кислорода в атмосфере. Не только настоящий мужчина должен посадить дерево – это обязан сделать каждый человек! Что главное в решении любой проблемы? Не закрывать на нее глаза. Возможно, мы не замечаем вреда от парникового эффекта, но это точно заметят последующие поколения. Мы можем прекратить сжигать уголь и нефть, сохранить природную растительность планеты, отказаться от обычного автомобиля в пользу экологически чистого – и все для чего? Для того чтобы наша Земля существовала и после нас

Озоновые дыры

Озо́новая дыра́ - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли

Всем известно, что нашу планету окутывает довольно плотный озоновый слой, располагающийся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Эта воздушная прослойка является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения.

Именно благодаря озоновому слою когда-то микроорганизмы сумели выбраться из океанов на сушу и способствовали появлению высокоразвитых форм жизни. Однако с начала XX столетия озоновая прослойка начала разрушаться, в результате чего в некоторых местах стратосферы стали появляться озоновые дыры.

Что такое озоновые дыры?

Вопреки распространенному мнению обывателей, что озоновая дыра является брешью в небесном пространстве, на самом деле она представляет собой участок значительного снижения уровня озона в стратосфере. В таких местах ультрафиолетовым лучам легче проникать к поверхности планеты и оказывать свое разрушительное воздействие на все живущее на ней.

В отличие от мест с нормальной концентрацией озона в дырах содержание «голубого» вещества составляет всего около 30 %.

Где находятся озоновые дыры?

Первая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 году. Ее диаметр составлял около 1000 км, причем она появлялась каждый год в августе, а к началу зимы исчезала. Тогда исследователи определили, что концентрация озона над материком снижена на 50 %, а наибольшее его уменьшение было зафиксировано на высотах от 14 до 19 км.
Впоследствии еще одна крупная дыра (меньших размеров) была обнаружена над Арктикой, сейчас же ученым известны сотни подобных явлений, хотя самой огромной по-прежнему остается та, что возникает над Антарктидой.

Озон содержится в газообразных отходах, которые выбрасываются предприятиями, и является опасным химикатом. Он представляет собой очень активный элемент и может вызывать коррозию элементов конструкций всевозможных сооружений. Тем не менее, в атмосфере озон преобразуется в неоценимого помощника, без которого жизнь на Земле могла бы просто не существовать.

Стратосферой называется который следует за тем, в котором живем мы. Верхнюю ее часть покрывает озон, его содержание в этом слое - 3 молекулы на 10 млн. иных молекул воздуха. Несмотря на то, что концентрация очень низкая, озон выполняет важнейшую функцию - он способен преграждать путь ультрафиолетовых лучей, поступающих из космоса одновременно с солнечным светом. Лучи ультрафиолета негативно влияют на структуру живых клеток и могут вызвать развитие таких заболеваний, как катаракта глаз, рак и другие серьезные недуги.

В основе защиты лежит следующий принцип. В тот момент, когда на пути ультрафиолетовых лучей встречаются молекулы кислорода, возникает реакция их расщепления на 2 атома кислорода. Образовавшиеся атомы объединяются с нерасщепленными молекулами, создавая молекулы озона, состоящие из 3-х атомов кислорода. При встрече с молекулами озона, последние разрушают их на три атома кислорода. Момент расщепления молекул сопровождается выделением тепла, а поверхности Земли они уже не достигают.

Озоновые дыры

Процесс преобразования кислорода в озон и наоборот называют кислородно-озоновым циклом. Его механизм сбалансирован, однако, динамичность меняется в зависимости от интенсивности солнечного излучения, сезона и природных катаклизмов, в частности, Ученые сделали вывод, что человеческая жизнедеятельность отрицательно влияет на его толщину. Истощение озонового слоя было зарегистрировано за последние десятилетия во многих местах. В отдельных случаях он исчез полностью. Как же снизить негативное влияние человека на указанный цикл?

