Озонные дыры и гибель человечества

Японские исследователи изучали взаимосвязь между количеством N₂O и озоном на своей антарктической станции Сева. Эксперименты проводились с 23 августа по 9 декабря 1983 года, во время развития и заполнения озонной дыры. С помощью специального инфракрасного спектрометра наблюдали инфракрасные солнечные спектры и по ним определяли количество N₂O, CH₄, CO₂ и H₂O. Данные измерений за период развития озонной дыры показывают, что до распада полярного западного стратосферного вихря (то есть в сентябре и октябре) количество N₂O не увеличивается. Только после разрушения этого вихря в область озонной дыры приходит воздух из средних широт, богатый как озоном, так и N₂O.

Проводились также измерения других малых составляющих атмосферы, в частности HCN. Результаты измерений на арктической станции Мак-Мердо в сентябре 1986 и 1987 годов сопоставлялись с аналогичными на широтах 19 и 33^о северной широты (станция Мауна-Кеа на Гавайях). Время жизни HCN в стратосфере составляет примерно три года. Поэтому эта примесь атмосферы является хорошим трассером, позволяющим изучать вертикальные и горизонтальные переносы в атмосфере на разных широтах. Именно благодаря большому времени жизни эта составляющая атмосферы распределена по высоте одинаково в Антарктике и тропической зоне. Собственно, это же характерно и для другой малой составляющей атмосферы — ClO.

Наблюдения изменения количества ClO проводились на антарктической станции Мак-Мердо в 1986 и 1987 годах в весенний сезон во время образования весенней озонной дыры. В нормальных условиях больше всего ClO на высоте примерно 35 км. В условиях образования озонной дыры в 1986 и 1987 годах на высоте 20 км концентрация ClO в полдень была в 100 раз больше, чем в нормальных условиях. Таким образом, в особых условиях озонной дыры концентрация ClO имеет два максимума: один «нормальный», на высоте 35 км, и второй — на высоте 19–20 км. Такое высотное распределение называют бимодальным.

Концентрацию ClO на разных высотах измеряют в разных пунктах земного шара в разное время года в продолжение многих лет. Но ни разу не было случая, чтобы высотное распределение ClO имело два максимума, то есть было бимодальным. Такое бимодальное распределение ClO наблюдается только в Антарктике в условиях образования озонной дыры. Обратим внимание на то, что дополнительный максимум ClO находится примерно на тех же высотах, где имеется недостаток озона. Количество ClО на малых высотах очень сильно меняется в зависимости от интенсивности солнечного излучения. Поэтому оно изменяется со временем суток от восхода до захода солнца. Чем выше, тем эта суточная изменчивость ClO меньше. На больших высотах количество ClO меняется после захода солнца медленнее, чем на меньших высотах. Количество ClO в Антарктике в зимне-весеннее время самым тесным образом связано с полярными стратосферными облаками и очень низкими концентрациями NO_x. Имеется обратная корреляция между ClO и NO₂, то есть чем больше ClO, тем меньше NO₂. При уменьшении NO₂ уменьшается скорость образования ClONO₂. Это имеет место на более низких высотах. В результате количество озона уменьшается.

Таким образом, ниже 22 км происходит накопление ClO и OClO и одновременно создается дефицит NO₂. В результате гетерогенных реакций (с участием аэрозолей в их присутствии) и фазовых переходов изменяются и концентрации HCl, ClNO₃ и HNO₃. Поэтому уменьшается количество озона.

Многочисленные измерения малых составляющих атмосферы, таких как ClO, BrO, NO, H₂O, N₂O, в пределах антарктической весенней озонной дыры (или, другими словами, в пределах западного полярного стратосферного вихря) свидетельствуют о том, что в этой области химический состав значительно отличается от состава в других регионах, в частности в средних широтах. Это относится и к Н₂О, и к хлорным и азотным составляющим.

Правомочным является вопрос, почему озонная дыра наблюдается весной в Антарктике и не наблюдается в Арктике. Как известно, озон в стратосфере образуется под действием солнечного излучения. В смысле солнечного излучения нет каких-либо различий в Арктике и Антарктике. Поэтому причину особого поведения озона в Антарктике надо искать в другом, а именно в самой атмосфере. Как мы уже знаем, на количество озона в приполярной области весной оказывает влияние полярный стратосферный вихрь. Он связан с особым распределением по широте стратосферной температуры.