Время жизни закиси азота в тропосфере точно не известно. Его оценивают и в 8 лет, и в 200 лет. Ясно, что чем дольше существует закись азота, тем больше у нее времени добраться до озонного слоя в стратосфере и принять участие в его разрушении. Но поскольку расчетные оценки, опирающиеся на время жизни закиси азота, будут различаться в 25 раз, то желательно основываться не только на расчетах, но и на наблюдениях.

В тропосфере и стратосфере проходят сотни химических реакций, которые прямо или косвенно оказывают влияние на содержание озона. Поэтому определить, какой вклад в разрушение озона вносит именно данное химическое соединение, — дело очень сложное. Одно дело — установить, что данное вещество может оказывать влияние на процесс разрушения озона, и совсем другое дело определить его конкретный количественный вклад в это разрушение. Последнее сделать трудно потому, что нет полной информации о всех химических соединениях, которые участвуют в этих реакциях, об условиях, при которых протекают эти реакции, и о константах этих реакций. Поэтому при любых расчетах реальную ситуацию приходится упрощать (причем сильно!), и мы никогда не можем быть уверенными, что вместе с водой не выплескиваем и ребенка. Поэтому очень нужен контроль расчетных данных. Таким контролем могут служить только данные наблюдений, то есть сама действительность. Данные каких наблюдений для этого пригодны?

Так, мы не можем наблюдать изменения количества озона, которое обусловлено выбросом в атмосферу дыма электростанций. Лучше в этом плане обстоит дело с такими воздействиями, которые значительно меняются во времени. Тогда можно следить за тем, будет ли так же меняться во времени количество озона. Количество ядерных взрывов в разные годы было разным. Если они оказывают влияние на разрушение озона, то это должно бы наблюдаться. Что имеется на самом деле?

Как уже говорилось, наиболее рекордными по общей мощности взрывов были годы 1961-й и 1962-й. В результате ядерных взрывов в 1961 году в стратосферу поступило дополнительно 600 тысяч тонн окислов азота, а в 1962 году — все 1 100 тонн. Считается, что естественным путем в стратосфере в течение одного года образуется примерно 1 600 тысяч тонн окислов азота. Таким образом, в 1962 году только в результате ядерных взрывов в стратосферу было введено почти столько же окислов азота, сколько их образуется там естественным путем. Раз окислы азота приводят в конце концов к разрушению озона, то естественно было бы ожидать, что после ядерных взрывов 1962 года стратосферного озона останется намного меньше, чем это было до взрывов. Но, как это ни парадоксально, никакого уменьшения озона, которое последовало бы после ядерных взрывов 1962 года, не было обнаружено. Мало того, изменения свидетельствовали об обратном, количество озона в этот период не только не уменьшилось, но даже увеличилось.

Для такой проверки использовались и два французских ядерных взрыва. Один из них, мощностью 1 Мт, был проведен 30 мая 1970 года. Второй, мощностью 2 Мт, был осуществлен 4 июля 1970 года. Общее содержание озона как до указанных взрывов, так и после их проведения, измерялось с помощью аппаратуры, установленной на спутнике «Нимбус-IV». Результат наблюдений оказался тем же — уменьшения общего содержания озона не наблюдалось.

После этого у читателя должен возникнуть естественный вопрос: зачем описывать возможный механизм разрушения озона (ядерные взрывы), если на самом деле наблюдения показывают, что такой механизм «не работает»? Но вопрос на самом деле не так прост, как это кажется на первый взгляд. Если даже при теперешних условиях в стратосфере этот источник разрушения озона по какой-то причине малоэффективен, тем не менее он может оказаться важным при возможных других условиях. Мы своей деятельностью меняем тропосферу и стратосферу непрерывно, внося в нее миллионы тонн новых веществ. Тем самым меняются и те реакции между химическими соединениями, которые там происходят. Поэтому в любой день количество может перейти в качество — могут создаться такие условия, при которых каждый из механизмов разрушения озона, которые были описаны выше, может стать определяющим, роковым для озона. Поэтому ни один из описанных выше источников веществ, которые приводят к разрушению озона в стратосфере, не следует сбрасывать со счетов. При каждом анализе состояния дел с озоном все эти источники должны непременно учитываться.

