Чем опасны озоновые дыры для человека
Что такое озоновые дыры и чем они опасны для населения Земли?
На данный момент нам известна лишь одна планета, пригодная для жизни человечества, это Земля. Задача людей — оберегать свой общий дом от опасностей. Одной из значительных угроз являются озоновые дыры в атмосфере, газовой оболочке планеты. Этот озоновый слой защищает нас от солнечной радиации, без него всему живому не выжить. В этой статье мы расскажем о том, что такое озоновые дыры и почему они появляются, к каким непоправимым последствиям могут привести. Мы рассмотрим способы предотвратить катастрофу и меры, которые принимает человечество, а также популярные мифы про озоновые дыры.
Озоновый слой входит в состав стратосферы, он расположен на высоте 20-30 км над поверхностью планеты. Озон образуется из кислорода, реакция стимулируется солнечным светом. Молекула кислорода состоит из двух атомов. Когда О2 взаимодействует с фотонами ультрафиолета, один из атомов отсоединяется от одной молекулы и присоединяется к другой. Таким образом вместо кислорода — О2 получается озон — О3. Это газ голубого цвета со специфическим запахом. Каждый из нас знает, как пахнет озон, это запах, который мы ощущаем после дождя.
Без озонового слоя в момент зарождения жизни микроорганизмы не смогли бы выйти из океана и населить материки. Соответственно, они не смогли бы развиться в высокоорганизованные формы жизни. Существование всего живого на Земле — заслуга озона. Но в начале прошлого столетия ученые заметили, что озоновый слой начал разрушаться, в нем образовались прорехи.
Что такое озоновые дыры и где они находятся?
Так называют зону стратосферы, в которой снижена концентрация озона. Наблюдается снижение в среднем на 30%. Через такие прорехи проникает больше ультрафиолета, оказывающего пагубное влияние на все живые организмы.
Первую такую дыру открыли в 1985 году над Антарктидой. Она была просто огромной, более тысячи километров в диаметре. В том месте высота озонового слоя составила 24 км. Путем наблюдений удалось выяснить, что дыра появлялась каждый год в конце лета, затем исчезала к началу зимы. Замеры показали, что концентрация озона снизилась на 50% относительно допустимой. Исследования 2008 года показали еще более неутешительные результаты. На тот момент площадь дыры над Антарктидой составила уже 26 миллионов квадратных километров. Это означает, что все живое на земле в большей опасности, чем предполагалось изначально.
Другая крупная прореха была найдена над Арктикой. Всего на данный момент насчитывается более сотни дыр, но самой крупной по-прежнему остается та, что была открыта первой. Всего за последние 50 лет концентрация озона снизилась на 7%.
Как образуются?
Истончение озонового слоя началось примерно в 70-е годы прошлого века. Причина в попадании в стратосферу озоноразрушающих компонентов. В основном это хлор и бром, а также другие вещества, которые появляются при вырубке лесов, химических выбросах промышленных предприятий, запуске ракет. Побочные компоненты деятельности человека поднимаются в атмосферу и распадаются в стратосфере под воздействием ультрафиолета. Выделившиеся бром и хлор сжигают молекулы озона. Всего одна молекула хлора может находиться в высоких слоях более сотни лет и сжечь за это время не меньше сотни тысяч молекул озона.
Есть и другие факторы. К примеру, полярные ночи, которые на севере продолжаются очень долго. В темное время озон не может образовывать. При этом низкие температуры создают стратосферные облака со скоплением ледяных кристалликов. В этих кристалликах накапливается молекулярный хлор. Затем приходит весна, и температура повышается, вновь появляется солнечный свет. От этого молекулярные связи хлора разрушаются, они разлетаются и начинают уничтожать озоновый слой.
Механизм затягивания озоновых дыр тоже объясним: когда солнце на полюсах светит сильнее, туда поступает больше воздуха. В воздухе присутствует озон, который затягивает прорехи.
