ОЗОНОВЫМ ДЫРАМ
ЗАПЛАТЫ НЕ НУЖНЫ
Новосибирские ученые считают, что изменение мощности озонового
слоя земли не катастрофа, а закономерное явление.
С тех пор как в 1974 году американские ученые Роулэнд и Молина
обнаружили, что озоновый слой разрушается под воздействием хлора,
который содержится в фреонах, мир раскололся на две части.
Одни полагают, что колебания в толщине озонового слоя вполне
закономерны и регулируются естественными природными процессами.
Другие считают, что в озоновых "прорехах" виноваты люди. Поэтому
в 1985 году в Вене была принята международная конвенция по
сохранению озонового слоя, а через несколько месяцев над
Антарктидой была обнаружена огромная "озоновая дыра". После чего
в 1987 году тридцать семь стран подписали Монреальский протокол,
по которому все они обязались избавляться от вредных фреонов.
День, когда был принят Монреальский протокол, -- 16 сентября 1995
года -- ООН объявила Международным днем защиты озонового слоя. И
в этом же году за свое открытие ученые получили Нобелевскую
премию.
Однако многие ученые по-прежнему продолжают считать, что
разговоры об "озоновых дырах" -- буря в чашке воды, затеянная
несколькими крупными западными компаниями, во главе которых стоит
знаменитый "Дюпон". Вся эта история сильно смахивает на
околонаучную экономическую игру, победители которой захватили
монополию, а проигравшие были вынуждены полностью сменить
производство.
Во всем мире уже затрачено около ста миллиардов долларов только
на то, чтобы не дать озоновому слою прохудиться окончательно. Но
несмотря на это, расчеты ученых показывают, что озоновый слой
будет восстановлен только через пару веков, и не раньше, потому
что фреоны, выброшенные в атмосферу, живут десятки лет. И вдруг
оказывается, что, например, в России состояние озонового слоя на
сегодняшний день не вызывает никакой тревоги, хотя начиная с 1995
года, дефицит озона наблюдали надо всей территорией России. Зато
проплешины появились в районе экватора, где раньше колебания не
превышали и 6 процентов.
Любопытно и то, что до сих пор никто так толком и не может
объяснить, почему самые большие дыры появляются на полюсах, где
нет и в помине производств, выделяющих фреоны, например, над
Антарктидой.
Ученые Института гидродинамики СО РАН, Юрий НИКОЛАЕВ и Павел
ФОМИН, выдвинули гипотезу, которая может прояснить этот вопрос, и
создали модель, главную роль в которой играет не солнечное
излучение, а горение водорода в атмосфере.
* * *
-- Озон, как известно, -- говорит Юрий Аркадьевич,-- это одна из
форм существования кислорода, когда в молекулу объединяются не
два, а три атома. Откуда берется озон? Считается, что
высокоэнергетичная солнечная радиация раскалывает молекулярный
кислород на атомарный, который, соединяясь вновь с молекулярным
кислородом, и образует озон. А затем под воздействием умеренной
радиации озон распадается на атомарный и молекулярный кислород.
Они вновь соединяются и вновь образуют озон. Этот цикличный
процесс "съедает" опасный ультрафиолет, губительный в больших
дозах для всего живого.
Такова традиционная точка зрения. Считается, что чем выше уровень
солнечной радиации, тем больше атомарного кислорода, а значит и
озона больше. Поэтому в тропиках озонный слой должен быть куда
мощнее, чем в зонах с умеренным климатом. Но в реальности все
совсем наоборот. В своей математической модели мы исключили
солнечное излучение, а к системе обычно рассматриваемых
химических реакций добавили две ранее никем не учитываемых. В
результате первой реакции при горении водорода в термосфере
образуется атомарный кислород, а вторая реакция -- это гибель
озона при взаимодействии с молекулярным водородом в стратосфере.
Влияние этих реакций на поверхности земли ничтожно, но они могут
представлять интерес на больших высотах, где давление на
несколько порядков ниже. Если на высоте выше ста километров
горение водорода способствует образованию озонного слоя, то ниже,
в стратосфере, оно же является причиной гибели последнего.
Ночами, тем более полярными, горение водорода может стать
решающим фактором в образовании озонного слоя.
