|
В начале 80-х годов английские и японские ученые выяснили, что с конца 70-х годов над Антарктикой непрерывно истощается озоносфера - слой атмосферного озона. Наземные и спутниковые измерения обнаружили своего рода озоновую "дыру", в которой озона в столбе воздуха было на 30-50% меньше нормы. Эта "дыра" в Антарктике наблюдается весной (сентябрь - ноябрь), в другие сезоны содержание озона ближе к норме. Заметнее всего это уменьшение на высотах 15-25 км, в слое с максимальным содержанием озона. Позднее выяснилось, что озона в атмосфере становится все меньше и меньше также в средних и высоких широтах Северного полушария зимой - весной (январь - март), особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Восточной Сибирью и Японией.
Детальные измерения показали, что при общем истощении озоносферы содержание озона возрастало, в частности, над Лабрадором (северо-восток Канады) в январе. Временами (например, в 1988 г.) оно увеличивалось и над Антарктикой. Однако в целом содержание озона в атмосфере за последние два десятилетия значительно уменьшилось.
Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям - вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой "дыры" над Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.
Озон образуется в верхней стратосфере (40-50 км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10-25 км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический состав атмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов переноса.
Разрушается же он, взаимодействуя с выбрасываемыми в атмосферу веществами, содержащими хлор (фреонами и галонами), которые используют в различных отраслях промышленности. Многочисленные измерения и расчеты свидетельствуют о том, что эти реакции протекают в основном на поверхности полярных стратосферных облаков, которые образуются здесь при очень низких (менее -80°С) температурах. После окончания полярной ночи, в сентябре, с восходом солнца образуются атомы хлора, разрушающие молекулы озона. Наблюдения показали, что подобный химический механизм действует и в Арктике (в январе - марте). Температура нижней стратосферы в Арктике выше, чем в
Антарктике, поэтому полярные стратосферные облака здесь образуются реже, так что озоновая "дыра" регистрируется главным образом над Антарктикой. Ключевой элемент этого механизма разрушения озона - именно полярные стратосферные облака, образующиеся только при очень низких температурах. Такие температуры над Антарктикой обусловлены сильными западными ветрами, которые формируют своеобразный полярный "барьер" (его называют также полярным вихрем), препятствуя межширотному обмену теплом и озоном.
При любом обсуждении проблемы озоновой "дыры" возникают следующие вопросы:
· почему она проявилась только в конце 80-х годов;
· существуют ли долговременные процессы в стратосфере, способствующие образованию температурного "барьера", и как они связаны с наблюдаемыми аномалиями?
Ответы на них надо искать в системе "океан - атмосфера". Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой "дыры" в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.
Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой "дыры".
Чем же вызваны столь серьезные изменения? Видимо, это результат сразу нескольких крупномасштабных процессов в Мировом океане: "капризов" Эль-Ниньо в Тихом океане (теплое сезонное поверхностное течение у берегов Эквадора и Перу, параметры которого меняются год от года), аномалий температур значительных участков поверхности в Атлантическом и Индийском океанах. Из общих физических соображений ясно, что как ежегодные, так и более длительные изменения в стратосфере связаны прежде всего с аномалиями температуры океанов. Современные математические методы позволяют выявить наиболее характерные черты этих связей и проследить их эволюцию. Результаты соответствующих расчетов свидетельствуют о том, что изменения концентрации озона в атмосфере, циркуляции в стратосфере, температуры поверхности Атлантического океана хорошо согласуются между собой. Так что, в частности, изменения концентрации озона в атмосфере Северного полушария в зимнее время могут быть результатом температурных аномалий в Атлантике.
|