Гипотеза образования озоновых дыр: Ученые СФУ выдвинули новую гипотезу возникновения Антарктической озоновой дыры

Содержание

Ученые СФУ выдвинули новую гипотезу возникновения Антарктической озоновой дыры

Согласно гипотезе, озоновая дыра является естественным образованием, обусловленным динамическими процессами в стратосфере

Ученые Сибирского федерального университета проанализировали состояние содержание озона в Северном полушарии по спутниковым данным и выдвинули новую гипотезу возникновения Антарктической озоновой дыры, сообщает РИА Новости. 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.). 1 е.Д. соответствуют толщине озонового слоя в 10 мкм, 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.

причины разрушения озонового слоя

Обманутое ложными обещаниями авторов Монреальского протокола мировое сообщество не думает о проблеме разрушения озонового слоя, а степень этого разрушения неуклонно нарастает! Что происходит, чем это грозит никто не знает, и знать, как выяснилось, не хочет.

«Наиболее популярная гипотеза о том, что техногенные фреоны разрушают озоновый слой — весьма уязвима», — считает кандидат геолого-минералогических наук Сывороткин Владимир Леонидович, который занимается проблемой озонового слоя уже десять лет.

Фреоны используют, главным образом, как легко испаряющуюся жидкость в производстве пористых материалов и как хладагент в холодильных установках. Согласно техногенно-фреоновой гипотезе, весь промышленный фреон попадает в стратосферу, где на высоте 20-25 км находится озоновый слой. В стратосфере под действием ультрафиолетовых лучей солнца хлор, входящий в состав фреона, вступает в реакцию с озоном и разрушает его. Однако, у этой гипотезы есть противоречие. Так, самая большая озонная дыра располагается над Антарктидой, тогда как основные источники техногенного фреона находятся в северном полушарии. Обмен между воздушными массами обоих полушарий затруднен, что установлено, в частности, при исследовании движения продуктов ядерных испытаний. Кроме того, техногенно-фреоновая гипотеза не дает хоть сколько-нибудь точных прогнозов, хотя в ее распоряжении находятся точные данные по расположению и количеству промышленного фреона.

В.Л.Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород — «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.

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).

Обнаруженная в 2014 году крупная воронка в Ямало-Ненецком автономном округе, образовавшаяся в результате выброса газа, начала превращаться в озеро.

Об этом сообщается на сайте правительства Ямало-Ненецкого автономного округа.
Ученые на Ямале завершили экспедицию к месту образования гигантской воронки, появившейся в 2014 году вблизи поймы реки Морды-Яха. Участникам экспедиции удалось выяснить, что воронка, как прогнозировалось ранее, начала заполняться водой.
За зиму и весну она наполнилась на десять метров и этот процесс продолжается.

Провал в земле был обнаружен летом прошлого года недалеко от Бованенковского газового месторождения. Его диаметр по внутреннему краю составлял около 40 метров.Ученые считают, что через несколько лет воронка превратится в одно из тундровых озер, которые, как отмечается, скорее всего, имеют такое же происхождение.

В 2016 году на отдаленном острове целые пласты земли начали вспучиваться и взрываться, после взрывов оставались кратеры и воронки диаметром до 30 м. А главная опасность в том, что на полуостровах Ямал и Гыдын было обнаружено до 7000 аналогичных выпуклых участков.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Новая гипотеза образования огромной озоновой дыры над Антарктидой | Sibved

Наверное, нет таких людей, кто бы не слышал про озоновые дыры. Раньше про них говорили больше. Сейчас, если и упоминают, то только про озоновую дыру над Антарктидой.

Подобное уменьшение толщины озонового слоя случается и в северном полушарии. Принято считать, что главной причиной образования озоновых дыр является деятельность человека, промышленность, полеты ракет и авиации. В какой-то степени вулканы.

Многие помнят, как лет 20-30 назад со всех сторон транслировали информацию про необходимость запрета озоноразрушающих соединений. В особенности про использование фреонов в холодильном оборудовании и бытовых спреях. Весь шум прекратился примерно к 2000 г., когда Россия, как мировой лидер по производству химически безопасных для человека фреонов R 12 и R 22 перешла на навязанные соединения фреона западного производства. Монреальский протокол, который продвигали с 1985 года добился своего. А контрабанда из Китая запрещенного фреона приравнена чуть ли не к терроризму.

То, что современные, озоносберегающие фреоны менее энергоэффективны, пожароопасны, а при нагревании и токсичны – многим известно. Очень хорошая статья на эту тему со всей хронологией событий здесь: https://www.ппуп.рф/m/poleznaya-informaciya/vladimir-syvorotkin-neskonchaemaja-cep-prestuplenij-monrealskogo-protokola

Сейчас активно продвигают снижение объемов выбросов промышленностью парниковых газов. Но это все отдельная история и чистой воды политика и борьба за рынки. Мы же посмотрим на сам процесс образования озоновых дыр и зададим вопросы – имеет ли отношение к их появлению промышленность, мегаполисы или это все последствия иной природы.

Вообще, что такое озоновый слой, почему он так важен и что его может разрушать? Озон образуется на высоте 15-35 км под действием солнечного излучения. Он поглощает жесткий ультрафиолет и не допускает облучения им живых организмов на земле. Всем известны от чего случаются солнечные ожоги.

Официальное объяснение: хлорфторуглеводороды из старых фреонов, попадая в атмосферу под действием ультрафиолета разрушаются и активный хлор связывается с озоном, расщепляет его.

Лично у меня сразу два вопроса: как тяжелые углеводороды могут подняться в верхние слои атмосферы и если есть ультрафиолет, то озон же должен образовываться заново. Неужели концентрация фреонов на высоте такая огромная, что озон не успевает образоваться?

Наибольшие очаги разрушения озонового слоя мы должны видеть над промышленными центрами, мегаполисами, над загруженными маршрутами авиалиний. Но с момента полного прекращения выпуска опасных для озона фреонов – озоновые дыры никуда не исчезли. И, конечно же, ученые начали искать этому объяснение. Сейчас у них виновник №1 – это закись азота (веселящий газ). Иногда встречаются объяснения про полярные вихри и слишком низкие температуры в полярных областях. В этих объяснениях не вижу логики.

А что видят спутники, занимающиеся мониторингом озонового слоя?

Озоновая дыра над территорией Сибири в 2019 г. (над безлюдными областями). Озоновая дыра северного полушария имела и такую конфигурацию:

Но такая картина непостоянна и слой озона в северном полушарии быстро восстанавливается. Странно, что над территорией Китая, как наибольшего загрязнителя атмосферы промышленными выбросами и трафиком авиасообщений никаких дыр никогда нет. По логике ученых не пойму, как разрушители озона могут достигать полярных районов? Почему именно там фиксируются наибольшие озоновые дыры? В Антарктиде – все еще хуже:

Состояние озоновой дыры над Антарктидой в 2009-10 гг. В своем пике озоновая дыра может накрывать площадь Земли в 25 млн.км2.

Странным выглядит то, что по периметру озоновой дыры сосредоточена повышенная концентрация озона. Такого не должно быть. Промышленные выбросы сюда не дойдут (и почему они по логике ученых стремятся на южный полюс?). Границу с повышенным содержанием озона выбросы должны тоже разрушить. Одни почему и противоречия.

Красной областью отмечено повышенное содержание озона. Как видно, озоновая дыра над Антарктидой висит каждый год. Может на время и затягиваться.

Впервые озоновую дыру на Антарктидой зафиксировали в 1985 г. А холодильники на старом фреоне работали и до этого десятки лет. Так дело не во фреоне? А в чем тогда? Что разрушает озон? Судя по следам – разрушает его что-то, что выходит над этой территорией. Существует теория разрушения озонового слоя водородом Владимира Сывороткина (доктор геолого-минералогических наук). Пожалуй, это единственный ученый в мире, кто на практике связал водородную дегазацию с состоянием озонового слоя.

С 1965 г. известен гидроксильный цикл разрушения озона. Это когда любой углеводород, выходящий из недр планеты и поднимающийся в стратосферу, разрушается ультрафиолетом с образованием там гидроксильной группы (ОН). Он и уничтожает озон. Известно около 40 реакций, приводящие к этому.

Водород в основном выходит по разломам, среднеокеаническим хребтам, которые сходятся в Антарктиде. Там мощные потоки водорода сквозь льды и практически постоянное разрушение озонового слоя. Небольшое интервью В.Сывороткина:

Его теория связана и с климатом. Дело в том, что когда разрушается озоновый слой в средних широтах – это нагревает атмосферу, в эту область затягивает антициклоны. Устанавливается жара. А зимой, наоборот – холод. Не исключаю, что именно эти процессы дегазации и состояния озонового слоя связаны с полюсом холода в Сибири и с аномальным холодом в Антарктиде.

Наблюдаю за этой теорией вот уже лет семь. Но развития и популяризации нет от слова совсем. Для западной науки это запрещено делать. Монреальский протокол мешает. И там нужно культивировать миф о глобальном потеплении от парниковых газов промышленности. Кто-то уже понял, что реально смотреть на процессы современная наука давно разучилась.

В заключении, хотел бы обратить внимание читателей вот на какую странность.

Вокруг озоновой дыры в Антарктиде расположена область с повышенной концентрацией озона. Как такое возможно? Такое впечатление, что дегазация происходит из одной небольшой области в Антарктиде. И здесь напрашивается аналогия с полой Землей и входами в ее внутреннее пространство из тибетских трактатов:

Если допустить, что это строение планеты, то тогда внутри Земли может быть иная атмосфера (большее давление и больше концентрация водорода и кислорода), эти газы постоянно образуются. А выходят через проходы на полюсах, поддерживая наземное атмосферное давление. Но при выходе водород уничтожает образование озона, а кислород расползается по планете. Получается, максимальная концентрация его в полярных областях. Интересно, имеются ли данные, отличаются ли они от усредненных концентраций по планете?

***

Кому интересны такие публикации — > Подписывайтесь на канал и добавляйте его в закладки браузера (Ctrl +D ).

где они находятся и причины их появления

Земная атмосфера состоит из нескольких слоев, каждый из которых занимает собственную высоту. На климат влияет состояние озонового слоя, расположенного в 15-35 километрах от поверхности. Озоновый слой оберегает земную поверхность от избыточного ультрафиолетового излучения, которое при проникновении может стать причиной изменения климата. Толщина слоя составляет несколько миллиметров и в некоторых местах оболочка нарушена. Озоновые дыры обнаружены относительно недавно, поэтому существенные меры по сохранению озоносферы до сих пор не приняты.

Крупнейшие озоновые дыры Земли

Впервые нарушения озоновой оболочки Земли обнаружены в 80-х годах над Антарктидой. Вывод о существовании озоновых дыр был сделан на основе анализа изменений размера спектра ультрафиолетового излучения. Измерения проводятся регулярно с середины XX века, когда в мире была создана сеть метеорологических станций по инициативе британского ученого Добсона, в честь которого названа единица измерения содержания озона (Единица Добсона) и прибор (Добсонометр).

Относительно 70-х годов содержание озона на Антарктидой сократилось на 40%.

Со временем при исследовании остальных частей озоносферы выявили, что над Антарктидой расположена крупнейшая дыра. Диаметр антарктической озоновой дыры – более 20 миллионов кв. км. Вторая крупнейшая дыра расположена на противоположном конце планеты – в Арктике. Для арктической дыры характерно регулярное изменение размеров, связанное с сезонностью.

Третья по размеру дыра – Тибетская. Ее размеры до конца не установлены, но по некоторым оценкам она составляет от 2 до 20 миллионов кв. км.

Основные места их возникновения

Особенность формирования крупнейших озоновых дыр в пределах Южного и Северного полюса объясняется особенностями образования озоновой оболочки. Она формируется при поглощении ультрафиолетовых лучей, «питаясь» ими. В периоды полярных ночей поступление ультрафиолета прекращается, что приводит к сокращению толщины озонового слоя до полного уничтожения. Разный размер между полюсами связан с отличиями в характере вихревых потоков и движения облаков, которые способствуют уничтожению слоя.

Тибетская озоновая дыра над Китаем возникла из-за антропогенных факторов, связанных с промышленной деятельностью.

Кроме этого, дыры меньшего размера расположены над некоторыми российскими регионами Западной Сибири:

Томской области;
Омской области;
Кемеровской области;
Алтайского края;
Хакасии;
Тюмени.

В этих регионах расположено большинство «вредных» производств, оказывающих значительное влияние на озоновый слой.

Причины появления озоновых дыр

По результатам метеорологических исследований обнаружено, что нарушения озоносферы возникают не только в местах обитания человека, но и за их пределами: в Антарктиде и Арктике. Это оговорит о влиянии двух групп факторов появления озоновых дыр:

естественных;
антропогенных.

В большинстве случаев группы факторов не связаны друг с другом. Естественные больше всего проявляются в районе полюсов Земли, антропогенные – на остальной поверхности.

Антропогенные факторы

При производстве товаров и работе холодильных установок (кондиционеров, холодильников, рефрижераторов) в атмосферу выделяется фреон. Выделяемый из него хлор взаимодействует с озоном и разрушает защитную оболочку. Несмотря на незаселенность территорий с крупнейшими озоновыми дырами, более 80% дыр образуются из-за антропогенных факторов.

К действиям фреоновых установок прибавляется эксплуатация воздушного транспорта: самолетов и ракет. В составе выделяемого при горении топлива содержатся такие элементы: хлор, оксиды азота, двуокись углерода. Выделяясь в виде газа, они вступают во взаимодействие с озоном и приводят к многочисленным небольшим нарушениям слоя.

Третья антропогенная причина – применение пестицидов в сельском хозяйстве. В их состав входят оксиды азота, которые при выделении в атмосферу разрушают слой.

Естественные факторы

Сложнее всего человеку повлиять на причины естественного происхождения. К ним относится сезонность, особенно ярко проявляемая на полюсах. Сокращение там озонового слоя приводит к повышенной концентрации солнечных лучей и таянию ледников. Вместе с этим повышается средняя температура, а озоновый слой продолжает разрушаться.

С сокращением ледяного покрова сокращается способность земной поверхности к отражению солнечных лучей, что увеличивает скорость глобального потепления.

Механизм образования озоновых дыр

Разрыв озоносферы происходит под влиянием двух факторов:

недостаточного проникновения ультрафиолета;
взаимодействия частиц, попадающих в атмосферу.

Озоновые соединения образуются при взаимодействии кислорода и ультрафиолетовых лучей на границе тропосферы и стратосферы. Из двухатомной молекулы кислорода при химической реакции образуется трехатомная – озон. Во взаимодействие вступают только лучи определенного размера (короче 242 нм), остальные достигают земной поверхности. Во время полярных ночей в атмосферу перестает проникать ультрафиолет, что приводит к истощению и уничтожению оболочки.

заимодействие разрушающих частиц происходит по антропогенным причинам. Попадающие в атмосферу выбросы контактируют трехатомной молекулой кислорода (озоном), расщепляя ее и разрушая оболочку.

Гипотеза о полностью естественном происхождении

Часть ученых считает, что дыры образуются исключительно естественным путем. Основа для такой теории – дыры в районе полюсов. В истории наблюдений сокращение содержания озона обнаруживалось не только в 80-х годах, но и в 50-х, когда фреон не использовался широко в промышленности, что исключает влияние антропогенного фактора. Вывод, основанный на данной гипотезе, исключает влияние человека на разрушения озонового слоя.

Возможные последствия для человека и природы

Сокращение озонового слоя влияет на общее состояние климата и на отдельные организмы. Озоновые дыры провоцируют увеличение степени проникновения солнечных лучей на Землю, что приводит к повышению температуры. Таяние ледников приводит к затоплению территорий, располагающихся ниже и на уровне моря. Кроме того, потепление вынуждает животных мигрировать или адаптироваться к новым условиям.

Повышенное попадание ультрафиолетовых лучей (особенно – коротковолновых) влияет на отдельные организмы, приводя к ожогам, поражению дыхательных и кровеносных органов, увеличению риска раковых заболеваний.

Способы восстановления озонового слоя

С момента обнаружения озоновых дыр человечеством принимаются меры по защите озоносферы. Государствами в 1987 году принят Монреальский протокол, закрепляющий обязанности стран вводить меры по снижению негативного воздействия на атмосферу. В России обязанности государства закреплены в федеральном законе № ФЗ-7 в статье 54.

Конкретные меры включают:

замену и исключения фреона из цепочки производства и потребления;
ограничение использования сельскохозяйственных удобрений;
применение новых видов авиационного и ракетного топлива;
выбрасывание в атмосферу компонентов, способствующих формированию озона.

Сокращение выбросов фреонов и других веществ

Согласно положениям Монреальского протокола, государства законодательно обязуются ограничивать применение фреона в промышленности и быту. Он выделяется не только при работе холодильных установок, но и при распылении аэрозольных баллончиков. Для внедрения ограничений необходима замена на другие компоненты, позволяющие сохранить свойства товаров и устройств.

Для замены предлагается использовать следующие вещества:

углекислый газ;
нетоксичный пропан;
аммиак;
изобутан.

Восстановление озона с помощью летательных аппаратов

Озоновый слой разрушается под действием химических реакций расщепления при выбросе вредных веществ. Ученые разработали способ восстановления слоя с помощью обратной реакции соединения молекул. Для этого должны в атмосферу попасть «полезные» выбросы, которые вступят в реакцию со свободными атомами кислорода и образуют трехатомные соединения. Такой эффект достигается при рассеивании с воздушного судна жидких реагентов, содержащих смесь водорода и кислорода.

Текущая ситуация и прогнозы

До начала 2000-х происходил существенный рост размеров озоновых дыр, связанный с многочисленными фреоновыми испарениями. С внедрением ограничений на использования вещества рост дыр замедлился, но не прекратился. Для сохранения жизни на Земле необходимо принятие мер по сокращению и исключению влияния антропогенных факторов на состояние озонового экрана. За счет него на планете возможны процессы фотосинтеза, формирующие нынешний облик жизнедеятельности организмов на Земле.

1 1 голос

Рейтинг статьи

Озоновые дыры — «Дети» стратосферных вихрей – тема научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

ГИПОТЕЗЫ И ФАКТЫ

КАШКИН Валентин Борисович — доктор технических наук, профессор Сибирского федерального университета (Красноярск)

ХЛЕБОПРОС Рем Григорьевич — доктор физико-математических наук главный научный сотрудник Института биофизики СО РАН (Красноярск), директор Международного центра

исследований

экстремальных

состоянии организма КНЦСО РАН

В. Б. КАШКИН, Р.Г. ХЛЕБОПРОС

«дети» стратосферных вихрей

Озон (03) представляет собой сравнительно редкую молекулярную форму кислорода, состоящую из трех атомов. Хотя озона в современной атмосфере немного — не более одной трехмиллионной от остальных газов, — роль его чрезвычайно велика: он задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому до появления фотосинтеза — и, соответственно, свободного кислорода и озонового слоя в атмосфере — жизнь могла существовать только в воде.

Кроме того, стратосферный озон — важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды. Поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, озон нагревает стратосферу и тем самым регулирует характер планетарных тепловых и циркулярных процессов во всей атмосфере.

Неустойчивые молекулы озона в естественных условиях образуются и распадаются под действием различных факторов живой и неживой природы, причем в ходе длительной эволюции этот процесс пришел к некоторому динамическому равновесию. Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов).

Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось. Особенно общественное мнение взбудоражило открытие над Антарктидой так называемой озоновой «дыры».

«Дыра» над Антарктидой

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой — озоновую дыру — впервые обнаружили еще в 1957 г. , в Международный геофизический год. Настоящая же история ее началась через 28 лет со статьи в майском номере журнала Nature, где было высказано предположение, что причиной аномального весеннего минимума ОСО над Антарктидой служит промышленное (в том числе и фреонами) загрязнение атмосферы (Farman et al., 1985).

Было установлено, что озоновая дыра над Антарктидой возникает обычно раз в два года, держится около трех месяцев, а затем исчезает. Она представляет собой не сквозное отверстие, как может показаться, а углубление, поэтому более правильно говорить о «провисании озонового слоя». К сожалению, все дальнейшие исследования озоновой дыры в основном были направлены на доказательство ее антропогенного происхождения (Roan, 1989).

Сегодня существуют разные гипотезы относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. Однако в химическую антропогенную теорию

Один миллиметр озона

Атмосферный озон представляет собой сферический слой толщиной около 90 км над поверхностью Земли, причем озон в нем распределен неравномерно. Больше всего этого газа сосредоточено на высоте 26-27 км в тропиках, на высоте 20-21 км — в средних широтах и на высоте 15-17 км — в полярных областях.

Общее содержание озона (ОСО), т.е. количество озона в атмосферном столбе в конкретной точке, измеряется по поглощению и излучению солнечной радиации. В качестве единицы измерения используется так называемая единица Добсона (е.Д.), соответствующая толщине слоя чистого озона при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) и температуре 0°С. Сто единиц Добсона соответствуют толщине озонового слоя в 1 мм.

Величина содержания озона в атмосфере испытывает суточные, сезонные, годовые и многолетние колебания. При среднем глобальном ОСО в 290 е. Д. мощность озонового слоя меняется в широких пределах — от 90 до 760 е. Д.

За содержанием озона в атмосфере следит мировая сеть из около ста пятидесяти наземных озонометрических станций, очень неравномерно распределенных по территории суши. Такая сеть практически не может регистрировать аномалии в глобальном распределении озона, даже если линейный размер таких аномалий достигает тысячи километров. Более детальные данные об озоне получают с помощью оптической аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли.

Нужно отметить, что само по себе некоторое уменьшение общего содержания озона (ОСО) не является катастрофическим, особенно в средних и высоких широтах, потому что облака и аэрозоли также могут поглощать ультрафиолетовое излучение. В той же Центральной Сибири, где число облачных дней велико, отмечается даже дефицит ультрафиолета (около 45% от медицинской нормы).

движение стратосферных потоков с запада на восток происходит под воздействием силы Кориолиса, связанной с вращением Земли

Ни одна из существующих теорий не опирается на широкомасштабные детальные измерения ОСО и исследования процессов, происходящих в стратосфере. Ответить на вопрос о степени изолированности полярной стратосферы над Антарктидой, как и на ряд других вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось лишь с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков,

предложенного В. Б. Кашкиным (Кашкин, Сухинин, 2001; КавЬкт е1 а1., 2002).

Воздушные потоки в тропосфере (до высоты 10 км) с давних пор прослеживали, наблюдая за поступательными и вращательными перемещениями облаков. Озон, по сути, также представляет собой огромное «облако» над всей поверхностью Земли, и по изменениям его плотности можно судить о движе-

стратосферные потоки движутся к средним широтам одновременно от экватора и от полюса

не укладывается много известных фактов. Например, рост содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах.

Вот самый «наивный» вопрос: почему дыра образуется в южном полушарии, хотя фреоны вырабатываются в северном, при том что неизвестно, имеется ли в это время воздушное сообщение между полушариями?

