Озон — газ, молекулы которого состоят из трех атомов кислорода – один из самых молодых компонентов земной атмосферы. Именно накопление озона в атмосфере Земли позволило жизни выйти из океана на сушу. Основное полезное свойства озона – способность поглощать коротковолновое ультрафиолетовое излучение, которое способно разрушать ДНК. До того, как атмосфера нашей планеты приобрела защитный озоновый УФ-щит, жизнь пряталась от пагубного излучения в океане, где от губительного ультрафиолета их защищал слой воды.
В отличие от ионизирующего γ-излучения ультрафиолет не может проникать глубоко в ткани, поэтому оказывает вредоносное влияние только на поверхностные ткани организма. У человека он может вызывать как ожоги кожи и роговицы, так и приводить к таким страшным последствиям, как рак кожи, катаракта и иммунная недостаточность.
История наблюдений
Наблюдения за концентрацией озона в атмосфере начались в 70−х годах. Сначала ими занимались сотрудники антарктических и арктических станций. В 1978 году NASA запустила спутник Nibmus-7, на борту которого находился инструмент Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS). И уже осенью 1979 года он зафиксировал падение концентрации озона над Антарктидой до 194 единиц Добсона (Dobson Unit – DU). То есть, фактически, впервые зафиксировал озоновую дыру.
(DU или Dobson Unit). 1 DU определяется как слой чистого озона толщиной 0,01 мм в стандартных условиях (при давлении в 1 атмосферу и температуре 25°C).
Стоит отметить, что озоновая дыра —не «дыра» в буквальном понимании этого слова. Этим термином специалисты по атмосфере называют область стратосферы, в которой концентрация озона падает ниже 220 DU – условного порогового значения. Расчеты показывают, что именно такая концентрация минимально необходима для нормального существования флоры и фауны на поверхности Земли.
В последующие несколько лет минимальная концентрация озона над Южным полюсом сохранялась на уровне около 190 DU, а затем начала стремительно падать. В 1982 году – 173 DU, в 1983 году – 154 DU, в 1985 году 124 DU.
Опасные ХФУ
В 30−е годы прошлого столетия химики явили миру хлорфторуглероды (ХФУ), известные также как фреоны. Эти вещества оказались потрясающе инертными. Они не ядовиты для человека, не горючи, не имеют запаха и быстро улетучиваются. Это сделало их идеальными веществами для заполнения аэрозольных баллончиков и систем охлаждения в холодильниках. Использовались ХФУ и в других областях – например, для промывки микросхем в электронике.
О том, что ХФУ кажутся более идеальными, чем на самом деле, заговорили сразу. И вот в 1974 году сотрудники Калифорнийского университета в Ирвине показали, что фреоны могут вызывать разрушение озона. ХФУ десятилетиями циркулируют в атмосфере, не самораспадаясь и не реагируя с другими химическими веществами. Однако, когда они достигают стратосферы, их поведение меняется. В верхней стратосфере, не защищенной озоновым щитом, ультрафиолетовое излучение вызывает разложение фреонов с высвобождением хлора. Хлор же выступает катализатором в реакции превращения озона в кислород, не растрачиваясь при этом. Начиная с середины 70−х так называемая хлорфторуглеродная проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. А тут подоспели данные полярных станций и спутников.
Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры, направленные на сокращение производства и использования хлорфторуглеродов. С 1978 года в США запрещено использование этой группы веществ в аэрозолях. Использование ХФУ в других областях поначалу не ограничивалось. Но в сентябре 1987 года 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ, которая вступила в силу в 1989 году. Согласно достигнутой договоренности, развитые страны к 1999 годы должны били снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 года.
В восьмидесятые и в начале девяностых самая крупная озоновая дыра – над Антарктидой – продолжает расти. В 1991 году она преодолела еще один барьер – в 100 DU. А 30 сентября 1994 года концентрация упала до 73 DU. C середины 90−х годов размеры и глубина дыры стабилизировались. Спутники не сообщали о новых рекордах до 2006 года. Однако последний рекорд не так заботит ученых: содержание озона варьируется из года в год из-за изменения глобальной температуры в стратосфере. Холодные арктические зимы сопровождаются возникновением ледяных облаков, содержащих хлор и ХФУ, которые с появлением солнца в конце августа начинают свою разрушающую работу.
Есть мнение, что антифреоновая компания — результат сговора «зеленых» и крупных производителей химических реагентов, таких как, например, компания Dupont. Повсеместная замена дешевых ХФУ на их более дорогие, но менее вредные для озона аналоги приносит компаниям значительные прибыли.
Уменьшение же озонового слоя приверженцы данной теории считают естественным природно-климатическим процессом.
Модели климатологов и исследователей атмосферы предсказывают, что уровень содержания разрушающих озон веществ вернется к отметке 1980 года только в середине XXI века. Если верить тем же моделям, озоновая дыра «затянется» примерно тогда же, даже чуть раньше – в 2040 году. Впрочем, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет, отмечают ученые. Скорее, удалось избежать серьезной опасности в ближайшем будущем. Но даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI века, поэтому сокращать использование фреонов по-прежнему необходимо.
Следящие спутники
Nimbus-7 наблюдал за озоновым слоем Антарктиды с 1978 года по 1993 год. Затем его сменил спутник Meteor-3 с инструментом TOMS следующего поколения на борту, он проработал до 1994 года. В 1995 году произошел перерыв, именно поэтому карты озонового слоя южного континента за этот год в отчете NASA нет. В 1996 году на вахту заступил спутник Earth Probe, который также был оборудован новой версией TOMS.
C 2004 года наблюдения за озоном планеты ведутся с помощью прибора Ozone Monitoring Instrument (OMI) Королевского метеорологического института Нидерландов, который в числе прочих инструментов, созданных для мониторинга атмосферы, поместили на борту спутника NASA Aura, запущенного в 2004 году.
Карта стратосферы Антарктиды снимается не мгновенно. Она состоит из серии линий,– полученных в течение нескольких облетов планеты спутником. Временной интервал между съемками – около 90 минут. За это время циркуляция воздуха атмосферы немного смещает контуры озоновой дыры. Разница, накопившаяся в течении дня, особенно заметна возле линии перемены дат.