К 30 -ЛЕТИЮ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ ИССЛЕДОВАНИЕ ОЗОННОГО СЛОЯ

К 30 -ЛЕТИЮ ОЗОНОВОЙ ДЫРЫ ИССЛЕДОВАНИЕ ОЗОННОГО СЛОЯ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ Кашкин В. Б.

БИОС-3

К середине ХХ в. накоплены данные о том, что количество поступающего на Землю ультрафиолетового (УФ) излучения значительно возросло посравнению с 1925 годом. Опасность УФ хорошо изучена. Установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет фотосинтез у растений и ведет к снижению урожайности; в океане гибнет фитопланктон; интенсивное УФ излучение опасно для человека – растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность онкологических заболеваней, болезней глаз, возможны повреждения молекул ДНК.

Озон О 3 – это малая примесь в атмосфере (10– 6 – 10– 5 % от объема). Озон постоянно формируется в верхней стратосфере из молекулярного кислорода под действием УФ излучения Солнца: O 2+О 2 = O 3+ O + М Озон распределен в сферическом слое толщиной около 90 км. Больше всего озона сосредоточено в средних широтах на высоте 20– 22 км. Если собрать весь озон в слой при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0°С, то толщина этого слоя (общее содержание озона – ОСО) составит всего около 3 мм, или 300 единиц Добсона (е. Д. ). Если же собрать при этих условиях весь остальной воздух, состоящий, в основном, из азота и кислорода, то получится слой в 8 км.

Облачная структура озонового слоя в средних широтах

В середине ХХ в. было известно, что NO, OH, Cl, Br могут разрушать стратосферный озон. O 3+Y=YO+O 2 YO+O=Y+O 2 где Y=NO, OH, Cl, Br В нормальных условиях между процессами формирования и разрушения озона должно существовать динамическое равновесие. В 70 -х гг. ХХ в. , судя по материалам WMO и UNEP, не было обнаружено статистически значимого снижения глобального содержания озона. С начала 80 -х годов до начала XXI в. , по наземным и спутниковым данным выявлено уменьшение содержания озона на глобальном и региональном уровне.

В 1973 г. М. Молина и Ш. Роуланд (США) почти случайно нашли в лабораторном эксперименте, что УФ-излучение разлагает ХФУ и ГХФУ (хлорфторуглероды и гидрохлорфторуглероды) или фреоны, с выделением хлора, который служит катализатором при разложении озона. Найдено, что один атом хлора в стратосфере может вызвать гибель 10 тыс. молекул О 3. Сначала ХФУ использовали преимущественно в качестве хладагентов для холодильников и кондиционеров. Затем их стали применять как распылители аэрозолей. Галоны, содержащие бром, использовались в огнетушителях. «Зеленые» начали компанию против ХФУ (на чьи деньги? ).

В 1974 г. представитель химического концерна Du Pont сделал заявление перед конгрессом США: «Гипотеза связи хлора с истощением озонового слоя является в настоящее время чисто спекулятивной и не имеет никаких доказательств, чтобы поддерживать ее» . В 1976 и 1979 гг. Национальная академия наук США предоставляет доклады о разрушающем воздействии фреонов на слой озона и привела прогноз его истощения. На опровержение фреоновой гипотезы корпорацией Du Pont были брошены значительные суммы. Общественность была успокоена результатами заказных исследований. Но не надолго.

С конца 70 -х гг. ХХ в. началась всемирная «атака» на ХФУ. В 1977 г. в Вашингтоне представители 32 стран создали первый план действий по защите озонового слоя. После этого в США, в Швеции, Норвегии и Канаде было запрещены ХФУ в аэрозольных упаковках. В марте 1985 г. была принята Венская конвенция по защите озонового слоя от озоноразрушающих веществ (ОРВ). 30 лет назад, в майском номере 1985 г. журнала Nature была опубликована статья Фармана, Гардинера и Шанклина о том, что над Антарктикой имеется зона с аномально низким содержанием озона. Было заявлено, что именно фреоны разрушают озон в Антарктике.

Дж. Фарман Б. Гардинер Дж. Шанклин

Известие об аномально низким содержании озона в Антарктике и роли фреонов стала сенсацией и испугало многих, а журналисты придумали термин «озоновая дыра» и стали распространять «научную информацию» об озоне и фреонах. Фраза о фреонах в Nature предопределила дальнейшую судьбу некоторых отраслей промышленности, судьбу изделий, содержащих фреон, судьбу целого научного направления, связанного с озоновым слоем Земли.

