Екополітика, на яку ми заслужили. Як нам вдалося вирішити проблему озонової дірки

Швидкість, з якою людська діяльність знищує довкілля, часом лякає. Вчені роблять похмурі прогнози щодо того, що буде, якщо країнам — учасницям Паризької угоди не вдасться скоротити викид парникових газів і середня глобальна температура підніметься на 2 °С. Проте є й обернені приклади. Так, коли в середині 1980-х вчені раптом виявили, що над усією Антарктидою знищено шар озону, що захищає земну поверхню від ультрафіолетових променів, людство виступило досить скоординовано та досягло успіхів. У стислі терміни було знайдено причини руйнування озонового шару, підписано договори, що регулюють обіг руйнівних озон речовин, — і вже в XXI столітті озонова діра над Антарктидою почала затягуватися. У цій статті Сьюзан Соломон, американський хімік і кліматолог, яка брала активну участь у цьому процесі, розповідає, чому цього разу у нас все вийшло.

Найбільше вражала самотність. Поки літак з гуркотом мчав неспокійним небом у бік Антарктиди, я дивилася в ілюмінатор на крижини, що рухалися, і темний океан. Тут не було ні доріг, ні поселень, ні взагалі будь-яких конструкцій — навіть самотніх кораблів у південних полярних морях. Коли ми наблизилися до континенту, останні промені сонця погасли, змінившись розсіяними синьо-фіолетовими сутінками. Тоді я зрозуміла, що ми справді прямуємо на край Землі.

Всього рік тому я сиділа за робочим столом у своєму теплому та затишному кабінеті та із задоволенням вивчала хімію стратосфери за допомогою комп'ютерного моделювання.Ключовою молекулою для стратосфери є озон, високореактивний газ, що отримується з кисню, який має унікальні властивості поглинати ультрафіолетове випромінювання високої енергії. Тендітний озоновий шар захищає нас від руйнівних сонячних променів — і саме він дав можливість життю виповзти із захисного океану та вийти на сушу. Шар озону природно виникав у стратосфері у міру того, як на Землі виділявся кисень, приблизно за 15–40 кілометрів над нашими головами.

Однак зараз деякі речовини, що використовуються людиною, можуть руйнувати озоновий шар. Найбільш небезпечними є сполуки, що містять хлор і бром. Вчені передбачали руйнування озонового шару через використання хімічних речовин із хлорфторвуглеців (ХФУ) — проте як проблему майбутнього, яке мало наступити не раніше, ніж через сто років.

Але в 1985 році Британська антарктична служба шокувала світ, опублікувавши наукову статтю, в якій говорилося, що в озоновому шарі над їхньою станцією несподівано утворилася «дірка». Вони повідомили про зменшення кількості озону на 50% тривожний сигнал величезних масштабів. Вчені по всьому світу гарячково намагалися з'ясувати, чи були вірні британські виміри, і якщо так, чи стала озонова дірка наслідком людської діяльності?

Саме це і призвело мене до польоту на Південний полюс 1986 року. Я була частиною команди дослідників, які збирали дані, які б підтвердили, що хлорфторвуглеці руйнують озон у надзвичайно холодній Антарктиці більш ефективно, ніж будь-де ще (включаючи Арктику, де майже завжди тепліше).При вивченні хімії атмосфери наші попередники повністю знехтували деякі критичні хімічні реакції при екстремально низьких температурах і, відповідно, сильно недооцінили серйозність екологічної проблеми.

Національна експедиція США з питань озонового шару складалася з шістнадцяти вчених із чотирьох різних дослідницьких інститутів. У свої тридцять років я була наймолодшою ​​учасницею експедиції та єдиною жінкою. Проте я була головним науковим співробітником проекту, що робило мене повноцінним членом групи, і часом мені доводилося брати на себе відповідальність за ухвалення жорстких рішень. Мені це сподобалося більше, ніж я очікувала. Також я добре зрозуміла тоді, як улаштована політика і на що може вплинути громадська думка.

ХФУ та інші хімічні речовини, що руйнують озон, тепер заборонені повсюдно відповідно до найуспішнішого глобального екологічного договору, який колись знав світ, так що озонова діра поступово затягується.

Мені знадобилися десятиліття, щоб зрозуміти, як і чому сталося це диво відновлення довкілля.