Циркумполярные вихри образуются над полушариями Земли благодаря движению стратосферных воздушных масс в меридиональном и широтном направлениях. В результате потоки воздуха «наматываются», как нити на веретено, на южное и северное полушария (а). В холодные зимы, когда стратосферные потоки над южным полушарием набирают большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. Над Южным полюсом образуется воронка, окруженная быстро вращающимся «валом» (б)

ст рато с фе р н ы е п ото ки д в и жутся от теплого экватора к холодному полюсу_

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой впервые обнаружили еще в 1957 г. , а спустя три десятилетия вину за это возложили на промышленность

нии воздушных масс выше 10 км, — так же, как мы узнаем направление ветра, глядя на облачное небо в пасмурный день. Для этих целей плотность озона следует измерять в точках пространственной решетки с определенным временным интервалом, например, каждые 24 часа. Проследив, как изменилось поле озона, можно оценить угол его поворота за сутки, направление и скорость движения.

С помощью нового метода была исследована динамика озонового слоя в 2000 г., когда над Антарктидой

наблюдалась рекордно большая озоновая дыра (КавЬЫп й а1., 2002). Для этого использовались спутниковые данные о плотности озона по всему южному полушарию, от экватора до полюса. В результате было установлено, что содержание озона минимально в центре воронки так называемого циркумполярного вихря, которая образовалась над полюсом, на чем мы подробно остановимся ниже. На основе этих данных была выдвинута гипотеза природного механизма образования озоновых «дыр».

экватор

-16 -24 -32 -40 -48 -56 -64 -72 -80

южная широта, ю>|<ный попюс градусы

Самая большая известная на сегодня озоновая дыра сформировалась над Антарктидой в сентябре 2000 г. Положительные значения скорости зонального переноса на графиках означают поступление озона, а отрицательные — его отток. Видно, что во время образования дыры содержание озона возросло в средних широтах — в области вала циркумполярного вихря, куда он поступил как с экватора, так и из приполярной области (а). Затем массы озона начали устойчиво двигаться в сторону Южного полюса, максимум его содержания сместился в более высокие широты (б). Дыра начала заполняться, пока в конце концов не исчезла

Я CL

осо

—I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_|_

400

300 i

200

ч:

100 ф

я £

ф ч:

о о

0 -8 -16 -24 -32 -40 -48 -56 -64 -72 -80 -88

южная широта,

к ЮЖНЫЙ ПОЛЮО

градусы

экватор

А — угловая скорость воздушных масс и озона

Б — скорость зонального переноса

ОСО — содержание озона;

стрелки указывают направление зонального

переноса

По спутниковым данным за период с 1 по 20 сентября 2000 г. (а) и за период с 21 по 22 октября 2000 г. (б)

Запрет на фреоны — кто выиграл?

В 1973 г. американцы Ш. Роуланд и М. Молина обнаружили, что атомы хлора, выделяющиеся из некоторых летучих искусственных химических веществ под действием солнечного излучения, могут разрушать стратосферный озон. Ведущую роль в этом процессе они отвели так называемым фреонам (хлорфторуглеродам), которые в то время широко использовались в бытовых холодильниках, в кондиционерах, в качестве газа-вытеснителя в аэрозолях и т.д. В 1995 г. эти ученые совместно с П. Крутценом были удостоены за свое открытие Нобелевской премии по химии. На производство и использование хлорфторугле-родов и других веществ, разрушающих озоновый слой, стали налагаться ограничения. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, который предусматривает контроль за 95 соединениями, в настоящее время подписали более 180 государств. В законе Российской федерации об охране окружающей природной среды также есть специальная статья, посвященная охране озонового слоя Земли. Запрет на производство и потребление озоноразрушающих веществ

имел серьезные экономические и политические последствия. Ведь фреоны обладают массой достоинств: они малотоксичны по сравнению с другими хладагентами, химически устойчивы, негорючи и совместимы со многими материалами. Поэтому руководители химической промышленности, особенно в США, вначале были против запрета. Однако позднее к запрету присоединился концерн Дюпон, предложивший использовать в качестве альтернативы фреонам гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды.

В западных странах начался «бум» с заменой старых холодильников и кондиционеров новыми, не содержащими озоноразрушающих веществ, хотя такие технические устройства имеют более низкий КПД, менее надежны, потребляют больше энергии и при этом более дорогостоящи. Компании, первыми начавшие применять новые хладагенты, оказались в выигрыше и получили громадные прибыли. Только в США убытки от запрета на хлорфторуглероды составили десятки, если не более, миллиардов долларов. Появилось мнение, что так называемая озоносберегающая политика могла быть инспирирована владельцами крупных химических корпораций с целью укрепить свое монопольное положение на мировом рынке.

270°

ОСО

90°

долгота, градусы; нулевая отметка соответствует Гринвичскому меридиану

Космоснимок озоновой дыры в Южном полушарии, сформировавшейся над Антарктидой в сентябре 2000 г. Она представляет собой область с пониженным ОСО (содержанием озона), окруженную вращающимся «валом» диаметром около 8000 км с высоким (до 460 единиц Добсона) ОСО

Глобальная динамика стратосферы: гипотеза

Циркумполярные вихри образуются при движении стратосферных воздушных масс в меридиональном и широтном направлениях. Как это происходит? На теплом экваторе стратосфера выше, а на холодном полюсе — ниже. Воздушные потоки (вместе с озоном) скатываются со стратосферы как с горки, и движутся все быстрее от экватора к полюсу. Движение с запада на восток происходит под воздействием силы Кориолиса, связанной с вращением Земли. В результате потоки воздуха как бы наматываются, как нити на веретено, на южное и северное полушария.

«Веретено» воздушных масс вращается в течение всего года в обоих полушариях, но более выражено в конце зимы и начале весны, потому что высота стратосферы на экваторе почти не меняется в течение года, а на полюсах она выше летом и ниже зимой, когда там особенно холодно.

Слой озона в средних широтах создается за счет мощного притока с экватора, а также в результате фотохимических реакций, происходящих на месте. А вот озон в районе полюса обязан своим происхождением в основном поступлению с экватора и из средних широт, и его содержание там довольно низкое. Фотохимические реакции на полюсе, куда солнечные лучи падают под малым углом, идут медленно, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути.

Но воздушные массы движутся так не всегда. В самые холодные зимы, когда стратосфера над полюсом очень низко опускается над поверхностью Земли и «горка» становится особенно крутой, ситуация меняется. Стратосферные потоки скатываются так быстро, что возникает эффект, знакомый каждому, кто наблюдал, как вода стекает через отверстие в ванне. Достигнув определенной скорости, вода начинает быстро вращаться, а вокруг отверстия образуется характерная воронка, создаваемая центробежной силой.

Нечто подобное происходит и в глобальной динамике стратосферных потоков. Когда потоки стратосферного воздуха набирают достаточно большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. В результате воздушные массы движутся от экватора и от полюса навстречу друг другу, что приводит к формированию быстро вращающегося «вала» вихря в области средних широт.

Обмен воздухом между экваториальной и полярной областями прекращается, озон с экватора и из средних широт на полюс не поступает. Кроме того, оставшийся на полюсе озон, как в центрифуге, отжимается к средним широтам

На основе спутниковых данных о плотности озона была выдвинута гипотеза естественного механизма образования озоновых дыр

В северном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза медленнее, судя по сравнению среднемесячных значений угловых скоростей. Поэтому там не образуется воронка вихря с низким содержанием озона, т.е. озоновая дыра.

А — угловая скорость циркумполярного вихря в южном полушарии за период с 1 по 30 сентября 2000 г. Б — угловая скорость циркумполярного вихря в северном полушарии за период с 1 по 29 марта 2000 г.

4 12 20 28 36 44 52 60 68 76

широта, градусы

центробежной силой, поскольку он тяжелее воздуха. В результате концентрация озона внутри воронки резко падает — над полюсом образуется озоновая «дыра», а в средних широтах — область высокого содержания озона, соответствующая «валу» циркумполярного вихря.

Весной антарктическая стратосфера прогревается и поднимается выше — воронка исчезает. Воздушное сообщение между средними и высокими широтами восстанавливается, к тому же ускоряются фотохимические реакции образования озона. Озоновая дыра исчезает до новой особенно холодной зимы на Южном полюсе.

А что в Арктике?

Хотя динамика стратосферных потоков и, соответственно, озонового слоя в северном и южном полушариях в целом схожа, озоновая дыра время от времени возникает

только над Южным полюсом. Над Северным полюсом озоновых дыр не возникает, поскольку зимы там мягче и стратосфера никогда не опускается настолько низко, чтобы воздушные потоки набрали скорость, необходимую для образования воронки.

Есть и еще одно важное отличие. В южном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза быстрее, чем в северном. И это неудивительно: Антарктида окружена морями и вокруг нее существует циркумполярное морское течение — по существу, вместе вращаются гигантские массы воды и воздуха. Иная картина в северном полушарии: в средних широтах там находятся материки с горными хребтами, и трение воздушной массы о земную поверхность не позволяет циркумполярному вихрю набрать достаточно большую скорость.

Однако в средних широтах северного полушария иногда появляются небольшие озоновые «дыры» иного происхождения. Откуда они берутся? Движение воздуха в стратосфере средних широт гористого северного полушария напоминает движение воды в мелком ручье с каменистым дном, когда на поверхности воды образуются многочисленные водовороты. В средних широтах северного полушария роль рельефа поверхности дна играют перепады температур на границе континентов и океанов, горных массивов и равнин.

Резкая смена температуры на поверхности Земли приводит к формированию в тропосфере вертикальных потоков. Стратосферные ветры, наталкиваясь на эти потоки, создают вихри, которые могут вращаться в обоих направлениях с равной вероятностью. Внутри них появляются области с пониженным содержанием озона, то есть озоновые дыры, намного меньшие по размеру, чем на Южном полюсе. И нужно отметить, что такие вихри с разными направлениями вращения были обнаружены при первой же попытке.

Таким образом, динамика стратосферных воздушных потоков, которую мы проследили, наблюдая за облаком озона, позволяет дать правдоподобное объяснение механизма образования озоновой дыры над Антарктидой. По-видимому, подобные изменения озонового слоя, обусловленные аэродинамическими явлениями в стратосфере, имели место задолго до появления человека.

Все вышесказанное вовсе не означает, что фреоны и другие газы промышленного происхождения не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Однако ученым еще предстоит выяснить, каково соотношение природных и антропогенных факторов, влияющих на образование озоновых дыр, — делать поспешные выводы в столь важных вопросах недопустимо.

Хотя циркумполярный вихрь образуется и в северном полушарии, озоновых дыр там не наблюдается из-за более мягкой, чем в южном полушарии, зимы

Вращающиеся воздушные вихри на космоснимке северного полушария видны благодаря различиям в содержании озона.

По спутниковым данным за 3 сентября 2001 г.

направления вращения вихря

долгота, градусы; нулевая отметка соответствует Гринвичскому меридиану

Светлым участкам соответствуют области с высоким содержанием

озона, темным —

Космоснимок озонового слоя в северном полушарии, на котором видны два вихря, вращающиеся в разных направлениях. В восточном вихре содержание озона повышено, в западном — понижено (озоновая дыра). По спутниковым данным за 30 апреля 2003 г.