О причинах
Причин множество, но самая главная из них — загрязнение окружающей среды по вине человека. Озоновый слой разрушают не только вышеупомянутые хлор и бром, но и водород, продукты горения, вредные выбросы промышленности. Масштабный урон наносят испытания ядерных технологий, так как при них высвобождается огромное количество энергии. При этом образуются оксиды азота, они вступают в реакцию с озоном, молекулы последнего при этом разрушаются. Ученые подсчитали, что с 1952 до 1971 год только за счет ядерной деятельности в атмосферу было выброшено не менее трех миллионов тонн оксидов азота.
Еще одна категория опасных причин — использование реактивных самолетов. В процессе полета они тоже образуют окиси азота. Чем мощнее двигатель, тем больше выбросов он будет отправлять в атмосферу. Количество азота, поступающего вследствие реактивной авиатехники, составляет около миллиона тонн каждый год.
Более близкая к быту простых людей категория — минеральные удобрения. Они повсеместно используются в сельском хозяйстве. Попадая в почву, минеральные вещества вступают в реакцию с частицами почвы и бактериями. При этом образуется закись азота, которая преобразуется в оксиды.
Последствия
Человек получает не только косвенный вред от изменения состояния окружающей среды, но и непосредственный. К такому выводу пришли врачи: истончение озонового слоя связано с развитием многих опасных заболеваний. Это онкологические процессы и болезни глаз, в частности катаракта, которая приводит к полной слепоте. К тому же происходит ослабление защитных сил организма, отчего развиваются болезни всех систем организма.
Страдают не только люди, но и представители флоры и фауны. В первую очередь это такие виды животного мира, как креветки, крабы, водоросли, планктон. Все они являются частью биосферы, изменения в популяции одного вида приводят к изменениям в другом.
Всемирные организации защиты окружающей среды пытаются оказать влияние на сложившуюся глобальную ситуацию. К примеру, ООН заключила международное соглашение, по условиям которого страны ограничили использование озоноразрушающих веществ. Но этого недостаточно, так как озон разрушается просто и быстро, а восстанавливается очень долго. Даже если мы полностью перестанет использовать все вредные вещества, чего сделать в принципе нельзя, то на избавление от всех прорех уйдет не менее сотни лет.
Восстановление озонового слоя
Международное соглашение, направленное на снижение выбросов хлора и брома в атмосферу работает. Это важная мера для восстановления концентрации озона, но только его одного для полного решения проблемы недостаточно.
Научный мир предложит перейти к активным мерам. Суть идеи в распылении при помощи летательных аппаратов созданных в лабораториях озона и кислорода. Это необходимо делать на высоте 12-30 километров над землей. Этот метод был бы эффективным, если бы не несколько оговорок. Во-первых, это очень дорого. Во-вторых, за один раз получилось бы пополнить атмосферу очень незначительным количеством относительно необходимого. Требуется очень много озона, а его перемещение — это очень сложный и опасный процесс. Идея эффективная, но не практичная.
Прогноз на будущее
Ученые погружаются в изучение озоновых дыр все глубже. Обнаружено, что в крупных промышленных зонах они появляются и исчезают сами по себе. Отмечена и положительная динамика: некоторые крупные прорехи в озоновом слое стали уменьшаться. Общая концентрация озона в стратосфере тоже постепенно повышается. Это подтверждает, что конвенция ООН и другие принимаемые меры работают.
Огромный вклад внес Монреальский протокол, подписанный в 1987 году. В него вступили ряд государств, они обязались снизить количество вредного для окружающей среды транспорта и уменьшить объемы выбросов озоноразрушающих веществ. Важно и то, что человечество начало использовать альтернативные источники энергии, и теперь может беречь озоновый слой без ущерба для собственного комфорта.
Озоновый слой не только защищает нас от ультрафиолета, но и способствует сохранению тепла. С его истончением климат на планете становится более холодным. Также последствиями становятся изменения направлений ветров и засухи, влекущие за собой голод.