Перший політ до Антарктиди виявився початком довгої подорожі — я досліджувала атмосферу близько десяти років, перш ніж вирушила туди, і моя власна робота була продовженням довгої історії досліджень озону. Наприкінці ХІХ століття вчені почали розуміти, як озоновий шар захищає нас від згубних променів сонця.

Якщо ви коли-небудь бачили, як сонячний промінь проходить через призму або кристал, то добре уявляєте, як біле світло перетворюється на різнокольорову веселку. Ці кольори відповідають різним довжинам хвиль світла, енергія яких збільшується від червоного до фіолетового.Ультрафіолет, світло з такою довжиною хвилі, що його не бачать наші очі, має величезну енергію і може завдати шкоди живому організму.

У 1879 році французький вчений Марі Альфред Кореня виміряв довжину хвиль сонячного світла і не зміг виявити в ньому ультрафіолет. Він знав, що Сонце має випромінювати ультрафіолет, але якийсь елемент в атмосфері, зважаючи на все, блокував його. Коли він тестував різні речовини, багато з них - кисень, азот, вуглекислий газ, водяна пара - виявилися нездатними заблокувати ультрафіолет. Через кілька років британський учений Уолтер Хартлі визначив, що молекула озону — три зв'язані разом атоми кисню — може унікальним чином поглинати хвилі світла певної довжини, включаючи ультрафіолет. У 1924 році інший британський вчений Гордон Добсон сконструював перший науковий прилад для вимірювання захисної кількості озону над нами. Дослідження стратосферного озону тривали десятиліттями, і тоді це була чиста наука.

На початку 1970-х років вчені використали нову хитромудру методику для аналізу проб повітря, взятих на дослідницькому судні в Антарктиді. Новий метод, званий газовою хроматографією з електронним захопленням, був надзвичайно чутливим і міг виявляти присутність газів у кількостях, у мільйон разів менших, ніж вимагалося за інших методів. Протягом усієї подорожі до Антарктиди дослідники шукали промислову хімічну речовину хлорфторвуглець-11. Природного джерела цієї хімічної речовини не існує, але виробники любили використовувати його як дешеве та ефективне паливо в аерозольних балончиках. Останні кілька десятиліть виробництво цієї речовини зростало у геометричній прогресії.

Хоча майже всі аерозольні балончики знаходилися в Північній півкулі, дослідники виявили велику кількість хлорфторвуглецю-11 та у Південній півкулі.

Це означало, що різновид ХФУ, що використовується в балончиках, повинен бути майже хімічно інертним, тобто не вступати в реакцію і, отже, не руйнуватися при поширенні в нижніх шарах атмосфери.

Це дуже відрізняється від смогу з Лос-Анджелеса, який може досягати сусідніх штатів, але ніколи не досягає тропіків, не кажучи вже про Антарктиду. Справа в тому, що змогла недовго залишатися в атмосфері. Його прибиває дощем, і він вступає в реакцію з рослинністю та іншими речовинами. У документі, де викладалися результати аналізу проб антарктичного повітря за допомогою нового методу, також зазначалося, що хімічна речовина «не становить жодної небезпеки», і передбачалося, що її вимір може стати чудовим способом дізнатися, як вітри переміщують повітря по всьому світу, оскільки воно є нешкідливим "індикатором" руху повітря.

Стійкість - це властивість, яка повинна викликати занепокоєння, якщо ми говоримо про вплив людини на довкілля. Ми боїмося ядерних відходів, оскільки розуміємо, що вони небезпечні, і думка про те, що вони по суті розпадатимуться вічно, лякає нас. Аналогічно велика кількість вуглекислого газу з вугілля, метану та нафти, які ми спалюємо, також залишиться з нами на тисячі років. Якщо ми збираємося зробити щось незворотне в масштабах багатьох десятиліть (або більше), нам краще подвійно переконатись у безпеці того, що ми робимо. І ми абсолютно нічого не робили через небезпеку збільшення кількості стійких ХФУ в атмосфері.

Відкриття озонової діри викликало шок у науковому співтоваристві по всьому світу, коли звістки про це були опубліковані в журналі Nature у травні 1985 року. Багато хто з моїх старших колег був у жаху. Якщо це було реальністю, то чому супутники не зафіксували це?

