Наиболее эффективно образуется гидроксил при освещенности солнечными лучами. Это вызвано тем, что под действием солнечного коротковолнового излучения образуются возбужденные атомы кислорода, которые в реакциях с молекулами воды образуют гидроксил. Измерения, выполненные как в приземном слое воздуха, так и на высотах 7 и 11,5 км, это подтверждают. Они показывают, что сразу после восхода Солнца на этих высотах резко увеличивается концентрация гидроксила. Сразу же после захода солнца она столь же быстро уменьшается (поскольку образованные молекулы гидроксила живут всего несколько секунд). Проводились также измерения количества гидроксила и в самой стратосфере. Данные этих измерений свидетельствуют о том, что концентрация молекул гидроксила в стратосфере составляет примерно 10 миллионов частиц в 1 см³. Но надо иметь в виду, что количество гидроксила очень изменчиво как во времени, так и в пространстве.

Исключительно важной малой составляющей атмосферы является метан. От его количества зависит климат на Земле. Содержание метана в земной атмосфере растет. Почему это происходит?

Метан попадает в атмосферу разными путями. Прежде всего метан в атмосфере имеет биогенное происхождение. Кроме того, значительное количество этого газа попадает в атмосферу в результате газовых выбросов. Он поступает и при разработке газовых и нефтяных месторождений. Измерения показывают, что в районах эксплуатации газовых и нефтяных месторождений концентрация метана повышена, и она сильно меняется как во времени, так и в пространстве.

Чем выше температура атмосферы, тем больше биологическая активность. Значит, тем больше метана в нижней тропосфере. Поэтому на низких широтах, где температура выше, метана в нижней тропосфере больше, чем в высоких широтах. Количество метана в нижней тропосфере меняется с сезоном. В средних широтах северного полушария наибольшее его количество имеется в марте — апреле и в августе — сентябре. От земной поверхности метан поднимается вверх, в атмосферу, и, по некоторым оценкам, в течение года от поверхности Земли уходит примерно 10 миллиардов тонн метана.

Метан образуется в естественных микробиологических процессах в застойных и почвенных водах и в кишечнике травоядных, а также в технологических процессах с включением натурального газа, сгорания биомассы и сжигания угля.

За период с 1979 по 1982 год количество метана увеличивалось со скоростью 1,8 % в год.

Количество атмосферного метана растет приблизительно с 1700 года. До этого на протяжении миллионов лет его количество было неизменным. Метан увеличивается за последние 30 лет примерно на 1 % в год. За последнее столетие отношение смеси этого газа удвоилось. В южном полушарии источников метана значительно меньше, чем в северном.

Принципиальным для будущего Земли, ее климата является вопрос о дальнейшем изменении количества метана. Будет ли оно продолжать увеличиваться и с какой скоростью? Увеличение метана происходит (и будет происходить) по двум причинам. Во-первых, его больше образуется. Все биологические источники метана, несомненно, будут функционировать более интенсивно. Во-вторых, разрушение метана происходит все менее эффективно. Это значит, что сток метана в атмосфере уменьшается. Количество метана в атмосфере связано с количеством там СО и ОН. Количество ОН имеет тенденцию уменьшаться, тогда как количество СО, как и метана, увеличивается, как это показано на рис. 54. Здесь показаны изменения, которые наблюдались в период с 1960 по 1980 год.

Тенденция этих изменений была взята за основу для того, чтобы рассчитать изменения метана за последующие 50 лет. Они будут вызывать соответствующие изменения озона. Количество метана и СО зависит от интенсивности деятельности человека, в частности от его сельскохозяйственной деятельности.

Можно рассуждать так. Если количество метана за последующие 50 лет будет увеличиваться со скоростью 1 % в год (как и сейчас), то к 2035 году его отношение смеси достигнет величины (2,9–3,0) × 10^-6. Можно рассчитать, как будет уменьшаться количество ОН из-за увеличения СО. Считается, что примерно 1/3 всех источников СО (в 1985 году) находится на поверхности Земли (или вблизи нее) и обусловлена деятельностью человека. Остальные 2/3 количества СО образуются в фотохимических реакциях с СН₄ и С₂Н₆ с ОН. Можно прикинуть (с учетом роста населения на земном шаре и развитием промышленности), что за период с 1985 по 2035 год количество СО увеличится вдвое.

Количество метана, СО и ОН очень тесно связано с количеством NО_х. Это приводит к изменению озона и ОН.

Проведенные расчеты показывают, что за последующие 50 лет (до 2035 года) количество СО может удвоиться, а количество метана может возрасти от 1,6–1,7 до 2,9 × 10^-18. Количество ОН зависит от принятой величины NО_х. Оно может уменьшиться за этот период на 15–30 %. Возможные изменения количества метана, СО и ОН за последующие 50 лет показаны на рис. 55.

Рассмотрим более детально роль окислов азота. Основным источником окислов азота в стратосфере является закись азота Np. Сама по себе закись очень малоактивна. Она не реагирует с какими-либо составляющими атмосферы, малорастворима в воде и не реагирует с водой.

Закись азота образуется из связанного азота в процессе денитрификации. Этот процесс обеспечивает микроорганизмы, которые находятся в почве и океане. В этих процессах кроме закиси азота образуется и молекулярный азот. Таким путем в атмосферу с поверхности суши поступает в год около 50 миллионов тонн закиси азота. Еще примерно 10 миллионов тонн закиси азота поставляет в атмосферу океан. Образованная таким путем закись азота поднимается до самой стратосферы. На этом пути она мало разрушается солнечным излучением. Конечно, не вся закись азота достигает стратосферы. Специалисты считают, что в стратосферу добирается примерно половина закиси азота, которая образуется на суше и в океанах. Глобальная эмиссия N₂О за последнее столетие увеличилась примерно на 55 %. Это показано на рис. 56.

Оценено, что если концентрация N₂О удвоится, то из-за этого количество стратосферного озона уменьшится на 3–5 %. За период 1976–1980 годов наблюдалось увеличение N₂О на 0,2 % в год. В моделях берут 0,25 % в год. Время жизни около 150 лет в нижней атмосфере. Здесь потери идут очень медленно. В стратосфере N₂О видоизменяется, часто превращается в NО_х и разлагает озон (служит катализатором). Увеличение N₂О будет влиять на уменьшение озона, которое создается Сl_х в стратосфере.

В стратосфере из закиси азота образуется окись азота NO. Она является очень активной. Поэтому молекулы NO существуют примерно всего две минуты. Поступающая в стратосферу закись азота, по оценкам ученых, образует там ежегодно примерно 4 миллиона тонн окиси азота.

Окись азота в стратосфере очень тесно связана с двуокисью азота NO₂. Основным поставщиком двуокиси азота являются промышленные установки. Там, где нет промышленного производства (например, во влажных тропиках Америки), двуокиси азота в воздухе мало. Измерения показывают, что количество двуокиси азота может увеличиваться в 10-100 раз. Это избыточное количество двуокиси азота исходит из промышленных регионов. В тропосфере двуокись азота частично вымывается осадками. Поэтому, чем выше в тропосфере, тем двуокиси азота меньше. Но все равно его достаточно, чтобы проникать в стратосферу. В стратосфере с высотой его количество меняется мало. Правда, оно сильно меняется во времени. Объемное отношение смеси NO₂ специалисты оценивают величинами в диапазоне 10^-8-10^-9.