Озонные дыры и гибель человечества

Измерения озона проводятся с 1962 года на американской станции Южный Полюс. Измерения дают информацию как об общем содержании озона, так и о его распределении по высоте. Были проанализированы данные за весь многолетний период наблюдений. Анализ показал, что степень понижения озона на станции Южный Полюс в весенний сезон 1987 года была беспрецедентно высокой. В октябре 1987 года общее содержание озона составляло всего 141 Д.Е., тогда как средняя величина за период с 1964 по 1979 год равнялась 292 Д.Е. С наступлением лета в 1987 году восстановление озона на станции сильно задержалось по сравнению с предыдущими годами. Поэтому общее содержание озона над станцией Южный Полюс было очень низким (184 Д.Е.). Укажем для сравнения, что за 1964–1974 годы эта величина в среднем составляла 351 Д. Е. Анализ высотных профилей озона показал, что уменьшение озона в 1987 году имело место на высотах 12–22 км. Наибольшее уменьшение наблюдалось на высоте 16 км.

Детальные наблюдения озонных дыр в Антарктике были выполнены с помощью приборов, установленных на спутнике США «Нимбус-VII». Данные этих измерений показали, что понижение озона происходит в нижней стратосфере, на тех уровнях, где имеется максимум концентрации О₃. Спутниковые измерения озона показали, что озонная дыра в Антарктике окружена циркумполярным максимумом озона, который приходится на широты 40–60^о южной широты. Показано, что в ноябре минимум озона увеличивается и перемещается от полюса на юго-запад Тихого океана или в Южную Атлантику. Это смещение происходит по мере того, как циркумполярный максимум вторгается на полюс.

Исследовалось изменение озона в Антарктике за 1979–1987 годы. Анализ данных наблюдений показал, что характер изменения озона в последние годы (после 1983 года) не такой, как до этого. В период после 1983 года уменьшение озона значительно больше, то есть озонная дыра больше.

Американские исследователи проводили измерения в Антарктике зимой и ранней весной 1987 года озона и других малых составляющих атмосферы (HCl, HF, NO₂, HNO₃, ClONO₂, N₂O, CH₄) с помощью специального спектром. Данные этих измерений позволили очертить область вокруг Южного полюса, в которой количество озона уменьшено. Оказалось, что эта область совпадает практически в точности с полярным стратосферным вихрем. При переходе через край вихря резко менялось количество не только озона, но и других малых составляющих, оказывающих влияние на разрушение озона. В пределах озонной дыры (или, другими словами, полярного стратосферного вихря) концентрация HCl, NO₂ и азотной кислоты была значительно меньше, чем за пределами вихря. Это имеет место потому, что хлорины в продолжение холодной полярной ночи разрушают озон в соответствующих реакциях, выступая в них как катализаторы.

Связь озонной дыры в Антарктике с полярным стратосферным вихрем изучалась многими учеными разных стран как экспериментально, так и теоретически, на различных моделях. Идея этой связи очень наглядна и проста: наличие вихря (воронки) вокруг полюса препятствует поступлению внутрь вихря воздуха, который богат озоном, из средних широт. Таким образом, с одной стороны, озон не образуется длинной полярной ночью под действием солнечного излучения, а с другой — он разрушается благодаря наличию хлорных составляющих (примесей). Распределение хлоринов в арктической стратосфере принципиально отличается от такового в средних широтах. Данные различных измерений показывают, что в то время как суммарное содержание хлора во всех химических формах внутри полярного вихря примерно такое же, как и в средних широтах, неактивные его формы (которые не способствуют разрушению озона) переходят в значительной мере в активные, благодаря которым и разрушается озон. Измерения показали, что в областях пониженного количества озона активного вещества ClO в 10-500 раз больше, чем в обычных условиях (когда нет озонных дыр) и по сравнению со средними широтами. По-видимому, главным виновником озонной дыры является именно ClO, который оказался в стратосфере в результате человеческой деятельности. Полярный стратосферный вихрь только создает для этого соответствующие условия. Эти условия — наличие частичек полярных стратосферных облаков. Благодаря этим частицам хлорные примеси резервуара (неактивные), такие как CClONO₂ и HCl, преобразуются в активный ClO.

Измерения с помощью самолета-лаборатории ЕR-2 показали, что в районе озонной дыры (внутри полярного вихря) содержание азота во всех его химических формах очень мало. Полагают, что нитраты находятся в твердой фазе и поэтому выпадают на более низкие уровни.

Что собой представляет полярный стратосферный вихрь?