Розгадка не зайняла багато часу. Вчені НАСА перевіряли ще раз свої алгоритми і дані і через кілька місяців повідомили, що вони також помітили зміни озонового шару над більшою частиною Антарктиди.

На знімку з космосу можна легко побачити величезну озонову дірку. Супутникові дані можна було навіть перетворити на ефектні кольорові відеокліпи з озонової діри, що обертається вихором, над Південним полюсом.

Коли ці зображення потрапили на телебачення і до газет, проблема стала актуальною для широкого загалу. Якби виявилося, що це пов'язано з ХФУ, то це була б наукова криза, яка була б помітна людям. Люди зрозуміли, що якщо щось подібне колись станеться над їхніми головами, це матиме далекосяжні наслідки.

Озонова діра також мала чарівність наукової таємниці. Найкращі експерти не могли зрозуміти чому це відбувається, але все свідчило про те, що проблема є. І вона виявилася набагато гіршою, ніж чиїсь модельні прогнози для ХФУ.

Нам потрібно було більше даних, щоби розгадати цю загадку. Процес отримання цих даних захопив уяву громадськості, тому що Антарктида здається людям непокірним та загадковим місцем, де герої науки йдуть на крайнощі заради знань. Цією проблемою не могли займатися один чи два вчені окремо. Для цього була потрібна робота команд, які роблять виміри на місцевості, так і працюючих в лабораторіях або складають прогнози на все більш складних моделях.

Ми знали, що весь світ спостерігатиме за цим, і потрібно було зробити це швидко та добре. Але з наукової точки зору це було верхом азарту та веселощів. Для мене немає нічого цікавішого, ніж розгадка наукової таємниці, а що може бути більш фантастичним, ніж дослідження найхолоднішого і найвіддаленішого місця на Землі?

Над Антарктикою розташовуються також найхолодніші місця у стратосфері. Зазвичай у стратосфері дуже сухо для утворення хмарних частинок, але в умовах екстремального холоду Антарктиди можуть утворюватися так звані стратосферні полярні хмари.

Щоправда, вони вважалися дивиною, а не фактором, що впливає на хімічні реакції в атмосфері. Газоподібні хлорфторвуглеці розпадаються у високоінтенсивному світлі стратосфери і перетворюються в основному на соляну кислоту та газоподібний нітрат хлору. Поки хлор там залишається, озон безпечний. І ці дві речі взагалі не взаємодіють одна з одною у газовій фазі.

Але я почала думати, що може відбуватися на поверхні цих крижаних хмар.

Поверхні можуть кардинально змінити хімічний склад; ось чому в наших автомобілях, що працюють на бензині, встановлені каталітичні нейтралізатори, поверхня яких перетворює вихлопні гази на менш небезпечні сполуки.

Я припустила, що соляна кислота і нітрат хлору можуть збиратися разом і вступати в реакцію поверхні частинок полярних хмар, вивільняючи руйнуючий озон хлор назад у газову фазу. Це, поряд із потребою у невеликій кількості сонячного світла (для запуску додаткових реакцій), було суттю моєї ідеї.

Багато моїх колег були зі мною різко не згодні, тому що майже всі тоді вірили, що в стратосфері можуть мати значення тільки реакції між молекулами газу. Декілька колег із захопленням розповіли мені, що хімічний склад на поверхні не може вступати в реакцію, а один із них сказав: «Ці хмарні частинки не поводяться як плавальні басейни, де можуть відбуватися реакції». Але зрештою виявилося, що саме так можуть поводитися багато частинок. Усі попередні роботи стосувалися лише реакцій молекул газу — і хімія поверхонь була причиною того, що наука не змогла передбачити антарктичну озонову дірку завчасно.

Це, звичайно, не вся історія, але хімічний склад поверхневого хлору в цих хмарах справді сприяв утворенню озонової діри і залишається важливим для моделювання стратосфери сьогодні. Причина, через яку в Арктиці не утворилася озонова діра, полягає в тому, що тут, як правило, набагато тепліше, ніж в Антарктиці, хоча нещодавно було кілька надзвичайно холодних арктичних років, коли там умови зрівнялися з умовами в Антарктиці.

Я представила роботу колегам на науковій конференції того ж місяця. Я добре пам'ятаю скептицизм, з яким зустріли мою доповідь, і безліч складних питань, поставлених мені. Але важкі питання — це те, чим займається наука, і вони роблять нашу роботу переконливішою. Робота має бути переконливою, якщо люди збираються приймати рішення у промисловості чи ґрунтувати на ній політику.