Озоновые дыры возникают по причине того, что процесс разрушения защитного слоя протекает намного интенсивнее, чем его генерация. Это объясняется тем, что в процессе человеческой жизнедеятельности атмосфера загрязняется различными озоноразрушающими соединениями. Это, прежде всего, хлор, бром, фтор, углерод и водород. Ученые считают, что хлорфторуглеродные соединения представляют основную угрозу озоновому слою. Они широко применяются в холодильных установках, промышленных растворителях, кондиционерах и аэрозольных баллончиках.

Хлор, достигая озонового слоя, вступает с во взаимодействие. Химическая реакция порождает и молекулу кислорода. При встрече оксида хлора со свободным атомом кислорода возникает еще одно взаимодействие, в результате которого хлор освобождается, и появляется молекула кислорода. В дальнейшем цепочка повторяется, потому что хлор не способен выйти за границы атмосферы или опуститься на землю. Озоновые дыры - это следствие того, что снижается концентрация данного элемента из-за его ускоренного расщепления при появлении в его слое посторонних чужеродных составляющих.

Места локализации

Самые крупные озоновые дыры обнаружены над Антарктикой. Размер их практически соответствуют площади самого континента. Этот район практически не населен, но ученые высказывают опасение, что брешь может распространиться на другие области планеты, интенсивно заселенные. Это чревато и гибелью Земли.

Для предотвращения уменьшения озонового слоя необходимо в первую очередь снизить количество разрушающих веществ, выбрасываемых в атмосферу. В 1987 году был подписан Монреальский договор в 180 странах, который предусматривает снижение выброса веществ, содержащих хлор, в поэтапном режиме. Сейчас уже озоновые дыры уменьшаются, и ученые высказывают надежду, что ситуация полностью исправится к 2050 году.

Озон (О 3) образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излуче­ния Солнца в стратосфере. Озоновый слой (озоновый экран, озоносфера) распола­гается в атмосфере на высоте 10-50 км с максимумом концентрации озона на вы­соте 20-25 км (над полюсами он тоньше, как и вся атмосфера, а над экватором – толще). Если всё количество озона собрать при нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20 о С), то толщина этого слоя составит всего 2,5 – 3 мм.

Значение озонового слоя

Озоновый экран задержи­вает проникновение к земной поверхно­сти наиболее жесткого УФ-излучения Солнца смертоносного «диапазона Б», поражающего всё живое. Сокращение озонового слоя ведет к резкому увеличению онкологических заболеваний (уменьшение слоя на 1 % означает усиление ультрафиолетового излучения на 2 % и ведет к росту заболеваний раком кожи на 5 – 6 %), поражению роговицы глаз и слепоте, развитию мутации, уменьшению продуктивности некоторых видов растений, а при сильном сокращении – к уничтожению всего живого.

Избыток УФ-излучения нарушает иммунную защиту организма, способствуя появлению таких заболева­ний у человека, как волчанка (туберкулез кожи), рожа, оспа, лейшманиоз, вирусный герпес и др.

Установлено, что снижение со­держания озона в атмосфере может спо­собствовать усилению парникового эф­фекта более существенно, чем увеличение концентрации диоксида углерода.

Чрезмерный поток УФ-излучения губителен для фито- и зоопланктона, личинок многих рыб.

Немного истории

Озоновые дыры чаще всего появляются над полюсами, где мощность атмосферы меньше, и наибольших величин они достигают над Антарктидой (где холоднее). Это явление начали отмечать ещё в 70-х годах ХХ века, но максимума они достигли в середине 80-х.

Так, в октябре 1985 г, появились сообщения о том, что концен­трация озона в стратосфере над английской станцией Халли-Бей (Антарктида) уменьшилась на 40% от ее минимальных значений, а над японской - почти в 2 раза.. Это явление и получило название «озоновой дыры». Значительных размеров озоновые дыры над Антарктидой возникали, как правило, весной 1987,1992,1997 гг., когда фиксировалось снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО) на 40-60%. Весной 1998 г. озоновая дыра над Антарктидой достигла рекордной площади - 26 млн. кв. км (в 3 раза больше территории Австралии). А на высоте 14-25 км в атмосфере произошло почти полное разрушение озона.

