Прежде всего следует уяснить: озоновая дыра, вопреки своему названию, — это не брешь в атмосфере. Молекула озона отличается от обычной молекулы кислорода тем, что состоит не из двух, а из трех атомов кислорода, соединенных друг с другом. В атмосфере озон сконцентрирован в так называемом озоновом слое , на высоте примерно 30 км в пределах стратосферы. В этом слое происходит поглощение ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, — иначе солнечная радиация могла бы нанести большой вред жизни на поверхности Земли. Поэтому любая угроза озоновому слою заслуживает самого серьезного отношения. В 1985 году британские ученые, работавшие на Южном полюсе, обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшалось — иногда в большей степени, иногда в меньшей. Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры появлялись также над Северным полюсом — во время арктической весны.

В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула хлора состоит из двух соединенных атомов хлора). Когда появляется солнце и начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород, протекающих по следующей двойной схеме:

Cl + O 3 —> ClO + O 2 и ClO + O —> Cl + O 2

В результате этих реакций молекулы озона (O 3) превращаются в молекулы кислорода (O 2), причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций). Вследствие этой цепочки превращений озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру. Однако вскоре, с потеплением, антарктические вихри разрушаются, свежий воздух (содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.

В 1987 году в Монреале состоялась Международная конференция, посвященная угрозе озоновому слою, и промышленно развитые страны договорились о сокращении, а в конечном итоге и о прекращении производства хлорированных и фторированных углеводородов (хлорфторуглеродов, ХФУ) — химических веществ, разрушающих озоновый слой. К 1992 году замена этих веществ на безопасные проходила так успешно, что было принято решение о полном их уничтожении к 1996 году. Сегодня ученые верят, что лет через пятьдесят озоновый слой восстановится полностью.

Существует много гипотез, пытающихся объяснить сокращение концентрации озона. Причины его колебаний в атмосфере Земли связаны:

• · с динамическими процессами, происходящими в атмосфере Земли (внутренние гравитационные волны, Азорский антициклон и др.);
• · с влиянием Солнца (колебания его активности);
• · с вулканизмом, как следствием геологических процессов (истечение из вулканов фреонов, участвующих в разрушении озонового слоя, вариации магнитного поля Земли и др.);
• · с естественными процессами, происходящими в верхних оболочках Земли, включая деятельность азотопродуцирующих микроорганизмов, морские течения (феномен Эль-Ниньо), лесные пожары и др. ;
• · с антропогенным фактором, связанным с хозяйственной деятельностью человека, когда продуцируются в атмосферу значительные объемы озонразрушающих соединений.

В последние десятилетия действие антропогенных факторов резко возросло, что привело к возникновению экологических проблем, которые неожиданно были самими людьми превращены в глобальные: парникового эффекта, кислотных дождей, уничтожения лесов, опустынивания территорий, загрязнения среды вредными веществами, сокращения биологического разнообразия планеты.

Часть ученых считает, что именно хозяйственная деятельность человека во многом увеличила долю галогенового пути распада стратосферного озона, что спровоцировало возникновение озоновых дыр.

Монреальский протокол 1987 г. запретил производство хладогенов, которые в последние полвека позволяли сохранять пищевые продукты и тем самым не только позволили сделать жизнь человека более комфортной, но и спасали жизни многим миллионам людей, страдающим от нехватки продовольствия. По мере запрещения дешёвых хладоагентов слаборазвитые страны оказались не способны приобретать дорогостоящие рефрижераторы. Поэтому они не могут хранить произведенную ими сельскохозяйственную продукцию. Дорогостоящее импортное оборудование, разработанное в странах инициаторов «борьбы с озоновыми дырами», приносит им немалые доходы. Запрещение хладоагентов способствовало повышению смертности населения именно в беднейших странах.

Сегодня можно с уверенностью говорить о том, что нет каких-либо строго научно доказанных свидетельств относительно разрушительного влияния искусственно созданных хлорфлюокарбонных молекул на озоновый слой планеты. Но в научной среде преобладает точка зрения, по которой во второй половине XX века причиной уменьшения толщины озонового слоя является антропогенный фактор, который в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привел к значительному утонению озонового слоя.

