Озонные дыры и гибель человечества

Высотные профили температуры зависят от всех факторов, которые оказывают влияние на атмосферные процессы. Это главным образом связано с изменениями той солнечной энергии, которая проникает на разные уровни атмосферы и к самой ее поверхности. Ясно, что интенсивность и характеристики этого излучения зависят от времени суток, сезона, солнечной активности. Они зависят и от широты данной точки.

Часть солнечного излучения поглощается атомами и молекулами атмосферного газа. Другая часть отражается атмосферным газом обратно в космическое пространство. К земной поверхности проникает только излучение с определенными длинами волн. Те участки спектра, в которых атмосфера пропускает солнечное излучение к Земле, называют окнами прозрачности атмосферы.

Для того, чтобы проанализировать, какая часть солнечного излучения проникает на разные уровни атмосферы, надо уяснить, что собой представляет солнечное излучение.

СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Солнце излучает электромагнитные волны с самыми различными длинами — от гамма-лучей до радиоволн. Невооруженным глазом можно видеть только очень малый участок спектра солнечного излучения — от 400 до 750 нм. Соответствующие приборы позволяют расширить этот участок спектра и проводить с поверхности Земли измерения интенсивности солнечного излучения от 290 до 3000 нм. В этот диапазон входит ультрафиолетовое и инфракрасное излучение Солнца.

Специальными радиоприемниками можно регистрировать излучаемые Солнцем радиоволны с длинами волн от 1 см до 40 м. Солнечное излучение на других длинах волн, вне пределов этих двух участков, с поверхности Земли не регистрируется. Этому мешает земная атмосфера. Если же регистрирующую аппаратуру поднять на ракетах выше тех уровней в атмосфере, где солнечное излучение данной длины волны поглощается, то интенсивность его может быть измерена. Впервые такая возможность появилась во время второй мировой войны. Для этих целей были использованы соответствующие ракеты, поднявшие в верхнюю атмосферу спектрографы и фотоэлектрические детекторы.

Для того, чтобы выяснить, до каких глубин в атмосферу проникает солнечное излучение определенной длины волны, надо знать состав атмосферы, то есть количество атомов или молекул, которые могут поглотить это излучение на каждой высоте. Кроме того, надо знать коэффициенты поглощения солнечного излучения атмосферой, то есть эффективность этого поглощения. Таким путем были определены высоты проникновения солнечного излучения. Поглощение излучения с длинами волн больше 210 нм обязано озону. Несмотря на то, что суммарное количество озона очень незначительно, он уменьшает солнечное излучение с длиной волны 250 нм в 10⁴⁰ раз. Поэтому спектр солнечного излучения при его измерении с поверхности Земли обрывается на волне 290 нм.

В верхней атмосфере, где плотность газа невелика, молекулы кислорода и азота поглощают энергию коротковолновой (ультрафиолетовой) области солнечного излучения. Часть поглощаемой энергии расходуется на увеличение кинетической энергии частиц, или, другими словами, на нагрев атмосферы. До уровня 80 км доходит сверху очень малая часть ультрафиолетового излучения Солнца. Здесь его поглощение незначительно, а потому мал и обусловленный им нагрев атмосферы. Температура ее имеет здесь минимальное значение.

Но еще ниже длинноволновую часть ультрафиолетового излучения (до длины волны 300 нм) поглощает озон. Это вызывает сильный нагрев атмосферного газа, несмотря на малое количество озона. Эффективность нагрева велика потому, что плотность потока солнечного излучения в этом интервале длин волн больше, чем в коротковолновой части ультрафиолетового диапазона. Кроме того, излучение в этом интервале слабо поглощается в вышележащих областях атмосферы. Максимум нагрева атмосферы за счет поглощения озоном солнечного излучения приходится на высоту около 50 км.

Чем ближе к поверхности Земли, тем меньше становится ультрафиолетового излучения, которое могло бы быть поглощено озоном. Оно уже поглотилось ранее. Поэтому эффективность нагрева атмосферы уменьшается. Этому же способствует и рост плотности воздуха с уменьшением высоты: чем плотнее воздух, тем его труднее нагреть. Поэтому температура ниже 50 км с уменьшением высоты уменьшается (но только до определенного уровня — тропопаузы).

Видимый свет в земной атмосфере поглощается очень незначительно. В диапазоне ближнего инфракрасного излучения его поглощают углекислый газ и водяной пар. Это поглощение особенно эффективно в нижней области тропосферы, где водяного пара больше, нежели в любой другой части атмосферы.