Визнання руйнування озонового шару рамках Монреальського протоколу 1987 року по праву називають найбільшим успіхом міжнародної екологічної політики.

При вирішенні озонової проблеми нам допомогло ідеальне поєднання факторів: був очевидний потенційний вплив на здоров'я кожної людини, наукову складову було легко пояснити нефахівцям, а рішення були дуже практичними.

Крім того, у запобіганні руйнуванню озонового шару відіграли свою роль і звичайні люди, які не приймають великих рішень. Завдяки масовій відмові американських споживачів від балончиків із ХФУ ринок американських ХФУ було знищено, а виробників були змушені шукати альтернативи. Це дало людям відчути силу та інтерес.

З іншого боку, позбавлення ХФУ в холодильних установках і системах кондиціонування повітря не було рішенням споживачів. Але політика управління технологіями в рамках протоколу надихнула людей на необхідні інновації, які дали змогу знайти ці рішення та зробити їх досить дешевими та практичними.

Відкриття озонової діри в Антарктиці приголомшило весь світ і перетворило проблему озону на «гарячу кризу». Люди набагато краще справляються з гарячими кризами, ніж із повільними. Захоплення громадськості надавало вченим енергії, а політикам мотивації діяти. Вчені звикли, що найчудовіші результати дає командна робота, чи то в польових експериментах на краю світу, чи в міжнародних оціночних звітах. Ми перестали бути вовками-одинаками і стали ефективною зграєю, усвідомлюючи, що як група ми могли б служити світові краще, ніж будь-хто з нас наодинці.

Озонова діра в Антарктиці змінюється рік у рік, на неї впливають такі явища, як вулканічні хмари та дим від лісових пожеж, які можуть призвести до утворення діри протягом року або двох, доки зайві частки не розсіються.Але ознаки усунення завданих нами збитків вже очевидні у довгостроковій перспективі. Чи можемо ми продовжувати так само? Нам завжди потрібно бути готовими до нових загроз — чи то металеві частинки, які скидаються супутниками, чи зростаюча кількість туристичних поїздок у космос, — тож слідкуйте за оновленнями.

Газова колиска життя: що відбувається з озоновим шаром?

Озоновий шар - одна з найвідоміших складових атмосфери. Кожен із нас хоча б з чуток знайомий із поняттям «озонові дірки». Масштаб обговорень цієї теми не дивний - адже саме озону завдячують своїм існуванням мешканці земної суші. Як народилася ця унікальна газова оболонка планети? Які її основні функції? Яке «самопочуття» озонового шару нині?

Природний сонцезахист

Частка озону (O₃) становить всього 0,64×10 -6 від маси планетарної атмосфери, при цьому 90% цього газу сконцентровано у стратосфері. Найбільша кількість озону спостерігається на висотах 15–25 км (показник варіює залежно від широти та сезону). У гіпотетичній ситуації, коли атмосфера планети відповідала б нормальним умовам, вся «повітряна оболонка» планети зайняла б близько 8 км, а товщина в ній озонового шару склала б приблизно 3 мм.

Озоновий шар - "захисна оболонка" для всього життя на земній суші. Падіння концентрації озону на 20% здатне відкинути наш світ у епоху, коли на суші не було навіть рослинності!

Джерело зображення: kjpargeter / фотобанк Freepik

Незважаючи на невелику кількість, саме озон захищає життя на суші від згубного впливу сонячного випромінювання в УФ-спектрі.Основний негативний ефект ультрафіолету полягає у пошкодженні молекул ДНК, через яке опромінені клітини припиняють рости та ділитися, після чого гинуть. Вплив підвищених доз УФ-випромінювання також здатний провокувати розвиток онкологічних захворювань, у тому числі злоякісних пухлин, порушення імунної відповіді, запалення очей.

За дивним збігом обставин молекули озону поглинають ультрафіолетові промені з тією ж довжиною хвилі, що сприймається клітинами живих організмів: 230-290 нм. Таким чином, озоновий шар не допускає максимум небезпечного випромінювання до Землі, створюючи необхідні умови для розвитку життя на суші: до його появи живі організми могли розвиватися тільки у воді, що захищала їх від УФ-випромінювання.

