Озонные дыры и гибель человечества

О значительном уменьшении общего содержания озона над Антарктикой впервые было сообщено в 1985 году Британской антарктической службой на основании анализа данных озонометрической станции Хэлли-Бей (76^о южной широты). Уменьшение озона наблюдалось этой службой и на Аргентинских островах (65^о южной широты).

Американские исследователи измеряли количество озона и другие характеристики атмосферы над Антарктикой с помощью аппаратуры, установленной на их озонометрической станции Мак-Мердо. Одновременно проводились измерения приборами, установленными на специальных самолетах, базировавшихся в Пунта-Агенас (Чили) и проводящих полеты над Антарктикой в 1987 году. Аппаратура позволяла измерять не только озон, но и малые примеси в атмосфере, от которых в той или иной мере зависит судьба озона. Это H₂O, ClO, OClO, ClONO₂, HCl, BrO, HF, NO, NO₂, HNO₃, NO₄, N₂O, CH₄, CCl₄, CH₃CCl и фреоны 11 и 12.

Приборы, установленные на самолетах, предназначались также для измерения частиц аэрозолей. Они давали информацию о количестве частиц и их размерах, а также о составе вещества частиц. Таким образом измерялось распределение с высотой аэрозолей и их характеристики. Измерения проводились с помощью лазерной установки, размещенной на самолете, и охватывали высоты от 12 до 28 км.

Измерения проводились в весенние сезоны 1985, 1986 и 1987 годов. Вся эта исследовательская программа была названа «Глобальный тропосферный эксперимент».

С 28 августа по 29 сентября 1987 года было выполнено 13 полетов самолета-лаборатории над Антарктикой. Эксперимент позволил зарегистрировать зарождение озонной дыры. Были получены ее размеры. Исследования показали, что наибольшее уменьшение количества озона имело место на высотах 14–19 км. Здесь же приборы зарегистрировали наибольшее количество аэрозолей (аэрозольные слои). Оказалось, что чем больше имеется аэрозолей на данной высоте, тем меньше там озона. Когда самолет-лаборатория находился ближе к южному полюсу от широты 77^о южной широты, он регистрировал уменьшение озона на высотах 14–19 км, равное 50 %. Ниже 14 км изменение озона было несущественным.

На антарктической станции Георг-Форст (70^о 46′ южной широты, 11^о 50′ восточной долготы) проводились измерения количества озона с мая 1985 по февраль 1987 года. Данные измерений показали, что весной (в сентябре) по мере развития озонной дыры главный максимум озона смещался от уровня с давлением 70 гПа до уровня 25 гПа в конце октября. При этом общее содержание озона уменьшается от 230 до 175 Д.Е. В это же время развивается вторичный максимум озона внизу, где давление равно примерно 100 гПа. По мере усиления нагревания стратосферы во второй половине октября этот вторичный максимум опускается до уровня, где атмосферное давление равно 150 гПа. Минимум озона наблюдался на уровнях с давлением 40–70 гПа. Но по мере усиления нагревания стратосферы (в октябре — ноябре) озонный максимум смещается вниз на уровни с давлением между 100 и 150 гПа. Таким образом, озонная дыра (минимум количества озона) в начале октября охватывает уровни с давлением от 100 до 25 гПа, а в декабре диапазон высот, на которых она наблюдается, расширяется. Но границы этого расширения в разные годы разные. Так, в декабре 1985 года им соответствовало атмосферное давление 200 — 55 гПа, а в декабре 1986 года — 100 — 35 гПа.

Эксперименты подтверждают тесную связь между температурой стратосферы и количеством озона. Охлаждение стратосферы коррелирует с низкими величинами озона в нижней стратосфере. В 1986 году количество озона в весенний период на ст. Георг-Форст было больше, чем в соответствующий период 1985 года. Это объясняется различным температурным режимом антарктической стратосферы весной в указанные годы.

Японские ученые рассчитали влияние температуры стратосферы на направленный вверх адиабатический поток воздуха (с озоном). Дело в том, что при определенных условиях крупномасштабными гравитационными волнами могут создаваться локализованные направленные движения тропосферного воздуха вверх, в нижнюю стратосферу. В результате такого движения образуется минимум температуры и концентрации озона, расположенный в нижней стратосфере в Антарктике. Профили зональных ветров зимой и ранней весной в Антарктике свидетельствуют о наличии там гравитационных волн. Возникают они вследствие неровностей рельефа местности и могут усиливаться в течение одного или двух дней. В результате в нижней стратосфере образуются локальный минимум температуры и направленные вверх потоки воздуха. Очень важно, что вертикальное смещение и горизонтальный масштаб возникающего таким образом температурного минимума могут быть существенно больше размеров орографии, которая вызвала эти гравитационные волны.