Озон и климат
В предыдущем пункте я рассмотрела способность озона поглощать ультрафиолетовое излучение с точки зрения роли озонового слоя как нашего защитника – “волшебного щита планеты”. Однако сам процесс такого поглощения не проходит бесследно для земной атмосферы. Энергия, которую несет излучение в указанном диапазоне длин волн, в результате поглощения передается атмосферному газу, вызывая его нагрев. Оценки показывают, что выше примерно 20км и в стратосфере, и в большей части мезосферы этот процесс является основным источником нагрева, определяющим, таким образом температуру – её высотное и широтное распределение.
Распределение температуры контролирует динамические процессы в атмосферном газе. Таким образом, вся система циркуляции в стратосфере, включая и вертикальный перенос газа, зависит от распределения озона. И если под влиянием антропогенных процессов распределение озона заметно изменится, должна измениться вся картина динамических процессов, включая и взаимодействие стратосферы и тропосферы.
Расчеты с помощью атмосферных моделей показывают, что если повсеместно уменьшить концентрацию озона в два раза, то в мезосфере произойдет охлаждение атмосферного газа на 20° С. Это охлаждение в большей части стратосферы (18–40км) составит 6 – 8° С, а на стыке тропосферы и стратосферы (7 – 18км) – 2 – 3° С.
До этого времени я рассматривала лишь одно оптическое свойство молекул озона – поглощать мягкое ультрафиолетовое излучение. Однако молекулы O3обладают и другими свойствами, существенными для теплового режима атмосферы. Наиболее важное из них – способность поглощать излучение в инфракрасном диапазоне, точнее в полосе с длиной волны примерно 9,6мкм
Для того чтобы понять важность этого свойства озона для теплового режима атмосферы, я немного отступлю от основной линии этого пункта реферата и кратко рассмотрю формирование теплового режима атмосферы и поверхности Земли.
В чем же суть так называемого парникового эффекта? Суть его состоит в том, что поверхность Земли поглощать энергию падающего на неё солнечного излучения (ближнего ультрафиолетового, видимого, инфракрасного – всего, которое до неё дошло, почти не поглотившись в воздухе) и переизлучает эту энергию в виде тепловых лучей сугубо в инфракрасной области. Если бы это инфракрасное излучение не поглощалось в атмосфере и не уходило назад в космическое пространство, на Земле было бы невыносимо холодно. Но этого не происходит потому, что большая часть переизлученной энергии не покидает нижних слоев атмосферы, а поглощается там облаками и различными малыми составляющими.
Наиболее активны в этом поглощении две атмосферные составляющие – углекислый газ и пары воды. Именно они обеспечивают задержку в атмосфере большей части инфракрасного излучения. Однако существует так называемое окно прозрачности в полосе 8 – 13 мкм, где суммарное поглощение указанными двумя составляющими (CO2 и H2O) мало. В этой области в роли основного поглотителя выступает озон. Как отмечалось выше, озон имеет сильную полосу поглощения в области 9,6мкм, которая и обеспечивает захват уходящего инфракрасного излучения в середине окна. Отмечу, что у молекулы озона имеются и другие полосы поглощения в инфракрасной области (например, с длиной волны 13,8 и 14,4 мкм). Но там они накладываются на сильные полосы поглощения H2O и CO2.
В последние два десятилетия человечество все больше беспокоит проблема усиления парникового эффекта из–за увеличения в атмосфере количества CO2. Факт монотонного роста концентрации двуокиси углерода в тропосфере в результате человеческой деятельности (уменьшение площади лесов, сжигании органического топлива, и другие промышленные процессы) установлен с высокой степенью достоверности. Этот рост за последние 20 лет составляет 0,3–0,4% в год.
Если тенденция роста CO2в последующие десятилетия сохранится, то удвоение количества CO2 в атмосфере, которое существовало в доиндустриальную эру, должно произойти примерно в середине XXI в. Правда, наиболее оптимистические модели предсказывают такое удвоение лишь к 2100г. Конечно, реальная картина будет зависеть, прежде всего, от того, как быстро будет расти потребляемое человечеством количество энергии и насколько удастся заменить существующие сегодня источники энергии новыми, чистыми в экологическом отношении.