Мифы про озоновые дыры
Про актуальность данной проблемы мы знаем еще со школы. Естественный антирадиационный барьер становится тоньше, и это главная из всех глобальных угроз для человечества. Тема постоянно обсуждается в СМИ, и на почве этого появляется множество слухов. Разберем самые навязчивые из них.
Во всем виноват фреон
Используемый в холодильниках и кондиционерах фреон действительно влияет на разрушение, но это лишь один из множества факторов. Даже если человечество полностью откажется от использования данного газа, то по-прежнему останутся соединения хлора и брома, выхлопные газы, окислы азота и другие вещества. Фреон широко известен в массах, поэтому ему достается больше внимания, это никак не указывает на его особенную опасность.
Фреон никак не влияет
Противоположное мнение, сторонники которого считают, что фреон слишком тяжелый, чтобы подняться в атмосферу и повлиять на нее. В действительности в газовой оболочке земли все газы перемешиваются, и тяжесть молекул каждого из них уже не играет никакой роли. В качестве примера можно привести углекислый газ, он значительно тяжелее воздуха, но все же поднимается вверх и создает другую глобальную проблему — парниковый эффект.
Природа разрушает себя сама
Это не так. Полярные ночи способствуют снижению выработки озона, но это естественное явление, после которого нормальная концентрация всегда восстанавливается. Антропогенные факторы, то есть выбросы опасных веществ, преобладают по степени вреда над природными.
Проблема существует только в Антарктике
Ученые обнаруживают озоновые дыры в атмосфере по всей планете, над разными континентами. В Антарктиде обнаружена первая и самая большая прореха, но менее крупные точно так же опасны.
Последствия разрушения озонового слоя
Истощение озонового слоя увеличивает количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли. Лабораторные исследования показывают, что средневолновой ультрафиолет (УФ-B) вызывает рак кожи, не связанный с меланомой, и играет важную роль в развитии злокачественной меланомы.
Кроме того, УФ-B связан с развитием катаракты — помутнения хрусталика глаза.
Поскольку весь солнечный свет содержит некоторое количество УФ-B, даже при нормальном уровне озона в стратосфере, всегда важно защищать кожу и глаза от солнца.
Разрушение озонового слоя и растения
Ультрафиолетовое излучение влияет на физиологические процессы и процессы развития растений. Несмотря на механизмы снижения или восстановления этих эффектов и способность адаптироваться к повышенным уровням УФ-B, ультрафиолет может непосредственно влиять на рост растений.
Косвенные изменения, вызванные УФ-B (такие как изменения формы растения, распределение питательных веществ в растении, сроки фаз развития и вторичного метаболизма) могут быть в равной степени, а иногда и более важными, чем разрушительные эффекты УФ-B. Эти изменения могут иметь неблагоприятные последствия для экосистем, агроценозов, вызывают нарушения биогеохимических циклов.
Не хотите чтобы продолжалось разрушение озонового слоя? Вот что можно сделать ваша организация:
Разрушение озонового слоя и водные экосистемы
Фитопланктон образует основу для водных кормовых сетей. Производительность фитопланктона ограничивается эвфотической зоной, верхним слоем водоемов, в котором имеется достаточное количество солнечного света для поддержания чистой производительности.
Было показано, что воздействие солнечного УФ-B-излучения влияет как на ориентацию, так и на подвижность фитопланктона, что приводит к снижению выживаемости этих организмов. Ученые продемонстрировали прямое снижение производства фитопланктона из-за связанного с разрушением озонового слоя увеличения содержания УФ-B.
Было обнаружено, что ультрафиолетовое излучение наносит ущерб ранним стадиям развития рыб, ракообразных, земноводных и других морских животных. Наиболее тяжелыми последствиями являются снижение репродуктивной способности и нарушение развития личинок. Небольшое увеличение УФ-облучения может привести к сокращению популяции мелких водных организмов, что повлияет на пищевую цепочку.
