Озоновый слой

видимому, в США и Японии уверен, что приоритет экологической геополитики

состоит в воздействии на климат.

Чрезмерная забота о климате, а точнее, о парниковых газах и в

особенности о контроле над СО2, оттеснили на второй план проблему

стратосферного озона. Ее явно запоздалое осознание бумерангом ударило по

природе.

Похоже на то, что международная наука выпустила пар в гудок по поводу

грядущей мезозойской жары. Из-за этого мы прозевали куда более серьезную

опасность, связанную с разрушением озонового слоя. А рассчитываться за это

больше всех придется, по-видимому, нашей стране.

6. Гипотеза солнечно-атмосферного резонанса

6.1. Глобальная политика и глобальная экология

Глобальные изменения окружающей среды представляют собой лишь

следствие (и в то же время служат индикаторами) более глубоких (и возможно

более опасных) процессов изменения биоты и окружающей среды, их взаимного

влияния и их зависимости от естественного (не антропогенного) процесса

эволюции. Такой взгляд требует совсем других подходов и решений, чем те,

которые вытекают из так называемого роста "парникового эффекта" за счет

сжигания ископаемого углеводородного топлива. Таким образом пути решения

экологических проблем, стратегия экологической безопасности и способы

обеспечения т.н. "устойчивого" развития цивилизации остаются

неопределенными, несмотря на принятие в последнее десятилетие известных

международных соглашений (Венская Конвенция об озоновом слое, 1985 г.,

Монреальский Протокол, 1987 г., Рамочная Конвенция по климату, 1992 г.,

Соглашение о сокращении производства электроэнергии за счет сжигания

органического топлива, 1997). Главной причиной является недостаточная

научная обоснованность "фундаментальных" положений, по которым и

принимаются ответственные экономические и политические решения.

В связи с этим были рассмотрены некоторые важные вопросы, относящиеся

к глобальной проблеме эволюции озонового слоя, подчеркнуто отсутствие

системного подхода в этой проблеме и представлены последние результаты (как

отечественные так и зарубежные), позволяющие по-новому рассмотреть причины

изменчивости озона и последствия этой изменчивости для биосферы и человека

(Конференция по физической экологии 1997 г.).

Ниже представлены новые результаты анализа экспериментальных данных,

полученных в ходе выполнения международных кампаний: DYANA (1990 г.),

CRISTA/MAHRSI (1994 и 1997 гг.) и в рамках сотрудничества с Индией (1983,

1987, 1990 и 1998 гг.), а также анализа накопленной к настоящему времени

гелиогеофизической, метеорорологической и астрономической информации.

Существует ли парниковый антропогенный эффект, связанный с ростом

парниковых газов, в первую очередь углекислого газа, о чем "все пишут и все

говорят"? Последние работы отечественных и зарубежных авторов заставляют

пересмотреть этот "решенный" вопрос. Главная рабочая гипотеза: солнечная

активность (СА) воздействует на атмосферу и меняет облачный покров,

определяющий температуру Земли. Таким образом, изменения климата или

глобальное потепление, начавшееся 100 лет назад, носят естественный

характер!

6.2. О механизмах воздействия СА на атмосферу

Количество энергии, получаемое Землей от Солнца, имеет сильную

широтную зависимость и определяет радиационный баланс планеты. Тропическая

область получает за год в два раза больше, чем остальная часть Земли.

Среднегодовой радиационный баланс планеты определяется среднепланетарным

альбедо а, равном 0,3. Важную роль при энергетических расчетах играют

радиационные характеристики облаков различных типов.

Глобальное распределение водяного пара в атмосфере таково, что

количество осажденной воды Q максимально в тропическом поясе: Q = 5,0 г/кв.

см и более в обширных районах Бразилии, Индонезии, а летом и в Индии и

Вьетнаме, а также вблизи зоны конвергенции (ВТЗК) в Атлантике до 5,9

г/кв.см. Среднее Q по земному шару 2,5 - 3,0 г/кв.см. Отметим, что водяной

пар (а не СО2) - главный парниковый газ, обеспечивающий более 70%

парникового эффекта в атмосфере.

Таким образом, тропическая зона является значительно более

энергонасыщенной, чем внетропические зоны. Циркуляция тропической зоны,

охватывающая почти половину земного шара, является большой

термодинамической машиной, превращающей тепло океана (в том числе скрытое

тепло водяного пара) в кинетическую энергию атмосферы и определяющую в

значительной степени термодинамику умеренных и полярных широт.