долгота, градусы; нулевая отметка соответствует Гринвичскому меридиану

В. Б. Кашкин, Т. В. Рублева, Р. Г Хлебопрос . Проблемы озонового щита планеты

Сибирский федеральный университет
Красноярский научный центр СО РАН В работе рассмотрены современные проблемы, касающиеся озонового щита планеты, исследована глобальная динамика стратосферного озона по спутниковым данным в Северном и Южном полушарии. Проведен анализ пространственно-временных изменений Антарктической озоновой дыры за период 1978-2007 г.г. Предложена и обоснована новая гипотезы о причинах возникновения Антарктической озоновой дыры. Исследовано взаимное влияние циркумполярного вихря и озоновой дыры в Южном полушарии. Обсуждены проблема вариаций общего содержания озона (ОСО) в Северном полушарии и проблема «минидыр». С помощью метода сингулярного спектрального анализа исследованы временные ряды ОСО, найдены тренды ОСО в средних широтах обоих полушарий. Установлено, что до введения запрета на производство озоноразрушающих веществ в средних широтах Северного полушария озоновый слой истощался на 3,4 % в расчете на 10 лет, Южного – на 3,7%. После введения запрета в Северном полушарии наблюдается истощение на 2,9%, в Южном – на 3,0%. V.B. Kashkin, T.V. Rubleva, R.G. Khlebopros
The Problems of Ozone Shield of the Earth Siberian Federal University
International scientific centre for organism extreme states research (ISCOESR)
Attached Presidium of KSC SB RAS The modern problems of the Earth ozone layer are discussed. The global dynamics of stratospheric ozone at the North and South hemispheres and the Antarctic ozone hole is analyzed using 1978-2007 satellite data. A new hypothesis of origin of the Antarctic ozone hole is proposed. The interdependence of the South circumpolar vortex and the Antarctic ozone hole is discussed. An approach to the problem of the North hemisphere ozone miniholes is described. The accurate trends of total ozone at middle latitudes of the both hemispheres are found using singular spectral analysis. It was revealed that the ozone depletion was 3.4% per decade at middle latitudes of the North hemisphere and 3.7% at middle latitudes of the South hemisphere before ozone destruction substances manufacturing prohibition. It became 2.9% and 3.0% after prohibition. Озон (О₃) представляет собой сравнительно редкую молекулярную форму кислорода, состоящую из трех атомов. Хотя озона в современной атмосфере немного – не более одной трехмиллионной от остальных газов – роль его чрезвычайно велика: он задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому до появления фотосинтеза и, соответственно, свободного кислорода и озонового слоя в атмосфере жизнь могла существовать только в воде. Необходимо отметить, что стратосферный озон – важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды. Поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, озон нагревает стратосферу и тем самым регулирует характер планетарных тепловых и циркулярных процессов во всей атмосфере. Неустойчивые молекулы озона в естественных условиях образуются и распадаются под действием различных факторов живой и неживой природы, причем в ходе длительной эволюции этот процесс пришел к некоторому динамическому равновесию. Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные оксиды, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов). Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения. Атмосферный озон образует сферический слой толщиной около 90 км над поверхностью Земли, причем озон в нем распределен неравномерно. Больше всего этого газа сосредоточено на высоте 26–27 км в тропиках, на высоте 20–21 км – в средних широтах и на высоте 15–17 км – в полярных областях. Общее содержание озона (ОСО) – количество озона в вертикальном атмосферном столбе в конкретной точке, измеряется по поглощению и рассеянию солнечной радиации в ультрафиолетовом диапазоне. В качестве единицы измерения используется единица Добсона (е.Д.), соответствующая толщине слоя газообразного озона в вертикальном столбе атмосферы при нормальных давлении (760 мм рт. ст.) и температуре (0°С). 100 е.Д. соответствуют толщине озонового слоя в 1 мм. Величина содержания озона в атмосфере испытывает суточные, сезонные, годовые и многолетние колебания. При среднем глобальном ОСО в 290 е.Д. толщина озонового слоя изменяется в широких пределах – от 90 до 600 е.Д. За содержанием озона в атмосфере следит мировая сеть из около полутораста наземных озонометрических станций, очень неравномерно распределенных по территории суши. Поэтому такая сеть практически не может регистрировать аномалии в глобальном распределении озона, даже если их линейный размер достигает тысячи километров. Более детальные данные об озоне, охватывающие почти весь земной шар, получают с помощью оптической аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли. Эти данные получают ежедневно, они доступны на сайте NASA [1]. «Дыра» над Антарктидой Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой – озоновую дыру – впервые обнаружили еще в 1957 г., в Международный геофизический год (1957-1959 гг.). Прямыми инструментальными методами измерений были получены данные аномально низких значений ОСО [2].Так, измерения Добсона на станции Нalley-Bay (Великобритания) с координатами (75°S, 26°W), показали, что антарктической весной наблюдалось уменьшение ОСО, которое впоследствии восстанавливалось. По измерениям ОСО на станции Дюмон-Дюрвиль (66,7°S, 140°E) оказалось, что 18.10.1957 г. общее содержание озона составило 120 ед.Д., при среднемесячном значении ОСО 250-300 ед.Д. Уменьшение количества озона в весенний период (сентябрь–ноябрь) наблюдали также российские исследователи, начиная с 1974 г. в прибрежной обсерватории Мирный (66,6°S, 93°E), в 80-е годы на антарктических станциях Новолазаревская (70,8°S, 11,8°E) и Восток (78,5°S, 106,9°E) [3]. Измерения общего содержания озона показали, что минимальное значение ОСО варьирует по времени наблюдения и связано с циркуляционными условиями в стратосфере Антарктиды. Межгодовое уменьшение весенних значений общего содержания озона было определено по отрицательным трендам ОСО на трех антарктических станциях: Нalley-Bay (75°S, 26°W) за период (1957-1968 г.г.), Syowa (69°S, 40°E) – с 1965 по 1976 г. и South Pole (90°S) – с 1962 по 1972 г. За 11 лет по результатам измерений на первой станции значения ОСО уменьшились на 6,3%, на второй уменьшение ОСО составило 6,6%, а на третьей станции за 10 лет – на 5,4% [4]. Настоящая история Антарктической озоновой дыры началась в 1985 г. со статьи в майском номере журнала «Nature», где было высказано предположение, что причиной аномального весеннего минимума ОСО над Антарктидой служит промышленное (в том числе и фреонами) загрязнение атмосферы. C 1978 г. мониторинг озонового слоя осуществляется с помощью прибора TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) – спектрометра для картирования общего содержания озона, установленного на искусственных спутниках Nimbus-7 (1978-1993 г.г.), Метеор-3 (1991-1994 г.г.), Earth Probe (1996-2004 г.г.) и прибора OMI спутника Аura (с 2005 г. по настоящее время). Спектральная область измерений составляет 160–400 нм. ОСО вычисляется из разницы поглощения рассеянного солнечного света в УФ-области на двух парах длин волн. Погрешность измерений составляет не более 2%. Озоновая дыра над Антарктидой возникает ежегодно и существует в течение 3–3,5 месяцев, а затем исчезает. Она представляет собой не сквозное отверстие, как может показаться, а углубление в озоновом слое, поэтому более правильно говорить о «провисании озонового слоя». Согласно современным представлениям, озоновая дыра – это устойчивое понижение общего содержания озона на большой территории Антарктиды ниже климатической нормы (менее 220 е. Д. весной). Анализ пространственно-временных изменений этого аномального явления основывается на определении минимальных значений общего содержания озона (глубины дыры), ее средних размеров и дефицита массы озона. Уменьшение глубины дыры фиксируется с 1979 г. (209 е.Д.) до настоящего времени (2007 г. – 106 е.Д.). Расширение области озоновой дыры по площади оценивается от 1 млн. км² (1979 г.) до 30,6 млн. км² (2000 г.). Таким образом, за прошедшие 30 лет озоновая дыра над Антарктидой стала глубже в 2 раза, а ее площадь увеличилась в тридцать раз. Вертикальное зондирование, проведенное в 1987 г., позволило определить высоты падения концентрации озона – это 12–18 км. На рис. 1 приведено трехмерное изображение Антарктической озоновой дыры 30 сентября 2007 г., построенное по данным со спутника Аura (США), прибор OMI. Здесь по оси Z отложены значения ОСО, на осях X и Y указана долгота – 0 и 90°. В средних широтах Южного полушария (65°–35°) озоновая дыра окружена областью с аномально высоким ОСО – циркумполярным вихрем, хорошо видимым на рис. 1. Минимальное значение ОСО внутри дыры составляет 106 е.Д. Рис. 1. Изображение Антарктической озоновой дыры 30 сентября 2007 г., построенное по спутниковым данным. Озоновая дыра окружена «валом» – циркумполярным вихрем в средних широтах Южного полушария с максимальным значением ОСО в 450 е.Д. Минимальное ОСО в дыре 106 е.Д. Существуют несколько теорий и гипотез относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. К сожалению, почти все дальнейшие исследования озоновой дыры в основном были направлены на доказательство её антропогенного происхождения. Однако в химическую антропогенную теорию, например, не укладываются многие известные факты: например, эта теория не может объяснить увеличение содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах. Но особенно интересен самый «наивный» вопрос: почему дыра существует в Южном полушарии, хотя фреоны вырабатываются в Северном, при том, что атмосферный перенос между Северным и Южным полушарием в период формирования озоновой дыры, возможно, прекращается? Ответить на ряд вопросов, связанных с проблемой озоновой дыры, удалось с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков в стратосфере, предложенного В. Б. Кашкиным [5, 6]. Новый подход предполагает детальный анализ пространственно-временных измерений ОСО в стратосфере, и в этом состоит его преимущество перед другими существующими подходами. Воздушные потоки в тропосфере (до высоты 10 км) с давних пор прослеживали, наблюдая за поступательными и вращательными перемещениями облаков. Озоновый слой, по сути, также представляет собой совокупность «облаков» над всей поверхностью Земли, и по изменениям поля общего содержания озона с течением времени можно судить о движении воздушных масс выше 10 км, – так же, как можно определить направление ветра, глядя на облачное небо в пасмурный день. На рис. 2 представлены изображения участка озонового слоя в Южном полушарии 3 и 4 октября 2006 г., построенные по данным спутника Аura. Вследствие движения озонового слоя на этом участке «облака» озона 4 октября переместились к востоку относительно положения на 3 октября. Коэффициент корреляции между случайным полем ОСО 3 и полем 4 октября (внизу рисунка) составляет 0,66. Для определения скорости переноса применяли корреляционно-экстремальный алгоритм [7]. При сдвиге поля 4 октября назад на 18,75° коэффициент корреляции возрос до максимального значения 0,95. Таким образом, за сутки этот участок поля озона сместился к востоку на 18,75°, опережая вращение Земли; скорость зонального переноса составлила 18,75 град/сутки. Метод позволяет оценить скорость и направление перемещения озонового слоя и, следовательно, стратосферы в целом на высотах максимального содержания озона в 22–25 км на средних широтах и 15–18 км вблизи полюса. Рис. 2. Изображения участка озонового слоя в Южном полушарии за 3 и 4 октября 2006 г., построенного по спутниковым данным. С применением предложенного метода была исследована динамика озонового слоя в 2000-2007 гг., на основе этих данных выдвинута гипотеза о преобладании природного механизма образования озоновой дыры. Глобальная динамика стратосферы: гипотеза Образование озоновой дыры связано с антарктическим циркумполярным вихрем (ЦВ) – устойчивым циклоном в нижней стратосфере, который висит в течение антарктической зимы и весны над полярной областью. Известно, что воздух внутри этого вихря движется, в первом приближении, по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса. Зимой в полярных областях воздушные массы имеют низкую температуру и высокую плотность по сравнению со средними и тропическими широтами. В конце зимы Солнце прогревает приполярную атмосферу, давление там повышается, происходит перенос разогретых солнечным излучением масс воздуха в меридиональном направлении. Сила Кориолиса на широте 30° поворачивает массы воздуха на 90°, на средних широтах образуется циркумполярный вихрь, вращающийся с запада на восток [8]. По мере прогрева верхней тропосферы и нижней стратосферы в полярных областях интенсивность переноса и скорость вращения падают. На рис. 3 представлены изображения озонового слоя в южном полушарии в конце сентября 2005 г., построенные по спутниковым данным TOMS/EP. Показана долгота, соответствующая различным участкам изображения. Поле ОСО выглядит как «вал» с большим ОСО (до 470 ед. Д.) диаметром около 7000 км, окружающий область с малым ОСО («озоновую дыру»). За сутки вал повернулся в восточном направлении на некоторый угол. Можно найти количественные характеристики движения озона в стратосфере – скорость и направление перемещения масс озона. Вычисляется коэффициент корреляции между полем ОСО за некоторый день и смещенным и повернутым на некоторый угол полем за предыдущий день. Наибольшее значение выборочного коэффициента корреляции, достигающее иногда 0,95–0,98, соответствует среднему за сутки смещению и повороту поля. Предусмотрена возможность разбивать поле ОСО на кольца с центром в Южном полюсе и находить скорость и направление перемещения масс озона в каждом из колец. Например, кольцо шириной от 30 до 60° S за сутки повернулось, в среднем, на 11° и сдвинулось, в среднем, на 2° в сторону экватора. При этом коэффициент корреляции изменился от 0,7919 (без поворота и сдвига) до 0,8443 (поворот на 11°, без сдвига), до 0,8606 (поворот на 11°, сдвиг на 1°) и до 0,8668 (поворот на 11°, сдвиг на 2°). Рис. 3. Изображение озонового слоя в Южном полушарии за два дня, построенное по спутниковым данным Связь глобального распределения озона с глобальной циркуляцией описывается теорией Дютша-Добсона [9]. Согласно этой теории, тропических широтах в стратосфере в результате фотохимический реакций образуется избыток озона, который уносится в конце зимы и весной в сторону высоких широт меридиональной составляющей общей циркуляции и одновременно нисходящим движением в нижней стратосфере. Этот поток захватывается циркумполярным вихрем. Перенос озона к северу (в северном полушарии) и к югу (в южном полушарии) наиболее интенсивен в конце зимы каждого полушария и ослабевает летом. В результате осенью в средних и высоких широтах возникает минимум, а в конце зимы – максимум общего содержания озона. На рис. 4 и 5 приведены графики зависимости от времени ежесуточного среднего ОСО для Северного и Южного полушария в области циркумполярных вихрей (в кольце широт от 37,5° до 57,5°), использовались спутниковые данные о среднем содержании ОСО в кольцах шириной 5° на разных широтах (zonal means). Рис. 4. Зависимость от времени среднего ОСО в области циркумполярных вихрей Северного и Южного полушарий с 1978 по 1993 г. Рис. 5. Зависимость от времени среднего ОСО в области циркумполярных вихрей Северного и Южного полушария с 1996 по 2006 г. Выбор ширины кольца обусловлен тем, что на широтах выше 40° происходят значительные изменения ОСО, превышающие изменения в тропиках и субтропиках. На широтах более 60° эти изменения также значительны, но непрерывные ряды ОСО по спутниковым данным для этих широт отсутствуют, так как спутниковая аппаратура оптического диапазона не может оценивать ОСО в зимние месяцы на неосвещенных Солнцем приполярных участках атмосферы. В работе использованы данные с сайта NASA, полученные с космических аппаратов Nimbus-7 с 1977 по 1993 г. и EP/TOMS с 1996 по 2006 г. График на рис. 4 (1977–1993 гг.) относится к периоду до полномасштабного запрета озоноразрушающих веществ, график на рис. 5 (1996–2006 гг.) – после введения запрета. Когда в Северном полушарии значение ОСО максимально, в Южном наблюдается минимум. Кроме того в период максимума среднего суммарного ОСО (т.е. в конце зимы и весной) в Южном полушарии Антарктическая озоновая дыра имеет наибольшую площадь. Каждый из представленных на рис. 4 и 5 временных рядов содержит тренд, периодические и случайные компоненты. Слой озона в средних широтах создается за счет мощного притока с экватора, а также в результате происходящих там фотохимических реакций. А в районе полюса озон обязан своим происхождением, в основном, поступлению с экватора и из средних широт, и его содержание там довольно низкое. Фотохимические реакции на полюсе, куда солнечные лучи падают под малым углом, идут медленно, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути. Таким образом, в конце зимы и весной каждого полушария область вращающегося циркумполярного вихря насыщается озоном, приходящим из тропических областей. Однако в эту область поступает озон из полярных широт, что описывается теорией Дютша-Добсона. Массы озона внутри циркумполярного вихря также вращаются. Сторонники антропогенной теории образования озоновой дыры игнорируют это вращение и полагают, что уменьшение количества озона в дыре связано с разрушением его, в частности, хлором из разлагающихся фреонов. Для изучения движения масс озона в области Антарктической озоновой дыры нами был использован описанный выше метод слежения за движениями воздушных потоков в стратосфере. Определяли максимальные значения коэффициента корреляции, соответствующие среднему за сутки повороту поля ОСО (зональный перенос) и смещению в меридиональном направлении (меридиональный перенос). По полученным данным оценивали угол поворота поля ОСО, рассчитывали скорость зонального переноса (рис. 6). Графики на этом рисунке построены по спутниковым данным за 1–20 сентября 2000 г.; в конце сентября 2000 г. наблюдалась одна из самых больших по площади озоновых дыр в Антарктике. Рис. 6. – А – угловая скорость вращения (зональный перенос), Б – среднее ОСО на соответствующей широте. На рис. 6 приведены средние по кольцу значения скорости зонального переноса масс озона относительно Земли в восточном направлении в зависимости от широты, полученные сравнением полей ОСО за каждые два соседних дня от 1 до 20 сентября, а также среднее широтное распределение ОСО за этот период. Построены 95% доверительные интервалы для скорости зонального переноса. Видно, что во время образования дыры содержание озона в средних широтах возросло в области циркумполярного вихря; скорость зонального переноса возрастает по мере продвижения к полюсу. На основе анализа карт распределения ОСО было выявлено, что в Южном полушарии весной формируется весенняя озоновая аномалия в Антарктиде – сложная циклоническая система, объединяющая две области: циркумполярный вихрь и собственно озоновую дыру с различными пространственно-временными характеристиками. На рис. 7 приведена зависимость от времени скорости меридионального переноса с 1 сентября по 31 октября 2006 г. для области озоновой дыры (70°-75°S). Положительным значениям скорости соответствует отток масс озона в сторону циркумполярного вихря, отрицательным – приток озона из средних широт в озоновую дыру. График на рис. 7 описывается нерегулярной кривой, имеют место переносы озона в обоих направлениях. Однако к моменту максимума глубины дыры (28–30 сентября) преобладает отток (среднее значение скорости за сентябрь 0,33 град/сутки), далее начинается приток (среднее за октябрь –1,22 град/сутки). Нерегулярный характер кривой можно объяснить тем, что эти данные относятся ко всей площади дыры, на ее периферии где-то происходит отток, где-то приток. Рис. 7.Скорость меридионального переноса для области Антарктической озоновой дыры. Можно предположить, что вращение озона внутри циркумполярного вихря создает своеобразную центрифугу, озон из внутренней части отбрасывается к кольцу за счет центробежной силы (рис. 8). Рис. 8. Стрелки показывают направление переноса масс озона из экваториальной области А в область циркумполярного вихря (выделена белым цветом) и переноса из полярной области Б под воздействием центробежной силы. Когда потоки стратосферного воздуха набирают достаточно большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. В результате воздушные массы вместе c озоном движутся одновременно навстречу друг другу – от экватора и от полюса к средним широтам, где существует быстро вращающийся циркумполярный вихрь (см. рис. 1). В результате концентрация озона внутри воронки резко падает, над полюсом постепенно образуется озоновая «дыра» с пониженным содержанием озона (менее 220 е. Д.), а в средних широтах – область высокого содержания озона (до 500 и более е.Д.), соответствующая «валу» циркумполярного вихря. Существенно, что в антарктической дыре происходит движение масс озона от полюса к экватору. Схематично движение молекул озона в дыре представлено на рис. 9. На рис. 9 ? – угловая скорость вращения озоновой дыры, ? – скорость меридионального переноса. Таким образом, включается механизм выброса озона из дыры, в результате происходит ее расширение и углубление. Рис. 9. Схема движения молекул озона в Антарктической озоновой дыре по спирально-вихревой линии. Озон в Северном полушарии Хотя динамика стратосферных потоков и озонового слоя целом сходна в Северном и Южном полушариях, огромная озоновая дыра время от времени возникает только над Южным полюсом. На рис. 10 показана зависимость среднемесячной скорости зонального переноса в градусах в сутки в весенний период 2000 г. для Северного полушария (март 2000 г.) и Южного полушария (сентябрь 2000 г. ), построенная по спутниковым данным. Из рис.10 следует, что в Южном полушарии в области циркумполярного вихря скорость зонального переноса в 1,8 раза больше, чем в Северном. И это неудивительно: Антарктида окружена морями и вокруг неё существует циркумполярное морское течение – по существу, вместе вращаются гигантские массы воды и воздуха. Иная картина наблюдается в Северном полушарии: в средних широтах там находятся материки с горными хребтами, и трение воздушной массы о земную поверхность не позволяют циркумполярному вихрю набрать скорость, необходимую для «раскручивания» центрифуги и реализации большого оттока масс озона из полярной области. Рис. 10. Среднемесячные значения средней скорости зонального переноса за сентябрь 2000 г. для Южного полушария и март 2000 г. для Северного. В Северном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза медленнее, чем в Южном. Что касается географического распределения общего содержания озона в Северном полушарии, то в его средних широтах наибольшее значение ОСО (до 500–700 е. Д.) наблюдается весной, наименьшее – осенью (около 300 е.Д.) (см. рис.3 и 4). В Северном полушарии нет обширной озоновой дыры, подобной дыре в Южном полушарии. Однако в средних широтах Северного полушария иногда появляются области с пониженным содержанием озона, то есть озоновые дыры, намного меньшие по размеру, чем на Южном полюсе, которые называют минидырами. Время жизни их в среднем составляет несколько дней, а площади – порядка десятков тысяч квадратных километров. Нами установлено, что это явление природного происхождения. Появление таких атмосферных явлений связано с тем, что движение воздуха в стратосфере средних широт гористого северного полушария напоминает движение воды в мелком ручье с каменистым дном, когда на поверхности воды образуются многочисленные водовороты. В средних широтах северного полушарии роль рельефа поверхности дна играют перепады температур на границе континентов и океанов, горных массивов и равнин. На рис. 11 в белом круге представлена минидыра, возникшая при торможении циркумполярного вихря в марте 2006 г. перед Гренландией. В дальнейшем эта минидыра двигалась в западном направлении, медленно вращаясь. Иногда подобные образования распадаются на два вихря, вращающиеся в разных направлениях, причем в одном из них пониженное ОСО, а в другом – повышенное. Рис. 11. Общее содержание озона в Северном полушарии 17 марта 2006 г., минидыра около о. Гренландия. Проблема истощения озонового слоя в земной атмосфере Хотя широкую общественность более всего волнует проблема Антарктической озоновой дыры, более тревожным является состояние озонового слоя Земли в целом. Установлено, что озоновый слой Земли постепенно истощается. Эта проблема к настоящему времени далеко не исчерпана, и ряд важных ее разделов ждут своего разрешения. Отметим, что само по себе некоторое уменьшение общего содержания озона пока не является катастрофическим, особенно в средних и высоких широтах. Кроме озона, ультрафиолетовое излучение поглощают облака и аэрозольные образования. Например, в Центральной Сибири, где велико число облачных дней (до 80%), отмечается даже дефицит ультрафиолетового излучения (около 45% от медицинской нормы). На экваторе солнечные лучи падают под прямым углом и, пройдя через атмосферу, попадают на Землю кратчайшим путем. Поэтому ОСО на экваторе ниже (в среднем 260 е.Д.), чем на средних и высоких широтах, где солнечные лучи падают на Землю по «косой» траектории (кроме области Антарктической озоновой дыры). В 1973 г. американские ученые Ш. Роуланд и М. Молина обнаружили, что атомы хлора, выделяющиеся из некоторых летучих искусственных химических веществ под действием солнечного излучения, могут разрушать стратосферный озон. Ведущую роль в этом процессе они отвели так называемым фреонам (хлорфторуглеродам), которые в то время широко использовались в бытовых холодильниках, в кондиционерах, в качестве газа-вытеснителя в аэрозолях и т.д. В 1995 г. ученые совместно с П. Крутценом (ФРГ) были удостоены за свое открытие Нобелевской премии по химии. На основе лабораторных экспериментов и модельных расчетов нобелевских лауреатов приняты ограничения на производство и использование хлорфторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. Сегодня Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, предусматривает контроль за 100 химическими соединениями. В настоящее время протокол подписали более 200 государств. В Законе Российской Федерации об охране окружающей природной среды есть специальная статья, посвященная охране озонового слоя Земли. Запрет на производство и потребление озоноразрушающих веществ имел серьезные экономические и политические последствия. Ведь фреоны обладают массой достоинств: они малотоксичны по сравнению с другими хладагентами, химически устойчивы, негорючи и совместимы со многими материалами. Поэтому руководители химической промышленности, особенно в США, вначале были против запрета. Однако позднее к запрету присоединился концерн Дюпон, предложивший использовать в качестве альтернативы фреонам гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды. В западных странах начался «бум» с заменой старых холодильников и кондиционеров новыми, не содержащими озоноразрушающих веществ, хотя технические устройства на их основе имеют более низкий КПД, менее надежны, потребляют больше энергии и при этом более дорогостоящи. Компании, первыми начавшие применять новые хладагенты, оказались в выигрыше и получили громадные прибыли. Только в США убытки от запрета на хлорфторуглероды составили десятки, если не более, миллиардов долларов. Появилось мнение, что так называемая озоносберегающая политика могла быть инспирирована владельцами крупных химических корпораций с целью укрепить свое монопольное положение на мировом рынке. Приводимые в литературе сведения о степени истощения озонового слоя противоречивы [10, 11]. По данным Всемирной организации здравоохранения, за десятилетие глобальное ОСО истощается на 8 %, по данным Всемирной метеорологической организации – на 5. Зимой и весной (декабрь–апрель) ОСО снижается быстрее (6–10 % за 10 лет), чем летом и осенью (июнь–ноябрь) – 0, 1–6 % за декаду. Наблюдения на метеостанции Ароза (Швейцария), проводимые с середины 1920-х гг., также показали уменьшение ОСО, но низкие значения концентрации озона здесь были зафиксированы давно, когда антропогенные воздействия на озоновый слой были намного меньше, чем сейчас. Более того, оказалось, что изменения ОСО над Арозой тесно связаны с изменениями климата Северного полушария (с так называемой арктической осцилляцией) [9]. Наиболее детальный анализ глобального истощения озонового слоя Земли может быть проведен только по спутниковым данным. Однако в зимний период (в каждом из полушарий) отсутствует спутниковая информация о состоянии озонового слоя в полярной области. ОСО мало изменяется в тропических широтах. Поэтому о глобальном изменении ОСО с течением времени приходится судить по данным в средних широтах, например, в кольце от 37,5° до 57,5° в каждом из полушарий (см. рис. 4 и 5), именно в этих широтах находится циркумполярный вихрь. Проблема состоит в том, что трудно точно оценить слабо выраженные тренды ОСО. Применение метода наименьших квадратов (МНК) в этом случае, строго говоря, некорректно, так как МНК предполагает, что данные, не относящиеся к тренду (обычно ошибки измерений), некоррелированы. Однако, как следует из рис. 4 и 5, во временных рядах ОСО присутствуют квазипериодические компоненты. Линейные тренды рядов, представленных на рис. 5, были найдены по МНК в виде . Параметр a несет важную информацию и характеризует скорость изменения среднего суммарного ОСО в кольце. Для Северного полушария оценка a=-0,00726 е.Д./сутки, стандартное отклонение оценки σ_a=0,00056 е.Д./сут. Знак минус означает уменьшение ОСО. Для Южного полушария МНК-оценка а=–0,00044 е.Д./сут., стандартное отклонение оценки σа=0,00042 е.Д./сут., т. е. оценка a и её стандартное отклонение практически равны, следовательно, оценку a нельзя считать статистически значимой. Нами для анализа рядов ОСО был применен методом сингулярного спектрального анализа (ССА) «Гусеница» с использованием соответствующего программного обеспечения [12, 13]. Особенности использования метода для анализа рядов ОСО рассмотрены в [14]. Применение ССА позволяет существенно увеличить достоверность оценивания тренда ОСО, скорости деградации озонового слоя, не требует заранее задавать вид тренда. Полученные тренды среднего суммарного ОСО для Северного и Южного полушария в кольце широт от 37,5° до 57,5° приведены на рис. 12 и 13. Тренд на рис. 12 соответствует периоду, когда запрет на производство озоноразрушающих веществ, в основном, еще не действовал. Тренд на рис. 13 относится к периоду запрета. Так как в период образования Антарктической озоновой дыры происходит перенос масс озона из области дыры в средние широты, причем, возможно, эти массы уже истощены вследствие влияния озоноразрушающих веществ, то тренд Южного полушария несет информацию и о состоянии озона в озоновой дыре. Рис. 12. Тренд среднего суммарного ОСО в средних широтах в 1978-1993 г.г. Рис. 13. Тренд среднего суммарного ОСО в средних широтах в 1996-2007 г.г. Из рис.12 и 13 следует, что тренд ОСО хорошо описывается линейной зависимостью. Проведенный анализ временных рядов ОСО показал, что в Северном полушарии на средних широтах до введения запрета на производство озоноразрушающих веществ озоновый слой истощался за 10 лет на 3,4 %, в Южном – на 3,7. После введения запрета в Северном полушарии наблюдается истощение на 2,9%, а в Южном – на 3,0% за десятилетие. Для валидации результатов использовали метод статистического моделирования. Тренд был вставлен в модель, добавляли шум, периодические компоненты, меняли параметры шума и этих компонентов, путем прореживания изменяли длину ряда. Можно гарантировать, что погрешность оценивания скорости деградации ОСО не превышает 0,02% в десятилетие, конечно, если считать точными использованные спутниковые данные. Таким образом, после введения запрета на производство озоноразрушающих веществ скорость деградации озонового слоя несколько уменьшилась. Однако пока невозможно с определенностью утверждать, что это связано именно с результатами запрета, а не с какими-то другими причинами. Одной из проблем, которую трудно объяснить антропогенной химической теорией деградации озонового слоя, является изменение максимальной площади Антарктической озоновой дыры с течением времени (рис.14). Рис. 14. Изменение площади Антарктической озоновой дыры с 1978 по 2007 г. г. Получается, что с тех пор, как был введен запрет на производство озоноразрушающих веществ, озоновая дыра только увеличилась. Однако в этот период в Антарктике произошли существенные погодные изменения. Из-за потепления климата началось таяние ледников, несомненно, изменилась и циркуляция атмосферы. По-видимому, усилились воздушные течения в стратосфере, выносящие озон в средние широты. Возможно, что именно этим объясняется уменьшение скорости деградации ОСО в циркумполярном вихре Южного полушария. Заключение Динамика стратосферных воздушных потоков, которую мы проследили, позволяет дать правдоподобное объяснение механизму образования озоновой дыры над Антарктидой и озоновых минидыр. По-видимому, эти изменения озонового слоя, обусловленные аэродинамическими явлениями в стратосфере, существовали задолго до появления человека. Пока трудно объяснить общее уменьшение содержания озона в стратосфере Земли, однако это может быть обусловлено глобальным потеплением. Все вышесказанное вовсе не означает, что фреоны и другие газы промышленного происхождения не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Однако каково здесь соотношение природных и техногенных факторов, еще предстоит выяснить. Поспешные выводы в таких вопросах недопустимы. Список литературы 1. http://toms.gsfc.nasa.gov./ 2. Капица А.П., Гаврилов А.А. Подтверждение гипотезы о естественном происхождении Антарктической озоновой дыры // ДАН – 1999. – 366, № 4 — с. 543-546. 3. Радионов В.Ф., Сабир Е.Е., Мишин А.А. Анализ характеристик радиационного режима и общего содержания озона на российских антарктических станциях/ Тезисы докладов научной конференции «Исследования и охрана окружающей среды Антарктики, г.Санкт-Петербург 13-15 ноября 2002 г. — с. 89-91. 4. Звягинцев А.М., Зуев В.В., Крученицкий Г.М., Скоробогатый Т.В. О вкладе гетерофазных процессов в формирование весенней озоновой аномалии в Антарктиде // Исследование Земли из космоса. – 2002.- № 3 — с. 1-6. 5. Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений. — М., 2001. — 263 с. 6. Kashkin V. B., Khlebopros R.G., Kolyada M.N. Satellute total ozone data as an indicator of stratospheric dynamics: a new interpretation of ozone holes (препринт). — Institut des Hautes Etudes Scientifiques. — Paris.- Препринт IHES/M/02/02. 7. Белоглазов, Н.Н. Корреляционно-экстремальные системы / Н.Н. Белоглазов, В.П. Тарасенко. –М., 1974. –392 с. 8. Бялко А.В. Наша планета Земля.- М., 1983. — 205 с. 9. Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. — Л., 1980. — 287 с. 10. Смирнова О.А., Ионов Д.В., Тимофеев Ю.М., Васильев А.В. Новые оценки трендов общего содержания озона в Центральной и Северной Европе (по данным TOMS) // Исследование Земли из космоса.- 1999 — № 5 — с. 12-30. 11. Марчук Г.И., Кондратьев К.Я., Алоян А.Е., К.А. Варонос. Изменения общего содержания стратосферного и тропосферного озона: наблюдения и численное моделирование // Исследование Земли из космоса. — 2000. — № 2 — с. 3-7. 12. Голяндина Н.Э. Метод «Гусеница» SSA: анализ временных рядов. – СПб., 2004. – 74 с. 13. Главные компоненты временных рядов: метод « Гусеница» /под ред. Данилова Д.Л., Жилянского А.А. — СПб., 1997. – 207 с. 14. Кашкин В.Б., Рублева Т.В. Применение сингулярного спектрального анализа для выделения слабо выраженных трендов // Известия Томского политехнического университета. – 2007. — 311, № 5. – с.116-119. Учреждение, в котором выполнена работа: Международный научный центр исследования экстремальных состояний при Президиуме Красноярского Научного Центра Сибирского отделения Российской Академии Наук (МНЦИЭСО при Президиуме КНЦ СО РАН). Авторы: Кашкин Валентин Борисович, д.т.н., профессор кафедры технической физики Сибирского федерального университета. Рублева Татьяна Васильевна, ст. преподаватель кафедры технической физики Сибирского федерального университета. Хлебопрос Рем Григорьевич, д.ф.-м.н., профессор, директор МНЦИЭСО при Президиуме КНЦ СО РАН.

Выполнение требований международных конвенций по защите атмосферы

Защита озонового слоя. Озон, содержащийся в атмосфере преимущественно на высоте 10 — 50 км, служит своеобразным щитом, предохраняющим живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Установлено, что концентрация озона над отдельными территориями Земли периодически уменьшается. Такие явления получили название «озоновые дыры». Существует две гипотезы образования «озоновых дыр». Согласно первой, которая в настоящее время получила наибольшее признание, уменьшение содержания озоновых частиц в атмосфере связано с воздействием так называемых озоноразрушающих веществ, к которым относятся хлорфторуглероды (ХФУ), бромфторуглероды (БФУ), а также оксиды азота и углерода. В разрушении озонового слоя подозревается еще целый ряд веществ. По второй гипотезе мерцание озоносферы вызвано природными еще непознанными процессами. Такой точки зрения придерживается небольшое число исследователей. В этом направлении ведутся интенсивные поиски, которые в случае успеха могут дать колоссальный экономический эффект.