Последствия разрушения озонового слоя для биогеохимических циклов
Увеличение ультрафиолетового излучения может повлиять на биогеохимические циклы на суше и в воде, изменяя таким образом как источники, так и поглотители парниковых и химически важных следовых газов (например, двуокиси углерода, окиси углерода, карбонилсульфида, озона),
Научная электронная библиотека
Озоновые дыры
Подлинная причина появления озоновых дыр не установлена. Но многие ученые считают, что снижение концентрации озона связано с выбросами в атмосферу хлор- и фторсодержащих соединений: фреона, использующегося в холодильной технике, распылителей, применяемых в косметике. Фреоны (хлорфторбромуглеводороды) впервые получены в 1928 году и обладают важными для технических приложений свойствами (инертностью, стабильностью, нетоксичностью, негорючестью, нерастворимостью в воде и др.). Они нашли широкое применение в промышленности и быту (в холодильных установках, кондиционерах, аэрозолях, во многих технологических процессах и т.д.).
Но под влиянием ультрафиолетового излучения из молекул, например, хлорсодержащих фреонов выделяются атомы хлора, любой из которых при столкновении с молекулами озона «выбивает» из каждой атом кислорода, превращая ее в молекулу кислорода. При этом каждый атом хлора может «перепортить» многие тысячи молекул озона.
Кроме этого нужно иметь в виду, что в настоящее время вокруг Земли летает около 14 000 объектов размером более 10 см (старые спутники, ступени ракет, обломки конструкций, инструменты, радиоактивные предметы, запущенные в прошлом США и СССР и др.), а объектов с меньшими размерами еще больше (см: Аргументы и факты, № 50, 2008, с.29). Столкновение с ними новых спутников, космических кораблей и самих космонавтов представляет реальную опасность. Но с ежегодными новыми запусками кораблей и спутников масса этого «мусора» растет, и число его объектов увеличивается. Каждый большой и малый такой объект рано или поздно «падает» на Землю и, попадая в плотные слои атмосферы, сгорает в ней. А это тоже разрушающе действует на озоновый слой нашей планеты. И если выпуск и использование фреонов можно прекратить, то количество запусков космических тел будет только множиться.
Принятые международные решения по сохранению озонового слоя недостаточны, поскольку кроме фреонов есть и другие химические вещества, разрушающие его (оксиды азота, тяжелых металлов и др.). Главная же сложность в том, что в промышленности и быту фреонам не так просто найти равноценную замену, а также в том, что количество самолетов «высокопотолочной» авиации и количество запусков космических кораблей и спутников, вносящих свой вклад в разрушение озонового слоя, будет постоянно расти.
Озоновый слой и его влияние на мир
Озоновый слой и его влияние на мир
Автор: Andrey Yakovenko
Спасибо тебе за то, что ты перешел на эту статью, для меня это важно, ведь я вложил сюда свой труд. Это достаточно важная тема на сегодняшний день, потому что это один из аспектов экологии, который может повлиять на нашу жизнь. Пожалуйста обращай внимание на ссылки, с помощью них ты лучше вникнешь в эту тему, конечно же если она тебе интересна. Приятного чтения!
Что же такое озоновый слой?
Это воздушный слой земли состоящий из особых форм кислорода, поглащяющий ультрафиолетовые лучи, расположен он очень неравномерно. Из-за сильного действия ультрафиолетового излучения солнца, молекулы кислорода из которых состоит воздушная оболочка земли, присоединила к себе третий атом кислорода, так получается озон, большое количество озона в атмосфере это огромный плюс для нас.
Существует два «вида» озона. «Полезный» озон часто бывает после дождя и грозовых ливней, когда частицы озона проникают в нижние слои атмосферы. Он придаёт атмосфере свежесть. «Вредный» озон крайне опасен для живых организмов на земле. Вредный озон появился под воздействием человека. Выхлопные газы и промышленные выбросы попадают под действие лучей солнечного света вступают в фото-химическую реакцию, в результате образуется приземный озон, такой озон встречается в крупных городах. Этот газ неблагоприятно сказывается на здоровье человека и растений. Если бы озонового слоя не было, все живое на Земле попросту сгорело.