Во власти нескольких корпораций-гигантов оказался контроль не только над патентами, но и над изготовлением и распространением соответствующих продуктов. Компании, первыми начавшие заменять ХФУ на новые хладагенты, получили громадные прибыли. Зато потребление ОРВ в развитых странах в 2002 г. уменьшилось в 1000 раз.

Борьба за озоновый слой потрясла всю химическую индустрию. В ней выживают лишь сильнейшие. Только в США убытки от запрета ХФУ составили до 100 миллиардов долларов. Расходы американской экономики по замене ХФУ к 2000 г. составили 8 млрд. долларов, а производство продукции – 135 млрд. долларов. Оценки показывали, что запрет на применение ХФУ к 2005 году высосет из мировой экономики от 3 до 5 триллионов долларов. В 90 -х гг. ХХ в. начался «бум» с заменой холодильников и кондиционеров новыми, не содержащими ОРВ. СМИ внушили сотням миллионов семей, что ради благородной цели надо отказаться от своих холодильников и кондиционеров и купить новые, по-существу, худшего качества.

Шервуд Роуланд Марио Молина В 1996 г. вместе с П. Крутценом получили Нобелевскую премию по химии

Ряд российских ученых (И. Л. Кароль, Э. Л. Александров, К. Я. Кондратьев) с недоверием отнеслись к «фреоновой» гипотезе. А. П. Капица утверждал, что модные теории глобального потепления и озонных дыр – не более, чем псевдонаучные мифы. Г. М. Крученицкий назвал Монреальский протокол «документом, не имеющим под собой научного основания, грандиозной аферой с финансовыми целями» . Россия стала жертвой Монреальского протокола, например, деньги, выделенные МБРР в 90 -х гг. ХХ в. на модификацию химического производства, фактически пошли на уничтожение химического сектора оборонной промышленности. Монреальский протокол лег в основу того, что именуется новым мировым порядком.

Фреонно-гетерогенную теория ориентирована на учет влияния химических веществ антропогенного происхождения. В неё не укладывается много известных фактов. Не объясняется увеличение ОСО в отдельных географических регионах и уменьшение в других. Игнорируется роль выбросов вулканов, даже вулкана Эребус, который является одним из наиболее активных вулканов на Земле и расположен в Антарктиде. Нет внятного ответа на вопрос: почему дыра существует в южном полушарии, хотя фреоны вырабатывались в северном? Почему Антарктическая озоновая дыра возникает до сих пор ежегодно, хотя производство фреонов давно запрещено?

Подведем итоги. Удалось ли за 30 лет ликвидировать озоновую дыру в Антарктике? Нет, хотя в 1987 г. было провозглашено, что она исчезнет к 2010 г. Теперь говорят, что она исчезнет к 2060 г. или к концу века.

Конечно, цели химических концернов были выполнены, обманутые с помощью СМИ жители планеты избавились от своих холодильников и кондиционеров и купили новые, потребляющие больше энергии или огнеопасные.

Большие потери понесла наука. В течение 30 лет почти все исследования по деградации озонового слоя и озонным дырам направлены на доказательство химического антропогенного происхождения этих явлений. Изучались, в основном, на уровне моделирования, только химия и фотохимия озона и ОРВ. Физические механизмы не исследовались. Возник тупик, хорошо оплачиваемый грантами.

Возможны другие подходы к изучению озоновой проблемы. Ежедневно в Интернет выкладывается глобальная цифровая карта озонового слоя Земли, полученная с помощью искусственных спутников Земли. К сожалению, интерес к ней невелик, хотя из неё можно получить много интересной информации. Я расскажу о четырех наших разработках. 1. Визуализация озонового слоя. 2. Методика оценки скорости ветра в стратосфере по спутниковым данным об озоне. 4. Модель антарктического циркумполярного вихря. 3. Методика оценки трендов озона.

Что это такое?

Методика визуализации озонового слоя Циркумполярный вихрь в начале весны (А) и в начале лета (Б). Вихрь (А) состоит из кольца и внутренней части – озоновой дыры. Это антициклон (давление в нем повышенное). Вихрь (Б) – это циклон, давление пониженное.

Методика оценки суточной скорости и направления ветра в стратосфере на высоте 20 -25 км. Озон играет роль трассера (индикатора). 29 сентября 2010 г. 30 сентября 2010 г.

Метод атмосферного трассера (озона) дает уникальную возможность экспериментально изучать движение масс воздуха в стратосфере

Меридиональная скорость озона (первая половина сентября 1997 -2008 гг. )

Антициклон в начале весны в южном полушарии

Циклон в середине весны в южном полушарии

Тренды ОСО позволяют оценить скорость деградации или восстановления озонового слоя и предсказать дальнейшую его эволюцию. Проблема в том, что тренды слабо выражены, их трудно оценить. WMO и UNEP в сентябре 2014 г. отметили, что ОСО с 2000 г. до 2012 г. , по-видимому, возросло на 1%.