Поскольку первая гипотеза в настоящее время является превалирующей, усилия международного сообщества направлены на замену озоноразрушающих веществ «озонобезопасными», что связано со значительными затратами на изменение технологии производства группы химических продуктов, используемых в качестве хладагентов в холодильной промышленности, в качестве пропелентов в аэрозольных баллончиках и для пожаротушения.

В соответствии с Венской конвенцией об охране озонового слоя (1985), к которой Украина присоединилась в 1986 г., а также ряда Протоколов к этой конвенции к 2000 году все страны-участницы Конвенции должны прекратить производство и использование практически всех озоноразрушающих средств.

Собственного производства ХФУ Украина не имеет. Потребности промышленности в этих веществах обеспечиваются поставками из России. Основными потребителями ХФУ являются Донецкий и Симферопольский заводы бытовой химии, которые выпускают продукцию в аэрозольных упаковках (годовое потребление ХФУ — 3060 т), а также предприятия по выпуску холодильной техники (годовое потребление ХФУ — 4200 т). ХФУ используются также при пожаротушении — потребление 40 т/год. На Донецком и Симферопольском заводах взамен ХФУ в качестве распылителя (пропелента) применяется смесь пропана и бутана. В дальнейшем предполагается переход на беспропелент- ный тип упаковок с распылением при помощи встроенных мининасосов.

Наблюдение за состоянием озонового слоя ведется в Украине на шести озонометрических станциях, расположенных в городах Борисполе, Киеве, Львове, Прилуках, Симферополе, Тернополе.

Предотвращение глобального изменения климата. Как уже отмечалось, одной из функций атмосферы является защита планеты от охлаждения и регулирование климата. Пропуская солнечную радиацию, атмосфера задерживает отражение тепла от поверхности земли. Установлено (Ар- рениус, Кирхгоф и др.), что углекислый газ в значительной мере поглощает инфракрасное тепловое излучение.

Научно-технический прогресс способствовал нарастанию содержания углекислого газа в атмосфере за последние 100 лет на 20 — 30%, что привело, по мнению ученых, к повышению глобальной средней температуры в приземном слое на 0,3 — 0,6° С. В связи с дальнейшим накоплением в атмосфере углекислого и других парниковых газов (оксиды азота, водяной пар и др.) к середине XXI ст. ожидается повышение глобальной температуры на 1,5 — 2,5° С.

В 1992 году Украина присоединилась к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Одним из требований конвенции является разработка и осуществление мероприятий, направленных на приостановление потепления путем сокращения использования топливно-энергетических ресурсов и широкого внедрения установок солнечной и ветровой энергии, а также других видов энергетических ресурсов, не загрязняющих атмосферу. Это должно обеспечить сокращение выбросов оксида углерода и других парниковых газов в первом десятилетии XXI века на 10 — 11%.

Украина присоединилась к международным Протоколам по сокращению выбросов серы (1995 и 1999), действие которых направлено на ограничение выпадения кислотных дождей. Это достигается тем же комплексом мер, направленных на сокращение вредных выбросов в атмосферу. Страны-участники этих международных соглашений обязались сократить выбросы соединений серы в ближайшие десятилетия примерно на 30%.

Скопировать ссылку

Также рекомендуем прочитать:

отверстий в гипотезе об озоновой дыре — Arizona Daily Independent

Черт, я пропустил празднование «Всемирного дня озона» в Организации Объединенных Наций 16 сентября. ООН объявила: «Чуть более четверти века назад мир объединился, чтобы обратить вспять быстрое истощение озонового слоя атмосферы, который защищает Землю от вредных воздействий. радиация из космоса. Сегодня озоновый слой находится на пути к восстановлению в течение следующих нескольких десятилетий ». Это объявление относится к предполагаемому успеху Монреальского протокола, который запретил хлорфторуглероды (ХФУ), которые, как утверждается, разжижают озоновый слой, защищающий нас от ультрафиолетового излучения.

Атмосферный озон образуется ультрафиолетовым (УФ) излучением, расщепляющим кислород. Разжижение озона на Южном полюсе обычно происходит зимой, когда солнечный свет и ультрафиолетовые лучи исчезают, что приводит к распаду обычно нестабильного озона. Озон (O3, вариант молекулы кислорода O2) производит смог, когда находится на уровне земли, но высоко в атмосфере озон защищает нас от ультрафиолетового излучения Солнца. Атмосферный озон по своей природе нестабилен. Количество и степень распада, по-видимому, зависит от потока космических лучей.

Немного предыстории по этому вопросу:

Еще в 1956 году ученые заметили, что атмосферный озоновый слой над Южным полюсом сезонно истончается. Размер «дыры» менялся из года в год. Господствующая теория относительно причины этой «дыры» заключалась в том, что ХФУ реагировали с озоном и вызывали его разрушение, делая нас уязвимыми для УФ-излучения. Эта теория привела к Монреальскому протоколу, международному договору, продвигаемому Организацией Объединенных Наций. Он вступил в силу в 1989 году и потребовал поэтапного отказа от всех ХФУ, которые в то время использовались в основном в холодильниках, установках для кондиционирования воздуха и, в меньшей степени, в качестве пропеллентов для медицинских ингаляторов.

Предполагаемая наука, стоящая за этим запретом, согласно Википедии, такова:

В 1973 году химики Фрэнк Шервуд Роуленд и Марио Молина, работавшие тогда в Калифорнийском университете в Ирвине, начали изучение воздействия ХФУ на атмосферу Земли. Они обнаружили, что молекулы CFC достаточно стабильны, чтобы оставаться в атмосфере до тех пор, пока они не окажутся в центре стратосферы, где они, наконец,… будут разрушены ультрафиолетовым излучением, высвобождая атом хлора. Затем Роуленд и Молина предположили, что эти атомы хлора могут вызвать разрушение большого количества озона (O3) в стратосфере.Их аргумент был основан на аналогии с современной работой Пола Дж. Крутцена и Гарольда Джонстона, которые показали, что оксид азота (NO) может катализировать разрушение озона.

Другими словами, каталитическая реакция CFC на озон была выдвинута на основе «можно было ожидать» и «по аналогии». Однако до сих пор нет доказательств того, что это действительно происходит в природе в больших масштабах.

Первая брешь в гипотезе ХФУ-озона появилась в 2007 году со статьей в Nature: «Химики проделывают дыры в теории озона.«Химики из Лаборатории реактивного движения НАСА утверждают, что скорость фотолиза (расщепления под действием света) ХФУ намного ниже, чем предполагалось. Это означает: «Быстрый фотолиз Cl2O2 — ключевая реакция в химической модели разрушения озона. Если скорость будет существенно ниже, чем предполагалось ранее, то было бы невозможно создать достаточно агрессивных радикалов хлора, чтобы объяснить наблюдаемые потери озона в высоких широтах ».

Итак, если это не хлорфторуглероды, что может быть причиной изменения содержания озона? Возможный ответ был представлен исследователем Цин-Бинь Лу (Университет Ватерлоо, Канада) в Physical Review Letters Американского физического общества, 19 марта 2009 г .:

В этом письме приводятся надежные спутниковые данные за период 1980–2007 гг., Охватывающие два полных 11-летних цикла космических лучей (КЛ), четко демонстрирующие корреляцию между КЛ и истощением озона, особенно потерей полярного озона (дыра) над Антарктидой.Результаты представляют собой убедительное свидетельство физического механизма, согласно которому управляемая электронами реакция галогенированных молекул, вызванная КЛ, играет доминирующую роль в возникновении озоновой дыры.

Независимое исследование Корнелла, опубликованное в 2010 году, также обнаружило корреляцию между космическими лучами и размером озоновой «дыры».

Энтони Уоттс в своем блоге высказывает мнение, что недавнее заявление ООН является чисто политической наукой. Примечания в ваттах:

В течение девяти месяцев НАСА опубликовало заявления об атмосферном озоне, что «признаки восстановления еще не присутствуют», существует «большая изменчивость», «стабилизируется», и теперь проблема с озоном «восстанавливается». .

Так что это? Ответ может лежать в соответствующей политической науке, а не в атмосфере. В этом году Монреальскому протоколу исполняется 25 лет, он вступил в силу в 1989 году. Когда достигаются такие вехи, всегда возникает необходимость сделать какое-то заявление о том, что работа ООН действительно имела какое-то значение.

Ватт также отмечает, что китайцы обманывают процесс:

«Похоже, что китайские производители охлаждающих жидкостей производят избыток вредного парникового химического вещества, чтобы утилизировать его ответственно в соответствии с Механизмом чистого развития ООН (МЧР).Используя мусоросжигательные заводы для чистого сжигания химического вещества, ГФУ-23, эти производители получали кредиты на выбросы, которые они, в свою очередь, продавали компаниям из развитых стран, чтобы помочь им достичь своих целей в соответствии с Киотским протоколом ».

Поскольку наука указывает на космические лучи как на главную переменную в размере озоновой дыры, кажется, что ООН приписывает это естественному процессу. Политика превратила природный феномен в экологического призрака, который требовал государственного решения воображаемой проблемы.

Научный метод

Научный метод; Уровни организации

I. Природа науки и научный метод

1. Наблюдение и индуктивные рассуждения

Наблюдать за природой и позировать генерала (универсальный) принцип. Универсальные принципы должны быть проверены с помощью научных метод и применим во всех случаях.

-Иссак Ньютон и яблоко

наблюдение: яблоки падают на землю

Общий принцип:

— все объекты падают к центру Земли

-Закон всемирного тяготения

2. Наблюдение и дедуктивное рассуждение

Вопросы исследования (RQ):

Будет ли падать более тяжелый объект к центру земли? быстрее, чем более легкие предметы?

Влияют ли различия в форме и плотности на объекты как они падают на землю?

Гипотезы

устанавливает возможные причинно-следственные связи отношения

-используется в детективной работе

-пример гипотезы:

«У убийцы будет кровь жертвы на его одежда «

(Что такое H ₁? Н ₀?)

«Более крупные и тяжелые шары упадут быстрее, чем меньшие и более легкие шары при падении с высокого здания.«

Хорошая идея для новичков

— «если … то …»

— Прогноз или гипотеза прогнозирования :

«Если мяч для боулинга и мяч для гольфа выпадают из верхняя часть здания, то шар для боулинга первым упадет на улицу ».

если (причина), то (следствие)

— Опытный образец

— Сбор и анализ данных

— Заключение: принять или отклонить вашу гипотезу (нет частичные решения разрешены!)

3.Наука в действии: пример разрушения озонового слоя в Антарктика

Научный процесс

а. Наблюдения

Фарман и другие.

вид со спутника: «Озоновая дыра»

Где такое озоновый слой?

из http://www.al.noaa.gov/WWWHD/Pubdocs/Assessment02/images/Fig01-2high.jpg

Что есть ли польза от наличия озона в верхних слоях атмосферы?

Озон постоянно образуется и разрушается под действием ультрафиолета свет

формирование:

О ₂ + УФ -> 2O

О + О ₂ -> О ₃

разбивка:

O ₃ + УФ -> O ₂ + O

О + О ₃ -> 2O ₂

Количество озона, присутствующего в любой момент времени, является результат баланса между формированием и разрушением.

Роуленд, Молина, Крутцен

Что такие CFC?

Что происходит, когда ХФУ реагируют с озоном?

из http://www.nobel.se/chemistry/educational/poster/1995/2.html

RQ’s:

Присутствуют ли ХФУ в верхних слоях атмосферы?

Разрушают ли ХФУ озоновый слой?

Достаточно ли долго хлорфторуглероды в верхних слоях атмосферы вниз большое количество озона?

Истончение озонового слоя вызвано естественным (не искусственные) процессы? (е.грамм. солнечный свет, действие микробов и т. д.)

г. Прогнозные гипотезы

Если ХФУ ответственны за образование озоновой дыры, тогда должна быть возможность обнаруживать ХФУ (а также производимый хлор от него) в верхних слоях атмосферы.

Если ХФУ ответственны за образование озоновой дыры, тогда должна наблюдаться корреляционная взаимосвязь между повышением уровня ХФУ в верхние слои атмосферы и уменьшение озона.

Если естественные (не искусственные) циклы истончают озон, тогда должны быть найдены доказательства (коррелятивные или причинно-следственные).

г. Экспериментальный проект

-стратосферный выборка

г. Результаты

— корреляционные данные

Проблема ??

e. Вывод

Принять или отвергнуть гипотезу?

Недостатки?

4.Как разработать контролируемый эксперимент: озон Исследования в лаборатории

а. Прогнозная гипотеза:

Если CFC введены в условия, аналогичные верхних слоях атмосферы, тогда уровень озона должен упасть.

Что такое экспериментальные переменные? (какие условия в верхних слоях атмосферы?)

Какова цель контроля?

г. Схема эксперимента:

Эксперименты с атмосферными камерами:

, фото с сайта: http: // www.cert.ucr.edu/news/spring00.asp

Что находится в камере управления ? Что есть в подопытном камера?

г. Результаты и выводы

Уровень озона падает в экспериментальной камере, а не в контроль

Гипотеза подтверждается данными

Вопрос решен? Являются ли ХФУ основной причиной образования озона? истощение?

Еще нет !!!

NO (оксид азота) также разрушает озон:

НЕТ + О ₃ -> НЕТ ₂ + O ₂

(микробы не производят косвенно)

Приводит ли научный метод к абсолютной истине?

Что такое теория? Насколько сильно теории поддерживаются научные данные?

II.Уровни организации в биологии

1. уровни: (химический, клеточный, тканевый, орган, система организма, организм, население, сообщество, экосистема, биосфера)

2. Важность интеграции

-гормональный контроль поведения

3. Эмерджентная недвижимость

С каждым шагом вверх по иерархии биологического порядка, появляются новые свойства, которых не было более простые уровни организации.

Любой уровень больше суммы его частей.

4. Редукционизм

-различные типы биологов

Что случилось с… дырой в озоновом слое?

Когда исследователи Фрэнк Шервуд Роуленд (28 июня 1927 г. — 10 марта 2012 г.) и Марио Молина (19 марта 1943 г. — 7 октября 2020 г.) сообщили миру в 1974 году, что аэрозольные лаки для волос повреждают ту часть атмосферы, которая защищает нас от солнечного ультрафиолетового излучения. , реакция была не просто неверием: старший химик DuPont назвал теорию «научной фантастикой», «кучей мусора» и «полнейшей чепухой».Однако вскоре после этого так называемая озоновая дыра стала не только глобальной проблемой, но и одним из символов зеленого активизма 1980-х годов. Быстрая реакция на решение проблемы путем запрещения вредных соединений представляет собой величайший успех, достигнутый международным соглашением по охране окружающей среды. Но это также пример того, как технический прогресс ищет более устойчивые решения проблем, которые сам технологический прогресс вызвал.

Интерактивная шкала времени: эволюция озонового слоя

[+] Смотреть в полноэкранном режиме

Успех Роуленда и Молины, химиков из Калифорнийского университета в Ирвине, заключался в объединении идей, которые остались незамеченными другими.В начале 1970-х годов было известно, что хлор и другие вещества могут катализировать разрушение озона, соединения, состоящего из трех атомов кислорода, которое присутствует в большей пропорции в слое стратосферы Земли и которое блокирует большую часть вредного ультрафиолетового излучения. радиация. Однако никто не связывает это явление с хлорфторуглеродами (CFC), газами, которые начали производиться в промышленности в 1930-х годах и широко использовались в качестве пропеллентов для аэрозолей, хладагентов и для изготовления пенопласта.ХФУ инертны и долговечны, поэтому могут оставаться в атмосфере десятилетиями. Роуленд и Молина предположили, что при разложении ХФУ солнечным светом выделяется хлор, что может привести к значительному повреждению озонового слоя.

Несмотря на первоначальную отрицательную реакцию на исследование двух химиков, последующие эксперименты и атмосферные измерения вскоре подтвердили их правильность. В 1985 году исследование Британской антарктической службы обнаружило то, что удивило научное сообщество, — особенно резкое снижение концентрации озона над Антарктидой, когда ожидалось, что это снижение будет равномерно распределено по всей планете.В следующем году исследователь Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) Сьюзан Соломон дала объяснение: холодные зимние температуры на полюсах образуют стратосферные полярные облака, которые способствуют распаду ХФУ и других галоидоуглеродов, состоящих из углеродных и галогенных элементов, таких как хлор, фтор, бром или йод — образуются больше свободного хлора, что южной весной усиливает разрушение озона.

Самое успешное природоохранное соглашение в истории

Научный консенсус по поводу озоновой дыры привел к тому, что некоторые страны приняли односторонние меры, и в 1987 году 46 стран подписали Монреальский протокол, направленный на прекращение производства озоноразрушающих веществ.Тем не менее, промышленность все еще не решалась бросить это полотенце; В 1988 году президент DuPont Ричард Хекерт написал Сенату США: «На данный момент научные данные не указывают на необходимость значительного сокращения выбросов ХФУ. Нет доступных показателей вклада ХФУ в какое-либо наблюдаемое изменение озона ».

Монреальский протокол, вступивший в силу с 1989 года, часто считается самым успешным международным природоохранным соглашением в истории. Фактически, по данным ООН, на сегодняшний день это единственный договор ООН, ратифицированный всеми странами на планете, всеми 197 государствами-членами.На временной основе ХФУ были заменены гидрохлорфторуглеродами (ГХФУ), которые, как предполагается, менее вредны для озонового слоя, с целью их полной замены гидрофторуглеродами (ГФУ) и другими соединениями. Они более нестабильны в нижних слоях атмосферы, поэтому предполагается, что их влияние на стратосферный озон будет низким или нулевым. Благодаря сокращению ХФУ в 2018 году НАСА впервые показало, что разрушение озона сократилось на 20% по сравнению с 2005 годом, а прогнозы говорили о почти полном исчезновении антарктической дыры между 2060 и 2080 годами.

Однако, даже если эта цель будет достигнута, путь не будет свободен от взлетов и падений из-за сезонных циклов. В 2019 году размер антарктической дыры достиг своего исторического минимума, но затем южная зима 2020 года принесла особенно низкие температуры в озоновый слой над Антарктидой, способствуя формированию полярных стратосферных облаков, описанных Соломоном. В результате в середине августа дыра начала расти и в сентябре достигла размера более 24 миллионов квадратных километров, что выше, чем в среднем за последнее десятилетие, и охватило большую часть континента.

Явление окончательно утихло в конце декабря, но в 2020 году возникло и новое беспокойство, когда в марте того же года в Арктике образовалась дыра беспрецедентных масштабов, в три раза превышающая размер Гренландии. Это открытие над Северным полюсом, более редкое явление, не наблюдавшееся с 2011 года, закрылось в апреле. По мнению экспертов, эти изменения не были связаны с остановкой экономики, вызванной пандемией COVID-19, а были обусловлены исключительно атмосферной динамикой.

Более устойчивые и жизнеспособные решения

Но последствия более сложные: помимо своего воздействия на озон, ХФУ также являются гораздо более мощными парниковыми газами, чем CO ₂.Недавнее исследование, проведенное экспертом по атмосферной и климатической динамике Колумбийского университета (США) Лоренцо Полвани, определило, что озоноразрушающие вещества, такие как ХФУ, были ответственны за половину потепления в Арктике и таяния льда на Северном полюсе во второй половине года. 20 век. «Запрет ХФУ Монреальским протоколом смягчит потепление в Арктике и потерю морского льда в ближайшие десятилетия», — сказал Полвани OpenMind , хотя и дал ясно понять, что общая тенденция не будет обращена вспять без необходимого сокращения выбросов CO ₂ , главный виновник изменения климата.

Одна из проблем заключается в том, что альтернативные решения ХФУ должны быть не только более устойчивыми, но и экономически жизнеспособными. В 2018 году группа под руководством исследователя NOAA Стивена Монцка обнаружила неожиданное 25% -ное увеличение выбросов ХФУ-11 (второго по распространенности ХФУ), начиная с 2012 года, что замедлило снижение концентрации этого газа на 50%, и это несмотря на то, что тот факт, что Монреальский протокол установил прекращение глобального производства к 2010 году. «Мы определили, что Китай несет ответственность примерно за половину этого глобального увеличения выбросов», — сказал Монцка OpenMind .

Последующее исследование показало, что увеличение содержания CFC-11 было временным и что, по словам авторов, «удалось избежать любой существенной задержки в восстановлении озонового слоя, возможно, благодаря своевременной отчетности и последующим действиям со стороны промышленности и правительства в Китай… »Тем не менее, было отмечено, что альтернативы ХФУ могут быть слишком дорогими или недоступными для некоторых стран.

Есть еще одна сложность: озонобезопасные ГФУ также способствуют изменению климата.

В последние годы увеличились выбросы ГФУ-23, побочного продукта производства ГХФУ-22; это соединение является самой большой причиной глобального потепления среди ГФУ, и его следовало резко сократить согласно текущей версии Монреальского протокола. Однако расхождение между обнаруженными и ожидаемыми уровнями настолько велико, что эквивалентно общим выбросам парниковых газов в такой стране, как Испания, за один год. Большая часть этого прироста приходится на Китай и Индию.Короче говоря, поиск практического способа охладиться и выпустить наши аэрозоли, не разрушая озоновый слой и не усугубляя изменение климата, по-прежнему является постоянной технологической проблемой.

Хавьер Янес

@ yanes68

дискурсов об озоне: глава 3

дискурсов об озоне: глава 3 3. Историческая и научная справка о человеке. Причины истощения стратосферного озона

Не было ни науки, ни экономики. обоснование для продолжения.Как торговать возможным [экологическим] риск для реального [делового] риска?

— Джозеф Стид, Du Pont Environmental менеджер

Некоторые научные и политические события 1970-х — начала 1980-х гг., особенно в Соединенных Штатах, стимулировали более поздние разработки, которые сформировали процесс Монреальского протокола. Поскольку Соединенные Штаты взяли на себя роль лидера как с научной, так и с политической точки зрения, мое обсуждение не предубежден тем, что в центре внимания находятся Соединенные Штаты.Скорее, этот акцент может пролить свет на отдельные роли, которые играют конкретные США. агентства, отрасли, экологические группы и граждане. Эта глава также исследует эволюцию соответствующих научных сетей и различные технические оценки проблемы озона.

В соответствии с аргументами предыдущей главы, эта глава подтверждает, что наука определила параметры политических дебатов и что определенные способы формирования соответствующих знаний имеют важное значение политические разветвления.Например, постановка проблемы озона как проблема здоровья человека, а не экологическая, обусловили политический контекст всей дискуссии. Более того, с самого начала существование научной неопределенности использовалось всеми участниками дебаты в поддержку их конкретных позиций.

Краткое описание озонового слоя

В отличие от знакомого двухатомного соединения атмосферного кислорода, озон редкий вариант, состоящий из трех атомов кислорода.Озон в атмосфере сосредоточены в стратосфере, регионе примерно от десяти до пятидесяти километров над поверхностью земли, характеризующихся температурами, которые обычно увеличивается с высотой (Программа ООН по окружающей среде [ЮНЕП] 1987b: 89).

