Озонные дыры и гибель человечества

Озон, озонный слой в стратосфере Земли, затрагивает каждого из нас именно потому, что его полосы поглощения приходятся на очень важный диапазон волн солнечного излучения. Известно, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца с длинами волн, которые меньше 300 нм (нанометр равен одной миллиардной доле метра). Наиболее сильно озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение с длиной 253,65 нм. Это значит, что слой озона толщиной 3 мм (при нормальном давлении и температуре 0^оС) способен уменьшить интенсивность излучения на этой длине волны в число раз, равное единице с 40 нулями!

Собственно, озон поглощает не только в этой линии. Он поглощает, хотя и значительно слабее, в целом полосе длин волн, простирающейся от 200 до 300 нм. В честь ее первооткрывателя она была названа полосой Гартли. Но вся эта полоса не является однородной. На нее накладывается много слабых дополнительных полос, которые очень близко примыкают друг к другу. Поэтому для того, чтобы получить полную, не смазанную картину поглощения, надо располагать не любым спектрографом, а очень хорошим спектрографом, который позволил бы уверенно различать излучение с очень близкими длинами волн (ближе 1 нм). Такой прибор позволит отделить (разрешить) излучение на одной длине волны от излучения на другой, очень близкой длине волны. Приборы, которые способны на это, называют приборами с высоким разрешением.

Но озон поглощает и излучение с большими длинами волн. Имеются полосы поглощения (более слабые) в диапазоне длин волн от 300 до 360 нм. Это полоса Хюггинса. Она также сложная. На единую слабую полосу накладываются резкие максимумы и минимумы. Если излучение с этими длинами волн приходит в земную атмосферу от звезд, Солнца, Луны и т. д., то по характеру его поглощения озоном можно определить то количество озона, которое было на пути этого излучения. Это количество озона в столбе атмосферы вдоль луча поглощаемого излучения называют содержанием озона. Этим методом и измеряют содержание озона в атмосфере.

Озон поглощает и более длинные волны, от 440 до 850 нм. Это уже видимый свет. Здесь расположена полоса поглощения Шапюи.

Как известно, Земля испускает инфракрасное излучение. Озон же поглощает не только часть солнечного ультрафиолетового излучения, но и часть инфракрасного излучения Земли. Тем самым энергия, излучаемая Землей в инфракрасном диапазоне, задерживается озоном и остается в пределах земной атмосферы. В противном случае Земля охлаждалась бы. Когда говорят об озонном слое, то об этой его функции часто умалчивают. Наиболее сильно озон поглощает инфракрасное излучение с длиной волны 9570 нм, или 9,57 мкм (мкм — микрометры, то есть миллионные доли метра).

Коэффициентом поглощения определяется степень поглощения излучения озоном на данном длине волны. Поглощение определяется не только коэффициентом поглощения, но и количеством озона, которое находится на пути этого излучения. Это количество называется содержанием озона в вертикальном столбе воздуха над наблюдателем. Оно определяется толщиной того слоя, который образовал бы весь озон в этом столбе, если его привести к нормальным условиям: давление 1013 мбар, температура 273,16 К. Поскольку содержание озона определяется толщиной слоя, то оно измеряется единицей длины — сантиметрами или долями сантиметра. Чтобы подчеркнуть, что речь идет о толщине слоя при давлении в одну атмосферу, к единице прибавляют слово «атмосфера». При этом получаются атмосферо-сантиметры (атм-см) или единицы в 1000 раз меньшие, то есть милли-атмосферо-сантиметры (м-атм-см). Эти единицы называют еще единицами Добсона (Д.Е.) в честь английского ученого Г. М. Добсона, который сделал очень много для решения проблемы измерения атмосферного озона.

Измерение поглощения инфракрасного излучения озоном также может дать информацию о количестве озона вдоль пути этого излучения. Измерения надо проводить так, чтобы излучение проходило на просвет. Поскольку оно исходит из самой Земли, то измерения следует проводить выше озонного слоя. Так и делается. Для этого измерительную аппаратуру устанавливают на спутниках. Такие измерения позволяют определить не только общее содержание озона (вдоль луча), но и его распределение с высотой.

Главная функция озона в предохранении человека, да и всей биосферы Земли от жесткого ультрафиолетового излучения с длинами волн от 250 до 320 нм. Это как раз то излучение (ниже 280 нм), которое способно эффективно поглощаться нуклеиновыми кислотами. Если бы это излучение не задерживалось озонным слоем и доходило до Земли, то основа жизни — нуклеиновые кислоты — под действием этого излучения разрушалась бы. Озонный слой в смысле поглощения этого наиболее опасного излучения страхуют белки. Они поглощают примерно то же излучение, включая несколько большие длины волн, что и озон. Поэтому на длине волны 280 нм, где озон частично пропускает излучение, белки его поглощают, берут огонь на себя, защищая нуклеиновые кислоты.