Фреоны -- фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже -- брома. Известно более 40 различных фреонов. Большинство из них выпускается промышленностью.

Хладон 22 (Фреон 22) -- относится к веществам 4-го класса опасности. Под действием температур свыше 400°C может разлагаться с образованием высокотоксичных продуктов: тетрафторэтилена (4-й класс опасности), хлористого водорода (2-й класс опасности), фтористого водорода (1-й класс опасности).

Таким образом, полученные данные укрепили вывод многих (но не всех!) исследователей в том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями.

Но согласно другим представлениям образование «озоновых дыр» в значительной мере естественный, периодический процесс, не связанный исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации. Эту точку зрения сегодня разделяют не многие не только по причине отсутствия у них аргументов, а по причине того, что оказалось выгоднее идти в кильватере «глобальных утопий». Многие ученые, в отсутствии средств на научные исследования, стали и становятся жертвами грантов для обоснования идей «глобального экологического шовинизма» и виновности в этом прогресса.

Как указывает Г. Крученицкий, А, Хргиан, крупнейший специалист России по озону, практически первым обратил внимание на то, что образование и исчезновение озоновых дыр в северном полушарии коррелирует с атмосферно-динамическими, а не химическими процессами. Содержание озона может измениться на несколько десятков процентов в течении двух - трех суток. То есть дело не в озоноразрушающих веществах, а в динамике самой атмосферы.

Е. Борисенков, крупный специалист в области изучения атмосферы, на основе обработки данных девяти западноевропейских станций за двадцать три года установил корреляцию между 11-летними циклами солнечной активности и изменениями озона в атмосфере Земли.

Причины возникновения озоновых дыр в большинстве своем связывают именно с антропогенными источниками соединений, проникающими в стратосферный слой атмосферы Земли. Однако есть одна загвоздка. Она состоит в том, что основные источники озоноразрушающих соединений не располагаются в полярных (южных и северных) широтах, а сконцентрированы ближе к экватору и практически целиком находятся в северном полушарии. В то время как наиболее частые явления возникновения утонения мощности озонового слоя (собственно появление озоновых дыр) наблюдаются в Антарктиде (южном полушарии) и реже и Арктической зоне.

То есть источники озоноразрушающих соединений должны быть быстро и хорошо перемешиваться в атмосфере Земли. При этом быстро покидать нижние слои атмосферы, где также должны наблюдаться их реакции с участием озона. Справедливости ради необходимо отметить, что в тропосфере озона значительно меньше, чем в стратосфере. К тому же «срок жизни» этих соединений может достигать нескольких лет. Поэтому они могут достигать стратосферы в условиях доминирующих вертикальных перемещений воздушных масс и тепла. Но здесь появляется трудность. Поскольку основные движения, связанные с тепломассопереносом (тепло + переносимая воздушная масса), осуществляются именно в тропосфере. А поскольку температура воздуха уже на высоте 11-10 км постоянна и составляет около - 50?С, то этот тепломассоперенос тропосферного слоя в стратосферный должен быть замедлен. И участие антропогенных источников, разрушающих озоновый слой, может оказаться не столь значительным, как считается до сих пор.

Следующий факт, который может снизить роль антропогенного фактора в разрушении озонового слоя Земли, это появление озоновых дыр по большей части в весеннее или зимнее время. Но это, во-первых, противоречит допущению о возможности быстрого перемешивания озоноразрушающих соединений в атмосфере Земли и их проникновению в стратосферный слой высокой концентрации озона. Во-вторых, антропогенный источник озоноразрушающих соединений является постоянно действующим. Следовательно, причину появления озоновых дыр именно весной и зимой, да еще в полярных широтах, антропогенной причиной объяснить сложно. Зато наличие полярных зим и естественное уменьшение солнечной радиации в зимнее время удовлетворительно объясняет естественную причину возникновения озоновых дыр именно над Антарктидой и Арктикой. Например, концентрации озона летом в атмосфере Земли варьируют от 0 до 0,07%, а зимой от 0 до 0,02 %.

