ООН в конце прошлого года объявила о постепенном восстановлении озонового слоя Земли. Одновременно спутниковые наблюдения показывают, что сезон озоновых дыр в Антарктиде последние годы продолжается аномально долго. «Хайтек» разбирается, что происходит с защитной частью стратосферы и достиг ли Монреальский протокол успеха.
В 2022 году Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Программа ООН по окружающей среде представили отчет о результатах оценки истощения озонового слоя Земли. Подобное исследование проводится раз в четыре года для оценки достижения целей Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Результаты долгосрочных наблюдений показывают постепенное восстановление защитного слоя земной атмосферы.
Одновременно исследователи из Службы мониторинга атмосферы европейской космической программы «Коперник» сообщили, что озоновая дыра над Антарктидой в 2022 году стала 12 крупнейшей за 43 года наблюдений. При этом вот уже три года подряд озоновая дыра над южным полюсом Земли закрывается аномально поздно: только в конце декабря.
Что такое озоновый слой и озоновая дыра?
Озон — бесцветный газ, распространенный во всех слоях атмосферы. Это аллотропная модификация кислорода, в которой соединяется три атома этого химического элемента. Озон — очень мощный окислитель: он намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород и вступает в химическое взаимодействие практически со всеми металлам и неметаллами, многими неорганическими и органическими веществами.
Большая часть озона земной атмосферы (около 90%) находится в стратосфере. Это часть газовой оболочки Земли, которая начинается на высоте около 10–16 км (в зависимости от широты) над поверхностью планеты и простирается до высоты около 50 км. Озон в стратосфере защищает жизнь на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения.
Озоновая дыра — это область, как правило, в полярных регионах, в которой общее содержание озона в атмосферном столбе (столбе воздуха площадью 1 м²) опускается ниже 220 единиц Добсона. Одна такая единица равна слою озона 10 мкм при стандартных давлении и температуре.
Как правило, когда говорят об озоновых дырах, имеют в виду истончение озонового слоя над Антарктидой. Это связано с тем, что особые метеорологические и химические условий, формирующиеся над южным полюсом усиливают антропогенное воздействие на стратосферу.
Низкие температуры полярной ночи и разница между полюсами холода и более теплыми умеренными зонами приводит к формированию стратосферного полярного вихря. Он состоит из сильных воздушных потоков, циркулирующих высоко в атмосфере над Антарктидой, изолирующих холодный воздух над и позволяющих накапливать химические вещества, разрушающие озоновый слой. В результате, каждую весну в южном полушарии над регионом формируется озоновая дыра.
Тем не менее, это не единственный известный подобный объект. Аналогичные (хоть из-за близости к горным массивам материка и менее регулярные и менее устойчивые) процессы можно наблюдать и у северного полюса. А канадский исследователь в прошлом году сообщил об открытии крупной озоновой дыры в тропическом регионе.
Как изменялась озоновая дыра в 2022 году?
Как и каждый год, приход австралийского лета (в южном полушарии весна начинается с сентября, а лето в декабре) с относительно более высокими стратосферными температурами приводит к тому, что полярный вихрь распадается. В результате более высокая концентрация озона в средних широтах перемещается к южному полярному региону, заполняя истощенную область и закрывая дыру.
Но, в то время как средняя площадь озоновой дыры обычно быстро уменьшается в октябре и еще быстрее в ноябре, в последние три года исследователи наблюдают, что озоновая дыра сохраняется до ноября и закрывается только в декабре. Данные многолетних наблюдений показывают, что раньше это происходило в конце октября или ноябре, а в 2022 году озоновая дыра закрылась только в середине декабря. При этом самая продолжительная за всю историю наблюдений озоновая дыра в 2020 году просуществовала еще дольше и закрылась только 28 декабря.
Исследование со спутника показало, что в 2022 году максимальная площадь озоновой дыры составила почти 25 млн км². Это 12-й результат за всю историю наблюдений с 1979 года. При этом ранее исследователи фиксировали долгосрочный тренд на сокращение площади дыры с 2000 года, только последние три года нарушают эту тенденцию.
Восстановление озонового слоя или рост дыр?
Как отмечается в исследовании ООН и ВМО, концентрации разрушающих озон веществ в стратосфере хоть и медленно, но изменяется: она снижается с конца 1990-х годов. Это связано, как полагают исследователи, с принятием Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Этот документ, принятый в 1987 году и вступивший в силу в 1989 году, определил перечень мер по защите озонового слоя. Прежде всего, ввел поэтапное ограничение на производство и применение хлорфторуглеродов.
Тем не менее тот факт, что этот продолжительный «сезон озоновых дыр» повторяется в третий раз подряд, предполагает, что в стратосфере Южного полюса могут действовать дополнительные факторы. Исследователи из службы мониторинга атмосферы европейской космической программы «Коперник» называют три возможных фактора, два из которых постоянны, а третий — характерен только для 2022 года.
Во-первых, размер и продолжительность жизни озоновой дыры может зависеть от силы полярного вихря. Формирующаяся под действием множества климатических факторов область низкого атмосферного давления накапливает большее количество вредных веществ. Например, развитие озоновой дыры в 2019 году было резко остановлено внезапным стратосферным потеплением над Антарктикой в сентябре, которое разрушило полярный вихрь.
Кроме того, область с истощением озонового слоя создает петлю обратной связи через радиационный эффект, замедляя весеннее потепление стратосферы и, следовательно, продлевая срок жизни озоновой дыры.
Во-вторых, глобальное потепление оказывает охлаждающий эффект в средней и верхней стратосфере: парниковый эффект снижает обмен между различными слоями земной атмосферы (более теплые воздушные массы остаются «запертыми» в нижних слоях). Как полагают исследователи, снижение температуры стратосферы влияют на рост и увеличение «продолжительности жизни» озоновых дыр.
Наконец, в 2022 году произошло мощное извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. Выброс огромного массива аэрозолей и частиц пепла привел к одним из самых масштабных возмущений в стратосфере за многие годы. Хотя влияние выброса на состояние озонового слоя пока мало изучено, исследователи полагают, что он мог привести к увеличению размера и срока жизни озоновой дыры.
Все это свидетельствует о том, что локальные изменения год к году в Антарктиде не противоречит глобальному тренду на восстановление озонового слоя в целом в атмосфере Земли. Тем не менее, из-за высокой продолжительности жизни химических веществ, которые разрушают озон, потребуется еще несколько десятилетий.
ООН и ВМО в своем отчете прогнозируют, что в приполярных областях Антарктиды концентрация озона вернется к уровням до 1980-х годов только к 2066 году. При этом прогноз для Арктики более позитивный — 2045 год, а в среднем для большей части земного шара в зоне, расположенной между 60° с.ш. и 60° ю.ш. — примерно к 2040 году.
По информации https://hightech.fm/2023/01/19/monitoring-ozone-layer
Обозрение "Terra & Comp".