ОЗОННАЯ ДЫРА НАД АНТАРКТИКОЙ

О значительном уменьшении общего содержания озона над Антарктикой впервые было сообщено в 1985 году Британской антарктической службой на основании анализа данных озонометрической станции Хэлли-Бей (76^о южной широты). Уменьшение озона наблюдалось этой службой и на Аргентинских островах (65^о южной широты).

Американские исследователи измеряли количество озона и другие характеристики атмосферы над Антарктикой с помощью аппаратуры, установленной на их озонометрической станции Мак-Мердо. Одновременно проводились измерения приборами, установленными на специальных самолетах, базировавшихся в Пунта-Агенас (Чили) и проводящих полеты над Антарктикой в 1987 году. Аппаратура позволяла измерять не только озон, но и малые примеси в атмосфере, от которых в той или иной мере зависит судьба озона. Это H₂O, ClO, OClO, ClONO₂, HCl, BrO, HF, NO, NO₂, HNO₃, NO₄, N₂O, CH₄, CCl₄, CH₃CCl и фреоны 11 и 12.

Приборы, установленные на самолетах, предназначались также для измерения частиц аэрозолей. Они давали информацию о количестве частиц и их размерах, а также о составе вещества частиц. Таким образом измерялось распределение с высотой аэрозолей и их характеристики. Измерения проводились с помощью лазерной установки, размещенной на самолете, и охватывали высоты от 12 до 28 км.

Измерения проводились в весенние сезоны 1985, 1986 и 1987 годов. Вся эта исследовательская программа была названа «Глобальный тропосферный эксперимент».

С 28 августа по 29 сентября 1987 года было выполнено 13 полетов самолета-лаборатории над Антарктикой. Эксперимент позволил зарегистрировать зарождение озонной дыры. Были получены ее размеры. Исследования показали, что наибольшее уменьшение количества озона имело место на высотах 14–19 км. Здесь же приборы зарегистрировали наибольшее количество аэрозолей (аэрозольные слои). Оказалось, что чем больше имеется аэрозолей на данной высоте, тем меньше там озона. Когда самолет-лаборатория находился ближе к южному полюсу от широты 77^о южной широты, он регистрировал уменьшение озона на высотах 14–19 км, равное 50 %. Ниже 14 км изменение озона было несущественным.

На антарктической станции Георг-Форст (70^о 46′ южной широты, 11^о 50′ восточной долготы) проводились измерения количества озона с мая 1985 по февраль 1987 года. Данные измерений показали, что весной (в сентябре) по мере развития озонной дыры главный максимум озона смещался от уровня с давлением 70 гПа до уровня 25 гПа в конце октября. При этом общее содержание озона уменьшается от 230 до 175 Д.Е. В это же время развивается вторичный максимум озона внизу, где давление равно примерно 100 гПа. По мере усиления нагревания стратосферы во второй половине октября этот вторичный максимум опускается до уровня, где атмосферное давление равно 150 гПа. Минимум озона наблюдался на уровнях с давлением 40–70 гПа. Но по мере усиления нагревания стратосферы (в октябре — ноябре) озонный максимум смещается вниз на уровни с давлением между 100 и 150 гПа. Таким образом, озонная дыра (минимум количества озона) в начале октября охватывает уровни с давлением от 100 до 25 гПа, а в декабре диапазон высот, на которых она наблюдается, расширяется. Но границы этого расширения в разные годы разные. Так, в декабре 1985 года им соответствовало атмосферное давление 200 — 55 гПа, а в декабре 1986 года — 100 — 35 гПа.

Эксперименты подтверждают тесную связь между температурой стратосферы и количеством озона. Охлаждение стратосферы коррелирует с низкими величинами озона в нижней стратосфере. В 1986 году количество озона в весенний период на ст. Георг-Форст было больше, чем в соответствующий период 1985 года. Это объясняется различным температурным режимом антарктической стратосферы весной в указанные годы.