В Антарктиде и в Арктике механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких широт. Здесь в основном происходит превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды. Реакция протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. В результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами. При этом, за 40-50% ответственен хлор и порядка 20-40% -- бром.

С приходом полярного лета количество озона увеличивается и снова выходит на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой -- сезонные. Это признают все. Но если всё-таки раньше сторонники антропогенных источников озоноразрушающих соединений были склонны утверждать, что в течение года наблюдалась устойчивая динамика уменьшения концентрации озона, то в последующем эта динамика оказалась противоположной. Озоновые дыры начали уменьшаться. Хотя, по их мнению, восстановление озонового слоя должно занять несколько десятилетий. Поскольку считалось, что в атмосфере накопился огромный объём фреонов антропогенных источников, которые имеют время жизни десятки, и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года. Как видим, этот прогноз не оправдался. Зато усилия по снижению объемов производства фреонов были приняты кардинальные.

организм ультрафиолетовый озоновый морской

Всем известно, что нашу планету окутывает довольно плотный озоновый слой, располагающийся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Эта воздушная прослойка является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения.


Именно благодаря озоновому слою когда-то микроорганизмы сумели выбраться из океанов на сушу и способствовали появлению высокоразвитых форм жизни. Однако с начала XX столетия озоновая прослойка начала разрушаться, в результате чего в некоторых местах стратосферы стали появляться озоновые дыры.

Что такое озоновые дыры?

Вопреки распространенному мнению обывателей, что озоновая дыра является брешью в небесном пространстве, на самом деле она представляет собой участок значительного снижения уровня озона в стратосфере. В таких местах ультрафиолетовым лучам легче проникать к поверхности планеты и оказывать свое разрушительное воздействие на все живущее на ней.

В отличие от мест с нормальной концентрацией озона в дырах содержание «голубого» вещества составляет всего около 30 %.

Где находятся озоновые дыры?

Первая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 году. Ее диаметр составлял около 1000 км, причем она появлялась каждый год в августе, а к началу зимы исчезала. Тогда исследователи определили, что концентрация озона над материком снижена на 50 %, а наибольшее его уменьшение было зафиксировано на высотах от 14 до 19 км.


Впоследствии еще одна крупная дыра (меньших размеров) была обнаружена над Арктикой, сейчас же ученым известны сотни подобных явлений, хотя самой огромной по-прежнему остается та, что возникает над Антарктидой.

Как образуются озоновые дыры?

Поскольку на полюсах наблюдаются долгие полярные ночи, в этих местах происходит резкое снижение температуры и образуются стратосферные облака, содержащие ледяные кристаллики. Как следствие, в воздухе накапливается молекулярный хлор, внутренние связи которого разрываются с наступлением весны и появлением солнечного излучения.

Цепочка химических процессов, возникающих при устремлении в атмосферу атомов хлора, приводит к разрушению озона и образованию озоновых дыр. Когда в полную силу, к полюсам направляются воздушные массы с новой порцией озона, благодаря чему дыра затягивается.

Почему появляются озоновые дыры?

Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают водород, кислород, бром и другие продукты сгорания, попадающие в атмосферу из-за выбросов фабрик, заводов, дымовых газовых ТЭЦ.


Не меньшее влияние на слой озона оказывают ядерные испытания: при взрывах выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, которые входят в реакцию с озоном и уничтожают его молекулы. Подсчитано, что только с 1952 по 1971 год при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 миллионов тонн этого вещества.

Возникновению озоновых дыр способствуют и реактивные самолеты, в двигателях которых также образуются окислы азота. Чем выше мощность турбореактивного двигателя, тем выше температура в камерах его сгорания и тем больше азотных окислов попадает в атмосферу. Согласно исследованиям, ежегодные объемы азота, выбрасываемого в воздух, составляют 1 миллион тонн, из них треть приходится на самолеты. Еще одна причина разрушения озонового слоя – минеральные удобрения, которые при внесении в землю вступают в реакцию с почвенными бактериями. В этом случае в атмосферу попадает закись азота, из которой образуются окислы.