На рисунке 3.1 показано, как на распределение температуры и озона влияют сложные фотохимические реакции — меняются с высотой. Максимальный озон концентрация, происходящая на расстоянии от двадцати до тридцати километров, — это только несколько частей на миллион.Поскольку воздух на этой высоте составляет около 5 процентов от плотный, как на уровне земли, разреженные концентрации озона более метко описывается как вуаль, чем как слой или, как поэтично один автор выражаясь словами, «плавающая сеть оконных стекол» (Коган 1988: 1). Фактически, если весь озон в вертикальном столбе был сжат до давления на уровне моря, его толщина будет всего три миллиметра (UNEP 1987b: 8).

Солнечная радиация обеспечила условия для возникновения жизни, но первые организмы Земли должны были развиваться под водой, где они защищен от ультрафиолетового излучения.Видимый свет сильно проникает в воду больше, чем ультрафиолет, и некоторые организмы развили способность к фотосинтезу. С выделением кислорода океанскими растениями миллиарды лет назад был создан озоновый слой, давший возможность жизни формы покидают защитную воду и развиваются на суше. Без этого покрывало, земная жизнь не могла поддерживаться. Озон поглощает все ультрафиолетовое излучение с длинами волн короче 290 нанометров (УФ-С), большая его часть в диапазоне от 290 до 320 нанометров (УФ-В) и немного выше 320 нанометров (УФ-A) (Smith 1974: 213).В то время как УФ-А относительно безвреден, УФ-C смертоносен, а УФ-B вреден для большинства форм жизни (Фредерик 1986: 12123).

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны короче примерно 240 нанометров обладают достаточной энергией, чтобы диссоциировать молекулы двухатомного кислорода, которые затем поглощают энергию и нагревают верхние слои атмосферы. Отдельные атомы кислород затем соединяется с другими молекулами кислорода с образованием озона, который в очередь может быть разделена ультрафиолетовым излучением на один атом и снова двухатомный кислород.Основные реакции можно записать следующим образом:

O2 + УФ (40240 нм) -> O + O

O2 + O -> O3

O3 + УФ (240320 нм) -> O2 + O

Озон постоянно создается и разрушается, в основном над тропиков и уносится ветрами к полюсам, где его концентрация величайший. Скорость образования и разрушения озона определяется количество доступного солнечного излучения, которое, в свою очередь, зависит от широта, сезонные колебания и одиннадцатилетний солнечный цикл (Brasseur 1987: 10)

Определенные следовые газы, такие как хлор (Cl), бром (Br), оксид азота (NO) и гидроксильный радикал (OH) ускоряют разрушение озона.Недавний увеличение всех этих разрушителей озона можно приписать человеческому деятельности (UNEP 1987b: 11). Хлорфторуглероды (ХФУ), основная причина недавнего увеличения содержания хлора в стратосфере, остаются в атмосфере около ста лет (UNEP 1987b: 14). Это означает, что стабилизация атмосферные концентрации хлора потребуют не только замораживания но резкое сокращение производства ХФУ.

Самый важный факт о реакциях этих следовых газов с озоном заключается в том, что они являются каталитическими, а это означает, что разрушитель озона выходит из фотохимического процесса невредимым, готовый уничтожить больше молекулы озона.Например, один атом хлора может разрушить до сто тысяч молекул озона, так что концентрации в диапазоне частей на миллиард по объему (ppbv) могут быть опасно (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства [NASA] / World Метеорологическая организация [НАСА] 1986: 71). Каталитический реакционный цикл можно записать так:

Cl + O3 -> ClO + O2

ClO + O -> Cl + O2

Чистый результат:

O + O3 + Cl -> O2 + O2 + Cl

Это рисует упрощенную картину чрезвычайно сложной цепочки реакции.Фотохимия в стратосфере сильно отличается от что мы находим на поверхности земли. Обычно стабильные молекулы могут быть разрушается очень энергичными фотонами, достигающими стратосферы. В скорости сотен последующих реакций сильно различаются в зависимости от температура и давление.

Большая часть стратосферного хлора нейтрализуется при реакции с метан (Ch5) с образованием соляной кислоты (HCl).

Ch5 + Cl -> Ch4 + HCl

Хотя некоторое количество метана происходит естественным путем, большая его часть образуется из человеческие источники, такие как рисовые поля, животноводство и нефтяные месторождения.В ожидается, что рост содержания метана в атмосфере частично компенсирует озон истощение от источников хлора. Но это смешанное благословение, поскольку метан также является одним из основных парниковых газов (Stordal and Isaksen 1986).

В то время как ветры переносят озон через стратосферу и стратосферный озон иногда опускается в тропосферу, создавая озон в тропосфере не достигает стратосферы, хотя поглощает немного ультрафиолета (интервью с Робертом Ватсоном). Это означает что антропогенные источники озона не могут компенсировать потери в стратосфера, что, возможно, и к лучшему, поскольку озон на уровне земли очень ядовит.Таким образом, решения проблемы озона повлекли за собой сокращение потенциальных истощителей, а не изобретение схем замены что потеряно.

Биологические эффекты повышенного ультрафиолетового излучения

Было проведено относительно мало исследований в области здоровья и экологические последствия истощения озонового слоя по сравнению с огромным количество работы, произведенной на физических и химических процессах, вовлекает. Один участник Монреальского протокола процесс посетовал на эту дихотомию, отметив, что «в то время как U.С. тратит около 200 миллионов долларов в год на исследования атмосферы, весь мир тратит меньше более 1 миллиона долларов на исследование эффектов »(свидетельство Джона Хоффмана: United Конгресс штатов 1987c: 136). Будь то из-за недостатка внимания или существует существенный консенсус, в литературе по эффектам нет породил уровень дебатов, наблюдаемых в атмосферных науках. И не были биологические эффекты были основным источником политических разногласий во время переговоры по договору. Поэтому я просто резюмирую информацию доступны участникам переговоров.Выпущено три отчета Агентством по охране окружающей среды (Titus 1986; EPA 1986a; EPA 1987a) были лучшими источниками информации, доступными во время Монреальского Протокол переговоров.

Большинство исследований воздействия разрушения озонового слоя на здоровье часть спектра УФ-В, потому что, как уже упоминалось, озон поглощает практически все опасные УФ-С при всех предсказуемых сценариях, а УФ-А, на который влияет озон, относительно безвреден. Уменьшение на каждый 1 процент озона позволит на 2 процента больше УФ-В-излучения достичь Земли поверхность, и ожидается, что это приведет к более частому появлению кожных рак, катаракта и иммунные нарушения у людей, а также вмешательство в наземные и водные экосистемы (Frederick 1986: 130).

Немеланомный рак кожи, в частности базально-плоскоклеточный карцинома, была окончательно связана с кумулятивными эффектами УФ-В воздействие (Эммет 1986: 138). Каждые 1 процентное уменьшение общего столбца озон (то есть общее количество озона в вертикальном столбце с его основанием в данной точке на поверхности земли), по прогнозам, произведет 3 процент роста заболеваемости немеланомным раком кожи (UNEP / OzL.Pro.WG.II [1] / 4: 7). Меланома, гораздо более опасный тип кожи рак, может быть связан с острым радиационным облучением, но эта связь более умозрительный (14041).Кавказцы, живущие в средних широтах, являются особенно уязвимы для обеих форм. В США один из каждые три раковых заболевания — это рак кожи, и каждый седьмой американец ожидается, что в какой-то момент это заболевание разовьется. В течение 1980-х годов повышение заболеваемости раком кожи могло быть вызвано растущим популярность активного отдыха (UNEP 1987b: 28). По данным EPA по оценкам, неограниченный рост ХФУ приведет к 180 миллионам новых случаев рака кожи и 3,5 миллиона смертей от рака к концу следующего века только в Соединенных Штатах (экспонаты 73 и 75 в EPA 1987a).Но эти оценки могут быть слишком низкими, потому что они основаны на линейных прогнозы на основе данных 1982 года, которые позже были признаны чрезмерно консервативный (свидетельство Даррелла Ригеля: Конгресс США 1987b: 70).

Хотя эксперты в целом согласны в своих количественных оценках последствия для здоровья от истощения озонового слоя, они различаются по своим интерпретациям данных. Доктор Даррелл Ригель, например, предполагает, что United Штат столкнулся с «эпидемией» рака кожи. В письме в ответ на его показания, докторМаргарет Крипке, возглавлявшая научную Консультативный совет по озону ставит под сомнение использование Ригелем термина «эпидемия». В по ее мнению, термин «паникер» вызывает в воображении картины бубонной чума »(Конгресс США 1987b: 617). Крипке, сама больная раком специалист, считает, что проблема рака кожи преувеличена и что более серьезные проблемы связаны с иммунитетом человека. система, глобальное продовольственное снабжение и экосистемы (1989: 3; интервью).

Сценарии EPA также предсказывают, что еще 2.8 миллионов американцев рожденные до 2075 года будут страдать катарактой, помутнением хрусталика. это размывает зрение (экспонат 721 в EPA 1987a: 726). Каждый 1 процент в сумме истощение озонового слоя, как ожидается, приведет к увеличению во всем мире 100 000 слепых (UNEP / OzL.Pro.WG.II [1] / 4: 7). Пока катаракта обычно удаляются хирургическим путем в промышленном мире, люди в развивающийся мир вряд ли получит доступ к операции.

Медицинские исследователи считают, что УФ-В влияет на иммунную систему человека. система, снижающая сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям.Несколько исследования в этой области обнаружили связь между УФ-В и вирусами, такими как лейшманиоз и герпес (Titus 1986: 6). Более высокие уровни УФ-В также могут снизить эффективность некоторых программ прививки; пациенты, которые не построить иммунный ответ на антигены, может развить болезнь сам (Shea 1988: 15).

Лабораторные эксперименты на двух сотнях различных видов растений, включая большинство основных видов сельскохозяйственных культур, показывают, что около двух третей из них чувствительны к более высоким уровням УФ-В.Повышенная радиация может повредить гормоны растений и хлорофилл, что приводит к задержке роста. Эксперименты на растениях выдерживали постоянную температуру и осадки, но если прогнозы климатических изменений верны, такая стабильность не может можно предположить (Teramura 1986). Некоторые виды также демонстрируют измененные химические состав, который может повлиять на их пищевую ценность (UNEP / OzL.Pro.WG.II [1] / 4: 7).

Влияние разрушения озонового слоя на морскую жизнь также может быть вредным для люди; на рыбу приходится 18 процентов животного белка, который люди потребляют во всем мире и 40 процентов в Азии (Titus and Seidel 1986: 7).Поскольку в чистой воде он может проникать на значительную глубину, УФ-В радиация представляет особую угрозу для одноклеточных водорослей, называемых фитопланктон, обитающий у поверхности воды. Эти водоросли находятся в дно водной пищевой цепи, и большинство рыб зависят от на них как-то ради их выживания. Возможно, они могли переехать на более глубокий уровень, чтобы избежать повышенного излучения, но это уменьшают их доступ к фотосинтетически активному излучению, на котором они зависят.Другие виды также пострадают от увеличения УФ-В, особенно те, чьи личинки вылупляются у поверхности воды; многие из эти виды уже подвергаются воздействию ультрафиолета B настолько, насколько они могут переносить (Worrest 1986).

Другие эффекты разрушения озона включают разложение полимеров и усиление городского смога. Известно, что ультрафиолетовое излучение стимулирует образование окислителей на уровне земли (смог), процесс может обостриться с тепличным утеплением. Одно исследование повреждения поливинилхлорида (ПВХ) предполагает, что при истощении озонового слоя на 26% к 2075 г. Стоимость без скидки в Соединенных Штатах составит 4 доллара.7 миллиардов в 1984 году долларов (Тит и Зайдель 1986: 7).

Краткая история фторуглеродной промышленности

На ежегодном собрании Американского химического общества 1930 г., Томас Миджли стоял перед своими коллегами-учеными, вдыхал пары из чашку прозрачной жидкости и задул пламя свечи. Его демонстрация должен был показать, что данное химическое вещество не является горючим и не очень токсичен (Washington Post, 1988a). Миджели, нанятого генералом Подразделению Frigidaire Motors пришлось изобрести новую охлаждающую жидкость для холодильников. синтезировал дихлордифторметан (CFC-12), первое чудо хлорфторуглероды.В процессе испарения в холодильнике катушки он поглощает тепло, тем самым позволяя катушкам остыть достаточно, чтобы охлаждать пищу. Du Pont, соавтор работы Миджли, запатентовал процесс и начал производство под торговой маркой Freon. ₁

ХФУ производятся путем реакции простых хлорированных органических соединений (хлороуглероды) с фтористоводородной кислотой (HF), которая образуется в результате реакции фторошпар (фторид кальция) с серной кислотой. Фторошпар добывается, обычно самими производителями ХФУ в разных местах По всему миру.Установки CFC-11 и -12, со среднегодовой производственная мощность в пятьдесят миллионов фунтов, производить большое количество токсичная соляная кислота (HCl), которая должна продаваться как химическое вещество или утилизируется как отходы.

Полностью галогенированные CFC практически химически инертны вблизи земных поверхность, потому что им не хватает водорода, элемента, который имеет тенденцию распадаться соединения и выделяют токсичный хлор в нижний Атмосфера. Коммерчески доступны пять полностью галогенированных CFC: CFC-11, CFC-12, CFC-113, CFC-114 и CFC-115.ГХФУ-22, самый распространенный частично галогенированный CFC, используется в качестве охлаждающей жидкости в крупных коммерческих холодильники и в производстве некоторых полимеров. Он заменил некоторые ХФУ, регулируемых Монреальским протоколом, потому что он имеет более низкую потенциал разрушения озона, чем полностью галогенированные CFC. ₂

Производство CFC-11 и -12 быстро росло, примерно с 1,2 млн. фунтов в 1931 г. до 76 миллионов фунтов к 1950 г. Ассоциация 1987 г.). К 1945 г. большая часть аммиака и диоксида серы заменены холодильники на ХФУ-12.Во время мировой войны II, Dow Chemical Company начала использовать CFC-12 для производства нового типа изоляционная пена под торговой маркой Styrofoam, в результате чего производство CFC почти вдвое за пять лет после войны. ХФУ также использовались в война по борьбе с малярией, действующая как топливо в банках с инсектицид.

Как впоследствии часто указывали сторонники международного регулирования, каждое десятилетие с момента их изобретения видели по крайней мере одно новое крупное использование для этих «чудо-химикатов».«В 1950-х годах ХФУ-11 использовался в качестве продувочного агент в гибких пенополиуританах, который стал повсеместным в мебель, ковровые покрытия и автомобили. К концу десятилетия ХФУ-11 также использовался для выдувания жестких пенополиуретанов, которые в конечном итоге обогнала стекловолокно и другие материалы, чтобы доминировать на рынке изоляционных материалов (Вашингтон Пост, 1988a: A-18).

Распространение кондиционирования воздуха в домах и общественных местах в 1960-е годы способствовали демографической экспансии Соединенных Штатов. Состоит в солнечном поясе.Мобильные кондиционеры стали стандартом оборудование для американских легковых и грузовых автомобилей, что в конечном итоге составляет больше ХФУ расход хладагента по сравнению со всеми другими видами использования вместе взятыми. Поскольку автомобили плохо изолированы, а их шланги подвержены утечкам, средний мобильный кондиционер содержит достаточно хладагента, чтобы охладить весь дом (свидетельство Джорджа Керкхове; Сенат США 1987b: 499501).

К 1974 году, когда ученые впервые связали ХФУ с истощением озонового слоя, почти два миллиарда фунтов ХФУ производились каждый год — около десяти раз больше, чем в 1951 году.Более половины из них приходилось на аэрозольные пропелленты, в первую очередь для предметов личной гигиены, таких как лаки для волос и дезодоранты. Четный когда сочетание законодательства и отвращения потребителей к аэрозолям пропелленты в Соединенных Штатах, Канаде и Швеции замедлили глобальный рост ХФУ производство, другие приложения продолжали расти, вскоре компенсируя это снижение (см. рисунок 3.2).

Аэрозоли продолжали оставаться основным применением ХФУ за пределами Соединенные Штаты, стоящие во всем мире почти в пятьсот миллионов фунтов стерлингов. в 1984 г. (на основе Hammitt et al.1986: 18).

CFC-113 появился на рынке в 1970-х годах как растворитель и обезжириватель для электронные компоненты. Из-за своей высокой стоимости он впервые был использован оборонная и авиакосмическая промышленность. Но когда началась компьютерная индустрия миниатюризация его компонентов, процесс, требующий надежного растворителя для удаление мельчайших частиц, ХФУ-113 американского и японского производства взлетела до небес. Ежегодное мировое производство утроилось с 1976 по 1987 год. (на основе оценок Hammitt et al. 1986: 60).

Другим важным классом озоноразрушающих химикатов являются галоны, которые содержат бром вместо хлора. Хотя они производятся в гораздо меньшие количества, они вызывают особую озабоченность, потому что их озон потенциал истощения на молекулу может быть в десять раз больше, чем у CFC. Галоны были разработаны Инженерным корпусом армии США после мировой войны. II для тушения пожаров в танках и самолетах. Они самые полезные в условиях, когда использование воды может повредить дорогое оборудование или рисковать жизнями людей.Военные продолжают оставаться основным потребителем галонов, за которыми следуют банки и коммерческие авиалинии. Общее мировое производство трех галонов (Галон-1211, -1300 и -2400) в 1985 году стоил около семнадцати миллионов фунтов, с США составляют примерно половину от общего количества (таблица 4.1 в EPA 1987a: 4.3).

ХФУ имеют и другие второстепенные применения, в том числе стерилизацию медицинского оборудования, быстрозамороженные продукты, дымящийся табак и стабилизирующие взбитые начинки. В 1987 году комбинация этих видов использования составляла примерно сорок два миллионов фунтов стерлингов в год на глобальном уровне (по оценкам Hammitt et al. al.1986)

По состоянию на 1986 год, ХФУ в Соединенных Штатах составляли приблизительно 1 доллар США. млрд продаж, или около 30 процентов мирового рынка, на пять производители: Du Pont, Allied-Signal, Pennwalt, Racon и Kaiser Chemical. Основными конкурентами на зарубежных рынках были Imperial Chemical. Industries (ICI) Соединенного Королевства, Farbwerke Hoechst of West Германия и Atochem, дочерняя компания французской Elf-Aquitaine (Jachtenfuchs 1990: 265). В то время как практически вся продукция США была потреблена внутри страны ЕС экспортировал почти половину своих ХФУ (химические Ассоциация производителей 1987 г.).Во время международного озонового переговоры, эта разница на рынках, возможно, усугубила напряженность уже присутствует в отношениях между США и Европой. химическая промышленность. — особенно между Du Pont и ICI, чья взаимная неприязнь началась почти двести лет назад с их соперничеством в мировом пороховом картеле (Taylor 1984).

Как правило, стоимость ХФУ относительно продуктов, содержащих их маленький. Например, холодильник за 1000 долларов может содержать всего 10 долларов. ХФУ; ХФУ в пене и охлаждающих жидкостях в автомобиле за 10 000 долларов могут стоить всего 50 долларов.Но в 1987 году более десяти тысяч пользователей приобрели ХФУ у пяти Производители США, на долю которых приходится более 28 миллиардов долларов США в виде товаров и услуг, и 253 000 рабочих мест. Обслуживание холодильников и кондиционеров добавляет $ 5,5. миллиардов долларов и 472 000 рабочих мест. Ориентировочная стоимость Установленное в США оборудование, использующее ХФУ, превысило 135 миллиардов долларов. (Альянс за ответственную политику CFC 1987: V-1).

В таблице 3.1 ниже показаны данные о мировом производстве основных ХФУ за 1985 год. и галоны.Все страны, кроме так называемых коммунистических стран ₃, сообщили о своем данные о производстве в Ассоциацию производителей химикатов (CMA).

Краткая история споров об озоне

Первоначальные опасения по поводу истощения озонового слоя не были связаны с ХФУ. Беспокойство об озоновом слое впервые появилось в 1970 году, когда Соединенные Штаты Великобритания и Франция планировали построить флот из сверхзвуковые транспортные самолеты (ССТ). В том году немецкий ученый предположил, что оксиды азота, выделяемые в выхлопных газах высоколетающие самолеты будут каталитически потреблять озон (Crutzen 1970).Гарольд Джонстон, канадский химик из Калифорнийского университета в Беркли подсчитал, что запланированный флот из пятисот SST будет вызывают 22-процентное истощение озонового слоя Земли (Johnston, 1971). Несмотря на известное исследование, в котором сделан вывод о том, что сокращение озона от SST будет незначительным, Конгресс проголосовал в 1971 году за прекращение финансирование программы (историю разногласий по SST см. Хорвич 1982).

Некоторые аспекты этого противоречия были важны для дальнейшего развития.Во-первых, это был один из первых случаев, когда ученые стал заниматься экологической политикой. Примечательно, что оригинальный черновик статьи Джонстона, который сочли бы осторожным сегодняшних стандартов, был отвергнут редакторами журнала Science из-за слишком большого количества ссылки на политические вопросы (Dotto and Schiff 1978: 65). Во-вторых, Противоречие SST предоставило первую серьезную возможность для атмосферных химиков и метеорологов, чтобы спорить друг с другом, конфликт, который несколько уменьшились, но все еще оставались очевидными даже после открытия 1985 г. озоновая дыра в Антарктике.В-третьих, после того, как программа США была прекращена и вопрос о правах на посадку британских и французских SST стал сначала европейцы обвинили американцев в попытке экспортировать собственные экологические стандарты как прикрытие своих экономических интересов, утверждение, которое звучало во время процесса Монреальского протокола.

Возможно, самым важным результатом спора о SST стал новый интерес к атмосферным исследованиям. До тех пор мало что было известно о верхних слоях атмосферы и о связи между атмосферными химики и динамисты были бедны.В 1971 г. Транспортная компания учредила основную программу оценки климатических воздействий. (CIAP) для изучения потенциального воздействия SST. Название программы отражает ранние опасения по поводу климата, опасения, которые позже переключился на потерю озона, когда связь с раком кожи получила широкую огласку. ₄ Ученые ЦИАП пришел к выводу, что SST не будут столь вредными, как предполагалось изначально (CIAP 1973). К тому времени группа ученых, работающая с Ричардом Столярски и Ральф Сисероне определил, что хлор в выхлопных газах запланированного космический челнок представлял более серьезную угрозу стратосферному озону, поскольку он разрушает озон гораздо эффективнее, чем производимые оксиды азота SST (Столярски и Цицерон, 1974).

Космический шаттл был первым искусственным источником хлора, который учился. В политическом плане это имело важные последствия, поскольку вызвало большое беспокойство в национальной аэронавтике и космосе Администрация. В то время расходы на шаттл составляли одна треть бюджета НАСА. Как наследник проекта Apollo и единственная программа человека в космосе, это был престижный проект НАСА. Небольшой удивительно, что НАСА заставило ученых преуменьшить значение шаттла как источника хлора и чтобы подчеркнуть вулканы (Дотто и Шифф 1978: 127).НАСА убедило Конгресс что это лучшее агентство для изучения стратосферного озона. Это быстро стал ведущим мировым авторитетом в области озона, и до сих пор остается в настоящее время. Бюджет НАСА на исследования стратосферы был между 15 и 20 миллионов долларов в год в годы международной переговоры по озоновой конвенции, сумма составляет примерно 70 процентов глобального финансирования стратосферных исследований (интервью с Роберт Ватсон).