Аналогичные явления отмечались и в Арктике (особенно с весны 1986г.), но размеры озоновой дыры здесь были почти в 2 раза меньше, чем над Антарктикой. В марте 1995 г. озоновый слой Арктики был истощен примерно на 50%, при чем сформировались «мини-дыры» над северными районами Канады и Скандинавским полуостровом, Шотландскими островами (Великобритания).

Озоновые дыры отмечаются не только над полюсами. Известны случаи, когда распространившиеся до Южной Америки дыры вели к ослеплению домашнего скота, главным образом КРС. В КР озоновая дыра отмечалась в мае 1995 года над высокогорными районами. Размеры и продолжительность (около 4-5 суток) её существования были незначительны, и к каким-то последствиям она не привела.

Причины образования озоновых дыр

Многочисленные международные экс­педиции по изучению озоновых дыр в Антарктиде к Арктике установили, что, помимо различных природных факторов, все же основным является наличие в ат­мосфере значительного количества ХФУ (фреонов).

Фреоны (хлорфторуглероды ) - высо­колетучие, химически инертные у земной поверхности вещества (синтезированы в 1930-х гг.), с 1960-х гг. стали широко при­меняться в качестве хладагентов (холо­дильники, кондиционеры, рефрижерато­ры), пенообразователей аэрозолей и др. Фреоны, поднимаясь в верхние слоя ат­мосферы, подвергаются фотохимическо­му разложению, образуя окись хлора, ин­тенсивно разрушающую озон (каждый атом хлора способен уничтожить 100 000 молекул озона). Продолжи­тельность пребывания фреонов в атмо­сфере составляет в среднем 50-200 лет.

Мероприятия по охране озонового слоя

В 1985 г. была принята Венская конвенция о защите озонового слоя.

В 1987 г. в Монреале представители 36 стран подписали Протокол, по которо­му они взяли на себя обязательства умень­шить использование, а затем прекратить применение в промышленности и в быту озоноразрушающих веществ (ОРВ). Через 10 лет число стран, подписавших данный Протокол, увеличилось до 163.

В ряде стран с целью охраны озоново­го слоя были получены альтернативные озонобезопасные заменители фреонов, в частности фирмы Германии, Италии, Швейцарии, Великобритании стали ис­пользовать хладагент - изобутан, имею­щий нулевой озоноразрушающий потен­циал. Во многих странах при производ­стве аэрозолей стали использовать эколо­гически чистый фреон - углеводород­ный пропеллент (80% всех производи­мых аэрозолей в мире).

В США и России уже начаты исследования по активным методам, осно­ванным на сложных физико-химических процессах, способствующих либо умень­шению скорости разрушения озона в стратосфере, либо ускорению его образо­вания. Так, для затягивания озоновых дыр над Антарктидой возможно применение метода инжекции (внесения) в стратосфе­ру этана (С 2 Н б) или пропана (С 3 Н 8), кото­рые будут связывать атомарный хлор, раз­рушающий озон, в пассивный к нему хло­ристый водород. Существуют также физи­ко-химические методы, ускоряющие об­разование озона в стратосфере, в частно­сти методы электромагнитного излучения, с помощью электрических разрядов (принцип озонатора) и лазерного излуче­ния.

Кроме того, чтобы предотвратить поступление ХФУ из множества имеющихся охлаждающих устройств, разработаны способы их утилизации.

Озоновые дыры - «дети» стратосферных вихрей

Хотя озона в современной атмо сфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жест кое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, стратосферный озон - важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды.

Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов). Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось...

Озон (О 3) представляет собой сравнительно редкую молекулярную форму кислорода, состоящую из трех атомов. Хотя озона в современной атмосфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому до появления фотосинтеза - и, соответст­венно, свободного кислорода и озонового слоя в атмосфере - жизнь могла существовать только в воде.

Кроме того, стратосферный озон - важный климатиче­ский фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды. Поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, озон нагревает стратосферу и тем самым регулирует характер планетарных тепловых и циркулярных процессов во всей атмосфере.

