Ученые Сибирского федерального университета сравнили состояние содержание озона в Северном полушарии по спутниковым данным и выдвинули новую гипотезу возникновения Антарктической озоновой дыры. Результаты исследования опубликованы в "Журнале Сибирского федерального университета".

Атмосферный озон образует над поверхностью Земли сферический слой толщиной около 90 км, задерживающий ультрафиолетовое излучение. Так как оно губительно для белков и нуклеиновых кислоты, уменьшение концентрации озона в атмосфере представляет опасность для всей жизни на Земле.

Количество озона в вертикальном атмосферном столбе в конкретной точке измеряется по поглощению и рассеянию солнечной радиации в УФ-диапазоне. В качестве единицы измерения общего содержания озона (ОСО) используется единица Добсона (е.Д.). 100 е.Д. соответствуют толщине озонового слоя в 1 мм, а в среднем по планете ОСО составляет около 300 е.Д. 

Содержание озона в стратосфере меняется в течение года. В большом количестве он образуется в стратосфере тропических и средних широт за счет фотохимических реакций. Весной озон из тропиков переносится в сторону средних и высоких широт. Поэтому, например, в Южном полушарии годовой максимум озона наблюдается в октябре-ноябре.

В период с января по июль концентрация озона здесь минимальна, так как с декабря по апрель средние и высокие широты хорошо освещаются Солнцем. Это способствует разрушению озона при фотохимических реакциях, катализаторами которых могут выступать различные соединения в атмосфере.

Глобальный интерес к озоновой проблеме возник во второй половине двадцатого века. Ученые обнаружили долговременную тенденцию к уменьшению суммарного озона и к сезонному – в октябре-ноябре – появлению знаменитой Антарктической озоновой дыры (АОД). 

Это привело к гипотезе об антропогенном разрушении озоносферы. В 1973 году американские химики в лабораторном эксперименте обнаружили, что продукты распада хлорфторуглеродов (фреонов) могут разрушать озон. Этим результатом и объяснили процесс возникновения АОД.

В 1987 году ведущие мировые державы подписали Монреальский протокол: договор о прекращении производства и использования фреонов,  наиболее известных людям, как хладагенты  холодильников. Это привело к глобальной замене холодильников и кондиционеров. В 2016 году выяснилось, что новые хладагенты тоже являются парниковыми газами, после чего последовали  поправка к протоколу и новый запрет. 

Еще до подписания протокола были известны данные, основанные на спутниковом наблюдении озонового слоя и показывающие, что озоновая дыра в Антарктике – естественное образование. Победила, однако, антропогенная химическая теория разрушения озона. Но она не смогла разрешить вопрос о том, почему озоновая аномалия в свое время "появилась" в Южном полушарии, хотя фреоны вырабатывались преимущественно в Северном. 

Причем теории и математические модели химиков невозможно проверить экспериментально  в условиях Антарктики. При подписании Монреальского протокола было заявлено, что озоновая дыра в Антарктике полностью исчезнет уже к 2010 году, но она появляется ежегодно и по сей день. Так, в 2017 году её размеры достигли 22 млн. кв. км, что типично для последних 25 лет. 

Ответить на ряд вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков, предложенного красноярскими исследователями. На основе анализа физических явлений в атмосфере они разработали собственная модель формирования озоновой аномалии в Южном полушарии. 

 "Так сложилось, что геофизическая проблема – состояние озонового  слоя Земли попала в руки не к геофизикам и метеорологам, а к специалистам по химии атмосферы и до сих пор считается сугубо химической проблемой. К сожалению, почти все исследования феномена АОД направлены на доказательство ее антропогенного происхождения. 

Для этого предлагаются различные химические и фотохимические реакции, конструируются математические модели. При этом весь значительный объем фактических данных геофизического характера игнорируется", – комментирует один из авторов исследования, профессор Института инженерной физики и радиоэлектроники  Сибирского федерального университета Валентин Кашкин.  

Согласно альтернативной гипотезе возникновения Антарктической озоновой дыры, она является естественным образованием, обусловленным динамическими процессами в стратосфере. Для обоснования оказалось достаточно использовать данные об общем содержании озона, регистрируемые искусственными спутниками Земли  с 1978 года.

Как и другие атмосферные образования, озон имеет облачную структуру.  Если сравнивать спутниковые данные, полученные последовательно за два дня, то по перемещению озоновых облаков можно оценить направление и скорость движения масс озона. 

Выяснилось, что в начале сентября происходит перенос масс озона от Южного полюса в сторону экватора. Озон движется по винтовой траектории, быстро вращаясь с запада на восток и в итоге скапливаясь в кольце около широты 45°. Происходит перераспределение озона между озоновой дырой и кольцом. Количество озона в кольце вырастает, а ОСО во внутренней части уменьшится, способствуя возникновению Антарктической озоновой дыры.

Что же такое озоновая дыра? Это "углубление" в озоновом слое полярных широт Южного полушария с аномально низкими значениями ОСО. АОД окружена "кольцом" диаметром несколько тысяч км с необычно высоким для Южного полушария содержанием озона (до 450 е.Д.). 

Начиная с середины октября, озоновая дыра начинает заполняться озоном, который движется назад из кольца и из тропических широт. Анализ цифровых карт позволил ученым визуально наблюдать перемещение озона от полюса в сторону экватора и обратно, его перемещение в восточном и западном направлении с оценкой скорости перемещения. 