Между тем Джеймс Лавлок, независимый британский ученый, измерил CFC-11 в нижних слоях атмосферы.Подчеркивая, что соединение не представляли «никакой мыслимой опасности для окружающей среды», он рассматривал это как индикатор земных ветров и погодных условий. Его оценки атмосферного концентрации CFC-11 примерно соответствовали отраслевым данным по совокупному мировое производство, что указывает на нетленный (Лавлок 1973: 19496).

Два химика из Калифорнийского университета в Ирвине, Ф. Шервуд Роуленд и Марио Молина утверждали, что хотя ХФУ нерастворимы и химически инертен в тропосфере, атомы «нечетного хлора» в стратосфера может инициировать каталитическую цепную реакцию с озоном молекул (Молина, Шервуд, 1974).В их статье определены параметры возникшего противоречия, наиболее важный из которых — политический перспектива, была проблема масштаба времени. Потому что атмосферный срок службы ХФУ составляет от 40 до 150 лет, установившаяся концентрация могла бы не будут достигнуты в течение десятилетий, даже если производство ХФУ будет немедленно прекращено. Роуленд и Молина были особенно обеспокоены тем, что быстрый рост производства ХФУ, который удваивался примерно каждые пять лет после Второй мировой войны. Исходя из темпов роста 1973 г., они предсказал, что озон будет истощен от 7 до 13 процентов до стабилизируется к концу следующего столетия.Они призвали к немедленному запрет на использование аэрозольных пропеллентов, на долю которых приходится половина всего использования ХФУ в Соединенные Штаты.

В то время как общественность была шокирована гипотезой Роуленда-Молины, ₅ научная инфраструктура и федеральная бюрократия были хорошо подготовлены к проблема в результате CIAP и связанных исследований. По словам Кэрролл Бастиан, который был сопредседателем федеральной целевой группы, отвечающей за координация научной оценки, реакция на новый CFC-озон проблема заключалась в «необычном (если не уникальном) примере федерального межведомственного согласование по экологическому нормативному вопросу »(1972: 167).В федеральное исследование подтвердило гипотезу Роуленда-Молины, но отложило ее рекомендации по политике до завершения Национальной академии наук его исследование (Межведомственная целевая группа по непреднамеренному изменению Стратосфера 1975). Некоторые штаты, такие как Орегон и Нью-Йорк, были не желая ждать, и принял закон, ограничивающий использование ХФУ в качестве аэрозольные пропелленты. Эти государства имели доступ к той же науке, что и федеральное правительство и другие штаты; они просто предпочли ошибиться сторона осторожности.

Промышленность требует дополнительных исследований. Международное производство Ассоциация химиков (ныне CMA) увеличила финансирование своего Fluorocarbon Программная панель (FPP), созданная в 1972 году вскоре после того, как Лавлок измерил ХФУ в атмосфере. Большинство ученых, с которыми я беседовал, считают, что FPP не подвергала цензуре работу, которую финансировала, но они также отметили, что ее ранние гранты предназначались для проектов, которые могли подорвать отношения Роуленда-Молины. гипотеза.

Du Pont, крупнейший в мире производитель ХФУ и производитель половины всех ХФУ в США заявили, что, если исследования показали, «что хлорфторуглероды нельзя использовать без угрозы для здоровья, Du Pont прекратит производство этих соединений »(Конгресс США, 1974 г.).(По мере накопления научных данных Du Pont часто вспоминали о (обязательство). Связывая свою политику с воздействием ХФУ на здоровье человека, Компания Du Pont помогла сформулировать проблему таким образом, чтобы сосредоточить внимание на здоровье. последствия разрушения озонового слоя, а не изменения климата и окружающей среды. Хотя такой способ постановки проблемы был, вероятно, непреднамеренным, его разветвления ощущались на протяжении всего процесса разработки политики. На ранней стадии, проблема была почти полностью связана с раком кожи.

Роуленд и Молина вскоре обнаружили, что фотохимия — это нечто большее. сложнее, чем они думали изначально. Они установили, что оксиды хлора и азота могут объединиться в стратосфере, чтобы создать нитрат хлора (ClNO3), тем самым образуя «резервуары», которые задерживают скорость истощения озонового слоя как хлором, так и оксидами азота (Роуленд и Молина 1976). Они пришли к выводу, что предыдущие оценки разрушения озона были слишком высоки, что побудило некоторых обвинить ученых в панике (Dotto и Шифф 1978: 255).Новое открытие побудило Национальную академию Science отложить выпуск своего итогового отчета на несколько месяцев.

Отчет, отражающий новые данные, сокращает оценку озона истощение вдвое, с 14 процентов в раннем драфте до 7 процентов. Четный Итак, политические рекомендации отчета по отложению регулирующего решения казался ненадежным в свете вывода о том, что продолжающиеся выпуски CFC на уровне 1973 г. может снизить содержание озона в верхних слоях стратосферы на целых 50 процентов (Национальный исследовательский совет, 1976).Позже Роуленд посетовал, что доклад «создал изнурительный прецедент в решающий момент в все дело, когда [он] выступал за отсрочку регулирования »(Brodeur 1986: 80). Промышленность, конечно же, утверждала, что отчет подтвердил свое собственное мнение. должность.

Стоит учесть научную ценность основных аргументы, используемые противниками теории истощения озонового слоя в начале лет, поскольку они сохранялись на протяжении всего противоречия. ₆ Наименее изощренный аргумент был что, поскольку озон сильно меняется в естественных условиях, уменьшение нескольких процентных пунктов в мире не будет катастрофой.В Ошибочность этой логики ясно видна по аналогии с температурой. Пока изменение одного места на десять градусов в любой день не имеет большого значения, снижение в среднем на десять градусов по всему миру было бы катастрофой.

Промышленность также воспользовалась сообщениями о повышении содержания озона в течение Северное полушарие в 1960-х, чтобы подорвать Роуленд-Молина гипотеза. В этом рассуждении есть три проблемы. Первый, многие ученые связывают увеличение содержания озона с запретом на атмосферные испытания ядерного оружия в начале десятилетия.Во-вторых, рост мог бы быть больше без ХФУ в этот период. В третьих, и, что особенно важно, рассуждения отрасли игнорировали тот факт, что эффекты ХФУ задерживаются из-за их длительного срока службы в атмосфере. Этот точка позже стала несущественной, поскольку спутниковые данные показали снижение содержания озона. уровни в 1970-х и 1980-х годах.

Третье заблуждение — это преувеличение «эффекта самовосстановления». В виде озон разрушается в верхних слоях атмосферы, проникает больше ультрафиолета нижняя атмосфера, где он поглощается молекулами двухатомного кислорода чтобы сделать больше озона.Но каждая молекула озона разрушается в верхняя стратосфера не соответствует новой, расположенной ниже. Кроме, компьютерные модели уже включали процесс самовосстановления, вот почему они предсказали гораздо большее истощение на полюсах: эффект самовосстановления спадает с увеличением интенсивности ультрафиолетового излучения уменьшается с широтой. Более того, даже при достаточной замене озон, не было бы никаких гарантий, что он поднимется до именно те места, где слой был ослаблен.Более того, перераспределение озона изменит температуру стратосферы, возможно ускоряя резкие изменения климата. С открытием в 1975 г. ХФУ — чрезвычайно мощные парниковые газы, связующее звено между озоном истощение и изменение климата становились все более заметными (Раманатан 1975).

Несмотря на нерешительность академии в ее отчете за 1976 г., Рассел Петерсон, председатель Совета при президенте по качеству окружающей среды заявил, что «мы не можем позволить себе давать химикатам такую же конституционную права, которыми мы пользуемся по закону; химические вещества не безобидны, пока виновность доказана »(Brodeur 1986: 74).Учитывая, что он был Du Pont химик более двадцати лет, его просьба к федеральным агентствам разработать планы по регулированию ХФУ были замечательными. Голос Петерсона был добавлен к новый дискурс экологической политики, основанный на том, что стало известный как «принцип предосторожности», то есть перед лицом научной неопределенности, регулирующие органы должны действовать, чтобы предотвратить вред, а не подождите, пока не произойдет повреждение (Боданский, 1991).

В своих поправках к Закону о чистом воздухе 1977 года Конгресс призвал администратору EPA регулировать любое вещество, «которое, по его мнению, можно разумно ожидать, что это повлияет на стратосферу «, тем самым санкционирование превентивных действий на основе лучших научных знаний имеется в наличии.₇ Факт что эмпирические доказательства разрушения озона не должны предшествовать нормативным действия позже стали важным фактором в формулировании позиции США во время международных переговоров.

Закон 1977 г. также требовал, чтобы Соединенные Штаты пытались убедить другие страны принять правила, отражающие его собственные. Только Канада, Швеция и Норвегия, все из которых находились под сильным влиянием Отчет академии 1976 г., последовавший примеру США по внедрению аэрозоля. запрет (Stoel 1983: 59).Несмотря на давление со стороны США, Европейская экономическая Сообщество (ЕС) отказалось принять запрет на использование аэрозолей. Британцы и Французы были самыми стойкими и оставались таковыми во время более поздних переговоров. (Jachtenfuchs 1990). Отсутствие успеха за рубежом было одной из причин того, что Предлагаемое EPA сокращение неаэрозольного использования ХФУ никогда не выходило за рамки уведомление в Федеральном реестре. Включены другие факторы отсутствие легкодоступных заменителей и снижение общественного интереса после запрета на использование аэрозолей.

Несмотря на протесты промышленности по поводу отсутствия заменителей, на следующий день после объявления о прекращении использования аэрозолей Роберт Абпланалп, изобретатель оригинального клапана аэрозольного распылителя и громкого критика Гипотеза Роуленда-Молина, представила новое топливо для замены ХФУ (Роан 1989: 85). Заменители углеводородов использовались в США. Штаты после 1978 г., но не были приняты за границу в больших масштабах до после вступления в силу Монреальского протокола.

События, приведшие к запрету на использование аэрозолей, установили модель, которая продолжалась на протяжении всего спора об озоне: промышленность поставила под сомнение науку и утверждал, что замены опасным химическим веществам не существует, но как только правила вступили в силу, запасные части быстро пришли в рынок.Таким образом, доступность заменителей, как правило, была более высокой. зависит от доминирующего политического дискурса, переведенного на рынок сигналов, чем по каким-либо научным или техническим факторам.

Хотя споры о ХФУ и озоне отошли на второй план политически в конце 1970-х — начале 1980-х годов он продолжал получить значительное научное внимание. Состояние знаний параллельно эволюции компьютеризированных моделей атмосферы. Более 192 химические реакции и 48 фотохимических процессов участвуют в озоне истощение, вызванное ХФУ, но ни одна из моделей не отражает их всех (Brasseur 1987: 7).Первые модели середины 1970-х годов были одномерными, усреднение локальных эффектов одного возмущения для получения однородного глобальная картина (Национальный исследовательский совет 1976: 32331). Позже в десятилетия были разработаны двухмерные модели с учетом широтные распределения. Эти модели предсказывали большие потери озона. в верхних слоях стратосферы, обращая внимание на возможность резкое изменение климата, связанное с истощением озонового слоя. Большинство моделей с конца 1970-х годов используются двухмерные модели.Трехмерный модели, разработанные в начале 1980-х, учитывали ветровую турбулентность и разделил землю на сетки. Хотя они динамически больше точные трехмерные модели дороги в эксплуатации, а их химия несколько упрощена, что исключает повсеместное использование их (интервью с Робертом Ватсоном). Модели становились все более изысканными, и их результаты имели тенденцию сходиться; расхождения в их прогнозах были чаще из-за новых данных, а не из-за различий между моделями.

Улучшились не только модели, но и скорость реакции. исправлено. В 1977 году два исследователя обнаружили, что оксиды азота и гидроксиды реагировали бы в сорок раз быстрее, чем ранее верили (свидетельство доктора Роуленда; Сенат США 1987b: 56). Это означало, что азот будет инактивироваться быстрее, тем самым уменьшение количества доступного для образования резервуаров нитрата хлора. Таким образом, озон мог истощиться намного быстрее, чем Роуленд и Молина. или Национальная академия наук предсказала в 1976 году.

В отчете NAS 1979 г. мрачная картина, прогнозирующая истощение запасов на 16,5% к концу следующий век. Он также включал гораздо больше информации о климате. изменения и возможность увеличения рака кожи, нарушение водная трофическая сеть и повреждение урожая. Отчет завершился с чувством срочность, заявив, что ХФУ должны регулироваться за пределами запрета на использование аэрозолей уже существует (Национальный исследовательский совет, 1979 г.).

В том же году Министерство окружающей среды Великобритании выпустило гораздо более двусмысленное исследование (У.К. Департамент окружающей среды 1979 г.). Подтверждая оценку истощения запасов на 16 процентов, этот отчет колеблется, подчеркивая, что теория истощения озонового слоя все еще просто гипотеза. В заключение он призвал к дополнительным исследованиям, прежде чем принимать действие. (Один из британских ученых позже признал, что США отчет, вероятно, был более точным, потому что в нем использовались лучшие модели [Роан 1989: 99].) Неудивительно, что промышленность по обе стороны Атлантики подчеркнул несоответствие между исследованиями и одобрил последний призыв к дальнейшим исследованиям (Brodeur 1986: 76).

Промышленность также подчеркнула, что потери озона еще не измерялись. Du Pont ответил на исследования 1979 года, указав, что озон отсутствует. истощение когда-либо обнаруживалось, и что цифры истощения были просто компьютерные прогнозы, основанные на серии неопределенных предположений. А вокальное меньшинство ученых, в том числе Роуленд и Молина, выступило против что проверка предсказаний будущих событий по своей сути невозможна. Они утверждали, что, используя логику принципа предосторожности, однажды истощение может быть подтверждено эмпирически, было бы слишком поздно обратить вспять повреждение.Более того, большинство ученых считали, что подтверждение гипотеза истощения озона не требует определения фактических потерь озона; обнаружение радикалов хлора (хлор и оксид хлора) было бы достаточный.

Измерение изменений содержания озона в частях на триллион, представленное множество проблем. Несколько наземных инструментов мониторинга, называемых Станции Добсона действовали с 1920-х годов, и многие другие были добавлены. после Международного геофизического года в 1957 году. Однако их данные считался ненадежным: станции не были хорошо откалиброваны одним другой, и они не распределены однородно, их всего несколько станций в Южном полушарии и почти ни одной в тропики.До Монреальского протокола около трети станции не отчитывались регулярно в Мировом центре данных по озону в Торонто (UNEP / WG.69 / 3: 5). Станции также были уязвимы для помехи от аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу вулканическими высыпания. Кроме того, потери озона, вызванные ХФУ, не могли быть различимы. от естественных колебаний, особенно связанных с одиннадцатилетний солнечный цикл. (По мере уменьшения активности солнечных пятен, меньше ультрафиолета испускается радиация, что приводит к падению содержания озона.) Наконец, пока Станции Добсона измерили общий объем озонового столба над головой, они не могли расшифровать изменения в распределении. Вертикальные профили измеряются с помощью косвенного наземного метода Умкера, который выводит уровни из дифференциальное поглощение света под разными углами и воздушным шаром озоновые приборы, которые проводят измерения на разных высотах. Первый метод очень неточен, потому что он подвержен сбоям из-за аэрозольные частицы; последний более точный, но очень дорогой (интервью с Ниен Дак Сзе).

До недавнего времени измерения озона также собирались общим озоновый картографический спектрометр (TOMS) на спутнике Nimbus 7, запущенном в 1978 год на замену Nimbus 4. Спутниковые данные имеют то преимущество, что они способен различать уровни озона на разных высотах. Потому что компьютер все модели предсказывали, что верхние слои стратосферы будут затронуты больше всего. кардинально это важно. Но система спутникового мониторинга также уязвимы для путаницы, вызванной аэрозолями, такими как вулканическая пыль, и его инструменты изнашивались с возрастом (Brasseur 1987: 39).

Следовательно, те, кто искал эмпирических доказательств по обе стороны Споры были расстроены самими данными. В 1981 году Дональд Хит из Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, главный аналитик спутниковые данные, сравнил данные с двух спутников и полагал, что он обнаружили уменьшение общего содержания озона на 1 процент в течение 1970-х годов. Это открытие, первое свидетельство глобального истощения озонового слоя, совпадающее с прогнозами компьютерных моделей. Однако статья Хита была отклонена редакцией журнала. Наука из-за вопросов о точности сравнения данных из два разных спутника.В том же году CMA опубликовал краткое изложение данные наземной сети Добсона. Их анализ показал, что уровни озона фактически повысились в течение 1970-х годов. И все же национальная Исследование Управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) показало, что озон превышает Северная Америка сократилась на 1 процент с 1961 по 1980 год (Brodeur 1986: 78). К середине 1980-х годов был достигнут консенсус, что уровни озона оставался практически стабильным в течение 1970-х годов (Science Impact 1987).

Пока ученые оспаривали данные, небольшой дипломатический прогресс сделан.Совет министров ЕС проголосовал в марте 1980 года за всех членов. заморозить свои производственные мощности и снизить потребление ХФУ в аэрозолях не менее чем на 30% по сравнению с уровнями 1976 г. Сообщества 1980 г.). На международной встрече в Осло следующие в месяц делегаты из всех основных стран-производителей ХФУ согласились сократить выбросы от неаэрозольных применений добровольно. Делегаты из EPA пошло еще дальше, предложив заморозить годовое производство ХФУ в США на уровне 1979 года.

Однако изменения в политической среде повлекли за собой дальнейшее регулирование. в США маловероятно. В последние дни Картера администрации, EPA выполнило свое обещание и опубликовало предварительный Уведомление о предлагаемом нормотворчестве в Федеральном реестре с изложением планов для будущее регулирование ХФУ (EPA 1980). В ответ на это объявление коалиция из пятисот потребителей и производителей ХФУ сформировала Альянс за Ответственная политика CFC, гарантирующая, что правительство не регулирует «на основе недоказанной и непроверенной теории» (Alliance for a Responsible CFC Политика 1987: I-1).Альянс немедленно организовал интенсивный лоббирование против предложения EPA. Тогда обещание «регулятивное облегчение» при администрации Рейгана сделало сомнительно, что нормотворчество последует. Энн Горсуч Берфорд, Агентство по охране окружающей среды новый администратор, дала понять, что она не принимает угрозы стратосферный озон серьезно (Сенат США 1981).

Видя, что дальнейшее регулирование маловероятно, Du Pont прекратил исследования соединений-заменителей ХФУ.В следующие шесть лет согласно публикации Роуленда-Молины, Du Pont потратил более 15 миллионов долларов на разработать коммерчески приемлемые альтернативы. Только несколько соединений выдержали испытания, и никаких долгосрочных токсикологических исследований не проводилось. 1980 (Du Pont 1980). ₈ Ясно, что так называемые основные ХФУ не будут заменены так легко или просто. так же дешево, как и аэрозоли. Объясняя отстранение Дюпона своей исследовательской программы Джо Стид, менеджер по охране окружающей среды фреонового подразделения, отметили: «Не было никакого научного или экономического обоснования продолжить.Как вы обмениваете возможный [экологический] риск на [деловой] риск реален? »(Washington Post 1988b).

В 1981 г. недавно опубликованное международное исследование тенденций в области озона не обнаружило явное свидетельство фактической потери озона, но предсказал, что озон будет истощены от 5 до 9 процентов ко второй половине двадцать первого века (WMO 1982). Новые цифры основаны на очищенных химических веществах. скорости реакции и более точные данные о взаимодействии ХФУ, углерода диоксид, оксиды азота и метан.НАСА / ВМО анализ также нарисовал более зловещую картину биологических и медицинских эффекты, чем в прошлых отчетах. Год спустя Национальная академия Science опубликовала свой третий отчет, во многом перекликающийся с докладами НАСА / ВМО. анализ. Несмотря на мрачный прогноз, газеты оптимистично заявил, что опасность не так велика, как считалось ранее. Но эта радужная картина имела смысл только в отличие от прогноза 1979 года. истощения на 16,5%.

Четвертый отчет академии 1984 года, казалось, предлагает еще более веские основания. для самоуспокоенности.Снижение оценок возможной потери озона до 2-4 процентов, исследование опиралось на сомнительные экономические данные и некоторые новые химические соображения. Игнорирование того факта, что производство ХФУ было уже растет по мере того, как мир оправляется от рецессии, отчет предполагается, что выпуск ХФУ останется стабильным. Метан, увеличиваясь на 1 процентов в год также замедлило бы истощение озонового слоя. Увеличение концентрации углекислого газа и закиси азота могут также противодействовать некоторые из негативных эффектов ХФУ (Национальный исследовательский совет, 1984).

Однако, хотя общие потери озона должны были быть низкими, отчет обоснованные ранее прогнозы о том, что вертикальное распределение озона был бы очень возмущен. По словам Роуленда, это важно. потому что «рассмотрение общих потерь озона сводит к минимуму важность проблема. Еще никому не удалось разработать сценарий, в котором увеличение содержания ХФУ не снижает озона в верхних слоях стратосферы »(цитируется в Роан 1989: 111).

Кроме того, хотя на первый взгляд обнадеживает истощение озонового слоя, отчет содержал некоторые тревожные новости об изменении климата, утверждая, что что концентрация ХФУ в атмосфере росла в десять раз быстрее как углекислый газ, главный парниковый газ.Эта информация была тревожный; считалось, что каждая молекула CFC вносит такой же вклад в потепление парниковых газов в виде пятнадцати тысяч молекул углекислого газа (Роуленд 1987). В сочетании с другими следовыми газами, в первую очередь с метаном и азотом. оксида, ХФУ могут внести такой же вклад в глобальное потепление, как и углекислый газ. было бы. Более того, разрушение озона из-за ХФУ смягчается в первую очередь за счет повышение уровня метана, что также увеличивает риск глобального потепления. Таким образом, отчет NAS 1984 г. продемонстрировал неразделимость озона и проблемы климата, хотя это не было посланием, которое дошло до политиков и общественность (Thomas 1986; Science 1984).

В таблице 3.2 приведены оценки общего разрушения озона, рассчитанные в каждый из отчетов NAS.

Интерес среди экологических групп был практически мертв. С небольшим поддержка со стороны его коллег из Совета по защите природных ресурсов (NRDC) и практически отсутствие видимой озабоченности среди прочего экологических организаций, Алан Миллер решил подать в суд на EPA за пренебрегая соблюдением правил Фазы 2. Он был особенно обеспокоены тем фактом, что выпуск ХФУ увеличивался по мере того, как глобальный рецессия утихла (интервью с Аланом Миллером).Энн Горсуч Берфорд имела ушел в отставку с поста главы EPA на фоне шквала споров в марте 1983 г., обеспечив возможность для небольшой группы сотрудников Агентства по охране окружающей среды (EPA) (интервью с Джеймс Лоузи и Стивен Зайдель). После передачи Уильяму Рукельшаузу приходящий администратор EPA, льготный период на его новом посту, Миллер подал его костюм в середине 1984 года. Агентство убедило Миллера, что иск принуждение США к односторонним действиям может подорвать чувствительные международные переговоры уже ведутся.Миллер согласился отложить подходить. Но когда стало ясно, что международные меры регулирования вряд ли будут приняты на дипломатической конференции, запланированной на В марте 1985 года в Вене он подал иск.