К каким последствиям для человечества могут привести озоновые дыры?

В силу ослабления озонового слоя увеличивается поток солнечной радиации, что в свою очередь, может привести к гибели растений и животных. Влияние озоновых дыр на человека выражается прежде всего в увеличении числа раковых заболеваний кожи. Ученые подсчитали, что если концентрация озона в атмосфере упадет хотя бы на 1%, то число больных раком возрастет примерно на 7000 человек в год.


Именно поэтому сейчас экологи бьют тревогу и пытаются предпринять все необходимые меры для защиты озонового слоя, а конструкторы разрабатывают экологически безопасные механизмы (самолеты, ракетные системы, наземный транспорт), выбрасывающие в атмосферу меньшее количество окислов азота.

Озоновые дыры - «дети» стратосферных вихрей

Хотя озона в современной атмо сфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жест кое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, стратосферный озон - важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды.

Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов). Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось...

Озон (О 3) представляет собой сравнительно редкую молекулярную форму кислорода, состоящую из трех атомов. Хотя озона в современной атмосфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому до появления фотосинтеза - и, соответст­венно, свободного кислорода и озонового слоя в атмосфере - жизнь могла существовать только в воде.

Кроме того, стратосферный озон - важный климатиче­ский фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды. Поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, озон нагревает стратосферу и тем самым регулирует характер планетарных тепловых и циркулярных процессов во всей атмосфере.

Неустойчивые молекулы озона в естественных условиях образуются и распадаются под действием различных факторов живой и неживой природы, причем в ходе длительной эволюции этот процесс пришел к некоторому динамическому равновесию. Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов).

Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось. Особенно общественное мнение взбудоражило открытие над Антарктидой так называемой озоновой «дыры».

«Дыра» над Антарктидой

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой - озоновую дыру - впервые обнаружили еще в 1957 г., в Международный геофизический год. Настоящая же история ее началась через 28 лет со статьи в майском номере журнала Nature , где было высказано предположение, что причиной аномального весеннего минимума ОСО над Антарктидой служит промышленное (в том числе и фреонами) загрязнение атмосферы (Farman et al. , 1985).

Было установлено, что озоновая дыра над Антарктидой возникает обычно раз в два года, держится около трех месяцев, а затем исчезает. Она представляет собой не сквозное отверстие, как может показаться, а углубление, поэтому более правильно говорить о «провисании озонового слоя». К сожалению, все дальнейшие исследования озоновой дыры в основном были направлены на доказательство ее антропогенного происхождения (Roan, 1989).

ОДИН МИЛЛИМЕТР ОЗОНА Атмосферный озон представляет собой сферический слой толщиной около 90 км над поверхностью Земли, причем озон в нем распределен неравномерно. Больше всего этого газа сосредоточено на высоте 26–27 км в тропиках, на высоте 20–21 км - в средних широтах и на высоте 15–17 км - в полярных областях.
Общее содержание озона (ОСО), т. е. количество озона в атмосферном столбе в конкретной точке, измеряется по поглощению и излучению солнечной радиации. В качестве единицы измерения используется так называемая единица Добсона (е. Д.), соответствующая толщине слоя чистого озона при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) и температуре 0° С. Сто единиц Добсона соответствуют толщине озонового слоя в 1 мм.
Величина содержания озона в атмосфере испытывает суточные, сезонные, годовые и многолетние колебания. При среднем глобальном ОСО в 290 е. Д. мощность озонового слоя меняется в широких пределах - от 90 до 760 е. Д.
За содержанием озона в атмосфере следит мировая сеть из около ста пятидесяти наземных озонометрических станций, очень неравномерно распределенных по террито­рии суши. Такая сеть практически не может регистрировать аномалии в глобальном распределении озона, даже если линейный размер таких аномалий достигает тысячи километров. Более детальные данные об озоне получают с помощью оптической аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли.
Нужно отметить, что само по себе некоторое уменьшение общего содержания озона (ОСО) не является катастрофическим, особенно в средних и высоких широтах, потому что облака и аэрозоли также могут поглощать ультрафиолетовое излучение. В той же Центральной Сибири, где число облачных дней велико, отмечается даже дефицит ультрафиолета (около 45 % от медицинской нормы).

