Пахнет озоном...
Есть замечательная цифра, позволяющая понять важность этого озонового поглощения для всей земной жизни. Вот она: интенсивность ультрафиолетового излучения Солнца над атмосферой, т. е. до прохождения озонового слоя, в 350 миллионов (!!) раз больше, чем после него. (Кстати, это позволяет думать, что на планетах, где нет такого слоя, не может быть и жизни. Впрочем, поскольку озон в верхних слоях атмосферы образуется за счет распада молекул кислорода под ударами квантов солнечного света, то на планетах, где есть достаточно кислорода, скорее всего есть и достаточно озона, если, конечно, звезда там подобна нашему Солнцу).
Озон, однако, не только полезен. Он еще и вреден. Он согревает Землю. Конечно, Землю, прежде всего, согревает Солнце, но Земля в свою очередь отдает в космос большую часть полученного тепла, так что устанавливается равновесие со среднегодовой температурой по Земле около 15 градусов. Всякое потепление сверх этого вызвано в конечном счете тем, что какие-то вещества в атмосфере не выпускают часть земного тепла в космос, оно отражается обратно в нижние слои атмосферы и согревает ее. К таким веществам относятся, как известно, углекислый газ, метан и тому подобные газы; недаром их называют парниковыми. Так вот, озон тоже парниковый газ, причем довольно сильный: его отражательная тепловая способность составляет чуть ли не 25% способности СО2. Но поскольку молекул озона намного меньше, чем молекул СО2, их суммарный вклад в потепление также меньше.
Из сказанного видно, какую важную роль играет озон в жизни Земли и в нашей жизни. Поэтому с такой тревогой были встречены в 1970-е годы первые сообщения о том, что начиная с 1950-х годов озоновый слой с каждым годом истончается – озона на Земле становится меньше примерно на 4% за каждые 10 лет. Это истончение оказалось примерно одинаковым по всем широтам. Ученые выяснили, что причиной этого являются фторуглеродные вещества (фреон и ему подобные), применяемые людьми в разных холодильных установках и выбрасываемые затем в атмосферу. Как я уже сказал, озон образуется при распаде молекул обычного кислорода, но затем довольно быстро превращается обратно в обычный кислород. В земной атмосфере установилось равновесие между этими двумя процессами и возникло соответствующее этому равновесию нормальное содержание озона. Но оказалось, что частицы фреона способны катализировать (ускорять) процесс превращения озона в кислород. Иными словами, они стимулируют повышенный распад озона и тем самым сдвигают равновесие в сторону уменьшения озона. Открытие этого опасного факта вызвало резкую международную реакцию, и Монреальское соглашение 1985 года полностью запретило выброс фреона и ему подобных веществ. К счастью, эти озоноразрушающие вещества (ОРВ) сами собой распадаются в атмосфере примерно за 20 лет, и уже измерения 2010-2013 годов показали, что уменьшение озона вроде бы приостановилось. Тем не менее восстановление прежнего состояния потребует, судя по прикидкам, еще многих десятков лет.
Однако ОРВ нанесли озону еще один удар, вызвавший еще большие страхи у людей. Они привели к образованию всем известной озоновой дыры. Первые сообщения о ней даже у специалистов вызвали настоящий шок. Оказалось, что в полярных областях (больше над Антарктидой, чем над Арктикой) образовались огромные (размером в миллионы кв. км) участки, где озона в слое чуть ли не на 50-70% меньше, чем в былые годы. Правда, дыры эти вели себя весьма прихотливо. Они появлялись полярной весной, постепенно разрастались по площади, и озона в них становилось все меньше, но к полярному лету они сокращались и уровень озона в них повышался, хотя и не до нормы. Это означало, что какие-то факторы ведут к тому, что на полюсах истончение озонового слоя становится намного больше, чем в других местах. Но почему именно на полюсах и что порождает периодический характер этого явления?
