Озоновые дыры новый взглядВ начале 80-х годов английские и японские ученыевыяснили, что с конца 70-х годов над Антарктикой непрерывно истощаетсяозоносфера - слой атмосферного озона. Наземные и спутниковые измеренияобнаружили своего рода озоновую дыру , в которой озона в столбевоздуха было на 30-50 меньше нормы. Эта дыра в Антарктикенаблюдается весной сентябрь - ноябрь , в другие сезоны содержание озона ближек норме.Заметнее всего это уменьшение на высотах 15-25 км, в слое смаксимальным содержанием озона.
Позднее выяснилось, что озона в атмосферестановится все меньше и меньше также в средних и высоких широтах Северногополушария зимой - весной январь - март , особенно над Европой, США, Тихимокеаном, Европейской частью России, Восточной Сибирью и Японией.Детальные измерения показали, что при общемистощении озоносферы содержание озона возрастало, в частности, над Лабрадором северо-восток Канады в январе. Временами например, в 1988 г. оноувеличивалось и над Антарктикой.Однако в целом содержание озона в атмосфере запоследние два десятилетия значительно уменьшилось.Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя,предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям - вспышкерака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животногомира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой дыры над Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.Озон образуется в верхней стратосфере 40-50 км при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора.
Внижней стратосфере 10-25 км , где озона больше всего, главную роль в сезонныхи более длительных изменениях его концентрации играют процессы переносавоздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический состав атмосферы идолговременные с периодом более 10 лет вариации процессов переноса.Разрушается же он, взаимодействуя свыбрасываемыми в атмосферу веществами, содержащими хлор фреонами и галонами ,которые используют в различных отраслях промышленности.
Многочисленныеизмерения и расчеты свидетельствуют о том, что эти реакции протекают в основномна поверхности полярных стратосферных облаков, которые образуются здесь приочень низких менее -80 С температурах.
После окончания полярной ночи, всентябре, с восходом солнца образуются атомы хлора, разрушающие молекулы озона.Наблюдения показали, что подобный химический механизм действует и в Арктике вянваре - марте . Температура нижней стратосферы в Арктике выше, чем вАнтарктике, поэтому полярные стратосферныеоблака здесь образуются реже, так что озоновая дыра регистрируетсяглавным образом над Антарктикой. Ключевой элемент этого механизма разрушенияозона - именно полярные стратосферные облака, образующиеся только при очень низкихтемпературах.
Такие температуры над Антарктикой обусловлены сильными западнымиветрами, которые формируют своеобразный полярный барьер егоназывают также полярным вихрем , препятствуя межширотному обмену теплом иозоном.При любом обсуждении проблемы озоновой дыры возникают следующие вопросы почему она проявилась только в конце 80-хгодов существуют ли долговременные процессы встратосфере, способствующие образованию температурного барьера , икак они связаны с наблюдаемыми аномалиями? Ответы на них надо искать в системе океан- атмосфера . Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарнымипланетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период,сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних ивысоких широтах.
Один из источников этих волн - разные температуры надповерхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанскойповерхности сказываются на волновой активности.
При длительном же ослабленииволновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается еенижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условиядля разрушения озона.Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильноизмениться. Так что основной причиной озоновой дыры в Антарктикевполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы,связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.Сопоставив изменения волновой активностистратосферы и содержания озона в 1979-1992 гг специалисты заключили, чтоослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высокихширотах из-за меньшего межширотного обмена.
Похоже, что летом 1980 г. резкоизменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой дыры .Чем же вызваны столь серьезные изменения?Видимо, это результат сразу нескольких крупномасштабных процессов в Мировомокеане капризов Эль-Ниньо в Тихом океане теплое сезонноеповерхностное течение у берегов Эквадора и Перу, параметры которого меняются годот года , аномалий температур значительных участков поверхности в Атлантическоми Индийском океанах.
Из общих физических соображений ясно, что как ежегодные, так и более длительные изменения в стратосфере связаны прежде всего саномалиями температуры океанов.