Неустойчивые молекулы озона в естественных условиях образуются и распадаются под действием различных факторов живой и неживой природы, причем в ходе длительной эволюции этот процесс пришел к некоторому динамическому равновесию. Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов).

Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось. Особенно общественное мнение взбудоражило открытие над Антарктидой так называемой озоновой «дыры».

«Дыра» над Антарктидой

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой - озоновую дыру - впервые обнаружили еще в 1957 г., в Международный геофизический год. Настоящая же история ее началась через 28 лет со статьи в майском номере журнала Nature , где было высказано предположение, что причиной аномального весеннего минимума ОСО над Антарктидой служит промышленное (в том числе и фреонами) загрязнение атмосферы (Farman et al. , 1985).

Было установлено, что озоновая дыра над Антарктидой возникает обычно раз в два года, держится около трех месяцев, а затем исчезает. Она представляет собой не сквозное отверстие, как может показаться, а углубление, поэтому более правильно говорить о «провисании озонового слоя». К сожалению, все дальнейшие исследования озоновой дыры в основном были направлены на доказательство ее антропогенного происхождения (Roan, 1989).

ОДИН МИЛЛИМЕТР ОЗОНА Атмосферный озон представляет собой сферический слой толщиной около 90 км над поверхностью Земли, причем озон в нем распределен неравномерно. Больше всего этого газа сосредоточено на высоте 26–27 км в тропиках, на высоте 20–21 км - в средних широтах и на высоте 15–17 км - в полярных областях.
Общее содержание озона (ОСО), т. е. количество озона в атмосферном столбе в конкретной точке, измеряется по поглощению и излучению солнечной радиации. В качестве единицы измерения используется так называемая единица Добсона (е. Д.), соответствующая толщине слоя чистого озона при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) и температуре 0° С. Сто единиц Добсона соответствуют толщине озонового слоя в 1 мм.
Величина содержания озона в атмосфере испытывает суточные, сезонные, годовые и многолетние колебания. При среднем глобальном ОСО в 290 е. Д. мощность озонового слоя меняется в широких пределах - от 90 до 760 е. Д.
За содержанием озона в атмосфере следит мировая сеть из около ста пятидесяти наземных озонометрических станций, очень неравномерно распределенных по террито­рии суши. Такая сеть практически не может регистрировать аномалии в глобальном распределении озона, даже если линейный размер таких аномалий достигает тысячи километров. Более детальные данные об озоне получают с помощью оптической аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли.
Нужно отметить, что само по себе некоторое уменьшение общего содержания озона (ОСО) не является катастрофическим, особенно в средних и высоких широтах, потому что облака и аэрозоли также могут поглощать ультрафиолетовое излучение. В той же Центральной Сибири, где число облачных дней велико, отмечается даже дефицит ультрафиолета (около 45 % от медицинской нормы).

Сегодня существуют разные гипотезы относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. Однако в химическую антропогенную теорию не укладывается много известных фактов. Например, рост содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах.

Вот самый «наивный» вопрос: почему дыра образуется в южном полушарии, хотя фреоны вырабатываются в северном, при том что неизвестно, имеется ли в это время воздушное сообщение между полушариями?

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой впервые обнаружили еще в 1957 г., а спустя три десятилетия вину за это возложили на промышленность

Ни одна из существующих теорий не опирается на широкомасштабные детальные измерения ОСО и исследования процессов, про­исходящих в стратосфере. Ответить на вопрос о степени изолированности полярной стратосферы над Антарктидой, как и на ряд других вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось лишь с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков, предложенного В. Б. Кашкиным (Кашкин, Сухинин, 2001; Kashkin et al. , 2002).

Воздушные потоки в тропо­сфере (до высоты 10 км) с давних пор прослеживали, наблюдая за поступательными и вращательными перемещениями облаков. Озон, по сути, также представляет собой огромное «облако» над всей поверхностью Земли, и по изменениям его плотности можно судить о движе­нии воздушных масс выше 10 км, - так же, как мы узнаем направление ветра, глядя на облачное небо в пасмурный день. Для этих целей плотность озона следует измерять в точках пространственной решетки с определенным временным интервалом, например, каждые 24 часа. Проследив, как изменилось поле озона, можно оценить угол его поворота за сутки, направление и скорость движения.