Математическое описание этой машины отсутствует, что и приводит к

несовершенству всех климатических и прогностических моделей общей

циркуляции атмосферы, т.к. динамика приэкваториального пояса, где необходим

учет фазовых переходов и где неприменима теорема о сохранении

потенциального вихря и квазигеострофический подход, также не поддается

адекватному описанию.

Ясно, что тропики влияют и на внетропические широты, поскольку

происходит меридиональный перенос тепла, водяного пара и аэрозоля.

Последние могут способствовать образованию облачности, менять альбедо и,

следовательно, температуру поверхности.

Известно, что солнечная активность влияет на интенсивность космических

лучей, запуская конденсационный механизм, включающий ионизацию

верхнетропосферных воздушных масс (8 - 16 км) такими лучами. Это

способствует образованию перистой облачности и усиленному развитию

высококучевых облаков, изменяющему альбедо, и создающего условия для

интенсификации динамических процессов. Максимум концентрации ионов

находится на высотах 12 - 20 км в зависимости от широты (геомагнитной),

сезона и СА. На средних широтах максимум ионообразования наблюдается на

высоте около 12 км, т.е. вблизи тропопаузы. Ионизация на таких высотах

способствует образованию множества ядер конденсации, на которых в условиях

низких температур (40...-90 С) активно сублимируется водяной пар, растут

ледяные кристаллы, и формируется облачность (в основном перистая).

По-видимому, важную роль в конденсационном механизме играет

рекомбинация образующихся при ионизации ГКЛ молекул воздуха легких ионов,

путем присоединения ионов к малым аэрозольным частицам, т.н. ядрам

конденсации или ядрам Айткена, имеющим размер порядка 0,01 мкм. Как было

установлено путем проведения серий баллонных измерений концентраций легких

ионов в стратосфере в различных геомагнитных широтах (в т. ч. на

геомагнитном экваторе) и интенсивности космических лучей (ГКЛ, но также и

СКЛ в период вспышек) это основной сток образовавшихся ионов (а не

рекомбинация положительных и отрицательных ионов). При действии

конденсационного механизма в атмосфере выделяется тепловая энергия,

изменяется альбедо системы "земная поверхность - тропосфера" для солнечной

коротковолновой радиации, а также ИК-излучение атмосферы. Тем самым

конденсационный механизм стимулирует другие физические процессы,

интенсифицирующие "усвоение" солнечной энергии. Активизируемый наиболее

энергичными ГКЛ конденсационный механизм может также влиять на зарождение и

развитие облачности на типичных уровнях в средней и нижней тропосфере (3 -

7 км) и выделение тепла конденсации, которое может генерировать различные

типы атмосферных волн, переносящих импульс, энергию и вещество при своем

распространении в атмосфере.

6.3. Солнечно-атмосферный резонанс

Интенсивность ГКЛ модулируется СА (глубина модуляции достигает 30%) и

это может вызывать резонансные явления в атмосфере. Например, в тропической

области Земли существуют планетарные экваториальные волны Кельвина и

Россби, имеющие периоды 27 - 30, 13 - 15, 6 - 8 дней, характерные для СА.

При этом характерная полоса для развития таких волн составляет величины +/-

20 градусов относительно экватора, т.е. захватывает практически все

тропики. Характерной особенностью таких волн является перенос ими импульса,

энергии и массы (в первую очередь водяного пара - основного "скрытого"

энергоносителя) при распространении волн вверх и вниз от источника

возбуждения. Таким образом, они могут изменять циркуляционные процессы в

тропосферно-стратосферных тропических ячейках Хэдли (Гадлея), увеличивая

или уменьшая транспорт влажного и бедного озоном воздуха нижней тропической

стратосферы во внетропические широты. Кроме этого, конденсационный механизм

может изменять и солнечный приливный (24-часовая гармоника) потенциал,

увеличивая таким образом эффективную вертикальную скорость переноса в

верхней тропосфере и стратосфере. Классическая приливная теория не

учитывала, (как это ясно сейчас) этого важнейшего источника, поэтому

ракетные эксперименты в экваториальной области Индийского океана с борта

советского корабля в период международной кампании DYANA (январь-март

1990г) сразу позволили обнаружить существенное, до двух-трех порядков,

отличие экспериментально найденных величин амплитуд суточных и полусуточных

колебаний зонального и меридионального ветра и температуры от теоретических

в нижней и средней стратосфере. В дальнейшем наши данные по температуре

были подтверждены наблюдениями со спутника UARS (ветер не измерялся).

