Озонна діра над Арктикою

Дані, що свідчать на користь хімічної гіпотези озонної діри, не виключають можливості, що істотними можуть бути природні процеси, зв'язані з динамікою атмосфери. Динамічні процеси не руйнують озонний шар, вони лише перерозподіляють озон.

Можливість участі динамічних процесів у руйнуванні озону випливає з того факту, що атмосфера не статична. Оскільки повітря в атмосфері знаходиться в постійному русі, змінюється не тільки положення шару озону і його «потужність», але і розподіл і концентрація хімічних речовин, що впливають на нього. Якби на вміст озону (яке завжди флуктуїрує деякою мірою) впливала тільки сонячна радіація, можна було б очікувати, що більше всього озону виявиться в місцях, підданих найбільшому опроміненню, тобто на дуже великих висотах і на дуже низьких широтах. Насправді максимум у розподілі озону припадає не на верхню границю стратосфери, а на її середину, і не на район екватора, де концентрація озону досягає лише 260 добсонів, а на полярні області.

Такий розподіл озону виникає через те, що в цілому стратосферне повітря, що несе «свіжий» озон, тече від тропіків до полюсів, причому з більших висот на менші. У Північній півкулі стратосферне повітря проникає до самого полюса, де середній вміст озону пізньою зимою чи провесною досягає 450 добсонів. У Південній півкулі протягом більшої частини року повітря не поширюється південніше 60° п. ш. (тут пікова концентрація озону складає 380 добсонів): у силу особливих метеорологічних умов, зокрема через полярний вихор, багате озоном повітря не може просунутися далеко на південь аж до кінця весни.Почасти через особливості циркуляції кількість озону в атмосфері над Антарктидою залишалася в минулі роки практично постійною (на рівні 300 добсонів) протягом майже всієї зими і весни. Наприкінці весни, коли полярний вихор зникав, відкриваючи шлях повітря з низьких широт, вміст озону починав швидко зростати майже до 400 добсонів. В останні роки концентрація озону залишається майже постійною протягом зими, але навесні швидко падає до 200 добсонів.

Динамічна гіпотеза весняного зменшення озону, що висувалася раніше, ґрунтувалася на припущенні, що аерозоль (зважені в повітрі частки), що утворились в результаті виверження в 1982 р. вулкану Ель-Чічон у Мексиці, поглинає сонячну радіацію, а це повинно приводити до нагрівання стратосфери і «фонтануванню» багатого озоном повітря нагору й у сторони із шару, розташованого над Антарктикою. В даний час значна частина вулканічного пилу осіла, тому вміст озону повинен був би почати відновлюватися. Відповідно до іншої гіпотези, підйом повітря відбувається через те, що рух багатого озоном повітря в напрямку до Південного полюса з більш теплих районів слабшає, а замість нього виникає зворотний рух повітря, що захоплює багате озоном полярне повітря з нижньої стратосфери нагору й у напрямку до екватора. Йому на зміну повинен надходити збіднене озоном повітря з нижче лежачої тропосфери.

Свідчення в підтримку динамічної гіпотези можна було б знайти в розподілі температури. Якщо навесні повітря не могло досягти полярних областей, то там повинно було б відбуватися зниження температури і зменшення вмісту озону. Ніяких значних змін температури в стратосфері над Антарктикою в серпні чи вересні, коли формується діра, замічено не було, однак дослідники знайшли, що в жовтні середня температура падає. Останнє може відбивати затримку у весняному припливі теплого повітря в цю область.

Однак падіння жовтневої температури можна інтерпретувати інакше, скажемо віднести його на рахунок хімічних процесів, що зменшують кількість стратосферного озону, а не на рахунок змін атмосферної циркуляції. Оскільки озон поглинає сонячну радіацію, руйнування озонового шару навесні повинне було б приводити до зменшення поглинання сонячної радіації в порівнянні з нормальними умовами, а це у свою чергу приводило б до охолодження атмосфери.

Існують і більш визначені свідчення того, що динамічні процеси вносять свій внесок в утворення озонної діри. Літаковий антарктичний озонний експеримент 1987 р. показав, що в один із днів, 5 вересня, вміст озону зменшилося приблизно на 10% на площі майже в 3 млн. км2. Хімічні процеси навряд чи здатні викликати таку швидку і значну зміну; пояснення цієї події випливає, очевидно, шукати в особливостях руху повітря. Наприклад, бідне озоном повітря могло на якийсь час вторгнутися в зазначену область з нижніх шарів стратосфери. Разом з тим, виміривши концентрації газів, що служать трасерами при спостереженні за повітряними потоками, дослідники не знайшли ніяких свідчень стійкого великомасштабного підйому повітря в стратосфері.

Динамічні і хімічні гіпотези залучають і для того, щоб пояснити зменшення кількості стратосферного озону весною у всій області Південної півкулі до півдня від 45° п. ш. Зрозуміло, свою роль у цьому може грати ослаблення надходження повітря із середніх широт, але важливими можуть бути і хімічні процеси, що йдуть у стратосфері. Наприклад, у результаті змішання збідненого відповідними хімічними компонентами повітря з полярного вихру з навколишнім повітрям кількість озону повинна зменшуватися.

Взяті в сукупності останні дані підсилюють зростаючі підозри, що хлорфторвуглеводи вносять істотний вклад в утворення озонної діри. Вони показують також, що на утворення діри впливають особливі метеорологічні умови в Антарктиці (полярний вихор, низька температура стратосфери, полярні стратосферні хмари) і, імовірно, зміни циркуляції повітря в Південній півкулі. Який висновок можна зробити з цього щодо небезпеки, що загрожує глобальному озоновому «екрану»?