Сейчас уже трудно найти человека, который не знал бы об озонном слое и, главное, о его особой роли в защите всего живого на Земле от воздействий опасного уровня ультрафиолетового излучения. О том, насколько важно сохранять этот спасительный покров планеты, постоянно напоминают ученые, ведущие регулярные наблюдения за его состоянием с 30-х годов XX века. В 1948 году была создана Международная озонная комиссия (МОК), в состав которой входят видные исследователи атмосферы. Раз в четыре года она организует Озонные симпозиумы, на которых ученые из разных стран обсуждают многие аспекты проблемы, результаты последних исследований озонного слоя, а также наблюдаемые изменения содержания озоноразрушающих соединений в атмосфере в результате выполнения Монреальского протокола, ограничивающего выбросы таких соединений. В очередном симпозиуме, который состоялся в конце лета прошлого года в Торонто (Канада), участвовало свыше 300 ученых из 30 стран, включая Россию, в том числе и автор этих строк. Кроме научной части в программу был включен и организационный вопрос. Избраны новые члены МОК. От нашей страны — ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН доктор физико-математических наук Александр Груздев.
Что же сегодня волнует исследователей, занимающихся этими проблемами? Большую озабоченность вызывает наблюдавшееся весной 2011 года аномально высокое разрушение озонного слоя в Арктике, остаются злободневными вопросы сокращения содержания озоноразрушающих веществ в атмосфере и влияния парникового газа на изменение климата Земли.
В ходе симпозиума удалось поговорить с нынешним президентом Международной озонной комиссии, профессором Афинского университета Христосом Зерефосом, который, в частности, считает опасным мнение о том, что Монреальский протокол полностью решил проблему разрушения защищающего Землю озонного слоя. Успокаиваться, заметил ученый, рано, и событие весны 2011 года еще раз убедительно подтвердило это. Надо очень тщательно следить за состоянием слоя и опасным для человека и биосферы уровнем ультрафиолетовой радиации.
В настоящее время очевидно, что взаимодействие между озоном и другими химическими элементами более сложно, чем предполагали ранее. Доклады участников симпозиума подчеркивали важность продолжения исследований эволюции общего содержания и вертикального распределения озона, состояния озонного слоя в тропосфере и стратосфере, влияния на озон химических процессов и способности современных моделей учитывать эти процессы, а также взаимосвязи изменения климата и озонного слоя.
Кроме этого, важное значение имеет, как установлено недавно, изучение изменений уровня опасной части ультрафиолетового излучения (УФ-Б-радиации) на поверхности Земли. Последние модельные исследования показывают, что возвращение уровня УФ-Б-радиации к нормальным значениям предполагается к середине XXI века.
В целом, можно отметить, что в стратосфере наблюдаются признаки восстановления озонного слоя, хотя он по-прежнему разрушается в весенний период над Антарктикой и Арктикой. При этом в результате увеличения содержания парниковых газов в атмосфере происходит как повышение температуры нижней атмосферы, так и ее снижение в стратосфере. В результате состояние озонного слоя в полярных регионах становится более уязвимым из-за сохранения в атмосфере озоноразрушающих веществ. Поэтому восстановление озонного слоя, несмотря на усилия стран, подписавших Монреальский протокол, задерживается. Последние исследования показывают, что не только колебания климата влияют на озонный слой, но и значительные изменения этого слоя могут воздействовать на климат в нижних слоях атмосферы — до поверхности Земли.
— В заключение хотел бы заметить, — сказал Х.Зерефос, — что российские исследователи всегда были на переднем крае изучения озонного слоя. Я имел честь встречаться в прошлом с профессором А.Хргианом, а в последнее время с другими прекрасными учеными из России, которые занимаются исследованиями озона. Со многими из них, в частности с Н.Еланским, В.Дороховым, А.Груздевым, я хорошо знаком. Хочу отметить высокое качество работы сотрудников Центральной аэрологической обсерватории, Института оптики атмосферы. Учитывая то, что огромная часть территории вашей страны находится в полярном регионе, чрезвычайно важную роль играет российская сеть мониторинга озонного слоя, которая существует уже десятилетия.
Более подробно об исследованиях ученых нашей страны в этой области рассказал заведующий отделом Института физики атмосферы им. А.М.Обухова Российской академии наук член-корреспондент РАН Н.Еланский.
— Образование глубокой арктической озоновой дыры значительно обострило интерес к изучению атмосферного озона в России, — подчеркивает Николай Филиппович. — Сказалось и то, что по мере своей эволюции озоновая дыра несколько раз смещалась на территорию Евразийского континента, захватывая огромную часть Российской Федерации. Даже Москва 4 апреля 2011 года, как показывает анализ результатов наблюдений, полученных группой ученых МГУ под руководством доктора географических наук Н.Чубаровой, оказалась в области озоновой депрессии и испытала на себе значительное усиление коротковолнового ультрафиолетового облучения. Другим важным событием стало выявление эффекта ослабления захвата растениями основного парникового газа СО2 при повышении концентрации озона в приземном воздухе. Особое значение это имеет для России, где рост концентрации озона по мере активизации промышленного производства, электроэнергетики и транспорта происходит повышенными темпами, а болотные и лесные экосистемы играют роль стока СО2 в глобальном балансе углерода.
