Содержание:
Что такое озоновые дыры
Озоновые дыры — это локальное утончение озонового слоя. Этот слой особенно важен для Земли, потому что он выполняет функцию солнцезащитного крема: не дает ультрафиолетовому излучению от Солнца доходить до тропосферы в полном объеме. Оберегая Землю от излучения, озоновый слой спасает растения, животных и людей от солнечных ожогов и множества болезней, в том числе рака кожи [1].
Как видно по спутниковым снимкам, озоновые дыры — это не буквальные дыры. Ученые используют этот термин как метафору для мест, где концентрация озона крайне низкая. Толщину озонового слоя измеряют «единицами Добсона» (1 единица Добсона равна слою озона в 10 мкм). Озоновые дыры — это места, где содержание озона — 220 единиц Добсона или ниже [2].
Первая озоновая дыра появилась в начале 1980-х. Тогда благодаря наземным и спутниковым измерениям ученые из Британской антарктической службы (BAS) увидели, что каждую весну естественный солнцезащитный экран Земли над Южным полюсом резко истончается [3]. Такое изменение назвали озоновой дырой. С тех пор изучение озоновых дыр продолжается. За ними следят:
- Всемирная метеорологическая организация (WMO);
- Программа ООН по окружающей среде (UNEP);
- Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA);
- Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA);
- Российский Арктический и антарктический научно-исследовательского институт (ААНИИ).
Изменения в озоновом слое изучают локально и дистанционно. При местных измерениях воздух закачивают в озонозонд (прибор для измерений вертикального распределения озона в атмосфере) и в зависимости от того, сколько УФ-лучей или электрического тока поглотил воздух, вычисляется, сколько в нем озона. Озонозонды запускаются на небольших воздушных шарах, чтобы они могли достигнуть стратосферы. Иногда для этих же целей используют исследовательские самолеты. [4]
Дистанционные измерения тоже основаны на главном качестве озона — умении поглощать УФ-лучи. Источником ультрафиолетового излучения в исследовании может быть не только Солнце, но и лазеры или звездный свет. Например, спутники используют солнечные УФ-лучи, которые поглощает атмосфера Земли, чтобы ежедневно замерять уровень озона почти по всему земному шару. А на наземных исследовательских станциях часто используют лазер, который светит на дальние расстояния.
Где находятся озоновые дыры
Самая известная озоновая дыра расположена над Антарктидой. Спутниковые измерения NOAA показали, что общая площадь полярной озоновой дыры достигла своего пика 7 октября 2021 года [5]. На тот момент ее размер составил 24,8 млн км2. Это примерно соответствует размеру Северной Америки. Ниже на карте NOAA озоновая дыра выделена темно-синим цветом.
В июле 2022 года канадские ученые из Университета Ватерлоо в Онтарио обнаружили еще одну озоновую дыру в тропиках. Здесь в центре дыры количество озона истощено примерно на 80% по сравнению с нормальным содержанием, а по размеру она сравнима с полярной антарктической дырой. Правда, ее площадь примерно в семь раз больше. [6]
Международное сообщество ученых спорит, насколько достоверным является исследование канадских коллег. «Никакой тропической озоновой дыры не существует», — считает Пол Янг, специалист по атмосферным явлениям из Ланкастерского университета в Англии и один из авторов доклада «Научная оценка разрушения озонового слоя 2022», который совместно подготовили ВМО и ООН.
Недоверие к ученым связано с новым определением озоновой дыры, которое вводят в докладе канадские метеорологи. «Автор исследования нашел тропическую озоновую дыру, потому что он смотрит на то, как изменилось количество озона в процентах, а не на абсолютные изменения. А последние как раз более важны для подсчетов вредного ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли», — убежден Янг. Таким образом получается, что по старому подходу тропической озоновой дыры не существует, в то время как по процентным потерям, исходя из измерений, утончение озонового слоя все-таки есть. [7]
Как образуются озоновые дыры
Естественные причины
359 млн лет назад на стыке девона и каменноугольного геологического периода произошло необъяснимое массовое вымирание на Земле. А недавно в восточной Гренландии ученые нашли деформированные споры наземных растений того времени. Они изучили их под микроскопом и увидели темные пятна и шипы на спорах, которых не может быть у здорового растения. Такое изменение внешнего вида говорит о том, что вымирание совпало с повышенным уровнем УФ-B-излучения (средневолнового ультрафиолета) [8]. Такое возможно только при ослаблении озонового слоя Земли.
В отличие от других массовых вымираний, в этот период не было катаклизмов, которые могли бы так повлиять на уровень озона. Например, извержений вулканов планетарного масштаба. Но было другое — сильное потепление общего климата, которое положило конец ледниковому периоду. Следовательно, потеря озона при быстром потеплении — это естественное и неизбежное свойство Земли.
Солнечные пятна, стратосферные ветры или извержение вулканов продолжают и сегодня влиять на озоновый слой. Но это не разрушает его так сильно. В то время, как глобальные изменения климата и использование химических веществ, за которые ответственен человек, оказывают более разрушительное влияние [9].
Антропогенные причины
В 1974 году Марио Молина и Шервуд Роуленд выяснили, что хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, после контакта с солнечными лучами запускают химическую реакцию и разрушают озон [10]. Раньше такие вещества использовали в аэрозолях и холодильниках. Но после открытия Молины и Роуленда международное сообщество задумалось о том, чтобы собрать дополнительную информацию о ХФУ.