При наблюдении внутрисуточных колебаний озонового слоя в тропиках мы

установили зависимость этих колебаний от солнечной активности в период ее

максимума, косвенно подтвердив существование резонансных эффектов при

возбуждении планетарных экваториальных волн за счет конденсационного

механизма в период.

Проведение широкого фронта научных и прикладных исследований по

глобальным экологическим проблемам имеет важное политическое, экономическое

и прикладное значение, т.к. может привести к созданию современных высоких

технологий, позволяющих контролировать и воздействовать на природные

процессы в нужном направлении. А это и есть необходимое и достаточное

условие "устойчивого" (лучше использовать термин "регулируемого") развития

цивилизации.

7. Разрушение озонного слоя земли

хлорфторуглеводородами

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%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность,

поскольку из него следовало, что слой озона, окружащий нашу планету,

находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя

может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона

в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое

ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно

ослабляет полосу УФ-Б с 280

живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к

увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%.

Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда,

из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде

все еще ниже, чем в средних широтах).

По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к

ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у g-излучения длины

волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только

поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией

для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак

кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и

иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен

вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно

увеличение числа заболевания раком кожи, однако, значительно количество

других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к

тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая

большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом

повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается

водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем.

Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при

увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже

погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек

практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно

сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов

может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при

увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере

значительно уменьшится, человечество легко найдет способ защититься от

жесткого УФ излучения но при этом рискует умереть от голода.

7.1. Что было сделано в области защиты озонового слоя.

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры

направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в

США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению,

использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в

сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию,

обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности

развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня

1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден

неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам

она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем

не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и

в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по

величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы

ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в

холодильниках и кондиционерах (см. «Причины ослабления озонового щита»).

Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он

токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие

результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих

странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие

практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации

уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга

изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического

океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов -

концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в

год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в

настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до

начала быстрого производства фреонов.

7.2. Факты говорят сами за себя.

Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при

сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание

озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком

пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является

следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только

при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над

Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого

озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество

активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь

практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение

концентрации озона значительно меньше.

Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона

оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака,

которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой,

образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях

метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже

-80°. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и

остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности

вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны

катализировать распад озона и резервуаров хлора.

Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение

концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды,

а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора

должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий

ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что

образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в

области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой

будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не

означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет серьезной

немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при

современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения

во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по прежнему

необходимо.

7.3. Последние новости.

По сведениям очень популярной газеты «Комсомольская правда» (( на

центральной аэрологической станции сообщили, что озоновая дыра перестала

расти уже два года назад, а к 2000 году будет еще меньше. К тому же над

территорией Северного полушария обстановка лучше нежели над Южным. По

прогнозам специалистов, в сентябре там ожидается значительное понижение

уровня озона. Над Россией все в норме, за исключением Красноярского края и

Якутии. Там наблюдается очень высокая и опасная солнечная активность.

Заключение.

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже

достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб.

Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно

безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад

вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может

представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не

всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет

воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была:

все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне

просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была

в 1974 г. сформулирована, единственнной страной, принявшей какие-либо меры

по сокращению производства ХФУ были США и меры эти были совершенно

недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ

для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует

заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование

Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может,

проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем

веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.

Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И, занеся ногу для

очередного шага, следует внимательно посмотреть, куда наступишь. Пропасти и

топкие болота роковых ошибок уже не прощают человечеству бездумной жизни.

Список литературы.

1. Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное

пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1980 г..

2. Отклик. Выпуск 8 / Сост. Л. Егорова – М.: Молодая гвардия,1990 г.

3. Реймерс Н.Ф. «Экология (тория, законы, правила, принципы и

гипотезы). – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994 г.

4. Петров С.П. Почему меняется климат Земли.

5. Интервью с В. Павловым. /Краевая независимая газета «Свободный курс»

г. Барнаул, 13.09.98

6. Global Environmental Facility (russian): сохранение озонового слоя.

7. Ко дню защиты озонового слоя. Самарский виртуальный центр

экологической информации. По материалам специального выпуска газеты

«Экоинформ».1998 г.

8. Миронов Л.В. Разрушение озонного слоя земли

хлорфторуглеводородами.1998г.

9. Виктория Кузьмина. Как поживает озоновая дыра?. «Комсомольская

правда» от 14.10.99 г.

Страницы: 1, 2