Российские ученые объяснили механизм озоновой депрессии

Отечественные исследователи изучили данные с антарктических станций. Они заметили, что весной молекулы озона сталкиваются с мелкими заряженными частицами и разрушаются. Из-за этого озоновый слой стратосферы истощается и пропускает больше опасной солнечной радиации. Вероятно, существует связь между озоновой депрессией и климатическими изменениями на Земле. Об этом рассказал доктор физико-математических наук Юрий Беликов на международной конференции «Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования. Климат-2023».

Озоновый слой находится на высоте 15–40 километров от поверхности Земли. Он задерживает ультрафиолетовое излучение в стратосфере и не дает ему в полном объеме дойти до живых организмов. Однако с 1980-ых годов ученые зафиксировали несколько озоновых дыр — мест, где концентрация озона намного ниже, чем обычно. Как правило, они возникают над Антарктидой из-за ее особых метеорологических и химических условий. Сильные воздушные потоки изолируют холодный воздух, в котором накапливаются вещества, разрушающие молекулы озона, и каждую весну в регионе формируется озоновая дыра.

Среди ученых существует гипотеза о том, что разрушение озона провоцируют хлорные соединения. Однако ученые из Института прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова решили проверить другую теорию. Она заключается в том, что на появление озоновых дыр влияют ионные кластеры и мелкие заряженные частицы.

Исследователи изучили спутниковые, самолетные и аэростатные измерения в полярной атмосфере Арктики и Антарктики. Они рассмотрели полярные стратосферные облака, которые находятся на высоте 15–25 тысяч метров над поверхностью. В этих облаках присутствуют переохлажденные капли воды и азотной кислоты. В зимне-весеннее время на частицах облаков накапливается униполярный заряд в основном в их верхней и нижней частях в результате подзарядки их небольшими токами, текущими в атмосфере. При этом ионы и мелкие заряженные частицы прилипают к более крупным частицам облаков или увеличиваются в размере в результате конденсации на них влаги. Весной электризованные капли воды испаряются и многократно дробятся, при этом образуются все более мелкие заряженные частицы, достигающие на определенном этапе размера небольших ионных кластеров. Этот процесс испарения и исчезновения облака начинается в его верхней части и распространяется вниз вплоть до полного исчезновения облака. При этом на месте испаряющихся капель образуются ионные кластеры, на которых и разрушается озон. В результате резкого роста концентрации ионов озоновая дыра образуется в весеннее время во всей области ранее существовавших полярных стратосферных облаков.

Ученые установили, что озоновая депрессия зависит от концентрации заряженных частиц в полярной атмосфере. Возможно, изменения концентрации ионов в арктических облаках повлияли на современные изменения климата: озоновые дыры, которые появляются из-за столкновения молекул газа с заряженными частицами, пропускают больше опасных солнечных лучей на поверхность Земли и негативно влияют на флору и фауну. Исследователи подчеркнули актуальность изучения этих вопросов и того, как связаны озоновая депрессия и изменения климата в последние десятилетия.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».