Конечно, озон образуется в приземном слое воздуха не только за счет гроз. Имеются и другие источники его образования. Но какие? Было предложено рассмотреть применительно к приземному слою и тропосфере тот же механизм образования озона, который довольно детально был разработан для стратосферы. Это принципиально возможно потому, что речь идет о веществах, которые выделяются из почвы и затем постепенно заносятся в стратосферу. Одно из таких веществ — метан СН₄, который является продуктом почвенных процессов. Другими словами, это газ, который выделяется земной поверхностью. Другим таким веществом является окись азота NO.

Раз эти вещества могут образовывать озон в стратосфере, то почему же они не могут это делать в начале своего путешествия вверх — в приземном слое воздуха и в тропосфере? Специалисты считают, что могут. Мы не будем расписывать здесь всю цепочку возможных реакций, в которых участвует метан и окись азота. Укажем только, что в конце концов при окислении одной молекулы СН₄ образуются две — четыре молекулы озона (в зависимости от цикла реакций, который реализуется).

Описанная схема образования озона — это только возможность, только один из возможных вариантов. Поэтому не надо пытаться этой схемой объяснить все свойства наблюдаемого распределения озона в приземном слое. Кстати, если бы озон в приземном слое образовывался только по этой схеме, то его не должно было бы быть ночью, поскольку для того, чтобы схема «работала», обязательно должно присутствовать солнечное излучение. Ночью, а также в полярную ночь, которая длится месяцы, этого излучения в приземном слое нет, а озон имеется. Вместе с тем реальная скорость образования озона меньше, чем было рассчитано выше на основании этой схемы.

Кроме гроз и метана и окиси азота надо учесть и ветры. Их роль в распределении озона велика. Они не рождают молекулы озона, но они их приносят с других мест. Таким образом, при рассмотрении приземного озона надо учитывать ветры, которые здесь дуют. Ведь может происходить перераспределение приземного озона, когда меняются, например, долинные ветры на горные или же наоборот. Были проведены измерения озона одновременно на высотах 30, 70 и 115 м над почвой. Они показали, что от 12 часов местного времени до самого захода солнца озон меняется совершенно одинаково на всех указанных высотах. В ночные же часы озон намного быстрее разрушается на высоте 30 м, нежели выше (на высоте 115 м). От восхода солнца до 9 часов местного времени наблюдалось уменьшение озона на самом верхнем уровне (115 м), после чего он стал увеличиваться. Когда данные измерений озона на указанных высотах были сопоставлены с направлением и силой ветров в этой местности, то оказалось, что ветры приводят к сильному перераспределению озона. Измерялось также количество озона от поверхности Земли до высоты в 1000 м. Оказалось, что ночью озон уменьшается не во всей затененной части атмосферы, а только от поверхности Земли до высоты 500 м. Здесь имеется сильный сток озона. Выше 500 м озон в течение ночи не только не уменьшается, а даже несколько увеличивается, несмотря на то, что там нет солнечного излучения. Измерения были выполнены в Швейцарии. Озонозонды устанавливались на привязанных аэростатах. Конечно, результаты экспериментов нельзя распространять на весь земной шар. Они, несомненно, зависят от характера местности, ветрового режима и т. д. Но они показывают, что по крайней мере в том месте, где эти измерения проводились, роль движений воздуха в распределении озона в тропосфере велика, видимо, значительно больше, чем роль фотохимических реакций, при которых образуется озон.

В каких процессах у земной поверхности озон разрушается? Поток озона, направленный вниз, в нижней тропосфере определяется его плотностью. Точнее, он равен плотности озона, умноженной на некоторое число, которое характеризует скорость разрушения озона. Направленный вниз поток озона пропорционален перепаду отношения смеси озона по высоте. А этот перепад пропорционален плотности озона на нулевой высоте. Поэтому и получаем, что нисходящий поток озона пропорционален плотности озона на поверхности Земли. Коэффициент пропорциональности и есть скорость разрушения озона. Чему он равен? Точные его величины, конечно, неизвестны. Но при определенных упрощениях и предположениях его можно оценить. В одной из моделей принимались такие величины скорости разрушения озона: над континентом — 0,60 см × с^-1, над океаном — 0,04 см × с^-1, над снегом — 0,02 см × с^-1. Если считать эти величины достоверными и учесть, какая часть земной поверхности покрыта льдом, какая свободна ото льда и является сушей, а какая морем, то можно получить, что полная скорость разрушения озона во всем северном полушарии составляет 3,9 × 10²⁹ молекул в одну секунду. Оценим, сколько таким путем должно исчезать озона в обоих полушариях за целый год. Получается внушительное количество — около 2 миллиардов тонн озона в год! Нисходящий поток озона у поверхности Земли зависит не только от плотности озона у поверхности Земли, но и от средней скорости ветра. Собственно, скорость ветра определяет скорость разрушения озона.

Величины скорости разрушения озона определялись на основании данных измерений, выполненных в разных частях земного шара при разной растительности на подстилающей поверхности. Так, например, измерения, выполненные в Австралии (ст. Хэй, 34^о южной широты) летом в степи с сухой почвой, мертвой растительностью и пучками сухой травы, позволили оценить скорость разрушения озона величиной 1,18 см × с^-1. С ростом температуры скорость разрушения озона по этим экспериментальным данным несколько увеличивалась.

Проводились также наблюдения за вертикальным профилем озона в Юго-Западной Африке вблизи Цумеба (высота 1250 м над уровнем моря, 19^о южной широты). На основании данных этих наблюдений, которые проводились на мачте высотой 105 м днем, были рассчитаны скорости разрушения озона. Местность представляла собой степь с редкими деревьями и кустарниками. Расчеты показали, что в дневные часы (от 9 до 21 часа) скорость разрушения озона находилась в пределах от 1,61 до 0,53 см × с^-1. Если брать среднюю величину скорости разрушения, то получим, что через каждую площадку в 1 см² в 1 с проходит сверху вниз 200 миллиардов молекул озона! При условиях хорошего перемешивания количество озона вблизи 10 и 100 м менялось со временем одинаково. Но если перемешивание было недостаточным или вообще отсутствовало, то количество озона на разных уровнях менялось произвольно.

На основании измерений над лугами Голландии (50 км от моря) при сильном и холодном ветре с моря и при значительном перемешивании были получены очень малые скорости разрушения озона (всего 0,13 см × с^-1). Для условий ночи эта величина в пять раз больше, любопытно, что, несмотря на перемешивание, плотность озона днем изменялась на высоте 5 м почти так же, как и на высоте 214 м. Ночью это соответствие нарушалось. Предполагается, что нисходящий поток озона на разных высотах был различен.

Столь же малую величину скорости разрушения озона (0,13 см × с^-1) получили исследователи на основании наблюдений высотных перепадов отношения смеси озона в двух пунктах Индии. Измерения проводились в тропической зоне (Тривандрам, 8^о северной широты) и в субтропической зоне (Дели, 28,5^о северной широты). При такой скорости разрушения озона направленный вниз поток составляет 100 миллиардов молекул через площадку в 1 см² в 1 с. Почему-то измерения и в Индии, и в Голландии дают скорости разрушения озона в 10 раз меньшие, чем соответствующие измерения в Австралии, что пока не получило удовлетворительного объяснения. Этот вопрос принципиален, поскольку при большой скорости разрушения озона у поверхности Земли следует искать механизмы восполнения этих потерь. Если скорость исчезновения озона в 10 раз меньше, то и мощность механизмов его рождения должна быть в 10 раз меньше.