Озонные дыры и гибель человечества

Молекулы кислорода под действием солнечного ультрафиолетового излучения диссоциируют на атомы, которые затем объединяются с молекулами кислорода, образуя молекулы озона. Эта реакция обратима — озон диссоциирует под действием солнечного излучения и при соударениях с атомами кислорода.

Основная масса озона сосредоточена на высотах примерно 25 км. Над высокими широтами увеличение количества озона начинается на высоте 8–9 км, тогда как над низкими — на высоте 18 км. Плотность озона на определенной высоте достигает максимума, а выше этого уровня уменьшается. Высотные профили озона отличаются в низких и высоких широтах. Тот уровень, где количество озона начинает увеличиваться, назван озонопаузой.

Наличие слоя озона в стратосфере является причиной очень своеобразного изменения с высотой температуры атмосферы.

Как видно из рис. 53, от поверхности Земли до высоты 12–13 км температура уменьшается. От 12 до 20 км температура практически не меняется с высотой. Это так называемый изотермический слой. От 20 до 47 км температура с высотой увеличивается. Если в тропосфере, где температура с ростом высоты уменьшалась, перепад температуры был положительным, то на высотах 20–47 км он отрицательный. Выше 47 км (до 51 км) температура снова остается неизменной. Это второй изотермический слой. Вся область от 12 до 51 км заканчивается стратопаузой. Температура в стратопаузе составляет примерно 10–20^оС.

_{Рис. 53. Высотное распределение температуры и концентрации озона.}

Суммарная масса тропосферного и стратосферного воздуха составляет 99 % воздуха всей земной атмосферы. Оставшийся 1 % воздуха приходится на всю атмосферу выше 51 км.

Выше стратосферы, до высоты 86 км, располагается еще одна промежуточная сфера. Она названа мезосферой («мезос» — промежуточный). Здесь, на высоте 86–90 км, температура с ростом высоты снова уменьшается (как и в тропосфере) до 75–90^оС.

Над мезопаузой высотный профиль температуры снова ломается. Начиная с этого уровня температура увеличивается с высотой (как и в стратосфере). Эта часть атмосферы названа термосферой. Здесь температура достигает многих сотен градусов. Выше термосферы имеется еще одна сфера — экзосфера («экзо» — внешняя), названная так потому, что находящиеся там частицы могут иметь скорости, превышающие первую космическую (11,2 км/с). При таких скоростях частицы преодолевают силу земного притяжения и уносятся за пределы земной атмосферы.

Как видно, высотный профиль температуры газа весьма сложный: на одних участках она с ростом высоты увеличивается, на других — уменьшается, а на третьих остается неизменной. Чем обусловлена такая сложность? Все, конечно, зависит от теплового баланса в данном слое атмосферы, то есть от того, сколько энергии атмосфера получает извне и сколько ее она отдает. В приземном слое воздух получает тепловую энергию от Земли, и так поддерживается его температура. Но чем выше, тем этой энергии меньше. Поэтому с ростом высоты температура воздуха должна падать. Так должно быть вплоть до высоты, на которой появляется другой, свой, атмосферный источник тепла. Такой источник действительно появляется в стратосфере. Он существует благодаря наличию в стратосфере озонного слоя. Озон поглощает солнечное излучение и преобразует его в тепло. Поэтому-то температура воздуха перестает уменьшаться с высотой. Она даже начинает увеличиваться с ростом высоты. Но поскольку этот источник тепла ограничен по высоте мощностью озонного слоя, то выше него температура атмосферного газа закономерно уменьшается.

В атмосфере на больших высотах имеется еще один источник тепла. Он связан с солнечными излучением и процессами в той части атмосферы, ионизованной солнечным излучением. Здесь располагается ионосфера. Наличие ионосферного источника тепла приводит к тому, что выше 100 км температура быстро растет и на 300–350 км достигает нескольких сот градусов. Данную область атмосферы назвали термосферой, то есть сферой тепла. Здесь температура зависит от уровня солнечной активности. Она меняется приблизительно от 750 до 1200^о при изменении солнечной активности. В высоких широтах (в зоне полярных сияний), где от Солнца приходит большая часть энергии, переносимой заряженными частицами, температура термосферы в отдельные наиболее активные периоды может достигать 10–15 тысяч градусов.

Таким образом, высотный профиль температуры атмосферного газа отражает тот факт, что имеются три источника нагрева атмосферного газа. Один из них — это нагретая Земля. Второй связан со стратосферным слоем озона. Третий находится выше 90-100 км и связан с процессами в ионосфере под действием солнечного излучения.