Озон також входить до парникових газів, тому робить свій внесок у зміну клімату. У той же час у нижніх шарах атмосфери підвищення концентрації озону становить небезпеку, оскільки цей газ здатний отруїти живий організм за безпосереднього контакту. Крім того, підвищення концентрації озону в приземному повітрі послаблює захоплення рослинами парникового вуглекислого газу.CO₂).

Історія відкриттів основних хімічних складових атмосфери Землі, у тому числі озону, що почалася з кінця XVIII ст., докладно відображена у виданій РАН у 2022 р. монографії головного наукового співробітника Дослідницького центру хімічної фізики ім. Н.М. Семенова РАН, професора Ігоря Костянтиновича Ларіна. Прочитати книгу можна на сайті Російської академії наук.

Природне руйнування озону в атмосфері припиняється без світла.

Основне і фактично єдине джерело озону в атмосфері — молекулярний кисень O₂.Під впливом високоенергетичного короткохвильового сонячного випромінювання (з довжиною хвилі до 242 нм) молекули кисню розпадаються на атоми і збираються в молекули озону.

Формування озонового шару в давній атмосфері походило з кисню, що вироблявся океанічними мешканцями в процесі фотосинтезу і викидався внаслідок дегазації вулканічної базальтової магми.

Трохи більше 400 млн років тому вміст озону в атмосфері досягло більше 80% від сучасного. цього, неважко здогадатися, що зниження концентрації озону лише на 20% здатне відкинути наш світ на 400 млн років тому — в епоху, коли на суші не було навіть рослинності!

Молекули озону нестійкі: для зворотного розпаду на молекулу і атом кисню їм достатньо опромінитися видимим світлом. За відсутності сонячного випромінювання цей газ зберігається в атмосфері, тому коли в тій чи іншій ділянці Землі настає ніч, над цією територією припиняється руйнування озону.

Вплив підвищених доз УФ-випромінювання провокує розвиток онкозахворювань, порушення імунної відповіді, запалення очей.

Максимальному впливу короткохвильового сонячного випромінювання піддаються тропічні широти, відповідно, тут кисень перетворюється на озон найактивніше.Далі глобальна циркуляція атмосфери переносить «сонцезахисний» газ до полюсів, де той накопичується в полярну ніч, тому найбільше озону протягом року спостерігається в атмосфері високих широт. Правильно й те, що в усіх регіонах вміст озону досягає максимуму навесні, оскільки газ встигає накопичитися над територією восени та взимку в умовах скороченого світлового дня.

Хімікати, але не лише

Тривожним дзвінком стало відкриття 1985 р. озонової дірки над Антарктидою, зроблене англійським геофізиком Джозефом Фарманом. Зміст озону над цією територією виявився на 50% нижчим за норму, при цьому за площею «пробоїну» в деякі періоди вчетверо перевершувала Європу!

Звістка стала для дослідників справжнім парадоксом: дірка виявилася над регіоном, де озон мав, навпаки, активно накопичуватись. З'ясувалося, що природний механізм порушив антропогенний вплив, а саме викиди в атмосферу галогеновмісних сполук, що застосовувалися в різних сферах: від виробництва аерозолів та пін до холодильної промисловості та знищення комах. Піднімаючись у стратосферу, молекули цих хімікатів розкладаються під впливом УФ-випромінювання та вивільняють активні атоми галогенів, які, взаємодіючи з молекулами озону, запускають дуже швидку ланцюгову реакцію, що перетворює озон на кисень без збереження вільних атомів. Одним з основних руйнівників озонового шару виявилися хлоровмісні речовини фреони: один атом хлору може знищити сотні тисяч молекул озону!

Руйнування озонового шару в минулому столітті спровокувало забруднення атмосфери галогенсодержащими сполуками, що застосовувалися в різних сферах.