При удвоении количества двуокиси углерода в атмосфере ожидаемое увеличение средней температуры нижней атмосферы составляет 2–3°С в средних и низких широтах и 5–6°С в полярных областях. При удвоении количества углекислого газа в стратосфере, должно произойти понижение температуры (на 10–15°С), поскольку молекулы CO2принимают активное участие в процессах охлаждения стратосферного воздуха. Такое изменение климата Земли может иметь очень серьезные последствия для многих регионов земного шара. Именно поэтому в настоящее время идет активное обсуждение возможностей уменьшения выбросов углекислого газа в атмосферу и замедление роста количества CO2.
Но не только рост концентрации CO2может привести к усилению парникового эффекта. Свой вклад вносит и рост концентрации озона в тропосфере, вызванный антропогенным загрязнением атмосферы.
Конечно, картина с озоном далеко не проста, как в случае CO2. Ведь молекулы O3играют роль и в процессах нагрева атмосферного газа (за счет поглощения ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере и инфракрасного излучения поверхности в основном в тропосфере) и в процессах его охлаждения (за счет излучения молекулами O3 части поглощенной энергии). Значит можно ожидать уменьшение количества озона в стратосфере из антропогенных источников и увеличение его в тропосфере.
Все эти сложности приводят к тому, что оценить суммарный эффект ожидаемого изменения количества озона не так просто. Тем не менее наиболее надежные, по моему мнению являются расчеты по математическим моделям, учитывающим как радиационные, так и конвективные эффекты, показывают, что при ожидаемом удвоении количества озона в тропосфере и уменьшении в двое в стратосфере климатический эффект должен быть в большей мере подобен эффекту от ожидаемого удвоения количества двуокиси углерода, но с меньшей амплитудой. Иначе говоря, если в случае удвоения CO2 вероятно увеличение температуры в среднем по Земле на 3–4°С, то в случае описанного изменения количества озона это увеличение составит около 1° С. Уменьшение вдвое количества стратосферного озона также должно вызвать эффект, подобный эффекту удвоения количества CO2,– охлаждение стратосферы на 15–20°С
Следует отметить, что антропогенное увеличение количества озона в тропосфере, которое я рассматриваю, прежде всего, с точки зрения дополнительного вклада в парниковый эффект, неизбежно будет сопровождаться и другими отрицательными эффектами. Озон обладает токсическими свойствами, которые могут приводить к поражению легочных тканей человека (и животных), ставя таким образом под угрозу здоровье людей. Ожидается влияние обогащенного озоном воздуха на растения, а также на различные (особенно легкоокисляющиеся) материалы.
Подводя итоги сказанного в этом пункте, следует подчеркнуть, что антропогенное увеличение количества озона в тропосфере предвещает нам также мало радостей, как и антропогенное разрушение стратосферного озона.
Антропогенные источники разрушения
Озонового слоя.
До самого последнего периода истории Земли живые системы планеты эволюционировали почти в полной гармонии с атмосферой, литосферой и гидросферой, не испытывая влияния человеческой деятельности. Но по мере развития сельского хозяйства и промышленности воздействие человека на среду стало заметнее. Повсеместная индустриализация, особенно развернувшаяся за последние два столетия, привела к потенциально опасным уровням загрязнения среды.
Можно сказать, что загрязнения – это поступление в окружающую среду каких-либо веществ или энергии в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов системы жизнеобеспечения к другим, в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические.
Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы – это локальная проблема больших городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ.
СОЕДИНЕНИЯ СЕРЫ ИЗ АНТРОПОГЕННЫХ И ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ.
Сера содержится в таких полезных ископаемых, как уголь, нефть, железные, медные и другие руды; одни из них используют как топливо, другие направляют на переработку в химическую и металлургическую промышленность. При переработке (в частности, при обжиге руд) сера переходит в химические соединения, например в диоксид. Образовавшиеся соединения частично улавливаются очистными сооружениями, остальное количество их выбрасывается в атмосферу. Серосодержащие соединения образуются также в результате деятельности живых организмов как на суше, так и на море, в процессах, протекающих в земной коре, например при вулканической или геотермальной деятельности. В большинстве антропогенных выбросов преобладают диоксид серы и сульфаты.
Первичные сульфаты выделяются при сжигании топлива и в ходе таких промышленных процессов, как нефтепереработка, производство цемента и гипса, серной кислоты. При сжигании мазута сульфатов образуется значительно больше, чем из угля. Это обусловлено тем, что в нефтяных остатках содержится относительно большое количество соединений ванадия и никеля, которые катализируют образование первичных сульфатов. При сжигании нефтяного топлива образуется около 16% сульфатов от общего количества их.
Тем не менее, их выбросы образуются в основном (более 45% от общего количества) в результате сжигания угля. Из природных источников серосодержащих соединений важную роль играют биогенные выбросы из почвы и продукты жизнедеятельности растений.
