Озонные дыры и гибель человечества

Какой же это имеет физический смысл? Тропопауза поддерживается на постоянной высоте благодаря лучистому равновесию на этом уровне. Через этот уровень (плоскость) могут просачиваться как вверх, так и вниз воздух, а значит, и озон. В тропической зоне воздух нагревается и медленно движется вверх, в том числе и через уровень тропопаузы. Озон более консервативен и чуть-чуть отстает в этом движении. Поэтому в низких широтах тропопауза оказывается чуть-чуть (примерно на 1 км) выше озонопаузы. В высоких широтах охлажденный вверху воздух опускается медленно вниз, проходя также уровень турбопаузы. Поскольку озон в этом движении чуть-чуть отстает, то озонопауза оказывается несколько выше, чем тропопауза.

Наблюдения показывают, что в летний сезон меньше всего различие между тропопаузой и озонопаузой. Это можно понять так, что летом вертикальная циркуляция озона значительно меньше, чем зимой и весной.

Слой озона далеко не всегда характеризуется одним максимумом. Довольно часто кроме основного максимума на высоте 22–25 км имеется и второй, немного меньший, на высоте 12–13 км. Это расслоение слоя озона наиболее характерно для промежуточных широт в сезоны наибольшей изменчивости озонного слоя (зимой и весной). В экваториальных широтах такое расслоение практически наблюдается очень редко. В высоких широтах основной максимум озонного слоя, как и тропопауза, значительно прижат вниз, и второй максимум озона не наблюдается (формально можно считать, что оба максимума сливаются).

По-видимому, наибольший интерес представляет установленный факт, что расслоение озонного слоя связано определенным образом с динамикой воздушных масс. По данным измерений озона в Европе, было установлено, что образование второго, нижнего максимума озонного слоя связано с антициклоном. Причем второй максимум возникал за 3–4 дня до прихода в эту область циклона. Например, данные за 15 месяцев, полученные во Франции, показали, что второй максимум в озонном слое возникал тогда, когда в Центральной Европе находился мощный антициклон. Как известно, антициклон связан с нисходящими движениями воздуха, которые охватывают не только тропосферу, но и стратосферу. Такие движения могут приводить к наполнению озоном ниже главного максимума.

Связь озона с движениями воздушных масс, а значит, и с погодой, мы рассмотрим позднее. Здесь только укажем, что, вероятно, по изменениям в вертикальном распределении озона можно будет предсказывать погоду. Но в настоящее время этот вопрос еще далек от своего решения.

В низких широтах тонкая структура озонного слоя практически отсутствует, то есть слой озона однороден. По мере удаления от экватора за пределами тропической зоны ситуация меняется. Приборы начинают регистрировать неоднородности озона в виде тонких слоев. Если рисовать зависимость количества озона от высоты кривой, то эти слои будут видны как отдельные зубцы. Чаще всего такие зубцы, свидетельствующие о стратификации озона, наблюдаются в нижней части озонного стратосферного слоя.

Неоднородная (тонкая) структура озонного слоя проявляется не только в умеренных, но и в высоких широтах. Здесь высотные профили озона в большинстве случаев изрезаны зубцами.

Жизнь озона в стратосфере наиболее тесно связана с температурой. От нее зависит скорость гибели озона. Каждый излом в высотном ходе температуры обязательно проявляется в количестве озона. Чем больше перепад температур по высоте, тем больше озона имеется. Причем перепад должен быть таким, чтобы в данном месте имелось условие инверсии: температура выше должна быть больше, чем на нижележащем уровне. Под инверсионными слоями температуры парциальное давление озона уменьшается.

Когда инверсия температуры наблюдается в приземном слое воздуха, то это затрудняет движение воздуха вверх (вверху температура выше, чем внизу, и воздуху не резон туда двигаться). Примерно такая же ситуация создается и в стратосфере, где имеются инверсионные слои. Но этим не исчерпываются все возможные влияния инверсионных слоев на распределение озона. Инверсионный слой, видимо, задерживает поступление озона сверху, поэтому ниже инверсионного слоя количество озона меньше. Конечно, не следует ограничиваться только вертикальными движениями озона (вверх-вниз). В реальных условиях эти движения являются наклонными, в том числе и наклонно-нисходящими. Тогда можно ожидать, что озон на определенный уровень может заноситься с вышележащего слоя, который находится не точно сверху, а сбоку. Такие движения озона (и вообще воздуха) называют адвективными. То, что в результате наклонно-нисходящих движений воздуха (а значит, и озона) может происходить смещение вниз максимумов (главного и более нижнего — второстепенного) озонного слоя, было показано экспериментально при одновременных измерениях на разных станциях.