Механизм проникновения загрязнений в стратосферу

Известно, что движение воздушных масс в тропосфере осуществляется за счет конвекции только до тропопаузы. Дальнейшее движение возможно только за счет диффузии. А это медленный, но постоянно действующий процесс. Следовательно, проникновение микрогазов в стратосферу хотя и долгий, но действующий процесс.

Второй путь - обходной. Тропопауза не повторяет очертания горизонтальной поверхности Мирового океана. Она над Землей, как двускатная крыша: в центре над экватором мощность тропосферы 18 км, а над полюсами - 7 км. Теплые воздушные массы достигнув тропопаузы - "крыши" вдоль ее ската стремятся к самой высокой точке, расположенной над экватором. А здесь свои самые теплые массы воздуха мощно стремятся вверх, прорывают тропопаузу и проникает в стратосферу. Но там действуют другие законы - температура с высотой не падает, а растет и сильно охлажденные в высокой и холодной экваториальной тропопаузе воздушные массы по скату тропосферной "крыши" устремляются к полюсам. Таким образом, загрязнители средних широт (там их больше всего) в тропосфере движутся к экватору (горизонтальный меридиональный тропосферный перенос), затем следует "прорыв" через высокую тропическую тропопаузу (вертикальный перенос) и, наконец, возврат назад в средние широты и затем дальше к полюсам уже на стратосферных высотах (опять горизонатльный меридиональный, но уже стратосферный перенос).

Третий путь - очень короткий, максимально прямой и быстрый. Только открыт он не всегда, а эпизодически, когда мощные кучевые облака иногда пробивают тропопаузу (вертикальный перенос) и "вклиниваются" на несколько км в стратосферу. В этом случае происходит "всасывание" некоторого количества тропосферного воздуха со всеми малыми примесями в стратосферу. Четвертый путь - это извержения вулканов. Этот процесс мощнее третьего, но происходит реже. Сюда относятся и ядерные взрывы, но сейчас уже не актуальны.

Пятый путь - полеты стратосферной авиации и ракетный выход в космос, т.е. чисто антропогенный.

Ракетные двигатели выбрасывают большое количество отработанных газов, в которых значительная часть оксидов азота и пара воды. Крупные ракеты выбрасывают огромное количество молекул воды. Таким образом, первый путь дает ничтожно малое поступление, т.к. законы атмосферной динамики таковы, что перенос масс воздуха через тропопаузу практически не происходит. III, IV и V короткие пути, но маломощные и носят эпизодический характер, поэтому их действие в сумме на порядок меньше действия второго пути.

Остается II путь - он длинный , но движения в нем ни на секунду не прерывается. Время "перелета" молекулы из тропосферы на широте Европы на ту же широту в стратосфере примерно один - полтора года. Значит этот путь могут одолеть только молекулы, продолжительность жизни которых более года. Исходя из существующей классификации газов, а их 3 группы: устойчивые (N₂, О₂, А_r), живущие в атмосфере несколько тысяч лет; неустойчивые ( СО₂, N₂О, СН₄, О₃, ХФУ), живущие в атмосфере многие годы; и сильно изменяющиеся ( Н₂О, NО₂, NО, SО₂ и др), живущие в атмосфере несколько суток. Становится ясным, что II путь может проделать только молекула СH₄, которая "живет" в атмосфере от 1 до 11 лет, молекулы закиси азота N₂О с продолжительностью жизни от 7 до 20 лет и молекулы ХФУ с жизнью от 2 до 500 и более лет.

Микрогазы - загрязнители, живущие только сутки при локальных выбросах, способные создать "пятно" загрязнений в несколько сот км и проникнуть в стратосферу только коротким путем. А те молекулы, которые живут годы, даже при локальном выбросе распространяются по всей тропосфере, т.е. имеют глобальный характер загрязнения и проникают в стратосферу всеми путями.

Таким образом, установлено, что уничтожение озона осуществляется метаном, закисью азота и ХФУ. Причем первенство за ХФУ. Какие прогнозы? Специалисты по аэрономии построили математические модели по различным сценариям. Более 10 организаций и научных коллективов в мире занимаются этими моделями. Конечно, результаты разные. Но объединившись, ряд коллективов решили провести расчеты по нескольким одинаковым сценариям для шести моделей.

Оказалось, что для сценария, где выброс ХФУ был законсервирован (т.е. не увеличивался) на уровне 1980 г. все шесть моделей дали сходный результат - общее количество озона будет меньше и хотя уменьшение у всех разное, но оно колеблется в пределах 5,3-9,4 %. Это разброс небольшой.

Для второго сценария разброс больше. Сценарий предусматривал равновесное увеличение хлорсодержащих веществ в 3-5 раз больше, чем сейчас. Уменьшения содержания озона происходило в пределах 2,9-9,1 % и т.д. Таким образом, по всем моделям прогнозируется уменьшение содержание озона. Причем определяющую роль играет хлорный цикл, т.е. рост ClsОх в атмосфере в ближайшее десятилетие будет влиять на темпы уменьшения количества озона, т.е. надо бороться с выбросами долгоживущих фреонов, заменяя их другими со сроком жизни сутки и месяцы. При увеличении выброса фреонов на 3 % в год озон будет уменьшаться на 5-10 %.