В 1985 году в первые была обнаружена озоновая дыра, диаметром свыше 1000 км над Антарктидой группу и британских учёных каждый август, тогда ученные поняли, что хлор разрушает озон. Фреоны, содержащие хлор бром, массово применяются в холодильниках, кондиционерах и в многочисленных аэрозольных баллончиках губительно влияет на озоновый слой, выборсы хлора осуществляющие миллионами людей каждый день, разрушают озоновый слой.
Последствия озоновых дыр
Ослабление озонового слоя усиливает поток ультрафиолетовой солнечной радиации, проникающей в океанские воды, что ведет к увеличению смертности среди морских животных и растений.
Восстановление озонового слоя
Несмотря на то, что населением были установлены мены согласно ограничению выбросов хлор- также бромсодержащих фреонов, путём перехода в другие вещества, к примеру фторсодержащие фреоны, процедура возобновления озонового покрова заберет несколько десятков лет. В целом, это обуславливается большим размером ранее существующих в атмосфере фреонов, которые обладают периодом существования от 10 до 100 лет. Согласно сведениям ученого Сьюзан Соломон, с 2000 до 2015 года озоновая дыра над Антарктидой уменьшилась приблизительно в территорию Индии. Согласно сведениям NASA, в 2000 г. среднегодовая область озоновой дыры над Антарктидой составляла 24,8 млн кв. километров, в 2015 году — 25,6 млн кв. километров, в 2019 — 9,3 миллионов кв. километров.
Для встречи с Александром Николаевичем Груздевым мы отправились в Звенигород. Здесь работают сотрудники Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН, проводят важные измерения, анализируют данные о состоянии атмосферы, в том числе озонового слоя. Эта тонкая прослойка озона защищает планету и все живое от солнечного излучения. Еще в 80-е годы прошлого века ученые заметили, что возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и фторсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя. Чтобы разрешить ситуацию, был принят знаменитый Монреальский протокол. Удалось ли реализовать принятые меры? Почему озоновые дыры всё равно появляются? Насколько серьезными могут быть последствия ослабления озонового слоя? Эти и другие вопросы мы задали одному из главных специалистов по озоновому слою в России — Александру Николаевичу Груздеву.
Александр Николаевич Груздев — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН.
— Каковы задачи Звенигородской научной станции Института физики атмосферы?
— С самого начала у станции был широкий круг задач в разных областях науки об атмосфере. Здесь занимались изучением динамических процессов в атмосфере, в частности связанных с турбулентностью, которую в свое время Александр Михайлович Обухов активно изучал. Именно он сформулировал закон турбулентности, известный как закон двух третей Колмогорова-Обухова. Возникли задачи, связанные с климатом: изучение влияния аэрозолей, малых газовых составляющих, исследование облачности как части климатической системы, радиации и прочее. Эти исследования представляют как фундаментальный, так и прикладной интерес. Важнейшие задачи, появившиеся в первые годы работы станции, связаны с дистанционным зондированием, с вопросами свечения ночного неба на высотах от 100 километров и выше.
Сотрудники станции продолжают проводить важные измерения, хотя круг задач, конечно, сузился. В частности, здесь ведутся измерения содержания двуокиси азота, а также концентрации приземного аэрозоля. Основная работа на станции сегодня связана именно с измерительной деятельностью и, конечно, с интерпретацией и анализом результатов этих измерений.
— Поговорим об озоновом слое. Что это за часть атмосферы и какие функции он выполняет?
— Озоновый слой выполняет очень важную функцию: он защищает от опасного для живых существ ультрафиолетового излучения Солнца. Биологически активная радиация может воздействовать на биоту и, по-видимому, может приводить к нарушениям ДНК живых организмов. Такая радиация опасна и для человека. В больших количествах она негативно воздействует на кожу, вызывая опасные заболевания, в том числе, рак кожи.
