Система рифтовых зон Земли сегодня хорошо изучена геологами, и это дает возможность прогнозировать расположение озонных дыр. Так постоянство озонной дыры над Антарктидой объясняется тем, что главные каналы дегазации – срединно-океанские рифты – сближаются вокруг Антарктиды и увеличивают «водородную продувку атмосферы» в этом районе. Кроме того, на Антарктиде расположен действующий вулкан Эребус с наибольшими газовыми выбросами в атмосферу. Кстати, американская станция Мак-Мердо, следящая за состоянием атмосферы, находится у подножия этого вулкана. Учитывая повышение сейсмической активности в районе срединно-океанского рифта, В.Л. Сывороткин предсказал образование крупной озонной дыры над экваториальной зоной восточной части Тихого океана (январь 1998).
6. Последствия разрушения озона для биосферы и человека. Воздействие Эль-Ниньо на озоновый слой
В начале 80-х годов английские и японские ученые выяснили, что с конца 70-х годов над Антарктикой непрерывно истощается озоносфера – слой атмосферного озона.
Наземные и спутниковые измерения обнаружили своего рода озоновую «дыру», в которой озона в столбе воздуха было на 30–50% меньше нормы. Эта «дыра» в Антарктике наблюдается весной (сентябрь–ноябрь), в другие сезоны содержание озона ближе к норме. Заметнее всего это уменьшение на высотах 15 – 25 км. в слое с максимальным содержанием озона. Позднее выяснилось, что озонав атмосфере становится все меньше и меньше также в средних и высоких широтах Северного полушария зимой – весной (январь – март), особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Восточной Сибирью и Японией. Детальные измерения показали, что при общем истощении озоносферы содержание озона возрастало, в частности, нал Лабрадором (северо-восток Канады) в январе. Временами (например, в 1988 г.) оно увеличивалось и над Антарктикой. Однако в целом содержание озона в атмосфере за последние два десятилетия значительно уменьшилось. Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой «дыры» нал Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.
Озон образуется в верхней стратосфере (40–50 км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10–25 км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический составатмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов переноса. Разрушается же он, взаимодействуя с выбрасываемыми в атмосферу веществами, содержащими хлор (фреонами и галонами), которые используют в различных отраслях промышленности. Многочисленные измерения и расчеты свидетельствуют о том, что эти реакции протекают, в основном, на поверхности полярных стратосферных облаков, которые образуются здесь при очень низких (менее -80 С) температурах. После окончания полярной ночи, в сентябре, с восходом солнца образуются атомы хлора, разрушающие молекулы озона. Наблюдения показали, что подобный химический механизм действует и в Арктике (в январе – марте).
Температура нижней стратосферы в Арктике выше, чем в Антарктике, поэтому полярные стратосферные облака здесь образуются реже, так что озоновая «дыра» регистрируется главным образом над Антарктикой. Ключевой элемент этого механизма разрушения озона – именно полярные стратосферные облака, образующиеся только при очень низких температурах. Такие температуры нал Антарктикой обусловлены сильными западными ветрами, которые формируют своеобразный полярный «барьер» (его называют также полярным вихрем), препятствуя межширотному обмену теплом и озоном.
Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих и средних и высоких широтах. Один из источников этих волн разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой «дыры» в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.
Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания озона в 1979–1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой «дыры». Видимо, столь серьезные изменения – это результат сразу нескольких крупномасштабных процессов в Мировом океане: «капризов» Эль-Ниньо в Тихом океане (теплое сезонное поверхностное течение у берегов Эквадора и Перу, параметры которого меняются год от года), аномалий температур значительных участков поверхности в Атлантическом и Индийском океанах.
Появление озоновой «дыры» в Антарктике может свидетельствовать о существовании длительных (с периодом несколько десятилетий) циклом и Мировом океане и атмосфере. Эти циклы способны серьезно повлиять на климат и проявиться в погодных аномалиях и стихийных бедствиях (ураганах, торнадо, тайфунах) в различных районах Земного шара. Таким циклам легче проявить себя именно в стратосфере, а не в тропосфере, на характеристики которой влияют самые разные (часто случайные) факторы.
Антропогенное же воздействие на атмосферу представляется сильно преувеличенным. К сожалению, наблюдения за изменениями в стратосфере пока слишком непродолжительны, Чтобы окончательно выделить одну причину озоновой «дыры» в Антарктике. Однако уже сейчас очевидно, что рассматривая проблемы озонового слоя и изменений климата Земли, необходимо учитывать не только антропогенные факторы, но и долговременные естественные изменения во взаимодействующей системе «океан-атмосфера». В последнее время стали высказываться предположения о том, что вариации скорости вращения Земли вокруг своей оси каким-то неизвестным пока образом влияют на Мировой океан,
В качестве примеров такого влиянии обычно ссылаются на меняющееся «повеление» уже упомянутого Эль-Ниньо и таких течений, как Куросио и Гольфстрим. Но тогда изменения климата и озонового слоя, возможно, зависят и от очень медленных процессов в ядре и мантии Земли, которые, безусловно, сказываются на скорости ее вращения. Будущие исследования этой фундаментальной проблемы потребуют объединить усилия специалистов, изучавших прежде сушу, океан и атмосферу по отдельности, а также учитывать не до конца ясные пока солнечно-земные связи.
Истощение озонового слоя планеты ведет к разрушению сложившегося биогенеза океана вследствие гибели планктона в экваториальной зоне, угнетению роста растений, резкому увеличению глазных и раковых заболеваний, а также болезней, связанных с ослаблением иммунной системы человека и животных, повышению окислительной способности атмосферы, коррозии материалов и т.д. Так, 5%- е уменьшение содержания озона увеличит на 14% вероятность заболевания блазальной клеточной карциномой – наиболее распространенной формой немеланомного рака кожи, и на 25% – плоскостной клеточной карциномой – его разновидностью, наиболее часто приводящей к смертельному исходу.
Сознавая важность защиты озонового слоя для сохранения жизни на земле, Республика Беларусь в числе первых подписала и ратифицировала Венскую конвенцию об охране озонового слоя и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В законе Республики Беларусь «Об охране окружающей среды» и «Об охране атмосферного воздуха» закреплены требования о сокращении и последующем прекращении использования химических веществ, оказывающих вредное воздействие на озоновый слой.
Сенсацией в научном мире стало внезапное исчезновение в 1997–1998 гг. самого популярного у исследователей глобального климатического явления – течения Эль-Ниньо (в переводе с испанского «младенец»). Это течение, в значительной мере определявшее климат и южной части Атлантики, прославилось своим «по-младенчески капризным» нравом – практически ежегодными переменами характеристик, которые отражались на климате, урожайности и жизни десятков миллионов людей обширного региона, охватывающего большинство стран Южной и Центральной Америки. Еще более драматические последствия для климата планеты может иметь его исчезновение. Поэтому ученые всех стран бьются над разгадкой этого глобального события.
Анализ многолетних данных по количеству осадков, температурам поверхности океана и скорости ветров в этой части Атлантического океана позволяет сегодня утверждать, что «кончина» Эль-Ниньо – это действительно беспрецедентное (в современной истории) явление. Его основной причиной могло стать необычное усиление восточных ветров над Тихим океаном, послужившее «спусковым крючком» крупномасштабных процессов в Мировом океане Эль-Ниньо влияет на скорость вращения Земли с задержкой в 1–2 месяца после его возникновения, поскольку в атмосфере тепло распространяется медленнее, чем в воде.