В 1976 году академия наук США провела собственные исследования и подтвердила выводы ученых [11]. А В 1985 году Британская антарктическая служба получила данные о снижении концентрации озона над антарктической станцией Халли Бэй (Hally Bay) [12]. В химическом составе стратосферы обнаружили неожиданно высокое содержание хлора. Так стало ясно, что истончение озонового слоя действительно происходит.
Как бороться с озоновыми дырами
Когда влияние ХФУ было подтверждено спутниковыми снимками и дополнительными исследованиями, был разработан Монреальский Протокол 1987 года: договор о поэтапном прекращении производства озоноразрушающих химических веществ. Позже появились дополнительные документы с рекомендациями, как сократить использование ХФУ.
Постепенный отказ от вредных для озона веществ действительно произошел и несколько лет назад ООН подтвердила, что у этого есть эффект [13]. В мае 2020 года озоновая дыра над Антарктикой даже закрылась, но спустя некоторое время открылась снова. Концентрация фреонов в атмосфере рядом с полюсами все еще слишком высокая, поэтому пока трудно говорить о стабильности. Здесь существуют особые климатические условия, которые из-за полярных вихрей и перламутровых облаков не дают озону восстанавливаться быстрее.
В целом у озоновых дыр есть способность исчезать или уменьшаться. Изменения в их размерах связано не только с деятельностью человека, но и с климатическими особенностями. Например, из-за того, что озон образуется благодаря кислороду и ультрафиолету, во время полярной ночи его количество надолго уменьшается, но потом восстанавливается само во время полярного дня. Дыра может образоваться и затянуться за несколько недель, но иногда на это уходят месяцы. [14]
Озоновая дыра — обман?
Некоторые ученые предполагают, что озоновые дыры не так страшны, как о них говорят. Бен Либерман, бывший старший сотрудник Института исследований экономической политики Томаса А. Роу в области энергетики и окружающей среды, убежден, что в Монреальском протоколе не было особой необходимости, а проблема озоновых дыр сильно преувеличена: «Истончение озонового слоя, которое происходило на протяжении 1980-х годов, по-видимому, прекратилось в начале 1990-х годов. Это слишком рано, чтобы приписывать это Монреальскому протоколу».
Он также считает, что связь между разрушением озонового слоя и повышением рисков для здоровья человека, животных и растений слишком натянута: «Разрушение озонового слоя само по себе не наносит вреда здоровью человека или окружающей среде. ВМО признает, что никаких статистически значимых долгосрочных тенденций обнаружено не было. Поэтому можно сказать, что влияние толщины озонового слоя на УФ-излучение над населенными районами настолько мало, что его даже трудно обнаружить». [15]
Похожего мнения придерживается французский ученый Гарун Тазиев. Он считает, что появление озоновых дыр абсолютно нормально, и с этим не нужно ничего делать: «Озоновая дыра — это естественная дыра, которая появляется над Антарктидой в начале октября и исчезает к концу декабря. В Европе, я думаю, я единственный человек, который опровергает основную версию, но мне никогда официально не противоречили ни экологи, ни ученые». [16]
Он утверждает, что озоновые дыры могут быть частью большой политической игры. Мнимые проблемы, которые поддерживают политики, по его мнению, привели к тому, что миллионы фунтов были направлены на «экологические ветряные мельницы», а не на реальные угрозы загрязнения.
Эти и другие ученые высказываются о недостаточной изученности проблемы. Они говорят о том, что многие страшные предсказания о последствиях озоновых дыр не сбылись или вовсе были основаны на мифах. Например, в 1992 году газета New-York Times сообщила, что разрушение озонового слоя над южной частью Чили стало причиной проблем со зрением у овец и кроликов [17]. Эта история повторялась потом и в других источниках, в том числе на телевидении. А позже книга Эла Гора «Земля на волоске» еще раз пересказала этот миф: «В Патагонии охотники теперь сообщают о том, что нашли слепых кроликов, а рыбаки ловят слепого лосося» [18]. Миф разоблачили, когда группа из Университета Джонса Хопкинса доказала, что слепота животных была связана с обычным конъюнктивитом [19].
Озоновая дыра — прогнозы
Судя по исследовательским моделям NASA, концентрация хлора и других озоноразрушающих веществ в стратосфере не вернется к уровню 1980-х, по крайней мере до середины XXI века. Не способствует решению проблемы и сельское хозяйство, где до сих пор продолжают использовать закись азота — мощный озоноразрушающий парниковый газ. [20]
Есть также и другие виды человеческой деятельности, влияние которых мы еще не до конца понимаем, но которые могут представлять риски. Это, например, запуски ракет и сульфатная геоинженерия — идея, о том, что мы сможем предотвратить худшие последствия глобального потепления, закачивая в стратосферу аэрозоль для охлаждения температуры и заставляя солнечный свет отражаться от этих аэрозольных частиц. [21]
В то же время видна и временная положительная динамика. В 2019 году аномальные погодные условия в верхних слоях атмосферы над Антарктидой резко ограничили разрушение озонового слоя. Это привело к самой маленькой дыре с 1982 года, но ученые предсказывают, что озоновый слой Антарктики полностью восстановится скорее к 2040 году [22]. Основная задача человечества сейчас — не прекращать исследования и следить за состоянием не только озоновых дыр, но и климата в целом.