Роль озона состоит также в том, что он, поглощая солнечную радиацию, преобразует избыточное количество энергии в тепло. Напомню, что озон — радиационно-активный газ, который участвует в нагревании стратосферы — слоя атмосферы на высотах примерно от десяти до пятидесяти километров. Нагревание влияет на циркуляцию атмосферы, которая в значительной степени определяется контрастом температуры. Поэтому неравномерное распределение озона создает тот самый контраст, который приводит к изменению ветровой обстановки, или циркуляции стратосферы.
Радиационные свойства озона проявляются и в тропосфере. Здесь озон в определенных условиях на некоторых высотах способствует небольшому парниковому эффекту.
Надо сказать, что озон — химически активный газ и в больших концентрациях является ядом. Для человека в больших концентрациях он опасен, как и для растений, чью деятельность озон может подавлять. Неспроста в населенных пунктах, особенно в больших городах, внимательно следят за состоянием приземного озона. В столице, например, этим занимается Мосэкомониторинг.
Между тем, основной объем озона находится в стратосфере. Но нужно понимать, что доля его в атмосфере очень небольшая: миллионные доли от числа молекул воздуха. Но этот слой задерживает радиацию, которая может нанести вред живым существам на Земле.
При этом распределение озона в атмосфере очень неоднородно. Скажем, в средних и высоких широтах, как правило, содержание озона выше примерно в два раза, чем в тропиках.
В 80-х годах прошлого века ученые обнаружили значительное уменьшение стратосферного содержания озона весной в Антарктиде — феномен, который впоследствии получил название озоновой дыры. Наблюдения показали, что в определенные периоды содержание озона существенно уменьшалось. С тех пор эта проблема у многих на слуху и, в общем-то, не потеряла своей актуальности. В частности, потому что в последние десятилетия похожие озоновые аномалии стали наблюдать и над Арктикой, в Северном полушарии, где живет больше людей и где это явление может привести к негативным последствиям.
— Что известно о причинах возникновения таких аномалий?
— Причина здесь двусторонняя. Прежде всего, отмечу, что озон возникает в результате реакции атомарного кислорода (О) с молекулярным кислородом (О2). Такая реакция наиболее активно протекает над экватором, в тропических широтах. За счет глобальной циркуляции озон переносится в средние и высокие широты, где он накапливается.
Изображение антарктической озоновой дыры, сентябрь 2000 года
— Почему происходит накопление?
— Дело в том, что помимо реакции, приводящей к возникновению озона, существуют и другие химические реакции, которые его разрушают. При этом скорость разрушения сильно зависит от высоты, времени суток, времени года, широты и содержания других примесей. Поэтому характерное время разрушения озона распределено крайне неравномерно. Скорость разрушения в полярных областях значительно меньше, а время, за которое он мог бы разрушиться, больше, чем над экватором. Проще говоря, озон, который образуется над экватором, постепенно переносится к полюсам. Там его время жизни больше. Именно поэтому в этих областях озон накапливается. То есть над тропиками мы имеем некоторый дефицит озона в стратосфере, а в средних и полярных широтах — его избыток.
— Тогда какие условия приводят к возникновению озоновых дыр?
Над Антарктидой такие явления происходят весной регулярно. Как я уже упомянул, озоновая дыра в отдельные годы стала проявляться и над Арктикой. Здесь она наблюдается реже, но, тем не менее, за последние два десятилетия произошли 3 эпизода довольно существенного уменьшения содержания стратосферного озона. Так, весной 2020 года над Арктикой наблюдалось рекордное уменьшение содержания озона, которое, однако, меньше и по площади, и по степени разрушения по сравнению с регулярными явлениями в Антарктиде.
— Когда говорят о климатических изменениях, упоминают две точки зрения: имеет место естественный процесс или антропогенное влияние. На возникновение озоновых дыр влияет антропогенный фактор?