Сегодня существуют разные гипотезы относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. Однако в химическую антропогенную теорию не укладывается много известных фактов. Например, рост содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах.

Вот самый «наивный» вопрос: почему дыра образуется в южном полушарии, хотя фреоны вырабатываются в северном, при том что неизвестно, имеется ли в это время воздушное сообщение между полушариями?

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой впервые обнаружили еще в 1957 г., а спустя три десятилетия вину за это возложили на промышленность

Ни одна из существующих теорий не опирается на широкомасштабные детальные измерения ОСО и исследования процессов, про­исходящих в стратосфере. Ответить на вопрос о степени изолированности полярной стратосферы над Антарктидой, как и на ряд других вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось лишь с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков, предложенного В. Б. Кашкиным (Кашкин, Сухинин, 2001; Kashkin et al. , 2002).

Воздушные потоки в тропо­сфере (до высоты 10 км) с давних пор прослеживали, наблюдая за поступательными и вращательными перемещениями облаков. Озон, по сути, также представляет собой огромное «облако» над всей поверхностью Земли, и по изменениям его плотности можно судить о движе­нии воздушных масс выше 10 км, - так же, как мы узнаем направление ветра, глядя на облачное небо в пасмурный день. Для этих целей плотность озона следует измерять в точках пространственной решетки с определенным временным интервалом, например, каждые 24 часа. Проследив, как изменилось поле озона, можно оценить угол его поворота за сутки, направление и скорость движения.

ЗАПРЕТ НА ФРЕОНЫ - КТО ВЫИГРАЛ? В 1973 г. американцы Ш. Роуланд и М. Молина обнаружили, что атомы хлора, выделяющиеся из некоторых летучих искусственных химических веществ под действием солнечного излучения, могут разрушать стратосферный озон. Ведущую роль в этом процессе они отвели так называемым фреонам (хлорфторуглеродам), которые в то время широко использовались в бытовых холодильниках, в кондиционерах, в качестве газа-вытеснителя в аэрозолях и т. д. В 1995 г. эти ученые совместно с П. Крутценом были удостоены за свое открытие Нобелевской премии по химии.
На производство и использование хлорфторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой, стали налагаться ограничения. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, который предусматривает контроль за 95 соединениями, в настоящее время подписали более 180 государств. В законе Российской федерации об охране окружающей природной среды также есть специальная статья, посвященная
охране озонового слоя Земли. Запрет на производство и потребление озоноразрушающих веществ имел серьезные экономические и политические последствия. Ведь фреоны обладают массой достоинств: они малотоксичны по сравнению с другими хладагентами, химически устойчивы, негорючи и совместимы со многими материалами. Поэтому руководители химической промышленности, особенно в США, вначале были против запрета. Однако позднее к запрету присоединился концерн Дюпон, предложивший использовать в качестве альтернативы фреонам гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды.
В западных странах начался «бум» с заменой старых холодильников и кондиционеров новыми, не содержащими озоноразрушающих веществ, хотя такие технические устройства имеют более низкий КПД, менее надежны, потребляют больше энергии и при этом более дорогостоящи. Компании, первыми начавшие применять новые хладагенты, оказались в выигрыше и получили громадные прибыли. Только в США убытки от запрета на хлорфторуглероды составили десятки, если не более, миллиардов долларов. Появилось мнение, что так называемая озоносберегающая политика могла быть инспирирована владельцами крупных химических корпораций с целью укрепить свое монопольное положение на мировом рынке

С помощью нового метода была исследована динамика озонового слоя в 2000 г., когда над Антарктидой наблюдалась рекордно большая озоновая дыра (Kashkin et al. , 2002). Для этого использовались спутниковые данные о плотности озона по всему южному полушарию, от экватора до полюса. В результате было установлено, что содержание озона минимально в центре воронки так называемого циркумполярного вихря, которая образовалась над полюсом, на чем мы подробно остановимся ниже. На основе этих данных была выдвинута гипотеза природного механизма образования озоновых «дыр».

