Озонные дыры и гибель человечества

Согласно выполненным расчетам по приведенным выше гетерогенным химическим реакциям, содержание в столбе HNO₃ соответствует отношению смеси, равному примерно 2,5 × 10^-12 ниже 18 км на широте 70^о южной широты. В полярном стратосферном вихре в том же месте отношение смеси для HNO₃ составляет только 1,5 × 10^-12. Эти результаты хорошо согласуются с данными измерений на самолетах-лабораториях ER-2.

Расчетное количество HCl (небольшие величины) также хорошо согласуется с данными измерений в том случае, если гетерогенные процессы протекают в продолжение всего сентября. Это условие вполне реальное.

В результате указанных гетерогенных реакций в продолжение августа должно образовываться значительное количество ClNO₃, хлористых нитратов. Но для этого надо, чтобы начальные концентрации NО_x зимой были примерно равными 2 × 10^-12 на высоте 18 км. Но если начальная концентрация NО_x зимой в два раза меньше, то хлористых нитратов (ClNO₃) с наступлением весны (в августе) образуется пренебрежимо мало. Измерения показывают, что в сентябре имеется на этих высотах большое количество ClNO₃. Оно может возникать по двум причинам. Во-первых, ClNO₃ может образовываться в результате реакций с NO₂, который образовался вследствие фотолиза азотной кислоты. Во-вторых, ClNO₃ в сентябре могут быть теми молекулами, которые не превратились в активные хлорины.

Количество ClO сильно зависит от количества HNO₃, скорости его фотолиза и, конечно, от других гетерогенных химических реакций с его участием.

Именно в каталитическом цикле с участием хлора (Cl₂O₂) происходит основное уменьшение концентрации озона (по крайней мере 80 % этого уменьшения).

Таким образом, для уменьшения озона ключевыми являются концентрации HNO₂ и NO_x. Но понижение количества озона не прямо пропорционально количеству NO_x. При тех значениях NO_x, которые характерны для условий антарктической зимы, уменьшение количества озона особенно эффективно, процесс распада озона ускоряется.

Выполненные американскими специалистами расчеты, основные результаты которых приведены выше, говорят о том, что приведенные гетерогенные реакции реально отражают процессы во время образования озонной дыры в антарктической стратосфере весной.

Приведенные выше реакции играют решающую роль в процессах, приводящих к распаду озона. Эти реакции протекают на поверхности частиц, составляющих полярные стратосферные облака. Значит, чем больше площадь этой поверхности, то есть чем больше частиц стратосферных облаков, а значит, и самих облаков, тем эффективнее образуется озонная дыра. От чего же зависит эффективность образования полярных стратосферных облаков?

Образование стратосферных облаков зависит прежде всего от температуры стратосферы в данном месте. Они формируются зимой, когда стратосферный воздух над Антарктикой сильно охлаждается из-за отсутствия солнечного излучения. Измерения подтверждают, что стратосферные облака образуются именно на тех высотах, где температура очень низкая. Весной в Антарктике температура атмосферы увеличивается на больших высотах, затем это потепление постепенно распространяется вниз. Значит, по мере развития весны высота, на которой могут образовываться стратосферные облака (там должна быть температура порядка 195 К, не менее), должна понижаться. Спутниковые измерения высоты облаков действительно подтверждают, что в начале весны в Антарктике (сентябрь и начало октября) стратосферные облака наблюдались на высоте 16 км. В последующие дни октября они наблюдались ниже.

Измерения стратосферных облаков приборами, установленными на спутниках, начали проводиться с 1987 года. Было показано, что в 1987 году они наблюдались (в то же самое время весны) выше, чем в 1985 году. Дело в том, что температура стратосферы весной 1987 года была ниже, чем весной 1985 года. Полярные стратосферные облака наиболее эффективно образуются при низких температурах, даже, лучше сказать, при очень низких температурах (около 195 К). Это, собственно, и понятно, поскольку эти облака содержат главным образом лед, образующийся при конденсации HNO₃ и H₂O. Частицы льда в полярных стратосферных облаках играют важную роль, так как создают очень эффективную среду для образования хлоринов из водородных хлоринов и азотных хлоринов. Изменение теплового режима может приводить к образованию Cl₂ и O₂, которые под действием солнечного излучения (фотолиз) распадаются на атомы. Далее они эффективно влияют на количество озона. Здесь вырисовывается очень важная для проблемы озона причинно-следственная цепочка: увеличивая количество CO₂ в стратосфере, мы уменьшаем ее температуру, а значит, увеличиваем эффективность образования полярных стратосферных облаков. Это в свою очередь приводит в конце концов к уменьшению количества озона в стратосфере.