Многие простые люди, услышав об озоновых дырах и не понимая, почему они появляются только над полюсами, пришли к мысли, что во всем виноваты спутники и другие космические аппараты, которые якобы пробивают озоновый слой. Что, конечно, было нелепостью. Ученые вскоре разгадали эту загадку. Виновными оказались те же ОРВ, но в иной ипостаси. Выяснилось, что в силу крайнего холода (до минус 80 зимой, не считая ветра) в тропосфере (10 км и выше) образуются особые полярные тропосферные облака, насыщенные многочисленными частичками льда. Тот лед служит замечательным «посадочным местом» для молекул ОРВ. Сидя там, они куда интенсивнее разлагают озон, чем делают это, когда свободно витают в атмосфере. А поскольку над Антарктидой зимой образуется еще и кольцевые тропосферные ветры, эти облака с сидящими в них катализаторами распада озона никуда не могут уйти. И вот так всю зиму частицы ОРВ над Южным полюсом непрерывно разлагают озон. А поскольку Солнце там зимой почти не светит, его кванты не могут разлагать обычный кислород и этим пополнять запасы озона. Это лишь усугубляет ситуацию. Примерно то же происходит над Арктикой, но менее резко, ибо там нет большой сплошной суши. (Кстати, озоновая дыра, хотя и меньших размеров, но вызванная аналогичными причинами, была позже обнаружена над Тибетским плоскогорьем.) Теперь понятно, почему именно к весне озона над очень холодными областями становится особенно мало и там появляются озоновые дыры. Летом, когда кольцо ветров исчезает и начинается свободный обмен озоном по всей Земле, его уровень в полярных областях несколько повышается, т. е. дыра несколько залечивается, хотя и не до конца.
Подобно открытию повсеместного уменьшения озонового слоя, открытие полярных озоновых дыр тоже вызвало опасения и споры. Эти споры очень интересно высветили экономические и политические интересы различных групп. Например, фирма «Дюпон», производящая фреон, всячески пыталась через своих специалистов доказать, что разрушение озона не имеет никакой связи с фреоном, а вызвано периодическими изменениями солнечной активности, или космическими лучами, или какими-то ОРВ природного происхождения. Многие специалисты и СМИ в странах, политически противостоящих Западу, стали доказывать, что западные ученые придумали свои объяснения, чтобы получить гранты на исследования, а на самом деле никаких дыр нет, а если есть, то они вызваны не ОРВ, а если и вызваны ОРВ, то эти ОРВ созданы американской промышленностью, а ни в коем случае не российской – и так далее, и так далее. Любопытно, что все это в точности повторяется и сегодня в спорах о реальности и причинах глобального потепления.
Опасения же, вызванные озоновыми дырами, были продиктованы простым людям столь же простыми соображениями: если в озоновом слое где-то есть дыры, то в этих местах на землю должно поступать больше тепла, чем раньше, а потому дыры вроде бы должны способствовать глобальному потеплению. Поэтому ученые поспешили объяснить, что дело не так просто. Да, дыры могут способствовать потеплению, но, с другой стороны, общее уменьшение озонового слоя, должно уменьшать суммарную отражательную способность озона как парникового газа, а это должно работать на охлаждение климата. Стало быть, без специальных расчетов нельзя решить, какое влияние больше – нагревающее или охлаждающее.
Такие расчеты действительно были произведены уже несколько лет назад и показали, что суммарный эффект должен быть охлаждающим. В результате общего истончения озонового слоя, а также его особенного истончения в районах дыр мощность теплового потока, поступающего на каждый кв. метр поверхности земли, должна уменьшиться на 0,06 ватта. Теперь назову еще одну замечательную цифру: общая мощность этого потока составляет 175 ватт на кв. метр.
Однако в августе 2013 года группа американских ученых опубликовала новый расчет, в котором, в отличие от предыдущего, учитывается влияние озоновых дыр на облака. Дело в том, что, согласно многолетним наблюдениям, в те годы, когда весной дыры особенно велики, летом происходит интенсивное движение ветра от экватора к полюсам. Этот ветер уносит с собой облака из экваториальной зоны. А поскольку облака сильно отражают солнечный свет, то в их отсутствие он свободнее проходит к земле. А поскольку этого света особенно много приходит в экваториальные области, то влияние дыр на облака должно дополнительно усиливать потепление. И если учесть эту поправку, то окажется, что в сумме нагревающее действие дыр все-таки больше охлаждающего - они добавляют целых 0,2 ватта к 175 на каждый кв. метр!
Но не думайте, что вопрос исчерпан окончательно. В большой науке не бывает без споров, и вот другой американский климатолог, профессор Хартманн, уже заявил, что этот результат неверный, потому что не учитывает, что наряду со сдвигом облаков к полюсам есть другие ветры, которые, напротив, сдвигают другие облака к экватору, и это может компенсировать потерю отражения ушедших облаков. А третий специалист, канадский ученый Кин-Бин Лу, немедленно опубликовал статью, в которой заявил, что не правы все, кроме него, потому что он будто бы «неопровержимо доказал», что уменьшение озонового слоя вызывается совокупным действие ОРВ, активностью Солнца и потоком космических лучей, а потому все расчеты, связанные с озоном, нужно вести только по его теории.
Да, пахнет озоном, очень резко пахнет. Одно утешение: если мир будет и дальше следовать Монреальскому протоколу, то скоро ОРВ из атмосферы уйдут и озоновый слой залечится. Тогда и споров не будет.
Рафаил Нудельман
"Окна", 26.9.2013