ЗАПРЕТ НА ФРЕОНЫ - КТО ВЫИГРАЛ? В 1973 г. американцы Ш. Роуланд и М. Молина обнаружили, что атомы хлора, выделяющиеся из некоторых летучих искусственных химических веществ под действием солнечного излучения, могут разрушать стратосферный озон. Ведущую роль в этом процессе они отвели так называемым фреонам (хлорфторуглеродам), которые в то время широко использовались в бытовых холодильниках, в кондиционерах, в качестве газа-вытеснителя в аэрозолях и т. д. В 1995 г. эти ученые совместно с П. Крутценом были удостоены за свое открытие Нобелевской премии по химии.
На производство и использование хлорфторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой, стали налагаться ограничения. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, который предусматривает контроль за 95 соединениями, в настоящее время подписали более 180 государств. В законе Российской федерации об охране окружающей природной среды также есть специальная статья, посвященная
охране озонового слоя Земли. Запрет на производство и потребление озоноразрушающих веществ имел серьезные экономические и политические последствия. Ведь фреоны обладают массой достоинств: они малотоксичны по сравнению с другими хладагентами, химически устойчивы, негорючи и совместимы со многими материалами. Поэтому руководители химической промышленности, особенно в США, вначале были против запрета. Однако позднее к запрету присоединился концерн Дюпон, предложивший использовать в качестве альтернативы фреонам гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды.
В западных странах начался «бум» с заменой старых холодильников и кондиционеров новыми, не содержащими озоноразрушающих веществ, хотя такие технические устройства имеют более низкий КПД, менее надежны, потребляют больше энергии и при этом более дорогостоящи. Компании, первыми начавшие применять новые хладагенты, оказались в выигрыше и получили громадные прибыли. Только в США убытки от запрета на хлорфторуглероды составили десятки, если не более, миллиардов долларов. Появилось мнение, что так называемая озоносберегающая политика могла быть инспирирована владельцами крупных химических корпораций с целью укрепить свое монопольное положение на мировом рынке

С помощью нового метода была исследована динамика озонового слоя в 2000 г., когда над Антарктидой наблюдалась рекордно большая озоновая дыра (Kashkin et al. , 2002). Для этого использовались спутниковые данные о плотности озона по всему южному полушарию, от экватора до полюса. В результате было установлено, что содержание озона минимально в центре воронки так называемого циркумполярного вихря, которая образовалась над полюсом, на чем мы подробно остановимся ниже. На основе этих данных была выдвинута гипотеза природного механизма образования озоновых «дыр».

Глобальная динамика стратосферы: гипотеза

Циркумполярные вихри образуются при движении стратосферных воздушных масс в меридиональном и широтном направлениях. Как это происходит? На теплом экваторе стратосфера выше, а на холодном полюсе - ниже. Воздушные потоки (вместе с озоном) скатываются со стратосферы как с горки, и движутся все быстрее от экватора к полюсу. Движение с запада на восток происходит под воздействием силы Кориолиса, связанной с вращением Земли. В результате потоки воздуха как бы наматываются, как нити на веретено, на южное и северное полушария.

«Веретено» воздушных масс вращается в течение всего года в обоих полушариях, но более выражено в конце зимы и начале весны, потому что высота стратосферы на экваторе почти не меняется в течение года, а на полюсах она выше летом и ниже зимой, когда там особенно холодно.

Слой озона в средних широтах создается за счет мощного притока с экватора, а также в результате фотохимических реакций, происходящих на месте. А вот озон в районе полюса обязан своим происхождением в основном поступлению с экватора и из средних широт, и его содержание там довольно низкое. Фотохимические реакции на полюсе, куда солнечные лучи падают под малым углом, идут медленно, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути.

