Озонные дыры и гибель человечества

Проблема влияния ионов на концентрацию озона в стратосфере очень сложна и далека от своего решения. Образование самих ионов в этой области атмосферы количественно не изучено. Все усложняется тем, что ионы взаимодействуют как между собой, так и с нейтральными атомами и молекулами. В этих ионно-молекулярных реакциях идет непрерывное превращение одних ионов в другие или в нейтральные молекулы, и наоборот. Для того, чтобы контролировать (предсказывать) результаты этих преобразований, надо знать слишком многое. Прежде всего надо знать, с какой скоростью протекают все возможные реакции. А это значит, что надо знать константы этих реакций (их определяют экспериментально в лабораториях и вычисляют теоретически), а также концентрации взаимодействующих реагентов. Надо знать и температуру, поскольку, как правило, скорости реакций зависят и от нее. Проблема слишком сложная. Если ее решать экспериментальным путем, то надо проводить одновременные измерения на разных высотах большого числа параметров. Если к этому добавить, что измерений в одном пункте недостаточно, то станет ясно, что задача в полном объеме очень сложная. Если измерения проводятся с помощью приборов, установленных на ракетах, то они дают высотные профили некоторых параметров. Если измерительные приборы установлены на спутниках, то получается информация вдоль траектории спутника. Поскольку ситуация в атмосфере непрерывно меняется, то получаемых таким путем данных явно недостаточно. Чтобы как-то выйти из этого положения, полученные во многих экспериментах данные группируют, приводят «к общему знаменателю» и используют для определения некоей средней наиболее вероятной картины, которая не противоречила бы всему набору экспериментальных данных.

Что же можно сказать о влиянии ионов на содержание озона?

В том и другом случае цепь химических реакций с озоном обрывается тогда, когда ионы исчезают. Это может происходить как в результате рекомбинации, когда отрицательный ион теряет лишний электрический заряд, так и путем преобразования данного отрицательного иона в какой-либо другой ион, который не может поддерживать продолжение этого цикла.

По проведенным оценкам, молекулы озона из-за действия на них ионов могут разлагаться с такой скоростью, что при концентрации озона, равной 10⁶ см^-3, его количество уменьшается на 10 %. Если концентрация озона в сто раз меньше, то в ионном цикле разрушается примерно 0,2 % озона.

Мы будем отдельно рассматривать все вопросы, относящиеся к проблеме озона, которые связаны с действием солнечного корпускулярного излучения. Это излучение связано с солнечной активностью. Под действием солнечных корпускулярных потоков на магнитосферу Земли происходят магнитные бури, а в атмосфере высоких широт северного и южного полушарий (в Арктике и Антарктике) возбуждается свечение атмосферного газа — так называемые полярные сияния. Здесь только укажем, что под действием высокоэнергичных частиц, которые в высоких широтах проникают в стратосферу и тропосферу, образуется значительно большее число ионов, чем в средних и низких широтах. Может достигаться пятикратное превышение по сравнению с экватором. Ясно, что влияние здесь ионов на содержание озона будет значительно больше. Это тем более справедливо для условий, когда в атмосферу не попадает солнечное излучение (полярная ночь). Тогда разрушение озона в каталитических циклах с участием соединений ClO_x, HО_x и O_x практически прекращается. Значит, должно доминировать разрушение ионами. Под действием космических лучей (и высокоэнергичных солнечных заряженных частиц) образуется NO_x. Поэтому цикл с участием этого соединения и в затененной атмосфере сохраняется.

ПРИЗЕМНЫЙ ОЗОН

Проблема приземного озона очень важна для земных дел. Ведь если количество озона в городах увеличивается и приводит к заболеваниям и даже гибели людей, то важность проблемы доказывать не надо. Но дело этим не ограничивается. Не следует забывать, что весь озон, который находится в атмосфере на всех высотах вплоть до термосферы и на всех широтах от полюса до полюса, является единым образованием. Изменения озона в одном месте в той или иной мере скажутся на распределении озона во всех других местах. Таким образом, решить проблемы озона в любом отдельном месте можно только в том случае, если в поле зрения находится картина распределения озона в глобальном масштабе.

Приземный озон в этом смысле не является исключением. От того, сколько его образуется у поверхности Земли, зависит и его количество на более высоких уровнях. Столь же важно и то, что большое количество озона, который черпается из единого озонного резервуара, исчезает, разрушается у поверхности Земли. Поэтому, рассматривая приземный озон, будем все время помнить, что это только донышко единого озонного резервуара, глубина которого более 100 км.