Сентябрь и октябрь в Южном полушарии – это время, когда в средние широты начинает поступать озон из тропиков. Ученые обнаружили дополнительное кольцо на 35° ю.ш., связанное с таким переносом озона.  Кольцо проходит вблизи  широты Буэнос-Айреса и Кейптауна. Наконец, движение озона в сторону полюса формирует третье кольцо на 80° ю.ш. 

Ученые из СФУ разработали новую методику анализа так называемых "зональных средних". Это дает возможность более точно прогнозировать общее содержание озона на годы вперед. Таблицы зональных средних доступны в Интернете и формируются так: площадь земного шара от полюса к полюсу разбивается на кольца шириной в 5° с вычислением среднего значения ОСО в каждом из них. 

"С использованием анализа зональных средних еще за год до вступления в действие Монреальского протокола сотрудники NASA обнаружили: общее содержание озона за 1979–1982 годы в направлении от 44° ю.ш. к Южному полюсу почти не менялось с августа по ноябрь, а его снижение в сентябре вблизи Южного полюса компенсировалось увеличением в средних широтах. 

Такие результаты свидетельствовали, что вариации ОСО вызваны динамическим перераспределением озона, а вовсе не химическими процессами. Однако это подрывало антропогенную теорию истощения озона и возникновения озоновых дыр. Подобный результат тогдашнее научное сообщество в большинстве своем не восприняло – вопрос был, фактически, закрыт. 

Но история динамической теории на этом не закончилась: мы смогли ответить на ряд вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр. В частности, показали на большом объеме данных, что количество озона, попавшее в зону циркумполярного вихря, с точностью не менее 5-7% совпадает с тем количеством, которое ушло из АОД. Эти результаты наш коллектив представил не только журнальными публикациями – мы также обобщили их в монографии, изданной Сибирским федеральным университетом", — заключает Валентин Кашкин. 

Похожие новости

  • 26/09/2018

    Разработан эффективный способ получения бактериальной целлюлозы

    ​Российские ученые разработали эффективный способ производства бактериальной целлюлозы из штамма чайного гриба. Они определили условия и методы выращивания бактерий, которые позволяют получить большее количество пленок этого вещества.
    86
  • 14/07/2017

    Ученые СФУ будут отслеживать изменения климата по кольцам тибетских деревьев

    ​Международная группа исследователей с участием российских ученых из Сибирского федерального университета (СФУ) разработала эффективный метод оценки влияния климатических изменений на развитие растений, основанный на математическом моделировании, сообщила пресс-служба СФУ.
    681
  • 22/11/2016

    В Красноярске разработали люминесцентный анализатор иммунитета

    ​Люминесцентный анализатор для оценки иммунного статуса разработали в Научно-исследовательском институте медицинских проблем Севера СО РАН (г. Красноярск).  Как уточняют в институте, это сверхчувствительный прибор для лабораторной диагностики, действие которого основано на изменении светового потока в биолюминесцентной реакции после того, как в оборудование помещен биологический материал пациента.
    937
  • 23/08/2018

    Российские ученые исследуют гены опасного поведения

    ​Новое исследование российских генетиков поможет объяснить и предупредить возникновение агрессивного поведения. Эти сведения нужны для понимания механизмов влияния генов на проявление характера и поступки.
    212
  • 15/08/2017

    К чему ведет редактирование генома

    ​Недавно в журнале Nature была опубликована статья, рассказывающая об успешном исправлении мутации в ДНК человеческого зародыша при помощи геномного редактора CRISPR/Cas9. Возможность устранения ошибок в геноме ведет к абсолютно новой ситуации, которая разворачивается на наших глазах.
    712
  • 20/09/2018

    Красноярские ученые найдут загрязнителей среды с помощью инноваций

    ​Молодые ученые Сибирского федерального университета предложили использовать послойно модифицированные сорбенты для определения загрязнителей окружающей среды. Проект поддержан Красноярским краевым фондом науки и Российским фондом фундаментальных исследований в рамках совместного конкурса проектов фундаментальных научных исследований, выполняемых молодыми учеными.
    184
  • 19/06/2018

    Ученые СФУ нашли способ улучшить тренировки биатлонистов

    ​Феномен функциональной асимметрии, то есть неравнозначного развития и силы правых и левых рук или ног человека, влияет на физические способности спортсменов, поэтому его следует учитывать при подготовке биатлонистов для улучшения их результатов, выяснили ученые Сибирского федерального университета.
    230
  • 10/10/2017

    Красноярские ученые создали гибкое «черное тело» с колоссальной способностью поглощать тепло

    ​Ученые Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали уникальный эластичный поглотитель тепла. Гибкое «черное тело» можно объединить с термоэлектрическими элементами и разместить на человеческой коже.
    816
  • 26/01/2018

    Ученые установили, что раковые клетки можно удалять с помощью золотых наночастиц и тепла

    ​Российские и канадские ученые разработали способ адресного разрушения раковых клеток с помощью наночастиц золота и теплового воздействия. Доставку терапевтических наночастиц к опухоли осуществляют специальные молекулы.
    690
  • 15/12/2017

    Академик Андрей Дегерменджи: жизнь в астероиде позволит снять целый комплекс проблем

    ​Андрей Георгиевич Дегерменджи - советский и российский ученый-биофизик, академик РАН (2011). Директор Института биофизики СО РАН с 1996 года - об исследованиях красноярских ученых  и системе жизнеобеспечения в экстремальных условиях .
    494