Природне пояснення проблеми озонових дір

· чому вона виявилася тільки наприкінці 80-х років;

· чи існують довготривалі процеси в стратосфері, що сприяють утворенню температурного "бар'єру", і як вони пов'язані з спостерігаються аномаліями?

Відповіді на них треба шукати в системі "океан - атмосфера". Змінициркуляціїатмосферивикликаністаціонарнимипланетарнимихвилями, які проникають в стратосферу в зимово-весняний період, сильно впливаючи на розподіл озону та інших її складових у середніх і високих широтах. Одне з джерел цих хвиль – різні температури над поверхнями континентів і океанів, тому зміни температури океанської поверхні позначаються на хвильовій активності. При тривалому ж ослабленні хвильової активності посилюються західні вітри в стратосфері, охолоджується її нижня частина, формуються полярні стратосферні хмари і, тим самим, умови для руйнування озону. Циркуляція в стратосфері за останні 20 років могла сильно змінитися. Так що основною причиною озонової "дірки" в Антарктиці цілком може бути тривале ослаблення хвильової активності стратосфери, пов'язане з дуже повільними процесами в Світовому океані [13].

Зіставивши зміни хвильової активності стратосфери і вмісту озону в 1979-1992 рр., фахівці зробили висновок, що ослабленню активності відповідає зниження концентрації озону в середніх і високих широтах через міжширотний обмін. Схоже, що влітку 1980 р. різко змінилася циркуляція в стратосфері і виникли умови для утворення озонової "дірки".

Чим же викликані такі серйозні зміни? Мабуть, це результат відразу декількох великомасштабних процесів у Світовому океані: "капризів" Ель-Ніньо в Тихому океані (тепла сезонна поверхнева течія біля берегів Еквадору і Перу, параметри якої змінюються рік у рік), аномалій температур значних ділянок поверхні в Атлантичному та Індійському океанах. Із загальних фізичних міркувань ясно, що як щорічні, так і більш тривалі зміни в стратосфері пов'язані насамперед з аномаліями температури океанів. Сучасні математичні методи дозволяють виявити найбільш характерні риси цих зв'язків і простежити їх еволюцію. Результати відповідних розрахунків свідчать про те, що зміни концентрації озону в атмосфері, циркуляції в стратосфері, температури поверхні Атлантичного океану добре узгоджуються між собою. Так що зміни концентрації озону в атмосфері Північної півкулі в зимовий час можуть бути результатом температурних аномалій в Атлантиці (рис. 4).

Рис. 4. Графіки динаміки розмірів озонової діри, концентрації озону та температури стратосфери впродовж 2012-го року на тлі середніх показників 1979-2011 років [10]

Подібний підхід дозволяє не тільки встановити справжні причини спостережуваних змін до озоносфери, але й оцінити вплив на неї антропогенних чинників, про який стільки говорилося в останні роки. Цей вплив виявляється найбільшим чином над Західною Європою (більше 70% - рис. 5), східним узбережжям США (60-70%), Московським регіоном і Токіо (60%). Зниження ж змісту озону над середніми широтами Тихого океану і північною Європою викликане, головним чином, природними довготривалими процесами. Природні причини і призвели до зростання концентрації озону над Лабрадором – антропогенні фактори можуть сприяти лише його руйнування.

Рис. 5. Озонові діри в Європі [12]

Не можна не згадати і про незалежних підтверджень тривалих варіацій параметрів Світового океану і атмосфери. Дослідники виявили, що температура поверхні Атлантичного, Тихого і Індійського океанів особливо в середніх широтах Південної півкулі різко зросла в 1979 р. Японські фахівці встановили також відсутність полярного "бар'єру" в стратосфері Південної півкулі на початку та в середині 70-х років. Сьогодні вчені мають в своєму розпорядженні дані десятирічних і більш тривалих циклів зміни параметрів Світового океану і атмосфери.

Чому ж озонова "діра" над Антарктикою не спостерігалася раніше, адже вміст озону тут вимірювали з 50-х років? Можливі дві відповіді. Наприклад, період змін в системі "океан - атмосфера", що супроводжувалися появою озонової "дірки" в Антарктиці, більше періоду спостережень. (Таку "діру" не виявили в Арктиці і при більш тривалих спостереженнях, але це вже пояснюється, швидше за все, особливостями атмосферної циркуляції в Північній півкулі, зумовленими, у свою чергу, відмінностями між півкулями в розташуванні материків і океанів.) Втім, озонова "дірка" в Антарктиці могла існувати і в попередні роки, але в червні - серпні, тобто під час полярної антарктичної ночі, коли вимірювання вмісту озону були неможливі. Цікаво, що утворення озонової "дірки" за рахунок природних варіацій природних характеристик ніяк не пов'язано з появою Сонця після полярної ночі (на відміну від хімічних механізмів руйнування озонового шару при антропогенних викидах згаданих газів) [7].

Поява озонової "дірки" в Антарктиці може свідчити про існування тривалих (з періодом кілька десятиліть) циклів у Світовому океані і атмосфері. Ці цикли здатні серйозно вплинути на клімат і проявитися в погодні аномалії і стихійні лиха (урагани, торнадо, тайфунах) в різних районах Земної кулі. Таким циклам легше проявити себе саме в стратосфері, а не в тропосфері, на характеристики якої впливають найрізноманітніші (часто випадкові) фактори.

На жаль, спостереження за змінами в стратосфері поки що надто нетривалі, щоб остаточно виділити одну причину озонової "дірки" в Антарктиці. Проте вже зараз очевидно, що, розглядаючи проблеми озонового шару і змін клімату Землі, необхідно враховувати не лише антропогенні фактори, а й довгострокові природні зміни у взаємодіючій системі "океан – атмосфера". Останнім часом стали висловлюватися припущення про те, що варіації швидкості обертання Землі навколо своєї осі якимось невідомим поки чином впливають на Світовий океан.

Як приклади такого впливу зазвичай посилаються на мінливий "поведінка" вже згаданого Ель-Ніньо і таких течій, як Куросіо і Гольфстрім. Але тоді зміни клімату та озонового шару, можливо, залежать і від дуже повільних процесів у ядрі і мантії Землі, які, безумовно, позначаються на швидкості її обертання. Майбутні дослідження цієї фундаментальної проблеми вимагатимуть об'єднати зусилля спеціалістів, які вивчали сушу, океан і атмосферу окремо, а також враховувати не до кінця зрозумілі поки сонячно-земні зв'язку [3].