-- И каковы были результаты вашего исследования?
-- Поразительные. Оказалось, что при горении водорода озона
выделяется ровно столько, сколько его присутствует в атмосфере.
-- А это сколько?
-- Если собрать весь озон, находящийся в столбе атмосферы от
нижней до верхней границы, и опустить эти собранные молекулы на
земную поверхность, то при нормальных температуре и давлении,
толщина этого слоя составит всего 3 миллиметра. Но реальное
количество озона зависит от времени года, от широты и долготы и
многого другого.
-- А откуда берется водород?
-- Основные источники водорода -- океаны, вулканы, лесные пожары,
жизнедеятельность бактерий и животных, заболоченные местности,
рисовые поля, а также сжигание топлива, автомобильные и
промышленные выбросы. В таком случае становится понятным, почему
долгоживущие озоновые дыры появляются в Антарктиде -- там просто
начисто отсутствуют источники водорода. То же относится и к
другим малонаселенным районам с общим обледенением поверхности и
к зонам вечной мерзлоты.
-- А как вы объясняете уменьшение озонового слоя в тропиках? Тоже
отсутствием водорода?
-- В тропиках происходят иные процессы. Водород, как уже
отмечалось, не только источник озона, но и главный его
разрушитель, причем тем более интенсивный, чем выше температура
воздуха у поверхности земли. В тропиках, где очень жарко,
взаимодействие водорода с озоном приводит к существенному
уменьшению толщины озонного слоя.
Из наших расчетов следует, что влиянием фреонов на озонный слой
можно пренебречь, поскольку их концентрация в атмосфере на много
порядков меньше, чем водорода.
-- То есть, вы сторонники естественной теории?
-- Да, хотя влияния человека на изменение озонового слоя
полностью отрицать нельзя, потому что количество водорода
существенно зависит от деятельности человека. Но мы уверены, что
озоновые дыры всегда были и будут существовать, не нанося
никакого вреда нашей планете.
Горение водорода -- ясная причина и многих других интересных
физических явлений в атмосфере. Известно, что зависимость
температуры воздуха от высоты носит немонотонный характер. На
небольших высотах, в тропосфере, температура падает с высотой.
Выше, в стратосфере, она наоборот, растет. Еще выше, в мезосфере,
температура воздуха снова уменьшается, достигая своего минимума
на высоте порядка восьмидесяти километров в так называемой
мезопаузе. Выше мезопаузы, в термосфере, начинается быстрый рост
температуры. Уже на высотах около ста пятидесяти километров
атмосфера нагрета до температуры порядка тысячи градусов!
Возникает вопрос: что является причиной нагрева воздуха в
термосфере? Традиционно в качестве главного фактора существования
термосферы рассматривалось поглощение атмосферой солнечного
излучения. Однако расчеты показывают, что солнечная радиация не
может нагреть воздух до столь высоких температур. Из наших
расчетов следует, что нагрев воздуха в термосфере обеспечивается
за счет тепловыделения при сгорании водорода.
К числу интересных атмосферных явлений относятся так называемые
серебристые облака. Появляются они на высотах мезопаузы, то есть
много выше других облаков (кучевых, перистых и т.п.). Днем они
невидимы, но в сумерках могут быть хорошо различимы в лучах
заходящего Солнца. Возникают они нерегулярно, в основном в
средних широтах. До сих пор не было однозначного ответа на
причины их появления. Существующие теории в качестве таких причин
рассматривали корпускулярные околоземные потоки или перенос воды
из нижних слоев атмосферы и не могли удовлетворительно описать
рассматриваемое явление. Нами показано, что и серебристые облака
-- следствие горения водорода в верхних слоях атмосферы,
порождающего поток водяного пара сверху вниз. Такое объяснение
наличия воды в мезосфере -- принципиально новое. Конденсация
водяного пара происходит при флуктуационных понижениях
температуры в мезопаузе, причем, как показали наши расчеты,
количества водяного пара достаточно для появления видимых в
сумерках серебристых облаков.
Пока это лишь гипотезы, хотя и подкрепленные математическими
оценками. Чтобы их доказать, нужны время и средства для
детального численного анализа.
Юлия Вайнер.
|