В поверхностном слое вод Мирового океана обнаруживают только одно соединение, содержащие серу, - диметилсульфид. Распределение его в поверхностном слое вод Мирового океана аналогична распределению хлорофилла. Соединения серы, поступающие из Мирового океана в атмосферу, окисляются до сульфатов, которые сохраняются в атмосфере до 5 дней. Установлено, что океанские воды поставляют около 3% от общего количества сернистых соединений, выделяемых антропогенными источниками.
При извержении вулканов в выделяющихся серосодержащих соединений преобладает диоксид серы, в меньшем количестве в атмосферу поступают сероводород, карбонилсульфид, а также сульфаты в виде аэрозолей и твёрдых частиц.
Есть ещё один источник загрязнения воздуха–сжигание мусора.
СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА ИЗ АНТРОПОГЕННЫХ И ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ.
Азот содержится в топливе многих видов ископаемых, например, в угле и нефти. В отличие от диоксида серы, образование оксидов азота и их количество в выбросах зависит не только от содержания примесей в топливе, но и от температуры в зоне сжигания. При сжигании одного и того же количества топлива на теплоэлектростанциях и в печах индивидуального отопления домов в первом случае вследствие более высокой температуры в топке оксидов азота образуется гораздо больше. Понятно образование большого количества оксида азота при вспышках молний - источника высоких энергий в атмосфере. К природным источникам оксидов азота относятся также биогенный круговорот азота в природе, миграции оксидов азота из стратосферы в тропосферу и образование NOx в результате фотоинициированного химического разложения нитритов, содержащихся в морской воде.
Из антропогенных источников выделяется около 93% оксидов азота, главным образом в виде монооксида азота, который в результате атмосферных свободно-радикальных реакций превращается в диоксид азота.
СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА ИЗ АНТРОПОГЕННЫХ И ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Монооксид углерода образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Наибольшие количества углерода природного происхождения образуются в результате вулканической деятельности и окислении метана в атмосфере.
К естественным источникам образования CO добавляются антропогенные выбросы. Это связано в первую очередь с автотранспортом, так как у двигателей внутреннего сгорания оптимальные условия окисления топлива создаются только при выходе на определённый рабочий режим.
В отличие от монооксида углерода диоксид углерода образуется при полном окислении углеродсодержащего топлива. Атмосферный диоксид углерода находится в состоянии постоянного обмена с почвой, водами и живыми организмами, в результате чего постоянный кругооборот его в природе. В этом кругообороте источниками CO2 служат вулканические извержения, выветривание содержащих углерод горных пород, микробиологический распад органических соединений над почвой и в почве, дыхание животных и растений, лесные пожары и сжигание природного топлива. В результате интенсивной обработки земли и создании новых пашен идёт разрушение слоя гумуса в почве и ускоренный переход углерода в атмосферу. К этому добавляется вырубка лесов, особенно ликвидация тропической растительности, в которой издавна накопились огромные запасы углерода. Эти вырубки в значительной мере способствуют нарушению равновесия между связыванием и выбросом углерода.
ЛЕТУЧИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ИЗ АНТРОПОГЕННЫХ И ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Источники образования соединений весьма многочисленны, широк и набор индивидуальных органических соединений, поступающих в атмосферу, что затрудняет определение их состава. В состав летучих органических соединений входят реакционно-способные алканы 50% (пропан, н-бутан и более высокомолекулярные), олефины 23% (этилен, пропилен и др.), ароматические углеводороды 18% (бензол, ксилолы и др.), альдегиды и кетоны 8% (формальдегид, ацетон и др.), органические кислоты 1% (муравьиная, уксусная и др.). Как правило, наиболее высокое содержание летучих органических соединений в атмосфере наблюдается в районах с высокой концентрацией населения. Важную роль в их образовании играют и другие факторы, прежде всего наличие предприятий химической и нефтехимической промышленности.
Летучие органические соединения, в отличии оксидов азота и серы, поступают в атмосферу главным образом из природных источников. Основной природный источник этих веществ - растения, в результате жизнедеятельности которых образуются непредельные соединения - терпеновые углеводороды и производные изопрена. Они активно участвуют в химических реакциях, протекающих в атмосфере, способны взаимодействовать с озоном и гидроксильными радикалами, инициируют химические реакции, в результате которых образуется целый ряд продуктов. Из природных источников выделяется более 90% летучих органических соединений, количество их возрастает при повышении температуры и интенсивности солнечного освещения. В некоторых районах, особенно в городских, загрязнения такого типа поступают в основном из антропогенных, а не из природных.