В этих условиях большое значение имеют регулярные наблюдения содержания озона и озоноактивных примесей над территорией России. В последние годы несколько выросло число станций, ведущих измерения концентрации озона в приземном слое атмосферы. Шесть из них работают в условиях, близких к фоновым. Две станции расположены в высокогорье на Кавказе и в Южной Сибири и дают информацию о состоянии свободной тропосферы. В Москве, Томске и некоторых других городах действуют станции, контролирующие концентрацию озона в городском воздухе. Решена проблема калибровки озоновых газоанализаторов. В ВНИИ метрологии им. Д.И.Менделеева создан первичный эталон, а в ИФА РАН — передвижной стандарт. Состояние стратосферного озонового слоя контролируют 28 станций, оборудованных фильтровыми фотометрами, и четыре, оборудованные современными спектрофотометрами Брюера, которые кроме содержания озона ведут измерения спектрального состава коротковолновой УФ-радиации. В сентябре 2012 года все российские спектрофотометры прошли международную калибровку. Фильтровые фотометры также регулярно калибруются, и, таким образом, показания всех российских станций “привязаны” к мировой озонометрической сети. Тем не менее существующая национальная система мониторинга озона и озоноактивных веществ сильно отстает от аналогичных систем, действующих в ЕС, США, Канаде, Японии и Китае, — как по плотности сети станций, так и по числу измеряемых параметров. Дефицит информации о составе атмосферы над Россией частично заполняли трансконтинентальные наблюдения, проводившиеся ИФА РАН с 1995 по 2010 год с помощью единственной в мире железнодорожной обсерватории (эксперименты TROICA). К сожалению, из-за отсутствия финансирования эти наблюдения приостановлены. Проблемы с финансированием также сделали нерегулярными наблюдения озона с самолета-лаборатории Ан-30, проводившиеся Институтом оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН в течение многих лет.
Несмотря на недостатки системы мониторинга озона, анализ полученной информации позволил выявить основные характерные особенности поведения этого газа над территорией России. Оказалось, что его концентрация в свободной тропосфере (по наблюдениям специалистов Высокогорной научной станции на Северном Кавказе) не только не росла в последние 20 лет, как это было в Центральной и Западной Европе, но, наоборот, снижалась. Этот факт продемонстрировал региональный характер воздействия загрязнений на генерацию озона в приземном воздухе. Фотохимические процессы в атмосфере над территорией России менее активны, чем над Северной Америкой и Европой, что говорит о ее относительно слабом загрязнении. Более того, оказалось, что на территории Сибири с ее бореальными лесами и болотами преобладает сток озона, который компенсирует в значительной части глобальный рост концентрации газа в тропосфере и в приземном слое. В то же время в последние годы наметилась тенденция увеличения содержания озона в воздухе городов. Рост числа автомобилей, переход на новые вещества и материалы, используемые в быту, строительстве, на транспорте, привел к увеличению окислительные свойств городской атмосферы и усилению генерации этого газа в летний период. Примером этого процесса служит учащение случаев резкого превышения предельно допустимых концентраций озона в летних антициклонических условиях в Москве, как это было в 2010 году.
Значимые результаты были получены при изучении влияния атмосферной циркуляции на пространственную и временную изменчивость озона. Это направление исследований традиционно для российских ученых. В Институте физики атмосферы им.А.М.Обухова РАН, Главной геофизической обсерватории и Научно-производственном объединении “Тайфун” Росгидромета детально исследованы механизмы воздействия квазидвухлетних колебаний, Северо-Атлантического колебания и течения Эль-Ниньо на состояние стратосферного озонного слоя. Выявлены новые закономерности в реакциях стратосферного озона на интенсивность солнечной активности. В частности, показана связь между нею и изменением содержания озона в высоких широтах. Причем в каждом регионе эта взаимосвязь проявляется по-своему и в разное время года.
Многие особенности изменения озонового слоя выявлены с помощью численного моделирования. Используя этот метод, сотрудники Центральной аэрологической обсерватории выяснили, что химические потери озона в Арктике в результате гетерогенных реакций, протекающих на частицах полярных стратосферных облаков, могут составлять до 20-30%. Это свидетельствует о наличии прямой связи между температурой стратосферы, полярными стратосферными облаками и образованием озоновой дыры.
Различные сценарии воздействия динамических и фотохимических процессов на озонный слой начали просчитываться с применением трехмерной химико-климатической модели Института вычислительной математики РАН. Исследовалось влияние на него солнечной активности, грозовой деятельности, различных антропогенных факторов. Значительный прогресс заметен в изучении состава мезосферы и процессов, определяющих состояние мезосферного озона. Большую роль в этом сыграли разработанные в Институте прикладной физики РАН и ФИАН микроволновые методы и аппаратные средства зондирования верхней атмосферы. Благодаря проведенным ими наблюдениям стало возможным исследовать воздействие крупномасштабной атмосферной циркуляции, солнечной активности заряженных космических частиц и человеческой деятельности на состояние верхней атмосферы.
Оценивая современное состояние исследований в стране атмосферного озона и химического состава атмосферы в целом, Н.Еланский отметил некоторый прогресс в этой области. В частности, растет число занятых в ней молодых специалистов. Начиная с 1995 года для них ежегодно проводятся школы-конференции, в которых участвуют ведущие ученые России и европейских стран. Если бы еще удалось модернизировать действующие и создать нескольких современных станций мониторинга газового и аэрозольного состава атмосферы на территории России, то наши исследователи могли бы вернуться на передовые позиции в этом важном для решения острых экологических проблем научном направлении.
Павел ВАРГИН,
кандидат физико-
математических наук,
Центральная аэрологическая обсерватория Росгидромета
Фото из архива автора
Нет комментариев