Краткая история озоновых дыр
Кондиционеры в начале ХХ века были революционным бытовым изобретением. Правда, на первых порах в них закачивали токсичные и взрывоопасные газы, например аммиак и метилхлорид. Это могло привести к крупным неприятностям в случае утечки.
В конце 1920-х американский химик Томас Миджли предложил использовать в кондиционерах фторхлоруглероды (ФХУ), также известные как фреоны или (в советской традиции) хладоны. Это инертные вещества (то есть не взаимодействующие с другими), которые не горят на воздухе и невзрывоопасны. "Холодильные машины" теперь не представляли угрозы для человека, но, как выяснилось в 1970-е, способствовали разрушению озонового слоя Земли.
Озон (О3) — неустойчивый газ, чья молекула состоит из трех атомов кислорода. Образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на обычный О2. Получившееся вещество при этом поглощает наиболее опасную часть УФ-радиации, обеспечивая, как считается, в принципе существование жизни на Земле. Так, по одной из версий, выход животных на сушу стал возможным только после формирования озонового слоя.
О3 рассеян в основном в стратосфере — давление тропосферы он не выдерживает. Концентрация — от двух до восьми частей на миллион. Если бы можно было равномерно распределить весь озон по поверхности планеты, получился бы слой в три-пять миллиметров. Фторхлоруглероды крайне губительны для столь тонкого "щита" планеты. Попадая на кристаллики льда в стратосфере, хладоны под влиянием солнечного света разлагаются на свободные радикалы хлора, которые, в свою очередь, разрушают О3.
Процесс ускоряется при низких температурах — минус 70-74 градуса. Наиболее сильные стратосферные "морозы" наблюдаются над Антарктикой. Именно там с окончанием зимы в Южном полушарии, когда полярная область выходит из тени и начинаются фотолитические процессы, возникает огромная озоновая дыра, по размерам иногда с целый континент. Края достигают Новой Зеландии и южных районов Австралии, Чили, Аргентины, ЮАР. В декабре-январе все это закрывается до полного исчезновения. Весной озоновые дыры регулярно образуются в Арктике — правда, они гораздо меньше и существуют обычно всего несколько дней.
Антарктическую дыру открыли в 1985-м, а спустя два года подписали Монреальский протокол — мировые державы обязались полностью отказаться от озоноразрушающих веществ. Документ и поправки к нему соблюдают (хотя бывают и исключения), что позволяет ученым говорить о решении проблемы. Правда, это растянется на долгие десятилетия: фреонов в атмосфере еще много, исчезнут они не ранее чем к середине века.
До 2020-го специалисты не раз говорили, что ситуация над Антарктидой налаживается: дыра с каждым годом уменьшается, атмосферные процессы, нарушенные проблемами с озоном, восстанавливаются. Но когда мир ушел на карантин из-за ковида, дыра над Южным полюсом была одной из крупнейших за все время наблюдений. А ее северный аналог оказался и вовсе рекордно большим и устойчивым, продержавшись несколько месяцев.
Неуловимая дыра
Профессор Цин-Бин Лу из Университета Ватерлоо (Онтарио) идет против научного мейнстрима. Основным фактором образования озоноразрушающих веществ он считает не фотолиз, а галактическое излучение — то есть не от ближайшей к нам звезды, а от объектов в дальнем космосе.
Известно, что чем слабее солнечная радиация, тем сильнее на Землю влияет галактическая. Солнечный цикл длится 11 лет, и озоновые дыры крупнее всего именно в моменты особенно слабой активности нашего светила, отметил Лу.
И предположил, что над тропиками также должна быть озоновая дыра. Между 30-ми параллелями северной и южной широты на высоте 15 километров (нижняя стратосфера) действуют всесезонные циклоны, в которых пики ионизации, производимой космическими лучами, и температура сравнимы с условиями в полярных вихрях над Антарктидой. Кроме того, в районе экватора концентрация ФХУ в нижней стратосфере примерно вдвое больше, чем над полярными областями, указал ученый.
Озоновую дыру над тропиками до сих пор не находили, потому что никто не искал. Исследования были нацелены в основном на полярные области, а замеченные отклонения от фотохимического равновесия над тропиками объясняли "объемными движениями воздуха" в тропосфере и стратосфере, говорит Лу. Кроме того, поскольку дыра должна быть круглогодичной, зафиксировать отклонения крайне сложно.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, Лу проанализировал наземные и спутниковые измерения озона за последние десятилетия, взяв за нормальные условия показатели 1960-х, когда воздействие фреонов на О3 было еще не столь ощутимо.
Согласно общепринятому определению, озоновой дырой считается область, озона в которой меньше 220 единиц Добсона. Такого над тропиками не было, поэтому Лу предложил в качестве критерия 25-процентную потерю относительно нормы.
И он установил, что над тропиками действительно есть круглогодичная область, удовлетворяющая этому критерию. В центре той озоновой дыры полезного газа меньше на 80 процентов. Причем по глубине она сравнима с антарктической, а по площади — больше в семь с лишним раз.
Лу подчеркивает: под этой дырой живет большая часть населения Земли, между 30 градусами северной и южной широты — самые густонаселенные районы Китая, Индии, Африки. А озоновые дыры, как известно, повышают риск раковых заболеваний и ослабляют иммунную систему человека, вредят экосистемам и сельскому хозяйству.
Пленка над тропосферой
С помощью своей модели, названной "Реакция электронов, запускаемая космическими лучами" (cosmic-ray-driven electron reaction, CRE), Лу объясняет и глобальное потепление. В предыдущей работе он прямо связал повышение температуры с накоплением фреонов в атмосфере (выделение мое - Р.Д.).
Хотя работы Лу публикуются в рецензируемых журналах, у его концепции не много сторонников в научном сообществе. Тем не менее нельзя отрицать, что температура у поверхности Земли действительно растет. Тогда как стратосфера, особенно в нижних слоях, остывает, способствуя разложению фреонов на озоноразрушающий хлор.
Источник:
