1. 4. 5. Механизм возникновения озоновых дыр в стратосфере.
Комплексные наблюдения за состоянием озонового слоя над Антарктидой с помощью шаров-зондов, самолетов и спутников показали, что резкое понижение содержания озона происходит ежегодно в конце южнополярной ночи (в октябре-ноябре), когда в южном полушарии начинается весна (см. рис.3).
Рис. 3 Изменение среднемесячного содержание озона над Южным полюсом в 1995 г.
Натурные и модельные исследования проведенные в последнее время позволили представить общий механизм возникновения и эволюции озоновых дыр, который достаточно сложен и во всех деталях еще неясен.
Прежде всего он связан с особыми физико-химическими свойствами атмосферы ледяного континента. Зимой в стратосфере над Антарктидой образуется устойчивый циклон, так называемый южнополярный вихрь. Воздух внутри вихря движется по замкнутым траекториям, не выходя за его границы. По этой причине в Антарктиде зимой практически не происходит обмена воздухом между полярной и среднеширотной стратосферой. Когда внутри полярного вихря начинается даже относительно слабый процесс уничтожения озона, при отсутствии обмена воздухом с другими широтами количество его там может упасть очень значительно. Заметим, что основная масса озона поступает в полярные области из тропиков в результате меридионального переноса, прерываемого зимой циклоном. Местный же фотохимический источник озона в течение полярной ночи очень мал.
Оказавшийся внутри антарктического вихря воздух за долгую зимнюю ночь сильно охлаждается. Именно в конце зимы здесь наблюдаются самые низкие стратосферные температуры, достигающие –75 и даже – 850С. При очень низких температурах в стратосфере образуются облака, подобные перламутровым и серебристым, но из-за большой разреженности не фиксируемые оптическими методами. Эти облака состоят из ледяных кристаллов и капелек, переохлажденной жидкости (азотной, главным образом, и серной кислот). Частицы этих облаков выступают как аккумуляторы хлорсодержащих и других озоноразрушающих соединений.
В начале весны (в октябре - для Антарктиды) под действием возрастающего солнечного излучения начинается освобождение аккумулированных соединений хлора в атмосферу и концентрации Cl,ClO и других хлоросодержащих веществ растут. Из-за начавшихся циклических реакций озона с этими соединениями его концентрация резко падает. Так продолжается до тех пор, пока в ноябре не разрушится полярный вихрь и не начнется обмен воздухом со среднеширотной стратосферой, в результате чего содержание озона восстанавливается до нормы.
Таким образом, появление антарктической дыры - результат сочетания сложных геодинамических и фотохимических процессов.
Аналогичные явления отмечены и в Арктике (с весны 1986 г.), но размеры «озоновых дыр» здесь почти в 2 раза меньше антарктической.
В другой полярной области Земли Арктике - значительных и устойчивых озоновых дыр не зафиксировано, поскольку в районе Северного полюса нет единого континента и Арктика имеет сложную структуру: открытый океан, отдельные острова, материковое побережье. Потоки воздуха от различно нагретых участков поверхности не дают обраховаться стабильному зимнему циклону. Вследствие этого нет и сильного понижения температуры и не образуются стратосферные облака. А нет облаков - не работает механизм гетерогенной химии и не происходит непрерывного уменьшения концентрации озона.
Однако временные понижения концентрации озона в стратосфере происходит и над Арктикой. В феврале 1993 г. в верхней атмосфере над Арктикой наблюдалось снижение содержания озона на 10 - 40% ниже многолетней средней нормы: были отмечены небольшие по размерам зоны над Канадой, Скандинавией, Шотландскими островами (Великобританией). Кроме того, над Северо-Восточной Сибирью и Чукоткой, над прилегающими к ним морям Северного Ледовитого океана, обнаружены также локальные «мини-дыры», которые меньше антарктических озоновых дыр, не обладают их регулярностью и в которых понижение содержания озона не столь существенно (на 5-15% по сравнению с нормой).
Тем не менее основания для беспокойств по поводу появления таких озоновых дыр в северном полушарии имеются, поскольку, в отличие от безлюдной Антарктиды, эти области заселены.