Изменения содержания малых газов, имеющих природные источники.
Характеристики содержания и атмосферных циклов, рассматриваемых ниже малых газов (МГ) приведены в таблице 1.
а) Углекислый газ.
Углекислый газ (диоксид углерода CO2) наибольший вклад в повышение температуры воздуха и подстилающей поверхности вследствие “парникового” эффекта.
В последние годы наиболее изучены сезонные пространственные изменения интенсивности атмосферных источников и стоков углекислого газа на подстилающую поверхность. Эти изменения отображают вариации скорости обмена CO2 между атмосферой и растительностью суши и моря (фотосинтез и дыхание растений) и между атмосферой и океаном. Поэтому сезонный максимум концентрации CO2 в нижней атмосфере наблюдается в конце зимы и весной, а минимум – в конце лета и осенью, причем амплитуда сезонного изменения его концентрации уменьшается от севера к югу по мере уменьшения доли площади суши с растительностью в общей площади зонального пояса. Значительные межгодовые изменения скорости прироста концентрации CO2 в нижней атмосфере, которые отмечались на островных и прибрежных станциях на Тихом океане (при среднем приросте отношения смеси CO2 на 1,2 млн. в –1 степени /г почти нулевой прирост в первой половине 1983г.), связывают с повышением на несколько градусов Цельсия температуры поверхности тропической зоны восточной части Тихого океана – явлением Эль-Ниньо в конце 1982 – начале 1983г. По некоторым оценкам, при этом около 6 Мт CO2 могло поступить в атмосферу из океана, что составляет треть годового выброса CO2 в атмосферу в результате сжигания всех видов топлива.
Углекислый газ практически не участвует в фотохимических преобразованиях газов в атмосфере и влияет на стоки озона через производимый парниковый эффект, приводящий к охлаждению стратосферы и меньшему нагреванию тропосферы, а также к соответственному изменению скорости фотохимических реакций и влажности тропосферы.
б) Оксид углеродач ч.
Оксид углеродач ч (CO), в отличие от диоксида углерода, не оказывает заметного влияния на потоки солнечной и тепловой радиации, но быстрый, в основном антропогенный, рост его содержания и значительная роль в фотохимии озона и других МГ в тропосфере приводят к необходимости мониторинга CO в глобальной атмосфере и дальнейшего количественного исследования его атмосферного цикла. Значительные амплитуды сезонного изменения концентрации CO в тропосфере и различия в его содержании по полушариям связаны с малым временем жизни. Фазы сезонного изменения CO в тропосфере северного полушария почти одинаковы с таковыми для CO2, однако, максимум концентрации CO в конце зимы по сравнению с максимумом концентрации CO2 в большей степени обусловлен сжиганием разных видов топлива, а минимум CO в конце лета считается связанным с деятельностью почвенных бактерий. Меньшая интенсивность этих источников и стоков в южном полушарий приводит к меньшему содержанию CO в тропосфере.
в) Метан.
Примерно две трети метана (CH4), поступающего в атмосферу, имеют биологическое происхождение, и интенсивность этого источника подвержена значительному антропогенному влиянию. Поэтому скорость роста его содержания в атмосфере возрастала в C IC и C C вв. и, наверно, будет возрастать в будущем. Среднеглобальное отношение смеси метана за последние десять лет росло на 16 млрд. в –1степени, т.е. около 1% в год.
По косвенным оценкам, в связи с быстрым ростом содержания метана в атмосфере возрос “расход” OH на его окисление, процесс, являющийся основным фотохимическим стоком CH4 в атмосфере, и содержание OH уменьшилось примерно на 20% по сравнению с его содержанием в доиндустриальный период. С другой стороны, тот же рост CH4 в стратосфере приводит к увеличению влажности в его верхней части, а окисление водяного пара возбужденным атомарным кислородом O(№D) –основной источник OH во всей атмосфере.
Разрушение озонового слоя в присутствии
соединений азота (азотный цикл).
Источники поступления азота в атмосферу.
В 1971 г. почти одновременно в научных журналах появились две статьи посвященные проблеме разрушения озонового слоя в результате человеческой деятельности. Одну написал американский ученый Гарольд Джонстон, другую – Пауль Крутцен из ФРГ. Рассматривая фотохимические процессы, эти ученые обратили внимание на цикл двух реакций:
O3 + NO ® NO2 +O2 (8)
NO2 + O ® NO + O2.