На основе спутниковых данных о плотности озона была выдвинута гипотеза естественного механизма образования озоновых дыр

Но воздушные массы движутся так не всегда. В самые холодные зимы, когда стратосфера над полюсом очень низко опускается над поверхностью Земли и «горка» становится особенно крутой, ситуация меняется. Стратосферные потоки скатываются так быстро, что возникает эффект, знакомый каждому, кто наблюдал, как вода стекает через отверстие в ванне. Достигнув определенной скорости, вода начинает быстро вращаться, а вокруг отверстия образуется характерная воронка, создаваемая центробежной силой.

Нечто подобное происходит и в глобальной динамике стратосферных потоков. Когда потоки стратосферного воздуха набирают достаточно большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. В результате воздушные массы движутся от экватора и от полюса навстречу друг другу, что приводит к формированию быстро вращающегося «вала» вихря в области средних широт.

Обмен воздухом между экваториальной и полярной областями прекращается, озон с экватора и из средних широт на полюс не поступает. Кроме того, оставшийся на полюсе озон, как в центрифуге, отжимается к средним широтам центробежной силой, поскольку он тяжелее воздуха. В результате концентрация озона внутри воронки резко падает - над полюсом образуется озоновая «дыра», а в средних широтах - область высокого содержания озона, соответствующая «валу» циркумполярного вихря.

Весной антарктическая стратосфера прогревается и поднимается выше - воронка исчезает. Воздушное сообщение между средними и высокими широтами восстанавливается, к тому же ускоряются фотохимические реакции образования озона. Озоновая дыра исчезает до новой особенно холодной зимы на Южном полюсе.

А что в Арктике?

Хотя динамика стратосферных потоков и, соответственно, озонового слоя в северном и южном полушариях в целом схожа, озоновая дыра время от времени возникает только над Южным полюсом. Над Северным полюсом озоновых дыр не возникает, поскольку зимы там мягче и стратосфера никогда не опускается настолько низко, чтобы воздушные потоки набрали скорость, необходимую для образования воронки.

Хотя циркумполярный вихрь образуется и в северном полушарии, озоновых дыр там не наблюдается из-за более мягкой, чем в южном полушарии, зимы

Есть и еще одно важное отличие. В южном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза быстрее, чем в северном. И это неудивительно: Антарктида окружена морями и вокруг нее существует циркумполярное морское течение - по существу, вместе вращаются гигантские массы воды и воздуха. Иная картина в северном полушарии: в средних широтах там находятся материки с горными хребтами, и трение воздушной массы о земную поверхность не позволяет циркумполярному вихрю набрать достаточно большую скорость.

Однако в средних широтах северного полушария иногда появляются небольшие озоновые «дыры» иного происхождения. Откуда они берутся? Движение воздуха в стратосфере средних широт гористого северного полушария напоминает движение воды в мелком ручье с каменистым дном, когда на поверхности воды образуются многочисленные водовороты. В средних широтах северного полушария роль рельефа поверхности дна играют перепады температур на границе континентов и океанов, горных массивов и равнин.

Резкая смена температуры на поверхности Земли приводит к формированию в тропосфере вертикальных потоков. Стратосферные ветры, наталкиваясь на эти потоки, создают вихри, которые могут вращаться в обоих направлениях с равной вероятностью. Внутри них появляются области с пониженным содержанием озона, то есть озоновые дыры, намного меньшие по размеру, чем на Южном полюсе. И нужно отметить, что такие вихри с разными направлениями вращения были обнаружены при первой же попытке.

Таким образом, динамика стратосферных воздушных потоков, которую мы проследили, наблюдая за облаком озона, позволяет дать правдоподобное объяснение механизма образования озоновой дыры над Антарктидой. По-видимому, подобные изменения озонового слоя, обусловленные аэродинамическими явлениями в стратосфере, имели место задолго до появления человека.

Все вышесказанное вовсе не означает, что фреоны и другие газы промышленного происхождения не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Однако ученым еще предстоит выяснить, каково соотношение природных и антропогенных факторов, влияющих на образование озоновых дыр, - делать поспешные выводы в столь важных вопросах недопустимо.