Внесок у формування озонової діри над Антарктикою зробили унікальні метеорологічні умови. У зимовий період температура нижньої стратосфери над регіоном знижується до –80 °C. Охолоджене повітря опускається вниз і на висоті 15-20 км закручується у вихор, внутрішній простір якого ізолюється від зовнішньої атмосфери. У цих умовах у стратосфері з'являються хмари, частинки яких містять водяну пару та азотну кислоту. Взаємодіючи з цими частинками, малоактивні сполуки хлору виробляють нестабільні молекули. Cl₂ і HOCl. Ці хімічні «бомби уповільненої дії» накопичуються у вихорі у темряві полярної зими, а навесні легко розпадаються під впливом сонячного світла, вивільняючи атомарний хлор, який запускає ланцюгову реакцію руйнування озону. При цьому вихор, що зберігається, не дозволяє заповнювати збиток озону з сусідніх територій. В результаті озоновий шар над Південним полюсом виявляється практично знищеним. З потеплінням вихор розпадається і залишки дірки розносяться Південною півкулею.

Антарктида – яскравий показник руйнування озонового шару. Насправді це явище торкнулося всього світу. У 1988–1997 роках. загальний вміст озону в атмосфері знизився приблизно на 13%!

Необхідність боротьби з небезпечним трендом закріпилася у Віденській конвенції про охорону озонового шару, прийнятої в 1985 р. Важливим доповненням до неї став набрав чинності в 1989 р. Монреальський протокол з озоноруйнівних речовин, націлений на поступову відмову розвинених і розвиваються. У 2009 р. ці два документи, у підготовці яких велику роль відіграли і радянські вчені, стали першими договорами в історії ООН, які отримали загальну ратифікацію.

Захисні заходи мали свою дію: спостереження, включаючи супутникові, показують, що вміст озону в атмосфері починає відновлюватися. Однак забувати про проблему руйнування озонового шару поки що зарано.

До появи озонових дірок над полюсами призвели не лише викиди хімікатів в атмосферу, а й специфічні метеорологічні умови.

Навесні 2011 р. над Арктикою було виявлено озонову дірку, що за масштабами можна порівняти з антарктичною: вміст озону над регіоном впав більш ніж на 40%. Поява такої «пробоїни» в озоновому шарі над Північним полюсом загрожує УФ-опроміненням більш південним територіям, куди переміщуються повітряні маси зі зниженим вмістом озону.

Озонова дірка в Арктиці кілька разів зміщувалась на територію Євразії. Наприклад, наприкінці березня — на початку квітня 2011 р. повітряні маси зі зниженим вмістом озону дісталися і до Москви.. У цей період у столиці спостерігався максимальний приріст активної УФ-радіації за історію спостережень з 1999 р., що становив 18%. Причиною описаної аномалії 2011 р. став той самий механізм руйнування озону всередині полярного вихору стратосферного, що і в Антарктиці.

Відмінність полягає в тому, що раніше в Арктиці не формувалися полярні стратосферні хмари, що є «кухнею» для утворення активних сполук галогенів. Їх виникнення можливе лише за температур нижче –87 °C — звичних для зими та весни в Антарктиці, але для Арктики вважалися рідкістю. Однак тепер у кліматичні механізми втручається зростання вмісту в атмосфері парникових газів, що призводить до глобального потепління в тропосфері, але вище сприяє охолодженню стратосфери.Причина цих протилежних процесів, хоч як це дивно, одна: здатність парникових газів (насамперед основного серед них — вуглекислого газу CO₂) легко «ловити» інфрачервоне (теплове) випромінювання та негайно «відштовхувати» його від себе. У нижніх шарах атмосфери молекули вуглекислого газу розташовуються щільно одна до одної, тому постійно «перекидають» випромінювання один одному, внаслідок чого тепло накопичується в тропосфері і не піднімається вище. У верхніх шарах зростання концентрацій парникових газів сприяє посиленню радіаційного вихолоджування та зниження температури.

Порушення в структурі озонового шару в Арктиці та Антарктиці спостерігаються і зараз. Так, навесні 2020 р. руйнування озонового шару в Арктиці стало максимальним за всі роки спостережень і в деякі дні сягало 90% у нижній стратосфері. Така сильна руйнація озону призвела, наприклад, 6 квітня на півночі Фінляндії до зростання УФ-індексу на 140%!

Міні-дірка з дефіцитом озону близько 11% утворилася над європейською частиною Росії під час спеки 2010 р.