В левой части этих уравнений погибает одна молекула окиси азота и одна молекула двуокиси азота, а в правой появилось по одной молекуле NO и NO2. Отсюда следует, что расхода окиси и двуокиси азота в этих реакциях не происходит, эти вещества являются катализаторами. Но в этой реакции исчезли атом O и молекула O3 и образовались две молекулы O2. Если записать то, что произошло, в виде результирующей реакции можно получить:
O + O3 ® O2 + O2. (9)
В процессе этой реакции уничтожаются и сами молекулы O3 и атомы O, необходимые для создания озона. Отличие системы реакций (8) от реакции (9) в том, что эффективность системы зависит от концентрации окислов азота NO и NO2, выступивших в роли катализатора. Очевидно, что при достаточно высоких концентрациях NO и NO2 скорость гибели O и O3 в результате действия системы может стать во много раз выше, чем при реакции (9). Если эффект системы (8) сильнее эффекта системы (9), то концентрация O3 будет определяться уже скоростью гибели O и O3 в этой системе и будет меньше, чем в случае действия только реакции (9) Насколько меньше это будет зависеть только от того, сколь велики концентрации NO и NO2. Очевидного предела здесь нет.
Таково упрощенное изложение идеи Крутцена и Джонстона. Если количество окислов азота, в результате деятельности человека, возрастет выше определенного уровня, равновесная концентрация озона начнет падать. И здесь неважно, какие именно окислы азота (NO, NO2, N2O), будут попадать в атмосферу. В ходе быстрых реакций с кислородными соединениями, Например типа тех же реакций (8), между окислами азота установится внутреннее соотношение, поэтому для проблемы разрушения озона существенно лишь суммарное количество всех попадающих в атмосферу азотных соединений. Обозначим их условно NOx.
Естественно встает вопрос о том, какого рода деятельность может привести к заметному росту количества NOx в стратосфере. Источников атмосферного загрязнения довольно много, но Крутцен и Джонстон сделали акцент на одном из них – на полетах стратосферной авиации. Дело в том, что при полете реактивного самолета в стратосферный воздух выбрасывается большое количество отработанных газов из двигателей, существенную часть которых составляют окислы азота и пары воды. С точки зрения загрязнения стратосферы важно не только общее количество производимых самолетами окислов азота, но и высота их введения в атмосферу, поскольку окись и двуокись азота в тропосфере быстро удаляются вымыванием.
Крутцен и Джонстон, прикинув тенденцию будущего развития стратосферной авиации, оценили ожидаемое количество полетов на рубеже веков в несколько сот в сутки. Задавшись далее некоторыми исходными данными о количестве выбрасываемых в окружающую атмосферу окислов азота за один, они получили общее число молекул NOx , которое в результате окажется в стратосфере. Итог получился сенсационным. Оказалось, что попавшего таким образом в стратосферу количества окислов азота будет достаточно, чтобы к началу 80-х годов равновесная концентрация озона уменьшилась в результате действия системы реакций (8) на несколько десятков процентов! Заявления этих ученых вызвали настоящую сенсацию, а их прогнозы оказались на страницах общедоступной прессы. Но их прогнозы не сбылись, хотя они были правы. Это произошло по нескольким причинам:
Во-первых, не произошло ожидаемого бума с развитием стратосферных полетов.
Во-вторых, оказались неверными некоторые из использовавшихся исходных данных о количестве выбрасываемых молекул NOx и о скоростях ряда фотохимических реакций.
Работы Крутцена и Джонстона фактически положили начало детальному изучению химии стратосферы.
По мере изучения проблемы антропогенных загрязнений озона выяснилось, что выбросы стратосферных самолетов не являются единственным (и даже главным) искусственным источником поступления азотных окислов в атмосферу. Очень мощным источником
NOx являются азотные удобрения Попадая в почву, такие удобрения (прежде всего это закись азота N2O) распыляются, при этом некоторое количество молекул попадает в приземный воздух.
От попадания молекул N2O в приземную атмосферу до повышения концентрации NOx в стратосфере путь длинный. Целая цепочка процессов – турбулентность в приземном слое воздуха, восходящие движения в тропосфере, перенос обогащающего азотными окислами газа в низкие широты, восходящие потоки из тропосферы через тропопаузу в стратосферу, обратный горизонтальный перенос газа в более высокие широты в стратосфере – должна произойти, чтобы в результате над всем земным шаром увеличилось количество молекул NOx, представляющих угрозу для стратосферного озона.