Глобальная динамика стратосферы: гипотеза

Циркумполярные вихри образуются при движении стратосферных воздушных масс в меридиональном и широтном направлениях. Как это происходит? На теплом экваторе стратосфера выше, а на холодном полюсе - ниже. Воздушные потоки (вместе с озоном) скатываются со стратосферы как с горки, и движутся все быстрее от экватора к полюсу. Движение с запада на восток происходит под воздействием силы Кориолиса, связанной с вращением Земли. В результате потоки воздуха как бы наматываются, как нити на веретено, на южное и северное полушария.

«Веретено» воздушных масс вращается в течение всего года в обоих полушариях, но более выражено в конце зимы и начале весны, потому что высота стратосферы на экваторе почти не меняется в течение года, а на полюсах она выше летом и ниже зимой, когда там особенно холодно.

Слой озона в средних широтах создается за счет мощного притока с экватора, а также в результате фотохимических реакций, происходящих на месте. А вот озон в районе полюса обязан своим происхождением в основном поступлению с экватора и из средних широт, и его содержание там довольно низкое. Фотохимические реакции на полюсе, куда солнечные лучи падают под малым углом, идут медленно, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути.

На основе спутниковых данных о плотности озона была выдвинута гипотеза естественного механизма образования озоновых дыр

Но воздушные массы движутся так не всегда. В самые холодные зимы, когда стратосфера над полюсом очень низко опускается над поверхностью Земли и «горка» становится особенно крутой, ситуация меняется. Стратосферные потоки скатываются так быстро, что возникает эффект, знакомый каждому, кто наблюдал, как вода стекает через отверстие в ванне. Достигнув определенной скорости, вода начинает быстро вращаться, а вокруг отверстия образуется характерная воронка, создаваемая центробежной силой.

Нечто подобное происходит и в глобальной динамике стратосферных потоков. Когда потоки стратосферного воздуха набирают достаточно большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. В результате воздушные массы движутся от экватора и от полюса навстречу друг другу, что приводит к формированию быстро вращающегося «вала» вихря в области средних широт.

Обмен воздухом между экваториальной и полярной областями прекращается, озон с экватора и из средних широт на полюс не поступает. Кроме того, оставшийся на полюсе озон, как в центрифуге, отжимается к средним широтам центробежной силой, поскольку он тяжелее воздуха. В результате концентрация озона внутри воронки резко падает - над полюсом образуется озоновая «дыра», а в средних широтах - область высокого содержания озона, соответствующая «валу» циркумполярного вихря.

Весной антарктическая стратосфера прогревается и поднимается выше - воронка исчезает. Воздушное сообщение между средними и высокими широтами восстанавливается, к тому же ускоряются фотохимические реакции образования озона. Озоновая дыра исчезает до новой особенно холодной зимы на Южном полюсе.

А что в Арктике?

Хотя динамика стратосферных потоков и, соответственно, озонового слоя в северном и южном полушариях в целом схожа, озоновая дыра время от времени возникает только над Южным полюсом. Над Северным полюсом озоновых дыр не возникает, поскольку зимы там мягче и стратосфера никогда не опускается настолько низко, чтобы воздушные потоки набрали скорость, необходимую для образования воронки.

Хотя циркумполярный вихрь образуется и в северном полушарии, озоновых дыр там не наблюдается из-за более мягкой, чем в южном полушарии, зимы

Есть и еще одно важное отличие. В южном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза быстрее, чем в северном. И это неудивительно: Антарктида окружена морями и вокруг нее существует циркумполярное морское течение - по существу, вместе вращаются гигантские массы воды и воздуха. Иная картина в северном полушарии: в средних широтах там находятся материки с горными хребтами, и трение воздушной массы о земную поверхность не позволяет циркумполярному вихрю набрать достаточно большую скорость.

