«Наука в Сибири» № 11 (2197) 19 марта 1999 г. СТРАСТИ ВОКРУГ ОЗОНА Э.КАЗИМИРОВСКИЙ, профессор. Институт солнечно-земной физики СО РАН. Как только речь заходит о так называемых глобальных катастрофах, обязательно появляется тревожное выражение -- "озонная дыра", или более осторожное -- "истощение озонного слоя". А далее перечисляются ожидающие человечество беды, с этим связанные. Уменьшение общего количества озона в атмосфере действительно должно приводить к росту интенсивности биологически активного солнечного ультрафиолетового излучения, а к этому излучению очень чувствительны клетки живых организмов, особенно входящие в них нуклеиновые кислоты. Трудно с точностью предсказать все изменения, но различные мутации, повреждение сетчатки глаз, увеличение заболеваемости раком кожи -- весьма вероятны. Озон участвует в различных химических реакциях в атмосфере, в конечном счете определяющих тепловой баланс, то есть климат нашей планеты. Значительно изменить количество озона -- значит "сдвинуть" тепловое равновесие, нарушить стабильность всей атмосферы с плохо предсказуемыми пока последствиями. В то же время известно, что в приземном слое атмосферы, там, где мы живем и дышим, озон выступает как одна из самых грозных, агрессивных, загрязняющих среду газовых составляющих, потому что является сильнейшим окислителем. Озон образуется, например, как продукт автомобильных выхлопов и входит в состав ядовитого "смога" в атмосфере больших городов. Здесь он враг, которого лучше не иметь. А сосредоточенный в более высоких слоях атмосферы, в стратосфере, на высотах до 30 км, озон выполняет роль своеобразного экрана, поглощающего губительное для всего живого на Земле жесткое (ультрафиолетовое) излучение. Здесь он наш друг и защитник. Так что же это такое -- озон? Откуда он берется и куда девается? Много ли озона в атмосфере и почему его количество все время меняется? Что такое "озонная дыра"? Вот на эти вопросы я попытаюсь ответить. Озон -- это химическое соединение, родственное кислороду. Если в молекуле кислорода содержится два атома этого газа, то в молекуле озона -- три. В атмосфере Земли озон содержится в виде очень малой примеси на всех высотах от поверхности Земли до примерно 100 км. Но его распределение по высоте неравномерно: наибольшая концентрация наблюдается на высотах 15--25 км, или в том атмосферном слое, который по научной классификации называется стратосферой. Если собрать весь озон, находящийся в столбе атмосферы от нижней до верхней границы, и опустить эти собранные молекулы на земную поверхность, то при нормальном давлении и температуре толщина слоя озона составит всего около 3 мм. Для оценки количества озона используют так называемые "единицы Добсона", е.Д., по имени известного исследователя в области физики атмосферы. Слой в 3 мм, о котором мы говорим, соответствует 300 е.Д. Это -- средний уровень общего содержания озона по всей нашей планете. Но реальное количество озона сильно меняется и в пространстве, и во времени, зависит от различных обстоятельств -- времени года, широты и долготы, условий атмосферной циркуляции и даже от солнечной активности. Столь же изменчив и вертикальный профиль озона -- зависимость его концентрации от высоты. Как правило (то есть опять же в среднем), максимальное количество озона наблюдается весной в высоких широтах северного и южного полушарий, а максимальное и слабо зависящее от сезона -- в экваториальной зоне. Однако бывают отдельные дни, недели и даже месяцы, когда в том или ином месте на Земле наблюдаются очень высокие или очень низкие (по сравнению со средними, конечно) значения общего содержания озона в атмосфере. В образовании озона участвуют обычные двухатомные молекулы кислорода и одиночные атомы кислорода. Последние образуются из тех же молекул под действием солнечного ультрафиолетового излучения. Чем выше над Землей, тем больше этих атомов, и следовательно -- озона. Но сам озон, трехатомные молекулы, тоже может разрушаться тем же самым ультрафиолетовым излучением (кстати, это и есть причина, по которой поглощается энергия ультрафиолета, она тратится на образование и разрушение озона). Начиная с некоторой высоты скорость разрушения озона растет быстрее, чем скорость его образования, и в итоге концентрация озона с высотой уменьшается, и он исчезает. Так происходит в простейшем случае, в идеале. Но реально озон участвует в огромном комплексе сложных химических реакций и процессов, увеличивается и уменьшается, пока не установится некоторое динамическое равновесие. На распределение озона оказывают сильнейшее влияние динамические процессы в атмосфере, в науке их называют процессами переноса. Все эти процессы переносят озон, хотя и не участвуют в непосредственном его образовании и уничтожении. Почему сегодня столь велик интерес к проблеме озона? Откуда тревога, что "озонный щит" разрушается? Наблюдения во многих точках планеты показывают, что в глобальном масштабе общее содержание озона медленно, но верно снижается. Проблема озона -- существенная часть проблемы экологии, сохранения в нашем урбанистическом и техногенном мире природной среды и в конечном счете, -- выживания человека на Земле. Атмосфера -- очень хрупкая и уязвимая среда, и именно здесь появился реальный сигнал бедствия -- резкое уменьшение общего количества озона над Антарктикой в весенние (сентябрь--ноябрь в южном полушарии весна) месяцы -- до 100--150 е.