Озонные дыры и гибель человечества

Но вернемся к атмосферному газу. Воздух содержит также целый ряд аэрозолей — примесей, находящихся в твердом и жидком состоянии. Они могут быть как естественного, так и искусственного происхождения и отличаются по химическому составу, размерам и физико-химическим свойствам. Таковы, например, водяные пары, кристаллы льда, частицы пыли и т. п. Большое количество аэрозолей промышленного происхождения содержится в атмосфере больших городов — тысячи и даже сотни тысяч частиц в 1 см³.

Крупные частицы играют важную роль в атмосферных процессах и в формировании погоды, служат ядрами, на которых начинается конденсация водяного пара в атмосфере. Аэрозольные частицы малых размеров сохраняются в атмосфере очень долго, переносясь воздушными течениями на очень большие расстояния. В результате турбулентного перемешивания воздуха частицы аэрозоля заносятся в верхние слои атмосферы вплоть до турбопаузы. Они вступают в реакции с другими составляющими атмосферного газа. Имеется целый ряд аэрозолей, которые имеют антропогенное происхождение. Поднимаясь на уровень озонного стратосферного слоя, они вступают в реакции с озоном и уничтожают его. Собственно, аэрозоли уничтожают озон не только в озонном слое, но и ниже его, и даже у поверхности Земли. Эти аэрозоли мы рассмотрим особенно подробно, поскольку вопрос разрушения озонного слоя Земли является вопросом номер один. Мы должны хорошо знать источники тех веществ, которые разрушают озон, с тем чтобы принять энергичные меры для предотвращения их попадания в атмосферу.

Процесс перемешивания атмосферного газа зависит от освещенности атмосферы солнечными лучами, или, другими словами, от времени суток. Когда процесс перемешивания замедляется, аэрозоли опускаются ниже. Поэтому ночью, когда атмосферный газ перемешивается менее эффективно, слой аэрозолей находится ниже, чем днем.

Наряду с озоном особую роль в формировании условий на Земле играет углекислый газ, хотя он и является, как и озон, малой составляющей атмосферы. Это происходит потому, что углекислый газ поглощает и переизлучает часть инфракрасного излучения, испускаемого земной поверхностью. Поскольку стабильность земных условий поддерживается балансом поглощаемой и излучаемой Землей энергии, то увеличение содержания в атмосфере углекислого газа может этот баланс нарушить: Земля будет продолжать поглощать то же самое количество солнечного излучения, а излучать в окружающее космическое пространство станет меньше. Поэтому ее температура станет повышаться. Так, увеличение содержания углекислого газа в атмосфере от 0,029 % в 1900 году до 0,0334 % в 1979 году привело к заметному увеличению средней температуры приземного слоя воздуха.

Пыль и другие частицы, которые попадают в атмосферу при извержении вулканов и от других, в частности антропогенных, источников, также влияют на температуру земной поверхности и приземного слоя воздуха. Чем их больше, тем сильнее они задерживают солнечное излучение и тем самым приводят к уменьшению температуры планеты. Но роль озона в тепловом режиме Земли и ее атмосферы определяющая.

Состав земной атмосферы существенно меняется с высотой. Более или менее однородным его можно считать в том слое, где турбулентное движение перемешивает воздух. Такое эффективное перемешивание, как уже говорилось, происходит до высоты 100–110 км.

Но однородность состава атмосферы от поверхности Земли до турбопаузы не абсолютна. Прежде всего, начиная примерно с высот 80–90 км, в заметном количестве появляются атомы кислорода. Они имеются и ниже, но в меньших количествах. Как мы увидим, там, благодаря их наличию, образуются молекулы озона. Атомы кислорода образуются при диссоциации молекул кислорода под действием солнечного ультрафиолетового излучения. Чем выше, тем атомов кислорода становится больше. На высоте турбопаузы их концентрация может составлять 10–20 % от концентрации молекулярного кислорода. Уже на высоте 120–130 км количества атомного и молекулярного кислорода сравниваются. На высотах 160–180 км концентрация атомов кислорода достигает даже концентрации молекулярного азота и, затем, до высот 600–700 км, атомный кислород является основной составляющей атмосферы.

Еще выше начинают преобладать атомы более легких элементов — вначале гелия, а затем водорода.

На уровне турбопаузы атомов гелия очень мало: всего один на десять тысяч окружающих его молекул. Но с ростом высоты относительная его концентрация увеличивается. Выше 600 км он становится основной составляющей атмосферы. Наконец, на высотах 1500–2000 км количество атомов гелия, уменьшаясь, сравнивается с количеством атомов водорода. Выше этого уровня преобладают атомы водорода. Водород, самый легкий химический элемент, остается доминирующим до самого верхнего предела атмосферы, где экзосфера переходит в межпланетный газ, который, кстати, также состоит из водорода.