Если вы зададите вопрос любому ученому, кто занимается темой климата на Земле, что такое «озоновая дыра», то получите примерно такое объяснение:
Озоновая дыра - это не буквальная дыра, а сильное истончение озонового слоя в атмосфере над Антарктидой (и иногда над Арктикой).
Вот самое простое объяснение, как и почему это происходит по мнению науки:
1. Люди придумали новое вещество
В середине XX века люди изобрели хладагенты для холодильников, пропелленты для аэрозолей (лаков, дезодорантов) и растворители. Эти вещества называются ХФУ (хлорфторуглероды). Они были идеальны для промышленности: дешевые, негорючие, нетоксичные и совершенно инертные (не вступают в реакции) внизу, у поверхности земли.
2. ХФУ поднимаются наверх
Из-за того, что эти газы очень легкие и устойчивые, они не разлагаются в воздухе у земли. Ветры постепенно заносят их в верхние слои атмосферы - в стратосферу (на высоту 15–30 км).
3. Солнце «разбивает» ХФУ
В стратосфере очень жесткое ультрафиолетовое излучение. Оно воздействует на молекулы ХФУ и выбивает из нее атом хлора. Именно хлор - главный «убийца» озона.
4. Хлор уничтожает озон в процессе цепной реакции
Озон (O₃) - это молекула из трех атомов кислорода. Она защищает нас от солнечного ультрафиолета. Атом хлора сталкивается с молекулой озона, забирает у нее один атом кислорода и разрушает ее. При этом хлор снова становится свободным и идет уничтожать следующую молекулу озона. Один атом хлора за свою «цикл» успевает разрушить до 100 000 молекул озона!
5. Почему именно над Антарктидой?
Это главная загадка. Зимой над Южным полюсом стоят морозы (-80°C). В этих условиях в атмосфере образуются полярные стратосферные облака (из льда и азотной кислоты).
На поверхности этих ледяных кристаллов химия меняется. Безобидные запасы хлора, которые накопились там за зиму, вступают в реакцию на льду и превращаются в активный хлор.
Когда весной (в сентябре-октябре) над Антарктидой снова восходит Солнце, его свет запускает эту реакцию. Активный хлор за считанные недели выжигает почти весь озон в этом районе. А полярный вихрь (круговорот ветров) не пускает туда свежий воздух с озоном из других частей планеты, поэтому «дыра» держится до конца весны, пока вихрь не разрушится.
На фоне этого В 1987 году страны подписали Монреальский протокол и запретили ХФУ.
Слой озона восстанавливается. Ученые говорят, что к 2050–2060 годам «дыры» исчезнут полностью. Сейчас мы видим дыры каждый год, но они становятся меньше - это следствие той «химии», которую мы запустили 50 лет назад, а не новых выбросов.
А как образуется озон?
Солнце «разбивает» обычный кислород. В стратосфере (на высоте 20–30 км) - жесткое ультрафиолетовое излучение от Солнца. Оно попадает в молекулу кислорода, которой мы дышим (O₂). От удара жесткого фотона она разрывается на два отдельных, свободных атома кислорода (О).
Одиночный атом кислорода (О) - это очень нестабильная, «голодная» частица. Она не может существовать одна и ищет, с чем бы соединиться. Рядом есть другая обычная молекула кислорода (O₂). Одиночный атом (О) прилипает к ней: О + O₂ = O₃ (Озон)
Озон - это очень «неустойчивый» газ. Если в него снова попадет ультрафиолет (или он столкнется с чем-то), он легко распадется обратно на O₂ и О. Поэтому в атмосфере идет постоянный цикл.
Почему он скапливается именно там, в стратосфере, а не у земли? Озон примерно в 1,7 раза тяжелее воздуха. Из-за большей плотности озон способен накапливаться в нижних слоях помещений и плохо вентилируемых пространствах. Возможно, он не успевает опуститься, превращается обратно в обычную молекулу кислорода.
По логике, на освещенной Солнцем стороне Земли должно в моменте вырабатываться больше озона. Что говорят онлайн-карты? Вот ультрафиолетовый индекс на освещенной стороне Земли:
В этом же онлайн-сервисе есть и карта озонового слоя. Думаете, утолщенный озоновый слой должне выглядеть таким же пятном на карте? Его вообще нет.
Над экватором (или над тропиком) от УФ должно появляться больше озона. Но над этими широтами озона меньше, чем севернее, где ультрафиолетовый индекс ниже.
Самое интресное, в южных широтах, в районе Антарктиды, где сейчас полярная ночь, есть районы, где озоновый слой повышенный. Как так, ведь там нет УФ-излучения.
И это коррелирует с этими картами озоновой дыры над Антарктидой и повышенным уровнем озона вокруг дыры:
Ученые не знают, почему вокруг озоновой дыры повышенный уровень озона и как разрушающие вещества попадают в Антарктиду. Почему такой большой дыры нет над полярным регионом Арктики?
Эту картину не объясняет и разрушение озона природными процесами от дегазации водорода. Водород учавствует в озоноразрушающих реакциях.
Существует так называемый водородный цикл разрушения озона. Ключевой катализатор в этом цикле - радикал гидроксила (OH). Вот как примерно выглядят некоторые этапы:
- OH + O₃ → HO₂ + O₂ (гидроксил «забирает» атом кислорода из озона, образуя перекись водорода HO₂).
- HO₂ + O → OH + O₂ (перекись реагирует с атомарным кислородом, снова высвобождая гидроксил - он возвращается в цикл).
Тогда озоновые дыры должны быть над большими горными массивами, например, над Гималаями, Андами, где дегазация выше, чем на равнине. А этого не наблюдаетися.
Как объяснить утолщение озового слоя там, где сейчас ночь?
В общем, загадок на счет озонового слоя много. И не все объясняется воздействием хлорфторуглеродов.