Современные математические методы позволяютвыявить наиболее характерные черты этих связей и проследить их эволюцию.Результаты соответствующих расчетов свидетельствуют о том, что измененияконцентрации озона в атмосфере, циркуляции в стратосфере, температурыповерхности Атлантического океана хорошо согласуются между собой. Так что, вчастности, изменения концентрации озона в атмосфере Северного полушария взимнее время могут быть результатом температурных аномалий в Атлантике.Подобный подход позволяет не только установитьподлинные причины наблюдаемых изменений в озоносфере, но и оценить влияние нанее антропогенных факторов, о котором столько говорилось в последние годы. Этовлияние оказывается наибольшим над Западной Европой более 70 , восточнымпобережьем США 60-70 , Московским регионом и Токио 60 . Снижение жесодержания озона над средними широтами Тихого океана и северной Европойвызвано, главным образом, естественными долговременными процессами.Естественные причины привели и к росту концентрации озона над Лабрадором -антропогенные факторы могут способствовать лишь его разрушению.Нельзя не упомянуть и о независимыхподтверждениях длительных вариаций параметров Мирового океана и атмосферы.Исследователи обнаружили, что температура поверхности Атлантического, Тихого иособенно Индийского океанов в средних широтах Южного полушария резко возросла в1979 г. Японские специалисты установили также отсутствие полярного барьера в стратосфере Южного полушария в начале и середине 70-х годов.Сегодня ученые располагают свидетельствами десятилетних и более длительныхциклов изменения параметров Мирового океана и атмосферы.Почему же озоновая дыра надАнтарктикой не наблюдалась ранее, ведь содержание озона здесь измеряли с 50-хгодов? Возможны два ответа.
Например, период изменений в системе океан -атмосфера , сопровождавшихся появлением озоновой дыры вАнтарктике, больше периода наблюдений.
Такую дыру не обнаружили вАрктике и при более длительных наблюдениях, но это уже объясняется, скорее всего,особенностями атмосферной циркуляции в Северном полушарии, обусловленными, всвою очередь, различиями между полушариями в расположении материков и океанов.
Впрочем, озоновая дыра в Антарктике могла существовать и в прежниегоды, но в июне - августе, т.е. во время полярной антарктической ночи, когдаизмерения содержания озона были невозможны.
Любопытно, что образование озоновой дыры за счет естественных вариаций природных характеристик никак несвязано с появлением Солнца после полярной ночи в отличие от химическихмеханизмов разрушения озонового слоя при антропогенных выбросах упомянутыхгазов .Появление озоновой дыры в Антарктикеможет свидетельствовать о существовании длительных с периодом несколькодесятилетий циклов в Мировом океане и атмосфере.
Эти циклы способны серьезноповлиять на климат и проявиться в погодных аномалиях и стихийных бедствиях ураганах, торнадо, тайфунах в различных районах Земного шара. Таким цикламлегче проявить себя именно в стратосфере, а не в тропосфере, на характеристикикоторой влияют самые разные часто случайные факторы.Антропогенное же воздействие на атмосферупредставляется сильно преувеличенным.
К сожалению, наблюдения за изменениями встратосфере пока слишком непродолжительны, чтобы окончательно выделить однупричину озоновой дыры в Антарктике.Однако уже сейчас очевидно,что, рассматривая проблемы озонового слоя и изменений климата Земли, необходимоучитывать не только антропогенные факторы, но и долговременные естественныеизменения во взаимодействующей системе океан - атмосфера . Впоследнее время стали высказываться предположения о том, что вариации скоростивращения Земли вокруг своей оси каким-то неизвестным пока образом влияют наМировой океан.В качестве примеров такого влияния обычноссылаются на меняющееся поведение уже упомянутого Эль-Ниньо и такихтечений, как Куросио и Гольфстрим.
Но тогда изменения климата и озонового слоя,возможно, зависят и от очень медленных процессов в ядре и мантии Земли,которые, безусловно, сказываются на скорости ее вращения.
Будущие исследованияэтой фундаментальной проблемы потребуют объединить усилия специалистов,изучавших прежде сушу, океан и атмосферу по отдельности, а также учитывать недо конца ясные пока солнечно-земные связи.Список использованной литературы Журнал Экология ижизнь .Статья Е.А. Жадина, кандидатфизико-математических наук.