Д. Этот "истощенный" озонный слой и назвали образно "озонной дырой". Что и кто угрожает озону? Известно, что человек выбрасывает в атмосферу все больше загрязняющих веществ, способствующих разрушению озона, а сами они при этом не уничтожаются (катализаторы), а возвращаются после цепочки "вредительских акций" в исходное состояние. К таким веществам относятся соединения азота, водорода и хлора. Откуда они? Да источников сколько угодно -- и азотные удобрения, и выбросы отработанных газов при полетах высотных самолетов и запусках космических кораблей, и отходы промышленных предприятий (алюминиевые комбинаты, производство лаков и красок, пластмасс, инсектицидов и т.п.), и теплоэлектроцентрали, и использование в промышленности и в быту фреонов (хлорфторуглеводородов), и ядерные взрывы, и так далее. К счастью, враги озона наступают на него недружно, часто мешая друг другу, но в итоге озон все-таки уменьшается. Выбросы долгоживущих фреонов за последние десятилетия возросли в сотни раз, в несколько раз увеличилось и их содержание в стратосфере. Сказалось ли все это на общем содержании озона? Несомненно. Почему мы заговорили об озонной дыре? Дело в том, что в конце 80-х годов было сделано настоящее открытие -- над Антарктидой на огромной территории в весенние месяцы общее содержание озона уменьшилось до 100--150 е.Д., то есть в два раза по сравнению с обычными условиями. Тогда и появилось название "озонная дыра". И ситуация эта в той или иной степени стала повторяться из года в год. Начались специальные эксперименты, экспедиции, запуски аэростатов, полеты самолетных лабораторий и т.п. (имеющиеся спутники не дают информации для Арктики и Антарктики). При пролете через область "дыры" специальных самолетов-лабораторий обнаружилось, что там наблюдаются очень высокие концентрации окиси хлора (в 300 раз выше, чем в средних широтах). Вдоль трассы полета четко видно, что чем больше окиси хлора, тем меньше озона, и наоборот. Откуда в Антарктиде, где нет никакой промышленности, столько окиси хлора? Оказалось, причина в особенностях метеорологической обстановки в антарктической стратосфере. Подобные специфические метеоусловия могут за короткое время появляться и в Арктике, "минидыры" иногда обнаруживаются и в других местах. По сигналу ученых проблемой озона занялись международные организации, прежде всего ООН, и правительства многих стран. В 1985 году была принята "Венская конвенция по охране озонного слоя", затем в 1987 году подписан Монреальский протокол, обязывающий уменьшить, а лучше прекратить использование вредных для озона веществ. Химики всех развитых стран ищут и находят заменители обычных фреонов. За прошедшие после принятых мер годы было зафиксировано некоторое уменьшение темпов истощения озонного слоя, но оно продолжается, и расчеты показывают, что даже в случае полного отказа от озоноразрушающих веществ в промышленности (что маловероятно), будет идти еще десятки лет, хотя все медленнее и медленнее. Некоторые ученые напрочь отвергают антропогенное влияние на озон, считают наблюдаемые вариации следствием чисто природных, в том числе пока плохо изученных циклических процессов. За такие идеи радостно хватаются те, кто не заинтересован в перестройке промышленности. Дискуссии продолжаются, задача ученых -- правильно и объективно оценить опасность и своевременно довести до сведения широкой общественности и правительств ее реальность и источники. Несколько институтов Сибирского отделения Российской академии наук, в том числе Институт солнечно-земной физики в Иркутске, активно занимаются озонной проблемой, стараются отделить естественные причины изменчивости озона от антропогенных. В Восточной Сибири в течение нескольких последних зим наблюдаются рекордно высокие отклонения общего содержания озона от среднеклиматических норм. Почему? Скорее всего, вследствие особенностей метеорологических процессов в эти зимы, а не из-за каких-то аварийных выбросов химических производств. Оснований для паники нет, тем более, что озона даже в эти периоды не меньше, чем, скажем, летом или осенью. Но предмет для глубокого исследования есть. Значит, нужны приборы, длительные наблюдения, квалифицированные специалисты, международное сотрудничество. Все это осуществить в нынешних условиях глубокого экономического кризиса в нашей стране очень и очень непросто. Нужна всемерная поддержка не только федеральных ведомств, но и региональных властей. Упустим время -- потомки нас не поблагодарят. г.Иркутск. стр.