Крім великих проломів над полюсами, над Землею періодично спостерігаються озонові міні-дірки. Однією з основних причин є зміна динаміки атмосфери через глобальне потепління. Наприклад, під час спеки 2010 року над європейською частиною Росії через встановлений над територією блокуючий антициклон утворилася міні-дірка з дефіцитом озону приблизно 11% (докладніше про механізм його дії — в інтерв'ю «Науковій Росії» з академіком В.А. Семеновим). У зв'язку із зміною клімату зростає ймовірність появи в атмосфері тривалих блокуючих антициклонів, через що озонові міні-дірки можуть стати більш частим явищем у євроатлантичному секторі планети.

Озонові міні-дірки можуть формуватися над територією Росії. Наприклад, наприкінці травня 2021 р. над Поволжям, півднем Уралу та Західним Сибіром нестача озону порівняно з нормою досягала 20%. Найбільшу небезпеку в цей період становило сонячне випромінювання в регіоні Уралу на північний схід від Каспійського моря: тут УФ індекс досягав значень 6–8, небезпечних для людей з першим, другим і третім (кельтським, світлим і темним європейським) типами шкіри.

Іноді до формування міні-дір спричиняє руйнування озону внаслідок хімічних реакцій, як, наприклад, на початку 2016 р. над північною частиною Сибіру.

Руйнування озонового шару вже зараз позначається на здоров'ї людей. Наприклад, взаємозв'язок між збільшенням приземної УФ-радіації та ризиком захворюваності на меланому в 1980–1990-х роках. була виявлена ​​за результатами діагностики більш ніж 2,4 млн. жителів Канади. У США за 1975–2010 роки. захворюваність на рак шкіри щорічно зростала приблизно на 3%, аналогічний середньорічний приріст спостерігався в 2010–2020 роках. у Росії.

Озоновий шар: дослідження в Росії

У нашій країні за станом озонового шару спостерігають фахівці Федеральної служби з гідрометеорології та моніторингу навколишнього середовища (Росгідромет) на 28 озонометричних станціях, які обслуговує Головна геофізична обсерваторія ім. А.І. Воєйкова. Додаткові вимірювання проводять фахівці Центральної аерологічної обсерваторії за допомогою автоматичних спектрофотометрів, встановлених у регіонах, де часто спостерігається аномальне зниження вмісту озону в атмосфері: Анадирі, Жиганську, Салехарді, Мурманську, а також Іркутську та Довгопрудному.

Руйнування озонового шару безпосередньо пов'язане зі зростанням концентрації парникових газів в атмосфері.

Вимірами загального вмісту озону в атмосфері займається також Кисловодська високогірна наукова станція Інституту фізики атмосфери ім. А.М. Обухова РАН. Моніторинг озонового шару проводиться на станції Санкт-Петербурзького державного університету в Петергофі, в заповіднику «Карадазький» у Криму, на 300-метровій вежі в Обнінську фахівцями НВО «Тайфун», у Російському університеті дружби народів за участю Інституту загальної фізики ім. А.М. Прохорова РАН. Продовжуються моніторинг загального змісту озону та аналіз отриманих даних за допомогою Фур'є-спектрометра ІКФС-2, встановленого на російському космічному супутнику «Метеор-М» №2.

Важливо, що й у стратосфері викликає занепокоєння зниження вмісту озону, то приземному шарі — його збільшення. У зв'язку з цим велика увага приділяється моніторингу концентрації озону в Москві та Санкт-Петербурзі, де застосовувані для вимірювань технології можна порівняти із зарубіжними аналогами. У столиці цілодобовий та щогодинний аналіз загального вмісту озону веде на 17 станціях мережу «Мосекомоніторинг».

Важливим методом прогнозування змін озонового шару є застосування російськими вченими тривимірної хіміко-кліматичної моделі. SOCOLv4, розробленої російськими та європейськими вченими під керівництвом Є.В. Розанова та дозволяє оцінювати зміни у змісті озону в атмосфері, пов'язані з активністю Сонця, грозами, діяльністю людини. Про результати застосування SOCOLv4 для оцінки можливих змін у стратосфері Арктики у ХХІ ст. кореспондентові «Наукової Росії» розповів один із авторів дослідження, старший науковий співробітник Інституту фізики атмосфери ім. А.М. Обухова РАН, кандидат фізико-математичних наук Павло Миколайович Варгін.