В EPA произошли две вещи, которые повлияли на международные переговоры. Ruckelshaus разрешил давний спор между двумя офисами EPA путем передачи власти над стратосферными загрязнение от Управления токсичных веществ, где оно было с тех пор середина семидесятых — в Управление по воздуху и радиации.Токсичный Управление веществ поддержало позицию Берфорда о том, что международный регулирование ХФУ было преждевременным, в то время как чиновники Управления авиации рассматривал ХФУ как часть проблемы парниковых газов и поддерживал международные контроль (интервью с Джеймсом Лоузи). Конфликт между двумя офисы были решены переключением, с новым объединенным офисом поддержка Управления по международной деятельности Агентства по охране окружающей среды, которое считает, что Соединенные Штаты должны по крайней мере поддержать всемирный запрет на использование аэрозолей.Несмотря на некоторые возражения со стороны союзников Берфорда в Государственном департаменте, EPA удалось превратить свой план в формальную политику США.

Другим важным событием стало назначение Ли Томаса администратором Агентства по охране окружающей среды в январе 1985 года. Томас, глава очень заметный закон агентства о суперфонде / сохранении и восстановлении ресурсов программ под Ruckelshaus, был выбран для работы его предшественник. Первоначально наблюдатели сомневались, что юрист может оперировать эффективно в таком сильно законническом положении.Другие ставили под сомнение способность профессионального бюрократа использовать политический рычаг в администрация, идеологические установки которой противоречат экологическим регулирование (Экологический форум 1985: 2326). Но Томас с образование в области психологии, также был известен своим менеджментом навыки и его способность хорошо работать с политиками. Вскоре после предположения на своей новой должности Томас был проинформирован по проблеме озона учеными из НАСА и NOAA. По его словам, «я просто сделал черно-белый снимок, когда видел данные.Я знал, что нам нужно исключить [CFC] из процесса. Это не кажется, что даже небольшая часть из них будет в безопасности »(интервью с Ли Томасом).

Дорога к Венской конвенции

Поскольку наука, казалось, смягчилась, международные встречи подготовка к договору по озону помогла удержать внимание ученых на выпуск (интервью с Робертом Ватсоном и Иваром Исаксеном). Объединенный Программа ООН по окружающей среде, отвечая на заявление, подготовленное Всемирная метеорологическая организация (1976: 59) созвала встречу ученые в 1977 году разработали Всемирный план действий по озоновому слою. (ЮНЕП 1978: 190).Несмотря на свое грандиозное название, план просто предусматривал исследования истощения озонового слоя и его последствий и выявили различные ООН организации в качестве ведущих агентств для конкретных исследовательских усилий. Основной международные организации, работающие с ЮНЕП над Всемирным планом действий были Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Всемирная организация здравоохранения Организация (ВОЗ). Координационный комитет по озоновому слою (CCOL) был создан для периодической научной оценки проблемы (UNEP / WG.7/25 / Rev.1). По словам метеоролога Р.С. Михаила, заместитель директора Отдела экологической оценки ЮНЕП, который был наблюдая за деятельностью по озоновому слою, ЮНЕП не намеревалась добиваться регулирование озоноразрушающих веществ. Скорее, он видел свою роль как содействие достижению международного научного консенсуса (Стул, Миллер и Милрой 1980: 276).

Роль ЮНЕП в качестве научного координатора в то время была неожиданной для его штат был небольшим, географически изолированным и не узкоспециализированным. в соответствующих науках.Более того, его работа до этого момента была в первую очередь в развивающихся странах, тогда как озон проблема была сосредоточена в развитом мире, как экономически, так и научно. Фактически, некоторые наблюдатели видели, что Организация экономического сотрудничества Сотрудничество и развитие (ОЭСР) как логичный кандидат на международное лидерство, поскольку все основные производители ХФУ входили в ОЭСР члены (Stoel 1983).

В 1982 году по запросу нескольких скандинавских стран ЮНЕП созвал первое заседание Специальной рабочей группы по правовым и Технические эксперты для переговоров по рамочной конвенции по стратосфере истощение озонового слоя.Секретариат ЮНЕП подготовил документ для рабочего группы в ноябре 1982 г., в которой были изложены альтернативные структуры для протоколы или приложения к проекту конвенции (UNEP / WG.78 / 3). Бумага изучили пятнадцать различных конвенций и протоколов из своих региональных морская программа. Следуя этим примерам, группа согласилась составить «рамочная конвенция» будет дополнена протоколами и приложениями требуя конкретных мер контроля.

Переговоры стали поляризованными, когда Финляндия и Швеция представили проект протокола, известного как Скандинавское приложение, призывающий к запрету аэрозолей и ограничения на другое использование ХФУ.ЕС, Япония и Советский Союз категорически против этого предложения, утверждая, что наука не требует такие меры. ₉ Европейцы утверждали, что сокращение аэрозолей и ограничение производства достаточный. Соединенные Штаты также отказались поддержать Северное приложение, аргументируя процессуальные основания, что положения о конкретных мерах контроля не должно предшествовать рамочной конвенции. Американские сторонники Nordic Annex утверждал, что общее возражение США против него привело к сообщение о том, что U.Запрет на использование аэрозолей S. был ошибкой. В конце концов, с После отставки Берфорда Соединенные Штаты присоединились к Северной Европе и Канаде. то, что стало известно как Toronto Group после первого встреча в этом городе. Австралия, Австрия и Швейцария были сочувствует позиции Toronto Group (Sand 1985: 42).

В период с 1982 по 1985 год рабочая группа ЮНЕП собиралась семь раз. казалось, что между пятидесятью участвующими страны. ЕС, подчиняясь пожеланиям Великобритании и Франции, поддержал ограничение производственных мощностей по CFC-11 и -12 и 30% сокращение несущественного использования аэрозолей.Группа Торонто просмотрела это предложение как корыстное; ЕС уже принял 30-процентный аэрозоль сокращение, и его производители работали только на 65 процентов мощность, предложение ЕС не потребует от них изменения своего поведения вообще.

Всего группа из Торонто внесла четыре предложения, любое из которых сокращение выбросов ХФУ больше, чем предлагается ЕС. Но их тоже можно было рассматривать как корыстных, потому что они сосредоточились на сокращении использование аэрозолей. Первые два предложения были запретом или 80-процентным сокращением. о несущественных видах использования и экспорте аэрозолей.Третий вариант — 20 процентное сокращение всех ХФУ в течение четырех лет. Четвертый был 70 процентное сокращение использования аэрозолей, сопровождаемое ограничением производства. В ЕС также утверждал, что предложения Торонтской группы не были учтены учитывать долгосрочный рост «основных» применений ХФУ, убежденность в том, что позже пришли поделиться переговорами из США (интервью с Робертом Ватсоном). Ни одна из сторон не желала мириться с новыми ограничениями в своей отрасли. (Песок 1985: 22).

Два юридических вопроса препятствовали переговорам: порядок урегулирования межгосударственные споры и статус голосования в ИК.После мира 1984 года Вердикт суда против США за минирование гаваней Никарагуа, Соединенные Штаты изменили свою позицию в поддержку обязательного направления к специалистам. Международный Суд и вместо этого настаивал на клаузуле разрешение на посредничество третьей стороны (статья 11, Вена Соглашение). По второму вопросу, ЕС и другие региональные экономические интеграционным организациям будет разрешено голосовать от имени своих указывает, предпочли ли эти государства не голосовать (статья 15).

В итоге рамочная конвенция была принята в марте 1985 г. без любые меры контроля.Несмотря на отсутствие контроля над ХФУ, ЮНЕП официальные лица с гордостью провозгласили Венскую конвенцию первым правовой инструмент защиты глобальной атмосферы. Мостафа Толба, ЮНЕП исполнительный директор, назвал это признаком «политической зрелости» в что он имел дело с «отдаленной угрозой», прямо признавая «межпоколенческая ответственность» (Sand 1985: 20).

Венская конвенция, как и другие договоры, заключенные в рамках ЮНЕП auspices, старается избежать вывода о том, что экологическая норма он стремится установить, каким-либо образом нарушает принцип государственного суверенитет.Во втором предложении преамбулы цитируется принцип 21 Декларация 1972 года Конференции Организации Объединенных Наций по правам человека Окружающая среда, которая предусматривает, что «государства имеют … суверенное право. эксплуатировать свои собственные ресурсы в соответствии с их собственными экологическими политики, а также ответственность за обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикция или контроль не наносят ущерба окружающей среде других состояния.»

Помимо установления общей ответственности государств за защищать озоновый слой, Венская конвенция призывает к различным формам научно-техническое сотрудничество между его сторонами.Несмотря на расплывчатость некоторых из этих положений, они имели решающее значение для переговоров Монреальский протокол. Еще в 1982 г. было признано, что первостепенной необходимостью было точное глобальное производство статистические данные по всем потенциальным озоноразрушающим веществам (UNEP / WG.78 / 6: 3). Без надежных производственных данных надежные прогнозы истощения озонового слоя невозможно изготовить, независимо от сложности компьютерных моделей. Западная Европа, США и Япония сообщают свои производственные данные. для CFC-11 и -12 в CMA.Коммунистические страны, однако, этого не делают, и они отказались разглашать их до тех пор, пока не будет подписана Венская конвенция. усыновленный. Во многих странах не существовало законодательства, в соответствии с которым правительство может заставить фирмы предоставлять статистику производства, особенно когда компания может показать, что раскрытие информации нанесет ущерб (UNEP / WG.78 / 6: 5). Кроме того, CMA не собирает данные по CFC-113. или галоны, поэтому эти данные были подвержены большей неопределенности. Главный вклад Венской конвенции состоял в том, что она побудила собрание и раскрытие важной экономической и технической информации.Чтобы чтобы обеспечить некоторую степень коммерческой и национальной тайны, конвенция содержит меры безопасности, такие как агрегирование данных.

Конвенция также призывает к научному сотрудничеству в развитии компьютерные модели, мониторинг стратосферы и разработка альтернатив к ХФУ. Самые непосредственные ощутимые результаты этих положений были прилагать больше усилий для обеспечения постоянной калибровки инструментов.

Самое главное, что Венская конвенция устанавливает норму, как в с точки зрения государственного поведения и самой среды.Он требует, чтобы государства имеют общее обязательство воздерживаться от действий, которые может изменить озоновый слой. Никаких изменений в озоновом слое нет. приемлемо; экологическая норма — немодифицированный озоновый слой, а Международная норма — это поведение, которое поддерживает эту экологическую норму. Эти нормы по сути являются выражением мер предосторожности. принцип; таким образом, хотя меры контроля ХФУ не были согласованы, Венский Конвенция важна в том смысле, что она узаконивает нормативный дискурс.Эмпирические доказательства истощения озонового слоя не требовались, прежде чем государства должны изменять поведение производителей ХФУ в пределах их границ. Скорее вероятность того, что определенные действия могут нанести вред озону, должна быть Достаточно, хотя ответы государств остались чисто добровольными. С эту вероятность можно узнать только с помощью научных моделей, политики должны смотреть на ученых. Консенсусное научное знание становится прародителем государственного поведения. Но перед лицом научных неопределенность, даже действия, которые могут только разрушить озоновый слой неприемлемы по стандартам Венской конвенции.В отсутствии согласованное знание, принцип предосторожности должен руководить политикой.

Все участники, с которыми я беседовал, согласны с тем, что значение Венской конвенции состояло в том, что она представляла собой первую глобальный консенсус в отношении того, что проблема действительно существует. Они также считают, что отказ принять положения о контроле в Вене был случайным, поскольку любой протокол, принятый в то время, не был бы таким исчерпывающим, как Монреальский протокол, который был принят только два года спустя.

Примечание 1: Для более подробной истории CFC и охлаждение, см. Linden and Didion 1987 и Cowan 1964. Back.

Примечание 2: Du Pont разработала стенографию обозначение для CFC. Цифра справа — это количество фтора. атомы; вторая цифра справа — количество атомов водорода плюс один; третья цифра справа — количество атомов углерода минус один. CFCl3, содержащий один атом фтора, ноль атомов водорода, и один атом углерода становится CFC-011, а затем CFC-11 и CF2Cl2, что имеет два атома фтора, нет атомов водорода и один атом углерода, становится CFC-012, а затем CFC-12 (интервью с Джозефом П.Глас). Назад.

Примечание 3: Для целей таблицы 3.1, коммунистические страны включают Советский Союз, страны Востока Европа, Китай и другие коммунистические азиатские страны. Большинство из них только начали предоставлять свои производственные данные в 1986 году во время серии семинары, спонсируемые ЮНЕП и Агентством по охране окружающей среды. Назад.

Примечание 4: В важном смысле политика подтолкнули науку к этому вопросу, определив основные области исследовать. Хотя изменение климата воспринималось как отдаленная угроза, кожа рак из-за истощения озонового слоя был воспринят общественностью как немедленная, прямая и универсальная опасность (см. Ohi 1985).Назад.

Примечание 5: Общественная реакция была столь бурной в США, что Конгресс получил больше писем по этому вопросу, чем по любому другие со времен войны во Вьетнаме (Brodeur 1986: 71). Назад.

Примечание 6: Эти аргументы рассматриваются в Дотто и Шифф (1978: 20814). Назад.

Примечание 7: Краткое изложение EPA регулирующий орган в соответствии с Законом о чистом воздухе, см. «Защита Стратосферный озон: предлагаемое правило »(1987b). Назад.

Примечание 8: Из всех производителей Du Pont имел единственная крупная программа исследований заменителей ХФУ.Назад.

Примечание 9: Те страны, которые уже имели законодательные нормы США, Канады, Швеции и Нидерландов высокий уровень экологической сознательности. Самые сильные противники Контроль над ХФУ, включая Великобританию, Францию и Японию, отставал от такие проблемы, как токсичные вещества, этилированный бензин и распространение ядерного оружия (Стул 1983: 6869). Таким образом, национальная политика в области ХФУ может рассматриваться как отражающая сила экологического дискурса в каждой стране. Назад.

Озоновые дискурсы

Глобальное истощение озонового слоя и увеличение УФ-излучения, вызванное доиндустриальными извержениями тропических вулканов

фон Гласов Р., Бобровски Н. и Керн К. Влияние извержений вулканов на химический состав атмосферы. Chem. Геол. 263 , 131–142 (2009).

ADS Статья Google Scholar

Bobrowski, N. et al. . Химия реактивных галогенов в вулканических шлейфах. Дж . Геофиз . Рез. . Атмос . 112 (2007).

Соломон, С. Истощение стратосферного озона: обзор концепций и истории. Rev. Geophys. 37 , 275 (1999).

ADS CAS Статья Google Scholar

Робок А. Извержения вулканов и климат. Rev. Geophys. 38 , 191–219 (2000).

ADS CAS Статья Google Scholar

Тиммрек, К. Моделирование климатических эффектов крупных взрывных извержений вулканов. Wiley междисциплинарный. Преподобный Клим. Чанг. 3 , 545–564 (2012).

Артикул Google Scholar

Timmreck, C., Graf, H. -F. F. & Steil, B. Взаимодействие химического состава аэрозолей после Mt. Извержение Пинатубо. Вулканизм и атмосфера Земли 139 , 213–225 (Американский геофизический союз (AGU), 2003).

Салавич Р. Дж. Чувствительность озона к брому в нижних слоях стратосферы. Geophys. Res. Lett. 32 , L05811 (2005).

ADS Статья Google Scholar

Синнхубер, Б.-М., Шеод, Н., Синнхубер, М., Чипперфилд, М. П. и Фенг, В. Вклад антропогенных выбросов брома в прошлые тенденции стратосферного озона: исследование с помощью моделирования. Атмос. Chem. Phys. 9 , 2863–2871 (2009).

ADS CAS Статья Google Scholar

Блэк, Б.А., Ламарк, Дж. Ф., Шилдс, К. А., Элкинс-Тантон, Л. Т. и Киль, Дж. Т. Кислотные дожди и истощение озонового слоя в результате импульсного магматизма сибирских ловушек. Геология 42 , 67–70 (2014).

ADS CAS Статья Google Scholar

10.

Каду А., Скайлет Б., Бекки С., Оппенгеймер К. и Друитт Т. Х. Разрушение стратосферного озона в результате минойского извержения бронзового века (вулкан Санторини, Греция). Sci. Отчетность 5 , 12243 (2015).

ADS CAS Статья Google Scholar

11.

Клобас, Дж. Э., Уилмут, Д. М., Вайзенштейн, Д. К., Андерсон, Дж. Г. и Салавич, Р. Дж. Истощение озонового слоя в результате будущих извержений вулканов. Geophys. Res. Lett. 44 , 7490–7499 (2017).

ADS Статья Google Scholar

12.

Крюгер, К., Куттерольф, С. и Ханстин, Т. Х. Высвобождение галогенов в результате плинианских извержений и истощение стратосферного озона. in Volcanism and Global Environment Change (eds Schmidt, A., Fristad, K. E. & Elkins-Tanton, L. T.) 244–259 (Cambridge University Press), https://doi.org/10.1007/9781107415683.017 (2015).

13.

Kutterolf, S. et al. . Комбинированное выделение брома и хлора в результате крупных взрывных извержений вулканов: угроза стратосферному озону? Геология 41 , 707–710 (2013).

ADS CAS Статья Google Scholar

14.

Метцнер, Д. и др. . Радиационное воздействие и воздействие на климат в результате инъекций SO2 на основании 200000-летнего опыта плинианских извержений вдоль Центральноамериканской вулканической дуги. Внутр. J. Earth Sci. 103 , 2063–2079 (2014).

CAS Статья Google Scholar

15.

Kutterolf, S. et al . Выбросы брома и хлора в результате плинианских извержений вдоль вулканической дуги Центральной Америки: от источника к атмосфере. Планета Земля. Sci. Lett. 429 , 234–246 (2015).

ADS CAS Статья Google Scholar

16.

Платт У. и Бобровски Н. Количественная оценка вулканических выбросов реактивных галогенов. в Volcanism and Global Environment Change (eds Schmidt, A., Fristad, KE & Elkins-Tanton, LT) 115–132 (Cambridge University Press), https://doi.org/10.1017/CBO9781107415683.011 (2015) .

17.

Текстор К., Граф Х.-Ф., Тиммрек К. и Робок А. Выбросы вулканов. Эмисс . Атмос . trace Compd , 269–303, https: // doi.org / 10.1007 / 978-1-4020-2167-1_7 (2004).

Google Scholar

18.

Столярски Р. С. и Цицероне Р. Дж. Стратосферный хлор: возможный сток для озона. Банка. J. Chem. 52 , 1610–1615 (1974).

CAS Статья Google Scholar

19.

Столярски Р.С. и Батлер Д.М. Возможные эффекты вулканических извержений на химический состав второстепенных компонентов стратосферы. Pure Appl. Geophys. PAGEOPH 117 , 486–497 (1978).

ADS Статья Google Scholar

20.

Варекамп, Дж. К., Лур, Дж. Ф. и Престегаард, К. Л. Извержения вулкана Эль-Чичон в 1982 г. (Чьяпас, Мексика): характер извержений, отложения пеплопадов и газовая фаза. J. Volcanol. Геотерм. Res. 23 , 39–68 (1984).

ADS CAS Статья Google Scholar

21.

Вестрих, Х. Р. и Герлах, Т. М. Магматический источник газа для стратосферного облака SO2 от извержения горы Пинатубо 15 июня 1991 года. Геология 20 , 867 (1992).

ADS CAS Статья Google Scholar

22.

Герлах, Т. М., Вестрих, Х. Р. и Саймондс, Р. Б. Пары до извержения в магме климатического извержения горы Пинатубо: источник гигантского стратосферного облака двуокиси серы. В FIRE и MUD: извержения и лахары горы Пинатубо , Филиппины (1996).

23.

Селф, С., Чжао, Дж. -X., Холасек, Р. Э., Торрес, Р. К. и Кинг, А. Дж. Атмосферное воздействие извержения вулкана Пинатубо в 1991 году. in FIRE and MUD: Eruptions and Lahars of Mount Pinatubo, Philippines (eds Newhall, C. G. & Punongbayan, R. S.) (1996).

24.

Манкин В.Г. и Коффи М.Т. Повышенное содержание хлористого водорода в стратосфере в облаке Эль-Чичон. Наука. 226 , 170–172 (1984).

ADS CAS Статья Google Scholar

25.

Вудс, Д. К., Чуан, Р. Л. и Роуз, В. И. Частицы галита, инжектированные в стратосферу в результате извержения Эль-Чичон в 1982 году. Наука. 230 , 170–172 (1985).

ADS CAS Статья Google Scholar

26.

Манкин, В.Г., Коффи, М. Т. и Голдман, А. Наблюдения с воздуха за SO 2, HCl и O 3 в стратосферном шлейфе вулкана Пинатубо в июле 1991 г. Geophys. Res. Lett. 19 , 179–182 (1992).

ADS CAS Статья Google Scholar

27.

Телфорд, П., Брезик, П., Моргенштерн, О. и Пайл, Дж. Переоценка причин изменчивости озонового столба после извержения горы Пинатубо с использованием подталкиваемого CCM. Атмос. Chem. Phys. 9 , 4251–4260 (2009).

ADS CAS Статья Google Scholar

28.

Cadoux, A. et al. . Роль состава расплава в водном флюиде и разделении силикатного расплава брома в магмах. Планета Земля. Sci. Lett. 498 , 450–463 (2018).

ADS CAS Статья Google Scholar

29.

Селф, С. и Кинг, А. Дж. Петрология и выбросы серы и хлора в результате извержения вулкана Гунунг Агунг в 1963 году, Бали, Индонезия. Бык. Volcanol. 58 , 263–285 (1996).

ADS Статья Google Scholar

30.

Тухи М., Крюгер К., Нимайер У. и Тиммрек К. Влияние сезона извержений на глобальную эволюцию аэрозолей и радиационное воздействие тропических извержений вулканов. Атмос.Chem. Phys. 11 , 12351–12367 (2011).

ADS CAS Статья Google Scholar

31.

Тухи, М., Крюгер, К. и Тиммрек, К. Осаждение вулканических сульфатов в Гренландии и Антарктиде: исследование чувствительности моделирования. J. Geophys. Res. Атмос. 118 , 4788–4800 (2013).

ADS CAS Статья Google Scholar

32.

Тухи, М., Крюгер, К., Сигл, М., Стордал, Ф. и Свенсен, Х. Климатические и социальные последствия двойного вулканического события на заре средневековья. Клим. Изменить 136 , 401–412 (2016).

ADS Статья Google Scholar

33.

Tie, X. X. & Brasseur, G. Реакция стратосферного озона на извержения вулканов: чувствительность к атмосферному воздействию хлора. Geophys. Res. Lett. 22 , 3035–3038 (1995).

ADS CAS Статья Google Scholar

34.

