Озонные дыры и гибель человечества

Ясно видно, что образование тонких слоев в пределах озонного стратосферного слоя связано именно с различными движениями. Объяснить распад озона между слоями действием фотохимических реакций или слоев аэрозолей довольно трудно. Во всяком случае, при нормальных аэрозольных слоях распад озона составит не более 2 %. Но ситуация может измениться в корне, если аэрозоли будут иметь соответствующие состав и концентрацию. При этом может разрушаться значительное количество озона.

Тонкие слои озона очень быстро разрушаются, то есть неоднородности в распределении озона с высотой через какое-то время исчезают. Так, если толщина слоя составляет, например, 400 м, то он разрушится (рассосется) уже через 6 часов. Это разрушение происходит в результате перемешивания. Скорость его определяется коэффициентом турбулентной диффузии. Для того, чтобы слой озона при обычных величинах коэффициента турбулентной диффузии существовал в продолжение нескольких суток, он должен иметь толщину, равную не менее 0,5 км. Если он не поддерживается адвективными движениями, то в конце концов он рассосется.

Таким образом, образование тонкой структуры озонного слоя связано с различными типами движений атмосферного газа вместе с озоном. Это и адвективные движения, в результате которых озон заносится в данное место из других мест, которые богаты озоном. Но когда таким путем образовался тонкий слой (прослойка) озона, то его дальнейшая судьба зависит от того, насколько эффективно перемешивание там, где находится слой. Если перемешивание в результате турбулентной диффузии эффективно, то границы слоя постепенно размываются и сам слой через какое-то время рассасывается. Понятно, что чем тоньше слой, тем быстрее это произойдет.

Различные движения атмосферного газа с озоном (адвекция, конвекция, турбулентная диффузия) зависят от конкретных физических условий. Поэтому естественно, что они должны зависеть от сезона. Где сезонные различия больше, там и более значительные изменения должны происходить в процессах, которые формируют тонкую структуру озонного слоя. Тут имеется еще один момент: по сезонным изменениям структуры и характеристик озонного слоя можно делать вывод, в результате каких процессов эти изменения происходят. Другими словами, в структуре озонного слоя содержится информация о процессах, протекающих в различных его частях.

Если рассматривать весь озон от поверхности Земли до мезосферы, то вырисовывается такая картина его распределения в зависимости от сезона. В самой нижней части атмосферы от поверхности Земли до высоты, примерно равной 8–9 км (на этом уровне атмосферное давление равно примерно 400 мбар), сезонный ход озона прост и логичен. Здесь озона больше летом, чем зимой. Это потому, что в летнее время озон поступает вниз из стратосферы наиболее интенсивно, поскольку обмен воздухом между стратосферой и тропосферой летом наиболее эффективен. Сезонный ход характеризуют не просто количеством озона от месяца к месяцу, а берут разницу между максимальным и минимальным значениями парциального давления озона за год и делят ее на сумму этих величин. Умножив полученное число на 2, получают относительное число годовых различий парциального давления озона. Это число и меняется в приземной части тропосферы на 100 % и более. Наиболее сильно меняется количество озона в течение года в самой нижней части тропосферы. Здесь изменения могут достигать 100 %. Выше (но до высоты 8–9 км) эти изменения постепенно ослабевают и при приближении к этой высоте составляют только 50–60 %.

Сезонный ход количества озона (его парциального давления) выше 9 км более сложен. Это связано с движениями озона выше этого уровня. Эти движения выглядят так. В верхней стратосфере воздушные массы вместе с озоном двигаются от экватора в умеренные широты. Затем происходит постепенное их движение вниз. При этом озон оседает с верхней стратосферы в нижнюю. Такое оседание озона происходит в течение всей зимы. Результат этого оседания (повышенное количество озона), естественно, зависит от высоты. Наиболее отчетливо зимний максимум количества озона проявляется на высоте, где атмосферное давление равно приблизительно 200 мбар. Этот уровень находится значительно ниже максимума озонного слоя.

На более низких уровнях озон сверху доходит в результате оседания позднее. Поэтому его максимум смещается с середины зимы на ее конец и даже на весну. Чем ниже, тем это смещение больше. Так, чуть выше 9 км максимум уже приходится на апрель. Естественно, что соответствующим образом смещается и время минимума количества озона. Так, если максимум его на высоте около 12 км приходится на март-февраль, то минимум имеет место в сентябре или октябре. Поэтому, говоря о сезонных изменениях озона, всегда надо помнить, о какой высоте идет речь, поскольку в нижней части стратосферы они полностью противоположны сезонным изменениям в нижней тропосфере: внизу максимум озона имеет место летом, а вверху — зимой. На промежуточных высотах наблюдается главный переход от одной сезонной зависимости к другой.