— Согласно современным представлениям, антропогенное воздействие есть. Во всяком случае, оно ответственно за химическую часть механизма образования озоновых дыр. Как мы уже поняли, разрушение основано на химической схеме с участием хлора. Хлор в значительной степени попадает в атмосферу за счет расщепления соединений, которые производит человек. Это известные фреоны, хлорфторуглероды и другие. Что касается изменений атмосферной циркуляции, то имеет ли человек к этому отношение или нет — большой вопрос. Физика по своей сути наука экспериментальная. Теории возникают после накопления экспериментальных данных. В нашей области, связанной с озоновым слоем, эксперименты в природе в чистом виде невозможны. Экспериментальным материалом служат наблюдения. Чтобы говорить о климатических изменениях, нужны длительные измерения. К сожалению, пока их недостаточно. Что касается озоновых аномалий, то из отрывочных данных измерений вертикальных профилей озона в той же Антарктиде следует, что значительное уменьшение содержания озона в стратосфере наблюдалось и раньше. Но, вероятно, такие явления имели иную, нехимическую природу.
— Например, какую?
— Возможно, динамическую. Но сказать наверняка невозможно. Основное отличие состояло в том, что уменьшение содержания озона было отмечено не весной, как сейчас, а зимой.
— А сами климатические изменения, наблюдаемые сегодня, влияют на формирование или частоту подобных явлений?
— Конечно. Образование озоновых дыр над полярными областями связано с охлаждением стратосферы. В целом, в стратосфере выявлен отрицательный тренд температуры, то есть температура стратосферы на протяжении нескольких десятков лет, в целом, понижается. Но дело здесь не только в температуре, но и в интенсивности процессов переноса. Потому что та же атмосферная циркуляция переносит в сторону полюсов не только примеси, озон, но и тепло. Если интенсивность циркуляции падает, то перенос тепла уменьшается, что приводит к понижению температуры.
Наглядное представление об особенностях циркуляции связано со стратосферными полярными облаками и понятием стратосферного полярного вихря. Зимой в стратосфере ветер дует с запада на восток и как бы окружает полярную область. При этом ближе к полюсу скорость ветра падает. Сверху это выглядит как некий вихрь вокруг полюса. Своего максимума ветер достигает как раз в стратосфере. Если вихрь овальной формы, то это признак того, что полярная область внутри него изолирована от средних и тропических широт. Будучи предоставлена сама себе, она охлаждается, и температура внутри нее падает. Если же вихрь имеет волнообразную, возмущенную структуру, это указывает на то, что в эту область поступает и тепло, и тот же озон.
То есть возникновение озоновой дыры в весеннее время связано с динамикой полярного вихря. Если вихрь невозмущен, значит, следует ожидать охлаждения стратосферы и, вероятно, возникновения условий для химического разрушения озона.
— То есть, по сути, их можно даже предсказывать?
— На уровне моделей, да. Современные модели, конечно, позволяют предсказывать некоторые события, но заблаговременность пока небольшая: до нескольких недель.
— Почему озоновые дыры периодически уменьшаются либо увеличиваются в размере?
— Территория, занимаемая этой аномалией, характеризуется как область, где суммарное содержание озона ниже некоторого порогового значения, например, ниже 220 единиц Добсона. Это некая условная граница. Во время озоновой дыры в Арктике в 2020 году площадь территории, над которой общее содержание озона было меньше 220 единиц Добсона, была около 1 миллиона квадратных километров. А над Антарктидой эта площадь существенно больше, на порядок величин — раз в двадцать больше. И это при пороговом значении не 220, а 150 единиц Добсона.
Другой значимый параметр — продолжительность аномалии. В 2020 году озоновая дыра над Арктикой сохранялась в течение месяца. А над Антарктидой она существует на протяжении нескольких месяцев.
Когда площадь озоновой аномалии уменьшается, нельзя сказать, что аномалия как бы затягивается. Просто в эту область приходит воздух, богатый озоном. Поэтому у озоновой дыры нет контуров в привычном понимании.
— Как аномалия может повлиять на земную жизнь?
— Основной фактор, которого может опасаться человек, связан с ослаблением поглощения ультрафиолетового излучения. И такого рода последствия, судя по научным публикациям, действительно наблюдались. При этом эффект проявлялся даже в Австралии и на юге Чили. В результате циркуляции воздух с низким содержанием озона может переноситься к северу от Антарктиды, уже в населенные районы.