Увеличение количества используемых азотистых удобрений идет быстрыми темпами. За 20 лет с1955 по 1975 г. производство таких удобрений возросло более чем в 10 раз (примерно с 3 до 40 миллионов тонн (мегатонн) в год) (см. рис 3). Оценки 80-х годов показывают, что за счет использования азотистых удобрений в атмосферу поступает ежегодно около 10 мегатонн N2O и что эта величина составляет 25 – 40% естественного поступления закиси азота.
Наконец, окислы азота поступают в атмосферный газ (главным образом в виде N2O) при сжигании промышленного топлива. По имеющимся оценкам, количество закиси азота, попадающее в воздух с дымом работающих на обычном (не ядерном) горючем электростанций, само по себе достаточно велико и составляет 3 – 4 мегатонны в год.
Результаты активного использования окислов азота не заставили себя ждать. Измерения показывают, что количество N2O в атмосфере (и, в частности, в стратосфере) растет со скоростью примерно 0,2% в год. Это значит, что если такой темп сохранится, количество закиси азота в атмосфере удвоится через 300 лет.
Ядерные взрывы и озон.
Существует еще один антропогенный источник азотных окислов, который может влиять на жизнь стратосферного озона. Речь идет о ядерных взрывах.
За счет сильного нагрева газа (в тепловую энергию переходит около трети всей энергии взрыва) и частично за счет мощного излучения состав воздуха в области взрыва сильно изменяется,– в нем появляется много азотных окислов. Сама вспышка излучения длится не очень долго, да и падение температуры после внезапного нагрева происходит достаточно резко. Однако быстро вернуться назад к исходному состоянию газа с измененным составом уже не может – время жизни относительно динамических и химических процессов составляет часы. В результате облако с высокой “добавкой” азотных окислов будет, постепенно расширяясь существовать большое время (некоторое превышение концентрации NOx над нормальным значением может наблюдаться и через сутки после взрыва).
По разным оценкам, при взрыве образуется от 1 до 10 килотонн NOx на 1 мегатонну мощности. На первой стадии в облаке присутствует в основном двуокись азота NO2. Именно ей облако обязано своим желтоватым цветом. При остывании облака происходит перераспределение азотных радикалов, и в облаке появляются другие окислы, прежде всего NO. На стадии, когда горизонтальный диаметр облака составляет несколько километров, концентрация молекул NOx в нем равна примерно10 в 12 степени см в –3 степени. Эта величина близка к концентрации самого озона в максимуме его слоя. Зная степень воздействия азотных окислов на озон можно заключить, что атомные взрывы должны разрушать стратосферный озон. А что на самом деле?
При обсуждении влияния высотных взрывов на озон нужно различать кратковременные и долговременные эффекты. Вряд ли можно ожидать, что в облаке, насыщенном окислами азота сохранится неизменным. Однако по теоретическим моделям дают уменьшение концентрации озона в области максимума слоя в 3-30 раз в зависимости от параметров взрыва. Измерить, однако, такие эффекты достаточно трудно, кроме того, в последние полтора десятилетия высотные взрывы не проводятся (основная серия была в 60-ч годах), и поэтому нет возможности проверить теоретические оценки изменения концентрации озона с помощью наблюдений современными методами.
Серии высотных ядерных испытаний 60-ч годов привели в сумме к образованию в стратосфере дополнительно большого количества азота, сравнимо с их естественным источником. Так, в 1961г. ядерный источник NOx дал примерно 600 килотонн, а в 1962 г. – 1100 килотонн, что лишь немного меньше естественного поступления NOx – 1600 килотонн в год. Казалось бы такая “добавка” к обычному фону азотных соединений не могла сказаться на количестве озона в эти годы в глобальном масштабе. Однако все попытки найти по мировой сети озонометрических станций тех времен следы какого-либо систематического уменьшения концентрации озона в этот период не дали определенного результата. Более того, по некоторым данным количество озона в последующие годы даже возросло. Не удалось обнаружить глобальных эффектов в концентрации озона и после высотных ядерных взрывов весной 1970г., хотя тогда уже велись наблюдения концентрации озона со спутника “Нимбус-4”.
Все эти данные поставили под сомнение даже сам факт отрицательного влияния высотных взрывов на количество озона и позволили некоторым ученым высказать предположение, что в результате всего комплекса процессов, проходящих в облаке, количество озона может не уменьшаться, а возрастать.
Более реальным с позиции сегодняшних знаний о физике стратосферного озона, представляется уменьшение концентрации озона в результате взрыва.