«Отримані результати аналізу модельних розрахунків за помірним і жорстким сценаріями зростання концентрацій парникових газів до кінця поточного століття показують, що через формування сприятливих динамічних умов, пов'язаних зі зниженням температури стратосфери, в окремі зимові сезони можливе значне зменшення озонового шару в Арктиці в березні. аномаліями загального вмісту озону приблизно до 20%, що порівняно з аномаліями у березні 2011 р., але менше, ніж у березні 2020 р. Проте загалом виявлений за обома сценаріями значний позитивний тренд мінімальних значень загального вмісту озону у березні свідчить про збільшення вмісту озону. до кінця XXI в. в Арктиці», - Повідомив П.М. Варгін.

Складніше, ніж здається

Незважаючи на порушення, загалом поточний стан озонового шару оцінюється позитивно. У січні 2023 р. група експертів, яку підтримує ООН, представила на щорічній зустрічі Американського метеорологічного товариства доповідь, в якій повідомила, що поетапна відмова від озоноруйнівних речовин допомогла запустити процес відновлення озонового шару. За оцінками дослідників, газова оболонка планети повернеться до показників 1980 р. (приблизний момент появи озонової діри над Південним полюсом) над більшістю регіонів до 2040 р., над Арктикою – до 2045 р., над Антарктидою – до 2066 р. Вчені додали, що починаючи з 2000 р. площа та глибина антарктичної озонової діри повільно зменшувались, а періодичні зміни її розміру були більшою мірою спричинені метеорологічними явищами.

«Вплив Монреальського протоколу на пом'якшення наслідків зміни клімату важко переоцінити. За останні 35 років протокол став справжнім захисником довкілля», - Наголосила виконавчий секретар Секретаріату з озону програми ООН з навколишнього середовища Мег Секі.

Виверження вулканів - один із факторів, що негативно впливають на стан озонового шару.

Джерело зображення: kjpargeter / фотобанк Freepik

Проте хімічні процеси, що впливають стан озону в атмосфері, складніше, ніж це уявлялося раніше. Так, згадане стратосферне похолодання може призводити не тільки до руйнування, але і до відновлення озонового шару за рахунок уповільнення залежних від температури процесів каталітичного руйнування озону. Прискорює відновлення озону та парниковий газ метан, який реагує з атомами хлору, позбавляючи їх можливості впливати на озонові молекули. Водночас збільшення концентрації парникового газу N₂O (звеселяючого газу), навпаки, може прискорювати знищення озону.

Варто додати, що відновлення озонового шару добре простежується у верхній частині стратосфери, проте в нижній її частині ситуація поки що не така очевидна: зокрема, над територіями від 55° пд.ш. до 55 ° пн.ш. практично глобально спостерігається стале падіння вмісту озону. Крім хімічних викидів і кліматичних змін, стан озонового шару залежить і від таких факторів, як природні коливання, виверження вулканів і вплив світловідбиваючих речовин, що розпорошуються у верхніх шарах атмосфери для боротьби з глобальним потеплінням.

На минулому у США у липні 2024 р. Міжнародний озоновий симпозіум підкреслив значимість продовження вивчення та моніторингу озонового шару та змін у його стані, у тому числі пов'язаних зі зміною клімату.

Отже, питання збереження озонового шару нині залишається актуальним.Тому важливо розвивати комплексні дослідження озонового шару із застосуванням сучасних технологій та враховувати вплив на газову «колиску життя» глобального потепління.

Джерела

Науково-освітній портал "Велика російська енциклопедія". А.М. Звягінців, Б.Д. Белан. Озоновий шар

"Наука і життя", № 5, 2011. В.А. Юшков, П.М. Варгін, Н.Д. Цвєткова. Озонова діра тепер і над Арктикою

"Вісник Російської академії наук", т. 83, № 4, 2013, с. 354-358. П.М. Варгін, О.М. Груздєв. Що відбувається з озоновим шаром зараз?

«Оптика атмосфери та океану», № 4, 2023. П.М. Варгін, Б.А. Фомін, В.А. Семенів. Вплив озонових міні-дір у травні 2021 р. та березні 2022 р. на окремих територіях Росії на приземну УФ-радіацію за даними супутникових спостережень та моделювання

Російська академія наук. Ларін І.К. Історія озону. М., 2022.

Джерело зображення на прев'ю: freepik / фотобанк Freepik

Джерело зображення на головній сторінці: tawatchai07 (елементи зображення надані NASA) / фотобанк Freepik