Но сильно переживать по этому поводу не стоит. Необходимо продолжать исследования и предпринимать меры, как когда-то были приняты меры по сокращению производства и выбросов фреонов.
К тому же в мире есть куда более серьезные проблемы, в частности, социальные, с которыми проблема атмосферного озона не сравнится.
— Если говорить о том самом Монреальском протоколе, который вы упомянули, то насколько он был реализован?
— В нашем научном сообществе распространены разные точки зрения. Но я бы смотрел на его реализацию с разных сторон. Скажем, меры, предложенные в протоколе, поддержала и Россия. Но реализация этих ограничений в нашей стране пришлась на период деградации нашей промышленности по совершенно другим причинам.
Как бы то ни было, глобальное производство озоноразрушающих веществ, в том числе фреонов, было сокращено. И измерения зафиксировали существенное замедление роста содержания этих соединений в атмосфере.
Однако о решении проблемы говорить рано. Дело в том, что, когда эти международные меры принимались, речь шла о сокращении производства конкретных веществ. Соответственно, нужно было их на что-то заменить. Компании стали использовать в качестве хладагентов другие вещества, с меньшим потенциалом разрушения озона. Однако у них есть другие отрицательные свойства, в том числе, сильный парниковый эффект.
— То есть пока решения нет?
— В сфере глобальных проблем решения принимаются уже не научным сообществом, а политиками. Именно поэтому, кстати, была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата, чьей задачей было информирование общественности и представителей власти о возможных последствиях.
Сертификат о присуждении Нобелевской премии мира за участие в работе Межправительственной группы экспертов по изменению климата
Фото: Научная Россия / Николай Малахин
— Высказываются ли какие-то идеи о способах вмешательства в этот процесс?
— Сразу возникает вопрос: а нужно ли это делать? Мы пока не можем оценить последствия подобного вмешательства. Не ясна и техническая сторона вопроса.
Пока мы можем только прекратить производство веществ, негативно влияющих на озоновый слой, и ждать изменений следующие несколько десятков лет.
— Как вы заинтересовались этой тематикой и почему стали изучать озоновые дыры?
— Это некий естественный научный путь. Я учился на кафедре физики атмосферы физического факультета МГУ, которую тогда возглавлял основатель нашего института Александр Михайлович Обухов. После него этой кафедрой заведовал Александр Христофорович Хргиан, учеником которого я себя считаю. Он был одним из главных специалистов по атмосферному озону в стране. И, в общем-то, эта тематика была на высоком уровне в те годы. Кстати, отечественная сеть озонометрических наблюдений была и остается одной из самых больших в мире.
После окончания МГУ меня пригласили в Институт физики атмосферы для продолжения работы по тематике озона. А когда появились публикации об озоновой аномалии над Антарктидой, я подготовил предложения по экспедиционным измерениям по этой проблеме и представил свою программу в Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт — ведущую организацию по полярным исследованиям.
В рамках Советской антарктической экспедиции 1987-1988 годов мы провели свои первые антарктические измерения, которые вызвали большой интерес международного научного сообщества.
В экспедиции
Фото: из личного архива
В Антарктиде я был один раз, но побывал на трех станциях: «Молодежная», «Мирный» и «Восток». Последняя считается самой суровой. Причем на «Восток» я летел на самолете, с которого проводил измерения концентрации озона. Это была целая эпопея. Необходимо было получить разрешение, договориться со всеми. Но в итоге вопрос решился командиром экипажа. Он спросил, что мне нужно. Я ответил: электропитание в 220 вольт и дырка в фюзеляже. Он сказал: «О, дырок тут у нас много — сплошные щели». Это был самолет «Ил-14». Отличный самолет. Вот таким образом, с помощью дырки в фюзеляже, выполнены первые самолетные измерения концентрации озона по трассе «Мирный»–«Восток»–«Мирный».