Однако в средних широтах северного полушария иногда появляются небольшие озоновые «дыры» иного происхождения. Откуда они берутся? Движение воздуха в стратосфере средних широт гористого северного полушария напоминает движение воды в мелком ручье с каменистым дном, когда на поверхности воды образуются многочисленные водовороты. В средних широтах северного полушария роль рельефа поверхности дна играют перепады температур на границе континентов и океанов, горных массивов и равнин.

Резкая смена температуры на поверхности Земли приводит к формированию в тропосфере вертикальных потоков. Стратосферные ветры, наталкиваясь на эти потоки, создают вихри, которые могут вращаться в обоих направлениях с равной вероятностью. Внутри них появляются области с пониженным содержанием озона, то есть озоновые дыры, намного меньшие по размеру, чем на Южном полюсе. И нужно отметить, что такие вихри с разными направлениями вращения были обнаружены при первой же попытке.

Таким образом, динамика стратосферных воздушных потоков, которую мы проследили, наблюдая за облаком озона, позволяет дать правдоподобное объяснение механизма образования озоновой дыры над Антарктидой. По-видимому, подобные изменения озонового слоя, обусловленные аэродинамическими явлениями в стратосфере, имели место задолго до появления человека.

Все вышесказанное вовсе не означает, что фреоны и другие газы промышленного происхождения не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Однако ученым еще предстоит выяснить, каково соотношение природных и антропогенных факторов, влияющих на образование озоновых дыр, - делать поспешные выводы в столь важных вопросах недопустимо.

Озоновый слой впервые был исследован учеными Британских антарктических станций в 1957 году. Озон рассматривался как возможный показатель долгосрочных изменений в атмосфере. В 1985 году в журнале Nature было объявлено о ежегодном истощении озонового слоя и формировании озоновых дыр.

Что такое озоновая дыра и причины ее появления

В больших количествах озон производится в стратосфере над тропиками, где самое сильное УФ-излучение. Затем он циркулирует в земной атмосфере по направлению к полюсам. Количество озона меняется в зависимости от места, времени года и повседневных климатических условий. Уменьшение концентрации озона в атмосфере, которое наблюдается у полюсов Земли, называют озоновой дырой.

Чем тоньше становится озоновый слой, тем больше размер озоновых дыр. Можно выделить 3 основные причины их формирования:

• Естественное перераспределение концентрации озона в атмосфере. Максимальное количество озона содержится у экватора, снижаясь по направлению к полюсам, образуя области с уменьшенной концентрацией этого элемента.
• Техногенный фактор . Хлорфторуглероды, содержащиеся в аэрозольных баллонах и хладагентах, выбрасываются в атмосферу в процессе деятельности человека. Происходящие при этом химические реакции в атмосфере разрушают молекулы озона. Это истончает озоновый слой и уменьшает его способность поглощать ультрафиолет.
• Глобальное потепление климата. Температура у поверхности земли постоянно растет, при этом верхние слои стратосферы охлаждаются. Это сопровождается формированием перламутровых облаков, в которых происходят реакции разрушения озона.

Последствия расширения озоновых дыр

Существование жизни на Земле возможно только благодаря наличию озонового слоя. Он эффективно защищает планету от проникновения вредного УФ-излучения, которое обладает высокой реакционной способностью.

• При воздействии ультрафиолета повреждается ДНК. Это может привести к нежелательным мутациям живых организмов.
• УФ-лучи проникают даже сквозь воду и вызывают гибель клеток растений и микроорганизмов, которые служат пищей для более развитых животных. В результате их численность уменьшается.
• У человека избыточное УФ-излучение может стать причиной рака кожи. (Снижение концентрации озона на 1% увеличивает число случаев рака кожи на 5%).
• Прямой контакт ультрафиолета с сетчаткой глаз провоцирует возникновение катаракты. Это влияет на качество зрения и может вызвать слепоту.

В 1987 году было составлено международное соглашение - Монреальский протокол - для регулирования выброса в атмосферу вредных газов, разрушающих молекулы озона. Следование протоколу помогает постепенно сократить истощение озонового слоя в атмосфере и предотвратить расширение озоновых дыр.