Озоновая антарктическая аномалия.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

Если нарисовать изменение общего количества озона в течение года (сезонный ход) над какой-нибудь точкой в Антарктике (для определенности буду считать этой точкой Южный географический полюс), то можно увидеть, что до появления “дыры” оно было таким, как показано на рисунке 4. В течение весенних месяцев (сентябрь–ноябрь) наблюдались значения N(O3) около 300–320 е.Д. Хотя эта величина и менялась от года к году, изменения были относительно невелики (в пределах ± 30 е.Д.).

Антарктической весной 1987г., когда эффект весеннего понижения N(O3) был наибольшим из пока наблюдавшихся, сезонный ход уже совсем иначе (пунктирная кривая на рисунке). В течение всего года величина N(O3) была такой же, как и во все предыдущие годы (с возможными отклонениями ± 30 е.Д.), однако в начале сентября она начала довольно быстро уменьшаться и уже к середине месяца упала до 150 е.Д. (следует помнить, что все цифры я даю лишь ориентировочно, чтобы проиллюстрировать сам характер и примерную амплитуду изменения). В течение последующих весенних месяцев (октябрь и ноябрь) общее количество озона оставалось низким и восстановилось до нормального уровня лишь в декабре.

Принципиально такая же картина получится, если построить сезонный ход над другими точками Антарктики. Различно будет лишь наименьшее значение, до которого падало N(O3) весной 1987г.

В 1987г. территория, где N(O3) уменьшилось до 200 е.Д., составляла около 40 миллионов квадратных километров, а её граница практически совпадала с кругом 60° ю. ш.

По сегодняшним представлениям причина образования “озоновой дыры” связана прежде всего с систематическим увеличением в стратосфере Земли количества хлора и других галогенов благодаря все возрастающему выбросу в атмосферу галогеносодержащих соединений (в первую очередь фреонов). Но к столь драматическим изменениям N ( O3 ) (в несколько раз) при сегодняшнем уровне загрязнения воздуха приводит специфика метеорологической обстановки в антарктической стратосфере зимой и весной.

Зимой в полярной стратосфере южного полушария существует устойчивый циклон – так называемый циркумполярный. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям, не выходя за его границы. При этом в Антарктике зимой практически не происходит обмена воздухом между полярной и среднеширотной атмосферой. К конце зимы воздух внутри вихря сильно охлаждается (до –70ј –80° C), и в стратосфере появляются полярные облака, состоящие из кристалликов льда и капель переохлажденной жидкости.

Частицы полярных облаков связывают азотные соединения (прежде всего NO2) и дают простор действию хлорного цикла разрушения озона. По мере нагревания антарктической стратосферы циркумполярный вихрь разрушается, при этом восстанавливается обмен воздухом с богатыми озоном средними широтами, стратосферные облака исчезают, освободившиеся молекулы NO2 связывают молекулы окиси хлора, разрушительное действие хлорного цикла ослабевает, и количество последнего восстанавливается до невозмущенных значений.

Замечена связь уменьшения количества озона над Антарктикой с задержкой разрушения циркумполярного вихря. Так, весной 1987г., когда падение N (O3) было максимальным, разрушение вихря произошло лишь в начале декабря, а не в октябре, как это бывает обычно.

Весной 1988 г. эффект уменьшения количества озона над Антарктикой был выражен слабее, чем годом раньше: наблюдалось понижение N (O3)лишь до 200 е.Д., да и область, где происходило такое понижение была значительно меньше, чем весной 1987 г. Весной 1989 г. “дыра” была почти столь же интенсивной, как и в 1987 г. Такое колебание эффекта “озоновой дыры” связывают с обнаруженными по другим наблюдениям квазидвухлетними колебаниями количества озона и ветрового режима средней атмосферы.

Весной (февраль–март) 1988 и 1989гг. проводились поиски явления, аналогичного антарктической “озоновой дыре”, в Арктике. Метеорологическая обстановка в арктической стратосфере отличается от таковой в Антарктике. Менее выраженный зимний циркумполярный вихрь не дает арктической атмосфере сильно охладиться, а потому не появляется условий для образования стратосферных облаков. Кроме того, не прекращается обмен воздухом с богатыми озоном средними широтами. Следовательно, не следует ожидать и явления “ озоновой дыры” в столь же явном виде, как в южном полушарии.

Наблюдения 1988 и 1989 гг. показали, что, действительно, общего явления понижения N (O3), сравнимого с антарктической “дырой”, в Арктике нет. Однако в отдельных местах обнаружены относительно небольшие области с пониженными N (O3) (“микродыры”), которые могут быть связанны с локальными вихрями, образующимися при разрушении основного циркумполярного вихря. Например, одна из таких “микродыр” была обнаружена весной 1989 г. во время самолетных измерений над северной частью Норвегии, о чем сообщалось в прессе.

Таким образом, “озоновая дыра” является результатом загрязнения атмосферы хлорсодержащими соединениями. Сильный эффект уменьшения N (O3) именно весной в полярной области южного полушария связан со спецификой метеорологической обстановки в зимней антарктической стратосфере.