Rose, W. I. et al. . Атмосферная химия вулканического облака возрастом 33–34 часа из вулкана Гекла (Исландия): выводы, полученные в результате прямого отбора проб и применения химического моделирования. J. Geophys. Res. Атмос. 111 , D20206 (2006).

ADS Статья Google Scholar

35.

Миллард, Г. А., Мазер, Т. А., Пайл, Д. М., Роуз, В. И. и Торнтон, Б. Выбросы галогенов в результате небольшого извержения вулкана: моделирование пиковых концентраций, дисперсии и вызванной вулканами потери озона в стратосфере. Geophys. Res. Lett. 33 , L19815 (2006).

ADS Статья Google Scholar

36.

Прата, А. Дж., Карн, С. А., Штоль, А., Керкманн, Дж. Перенос на большие расстояния и судьба стратосферного вулканического облака из вулкана Суфриер-Хиллс, Монтсеррат. Атмос. Chem. Phys. 7 , 5093–5103 (2007).

ADS CAS Статья Google Scholar

37.

Theys, N. et al. . Первое спутниковое обнаружение вулканического выброса монооксида брома после извержения Касаточи. Геофиз . Рез. . Lett . 36 (2009).

Артикул Google Scholar

38.

Шёнхардт А., Рихтер А., Тейс Н. и Берроуз Дж. В. П. Наблюдение из космоса вулканического монооксида йода. Атмос. Chem. Phys. 17 , 4857–4870 (2017).

ADS Статья Google Scholar

39.

Карн С.А., Кларисс Л. и Прата А.Дж. Многолетние спутниковые измерения глобальной вулканической дегазации. J. Volcanol. Геотерм. Res. 311 , 99–134 (2016).

ADS CAS Статья Google Scholar

40.

Theys, N. et al. . Первое спутниковое обнаружение вулканического OClO после извержения вулкана Пуйеуэ-Кордон-Калле. Geophys. Res. Lett. 41 , 667–672 (2014).

ADS Статья Google Scholar

41.

Табазаде, А. и Турко, Р. П. Закачка стратосферного хлора в результате извержений вулканов: очистка HCI и последствия для озона. Наука. 260 , 1082–1086 (1993).

ADS CAS Статья Google Scholar

42.

Textor, C. Введение газов в стратосферу в результате взрывных извержений вулканов. J. Geophys. Res. 108 , 4606 (2003).

Артикул Google Scholar

43.

Гутьеррес X., Скьяви Ф. и Кепплер Х. Адсорбция HCl вулканическим пеплом. Планета Земля. Sci. Lett. 438 , 66–74 (2016).

ADS Статья Google Scholar

44.

ВМО. Научная оценка разрушения озона: 2014 . Всемирная метеорологическая организация , Глобальный проект исследования и мониторинга озона — отчет 55 (2014).

45.

Zdanowicz, C. M., Zielinski, G. A. & Germani, M. S. Извержение горы Мазама: подтвержден календарный возраст и оценено атмосферное воздействие. Геология 27 , 621 (1999).

ADS CAS Статья Google Scholar

46.

Mandeville, C. W. et al. . Стабильные изотопы и петрологические свидетельства дегазации открытой системы во время климатических и доклиматических извержений вулкана Mt. Мазама, Кратерное озеро, Орегон. Геохим. Космохим. Acta 73 , 2978–3012 (2009).

ADS CAS Статья Google Scholar

47.

Видаль, К. М. и др. . Извержение Самаласа в 1257 году (Ломбок, Индонезия): крупнейшее высвобождение стратосферного газа в нашу эру. Sci. Отчет 6 , 34868 (2016).

ADS CAS Статья Google Scholar

48.

Дэниэл, Дж. С., Соломон, С., Портманн, Р. В. и Гарсиа, Р. Р. Разрушение стратосферного озона: важность брома по сравнению с хлором. J. Geophys. Res.Атмос. 104 , 23871–23880 (1999).

ADS CAS Статья Google Scholar

49.

ВМО. Научная оценка разрушения озонового слоя: 2018 . Глобальный проект исследования и мониторинга озона — отчет 58 (Женева, Швейцария, 2018).

50.

Tegtmeier, S. et al. . Выбросы бромоформа в океане, взвешенные по их озоноразрушающей способности. Атмос. Chem.Phys. 15 , 13647–13663 (2015).

ADS CAS Статья Google Scholar

51.

Пайл Д. М. Размеры вулканических извержений. В Энциклопедия вулканов (изд. Сигурдссон, Х.) 263–269 (Academic Press, 2013).

52.

Klawonn, M. et al. . Сдерживание эксплозивного вулканизма: субъективный выбор при оценке величины извержения. Бык. Volcanol. 76 , 1–6 (2014).

Google Scholar

53.

Бекки, С. и др. . Роль микрофизических и химических процессов в продлении климатического воздействия извержения Тоба. Geophys. Res. Lett. 23 , 2669–2672 (1996).

ADS CAS Статья Google Scholar

54.

Тухи, М., Крюгер, К., Биттнер, М., Тиммрек, К. и Шмидт, Х. Воздействие вулканического аэрозоля на стратосферный полярный вихрь в северном полушарии: механизмы и чувствительность к вынуждающей структуре. Атмос. Chem. Phys. 14 , 13063–13079 (2014).

ADS Статья Google Scholar

55.

Аквила, В., Оман, Л. Д., Столярски, Р. С., Коларко, П. Р. и Ньюман, П. А. Рассеивание вулканического сульфатного облака в результате извержения, похожего на вулкан Пинатубо. Дж . Геофиз . Рез. . Атмос . 117 (2012).

56.

Aquila, V., Oman, L.Д., Столярски Р., Дуглас А. Р. и Ньюман П. А. Реакция озона и диоксида азота на извержение вулкана Mt. Пинатубо в южных и северных средних широтах. J. Atmos. Sci. 70 , 894–900 (2013).

ADS Статья Google Scholar

57.

Бирлинг Д. Дж., Харфут М., Ломакс Б. и Пайл Дж. А. Стабильность стратосферного озонового слоя во время извержения Сибирских ловушек в конце перми. Philos. Пер. A. Math. Phys. Англ. Sci. 365 , 1843–66 (2007).

ADS CAS Статья Google Scholar

58.

Марш Д. Р. и др. . Изменение климата с 1850 по 2005 гг. Смоделировано в CESM1 (WACCM). J. Clim. 26 , 7372–7391 (2013).

ADS Статья Google Scholar

59.

Dorf, M. et al. .Многолетние наблюдения за стратосферным бромом показывают замедление роста. Geophys. Res. Lett. 33 , 2–5 (2006).

Артикул Google Scholar

60.

Циска, Ф., Квак, Б., Тегтмайер, С., Стеммлер, И. и Крюгер, К. Будущие выбросы морских галогенизированных очень короткоживущих веществ в условиях изменения климата. J. Atmos. Chem. 74 , 245–260 (2017).

CAS Статья Google Scholar

61.

Карпентер, Л. Дж. и др. . Обновленная информация об озоноразрушающих веществах (ОРВ) и других газах, представляющих интерес для Монреальского протокола . Научная оценка разрушения озона: 2014 (2014).

62.

Muthers, S., Arfeuille, F., Raible, C. C. & Rozanov, E. Воздействие вулканических аэрозолей на стратосферный озон и полярный вихрь Северного полушария: разделение радиационного и химического воздействия в различных климатических условиях. Атмос.Chem. Phys. Обсуждать. 15 , 14275–14314 (2015).

Артикул Google Scholar

63.

Биттнер, М., Шмидт, Х., Тиммрек, К. и Сиенц, Ф. Использование большого набора имитационных моделей для оценки динамической реакции стратосферы Северного полушария на тропические извержения вулканов и ее неопределенности. Geophys. Res. Lett. 43 , 9324–9332 (2016).

ADS Статья Google Scholar

64.

Томпсон, Д. У. Дж. И Уоллес, Дж. М. Кольцевые режимы внетропической циркуляции. Часть II: Тенденции. J. Clim. 13 , 1018–1036 (2000).

ADS Статья Google Scholar

65.

Томпсон, Д. У. Дж. Интерпретация недавних изменений климата в южном полушарии. Наука. 296 , 895–899 (2002).

ADS CAS Статья Google Scholar

66.

Стенчиков, Г. и др. . Реакция Arctic Oscillation на извержение горы Пинатубо в 1991 году: эффекты вулканических аэрозолей и истощение озонового слоя. J. Geophys. Res. 107 , 4803 (2002).

Артикул Google Scholar

67.

Биттнер М., Тиммрек К., Шмидт Х., Тухи М. и Крюгер К. Влияние средневолнового взаимодействия потоков на полярный вихрь северного полушария после извержений тропических вулканов. J. Geophys. Res. Атмос. 121 , 5281–5297 (2016).

ADS Статья Google Scholar

68.

Madronich, S. & Flocke, S. Теоретическая оценка биологически эффективного УФ-излучения на поверхности Земли. В Солнечное ультрафиолетовое излучение (ред. Зерефос, С. С. и Байс, А. Ф.) 23–48 (Springer Berlin Heidelberg, 1997).

69.

Toohey, M. et al. . Непропорционально сильное воздействие на климат в результате внетропических взрывных извержений вулканов. Нат. Geosci. 12 , 100–107 (2019).

ADS CAS Статья Google Scholar

70.

Терамура, А. Х. Влияние ультрафиолетового излучения B на рост и урожай сельскохозяйственных культур. Physiol. Растение. 58 , 415–427 (1983).

CAS Статья Google Scholar

71.

Какани, В. Г., Редди, К. Р., Чжао, Д.& Sailaja, K. Реакции полевых культур на ультрафиолетовое излучение B: обзор. Agric. Для. Meteorol. 120 , 191–218 (2003).

ADS Статья Google Scholar

72.

Caldwell, M. M. et al. . Влияние повышенной солнечной ультрафиолетовой радиации на наземные экосистемы. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 46 , 40–52 (1998).

CAS Статья Google Scholar

73.

Бэнкрофт Б. А., Бейкер Н. Дж. И Блаустейн А. Р. Воздействие УФ-В излучения на морские и пресноводные организмы: синтез посредством метаанализа. Ecol. Lett. 10 , 332–345 (2007).

Артикул Google Scholar

74.

Винсент, В. Ф. и Рой, С. Солнечное ультрафиолетовое излучение-B и первичное производство в водной среде: повреждение, защита и восстановление. Environ. Ред. 1 , 1–12 (1993).

CAS Статья Google Scholar

75.

Дэй, Т. А. и Нил, П. Дж. Воздействие УФ-В-излучения на наземных и водных первичных производителей. Annu. Rev. Ecol. Syst. 33 , 371–396 (2002).

Артикул Google Scholar

76.

Хэдер, Д.-П., Воррест, Р. К., Кумар, Х. Д. и Смит, Р. К. Влияние повышенного солнечного ультрафиолетового излучения на водные экосистемы. Ambio 24 , 174–180 (1995).

Google Scholar

77.

Мадронич, С., Маккензи, Р. Л., Бьорн, Л. О. и Колдуэлл, М. М. Изменения биологически активного ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 46 , 5–19 (1998).

CAS Статья Google Scholar

78.

Ломакс, Б.Х. и др. . Стенки спор растений как запись долговременных изменений ультрафиолетового излучения B. Нат. Geosci. 1 , 592–596 (2008).

ADS CAS Статья Google Scholar

79.

Уиллис, К. Дж. и др. . Количественная оценка потока УФ-В во времени с использованием соединений, поглощающих УФ-В, содержащихся в ископаемом спорополленине сосны. New Phytol. 192 , 553–560 (2011).

CAS Статья Google Scholar

80.

МакКоннелл, Дж. Р. и др. . Синхронные извержения вулканов и резкое изменение климата ~ 17,7 тыс. Лет назад, вероятно, связаны с истощением стратосферного озона. Proc . Нац. . Acad . Sci , 201705595, https://doi.org/10.1073/pnas.1705595114 (2017).

ADS CAS Статья Google Scholar

81.

Битц, К. М. и Полвани, Л. М. Реакция антарктического климата на истощение стратосферного озона в климатической модели океана с высоким разрешением. Геофиз . Рез. . Lett . 39 (2012).

82.

Феррейра Д., Маршалл Дж., Битц К. М., Соломон С. и Пламб А. Реакция Антарктического океана и морского льда на истощение озонового слоя: проблема двух временных масштабов. J. Clim. 28 , 1206–1226 (2015).

ADS Статья Google Scholar

83.

Sigl, M. et al. . Сроки и климатические факторы извержений вулканов за последние 2500 лет. Природа 523 , 543–549 (2015).

ADS CAS Статья Google Scholar

84.

Киннисон, Д. Э. и др. . Чувствительность химических индикаторов к метеопараметрам в модели химического транспорта МОЦАРТ-3. Дж . Геофиз . Рез. . Атмос . 112 (2007).

85.

SPARC. Отчет SPARC об оценке химико-климатических моделей . Отчет SPARC № 5, (SPARC Office, 2010).

86.

Фирстейн, Дж. И Натенсон, М. Другой взгляд на расчет объемов выпадающей тефры. Бык. Volcanol. 54 , 156–167 (1992).

ADS Статья Google Scholar

87.

Kutterolf, S., Freundt, A., Pérez, W., Wehrmann, H. & Schmincke, H.-U. Временная последовательность от позднего плейстоцена до голоцена и масштабы взрывоопасных вулканических извержений в западно-центральной части Никарагуа. J. Volcanol. Геотерм. Res. 163 , 55–82 (2007).

ADS CAS Статья Google Scholar

88.

Kutterolf, S. et al . Летопись плинианского дугового вулканизма на шельфе Тихого океана в Центральной Америке: 1. Вдольдуговые корреляции. Геохимия , Геофиз . Геосистемы 9 (2008).

Google Scholar

89.

Куттерольф С., Фройндт А. и Перес В. Сведения о плинианодуговом вулканизме на шельфе Тихого океана в Центральной Америке: 2. Объемы тефры и изверженные массы. Геохимия , Геофиз . Геосистемы 9 (2008).

90.

Kutterolf, S. et al . Тефрохронологические рамки 400 тыс. Лет для Центральной Америки из отложений озера Петен-Ица (Гватемала). Quat. Sci. Ред. 150 , 200–220 (2016).

ADS Статья Google Scholar

91.

SPARC. Оценка свойств стратосферных аэрозолей (ASAP) . Отчет SPARC № 4, (SPARC Office, 2006).

92.

Гуо С., Роуз В. И., Блат, Г. Дж. С. и Уотсон И. М. Частицы в большом вулканическом облаке Пинатубо в июне 1991 года: роль льда. Геохимия, геофизика. Геосистемы 5 , н / д – н / д (2004).

Google Scholar

93.

Скайлет, Б., Лур, Дж.Ф. и Кэрролл, М. Р. Петрологические и вулканологические ограничения выбросов вулканической серы в атмосферу. В серии геофизических монографий 139 , 11–40 (2003).

CAS Google Scholar

94.

Крюгер, А., Кротков, Н. и Карн, С. Эль-Чичон: Генезис мониторинга вулканического диоксида серы из космоса. J. Volcanol. Геотерм. Res. 175 , 408–414 (2008).

ADS CAS Статья Google Scholar

95.

Кэри С. и Сигурдссон Х. Интенсивность плинианских извержений. Бык. Volcanol. 51 , 28–40 (1989).

ADS Статья Google Scholar

Геофизика — Гипотеза об озоне

Мне это интересно, так как это было предшественником глобального потепления. НАСА обнаружило «дыры» в озоновом слое Земли во время полярных зим. Это было «беспрецедентно», поскольку до спутников его невозможно было измерить.Чтобы увеличить свою политическую поддержку, они сделали из этого большое дело, заявив: « Мы все умрем, ». гипербола.

Они отказались от «научного метода», поскольку он не понравился Конгрессу. Они обратились к Аристотелю, что означает «увидеть вещь, придумать историю». И поддержите свою историю пламенными дебатами ». Всем это нравится!

Итак, они обнаружили эти дыры, которые, вероятно, существовали там с незапамятных времен. Что касается землетрясений, вы устанавливаете кучу сейсмометров и обнаруживаете множество землетрясений. Затем вы пытаетесь связать это с историческими записями. Они могли бы покончить с озоновыми дырами. Как они связаны с измерениями УФ-излучения на Земле? Зимой никто не заболевает загаром хуже.

На них оказывалось политическое давление, поэтому они были неразумными. Затем кто-то полетел на самолете и обнаружил более высокие концентрации соединений хлора там, где было меньше всего озона. Для этого мог быть миллион причин, но они решили создать Internet Myth .Это то, что нравится массам, и «Злой капитализм» — хорошая тема. Они сразу же сказали: «Хлор вызывает озоновые дыры». Затем кто-то обнаружил фантастическую химическую реакцию, которая могла бы это сделать, если бы она действительно существовала. Так родился Монреальский протокол.

Этого уже нельзя будет изменить, потому что никто не получит на это финансирование Некоторые храбрые люди из НАСА опубликовали статьи о том, что химическая реакция не может существовать в естественных условиях высоко в стратосфере. Они были уничтожены, а бумаги исчезли . Люди НАСА Венера переехали, чтобы взять на себя управление физикой атмосферы Земли. То же самое.

Каждый может похоронить это, ведь реальный результат больше не имеет значения. Однако это вызвало глобальное потепление и аллергию НАСА на научный метод. Мы до сих пор за это платим. В конце концов, это был фальшивый вопрос. Физика говорит нам, что в условиях сильного холода не происходит никаких химических реакций, включая образование озона. Мы получаем озоновые дыры, когда температурный цикл является нижним, как в 70-90-х годах.Северная озоновая дыра возвращается, больше, чем когда-либо, с нашим новым холодным циклом.

Международный договор по озону остановил изменения ветров Южного полушария | CU Boulder Сегодня

На этой визуализации НАСА показаны концентрации озона с 8 сентября 2019 года в единицах Добсона, стандартной мере для стратосферного озона.

Химические вещества, разрушающие защитный озоновый слой Земли, также вызывают изменения в атмосферной циркуляции Южного полушария.Теперь новое исследование в Nature показывает, что эти изменения приостановлены и, возможно, даже обращаются вспять из-за Монреальского протокола, международного договора, который успешно прекратил использование озоноразрушающих химикатов.

«Это исследование дополняет растущее количество свидетельств, свидетельствующих о высокой эффективности Монреальского протокола. Соглашение не только стимулировало исцеление озонового слоя, но и привело к недавним изменениям в схемах циркуляции воздуха в Южном полушарии », — сказала ведущий автор Антара Банерджи, приглашенный научный сотрудник CIRES в CU Boulder, которая работает в отделе химических наук NOAA.Она начала эту работу в качестве постдокторанта в Колумбийском университете.

Озоновая дыра, открытая в 1985 году, образуется каждую весну в атмосфере высоко над Антарктидой. Разрушение озона охлаждает воздух, усиливая ветры полярного вихря и воздействуя на ветры вплоть до самого нижнего слоя атмосферы Земли. В конечном итоге истощение озонового слоя сместило струйное течение в средних широтах и засушливые районы на краю тропиков к Южному полюсу.

Предыдущие исследования связали эти тенденции циркуляции с изменениями погоды в Южном полушарии, особенно с осадками над Южной Америкой, Восточной Африкой и Австралией, а также с изменениями океанских течений и солености.

На этом панорамном снимке от 14 февраля 2014 г. показаны части Чили и Аргентины с Международной космической станции. Здесь показаны Огненная Земля и мыс Горн с Атлантическим океаном на переднем плане и Тихим океаном в верхней части изображения. (Фото предоставлено НАСА)

Монреальский протокол 1987 года прекратил производство озоноразрушающих веществ, таких как хлорфторуглероды (ХФУ). Примерно с 2000 года концентрация этих химических веществ в стратосфере начала снижаться, и озоновая дыра начала восстанавливаться.В этом исследовании Банерджи и ее соавторы показали, что около 2000 года циркуляция Южного полушария также перестала расширяться к полюсу — пауза или небольшое изменение прежних тенденций.

«Задача в этом исследовании заключалась в том, чтобы доказать нашу гипотезу о том, что восстановление озона на самом деле является движущей силой этих изменений атмосферной циркуляции, и это не просто совпадение», — сказал Банерджи.

Для этого исследователи использовали двухэтапный статистический метод, называемый обнаружением и атрибуцией: обнаружение того, что определенные закономерности наблюдаемых изменений ветра вряд ли связаны только с естественной изменчивостью, и если да, то могут ли эти изменения быть отнесены на счет человека: вызванные факторы, такие как выбросы озоноразрушающих химикатов и CO2.

Используя компьютерное моделирование, исследователи сначала определили, что наблюдаемая пауза в тенденциях циркуляции не может быть объяснена только естественными сдвигами ветра. Затем они изолировали воздействие озона и парниковых газов по отдельности. Они показали, что, хотя рост выбросов CO2 продолжал расширять приповерхностную циркуляцию (включая струйный поток) к полюсу, только изменения озона могут объяснить паузу в тенденциях циркуляции. До 2000 года как истощение озонового слоя, так и повышение уровней CO2 подтолкнули приповерхностную циркуляцию к полюсу.С 2000 года CO2 продолжает толкать эту циркуляцию к полюсу, уравновешивая противоположный эффект восстановления озона.

«Выявление обусловленной озоном паузы в тенденциях циркуляции в реальных наблюдениях впервые подтверждает то, что научное сообщество по озону давно предсказывало на основе теории», — сказал Джон Файф, ученый из отдела окружающей среды и изменения климата Канады и один из соавторы статьи.

Поскольку озон начинает восстанавливаться, а уровни CO2 продолжают расти, будущее менее определенно, в том числе для тех регионов Южного полушария, на погоду которых влияет струйный поток, и для регионов, находящихся на окраине засушливых регионов.

Гипотеза образования озоновых дыр: Ученые СФУ выдвинули новую гипотезу возникновения Антарктической озоновой дыры

Ученые СФУ выдвинули новую гипотезу возникновения Антарктической озоновой дыры

причины разрушения озонового слоя

Новая гипотеза образования огромной озоновой дыры над Антарктидой | Sibved

где они находятся и причины их появления

Крупнейшие озоновые дыры Земли

Основные места их возникновения

Причины появления озоновых дыр

Антропогенные факторы

Естественные факторы

Механизм образования озоновых дыр

Гипотеза о полностью естественном происхождении

Возможные последствия для человека и природы

Способы восстановления озонового слоя

Сокращение выбросов фреонов и других веществ

Восстановление озона с помощью летательных аппаратов

Популярные мифы и заблуждения

Текущая ситуация и прогнозы

В. Б. Кашкин, Т. В. Рублева, Р. Г Хлебопрос . Проблемы озонового щита планеты

Выполнение требований международных конвенций по защите атмосферы

отверстий в гипотезе об озоновой дыре — Arizona Daily Independent

Научный метод

Что случилось с… дырой в озоновом слое?

Интерактивная шкала времени: эволюция озонового слоя

дискурсов об озоне: глава 3

Глобальное истощение озонового слоя и увеличение УФ-излучения, вызванное доиндустриальными извержениями тропических вулканов

Геофизика — Гипотеза об озоне

Международный договор по озону остановил изменения ветров Южного полушария | CU Boulder Сегодня

Leave a Reply Cancel Reply