Для анализа временных рядов ОСО предложено использовать аппарат сингулярного спектрального анализа ( «Гусеница» ) Графики временных рядов среднего ОСО

Сезонные компоненты с 2005 г. по декабрь 2014 г.

В северном полушарии рост ОСО составил 1, 4%, в южном 2, 8% в расчете на 10 лет.

Уменьшение общего содержания озона в северном полушарии происходило со скоростью 2, 9% за 10 лет, а в Южном на 1, 0% за десятилетие

В средних широтах северного полушария за 10 лет ОСО увеличилось на 4, 76 е. Д. при СКО в 1, 31 е. Д. Рост ОСО составил 0, 14% в год. За тот же период в средних широтах южного полушария ОСО увеличилось на 8, 57 е. Д. при СКО в 2, 3 е. Д. Рост ОСО составил 0, 28% в год. Анализа полученных оценок показал, что деградации озона после введения запрета на производство озоноразрушающих веществ происходила с меньшей скоростью, а в ХХI в. наметилось увеличение глобального ОСО. Однако пока невозможно с определенностью утверждать, что это связано только с результатами запрета.

Представляют интерес работы чл. -корр. РАН В. В. Зуева, который главным регулятором состояния озонового слоя считает выбросы активными вулканами аэрозоля в стратосферу. Источником аэрозоля в стратосфере Антарктики является вулкан Эребус (высота 3794 м), активность которого возобновилась в 1972 г. и продолжается до сих пор. При его извержениях вверх со скоростью более 700 км/ч выбрасываются газовые струи, состоящие в основном из диоксида серы, хлористого водорода и метана. По мнению В. В. Зуева, они ответственны за разрушение озона.

ИТОГИ 1. В 2020 г. общее содержание озона в полосе от 60° ю. ш. до 60° с. ш. составит около 325 ед. Добсона против 320 в конце 2014 г. 2. Антарктическая озоновая аномалия имеет естественное, а не антропогенное происхождение. 3. Антарктическая озоновая дыра исчезнет, когда вулкан Эребус полностью прекратит свою активность. 4. С прекращением активности вулкана Эребус WMO, UNEP, NASA, ESA объявят об успешном завершении операции «война с фреонами» .

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Что это такое?

Увеличение (уменьшение) потока солнечной радиации в атмосфере влияют как на скорость образования и разрушения озона, так и на его перенос вместе с воздушными массами в земной атмосфере.

Вращение двух вихрей 30. 04. 2003 г.

Две основные проблемы, связанные с озоновым слоем: 1. Постоянное уменьшение общего содержание озона в ХХ в. В материалах 2006 г. Всемирной метеорологической организации WMO и Программы ООН по окружающей среде (UNEP) отмечается: прогноз состояния озонового слоя остается неопределенным, существующие химические модели не позволяют точно воспроизвести реальные вариации ОСО. 2. Проблема антарктической озоновой дыры

Приводимые в литературе сведения о степени истощения озонового слоя противоречивы: от 2 до 7% в десятилетие. Для оценки скорости деградации озонового слоя необходимо выделить тренды. Но эти тренды слабо выражены, их трудно выделить и оценить. Для выделения трендов мы применили метод сингулярного спектрального анализа. Найдено, что с 1978 по 1993 г. в средних широтах Северного полушария озоновый слой истощался на 3, 4 % в расчете на 10 лет, Южного – на 4, 8%. С 1996 по 2008 г. в Северном полушарии наблюдается истощение на 2, 9%, в Южном – на 1, 0%. Погрешность оценивания скорости деградации ОСО не превышает 0, 02% в десятилетие.

Тренды ОСО позволяют оценить скорость деградации озонового слоя и предсказать дальнейшую его эволюцию.

В Северном полушарии истощение на 3, 4 %, в Южном – на 4, 8%. за десятилетие.

В Северном полушарии истощение на 2, 9%, а в Южном – на 1, 0% за десятилетие.

Антарктическая озоновая дыра существует в течение 3 -3, 5 месяцев весной Южного полушария. В XXI в. площадь АОД превысила площадь Сев. Америки.

Происходит перемещение масс озона от полюсов к экватору (меридиональный перенос к экватору)

Происходит перемещение масс озона от экватора к полюсам (меридиональный перенос к полюсам)