× 10-15. В другом варианте предполагалось, что количество метана увеличивается от года к году со скоростью 1,0 %.
К разряду основных веществ, которые прямо или косвенно участвуют в разрушении озона, относятся соединения, содержащие хлор. Это СН3Cl, CCl4, CH3CCl3, фреоны: 11(CFCl3), 12(CF2Cl2), 22(CHClF2), 113(C2Cl3F2). Эти вещества являются основными источниками тех хлорных соединений, которые в стратосфере разрушают озон. Все указанные вещества, содержащие хлор, забрасываются в атмосферу в результате работы промышленных установок. Время жизни указанных веществ от 50 до 100 лет. Только у СН3ССl3 оно равно 10 годам.
Во всех вариантах (сценариях) считалось, что количество СН3Сl сохраняется от года к году постоянным. В 1960 году отношение смеси СН3Cl составляло 0,6 × 10-12, а CCl4 — 0,1 × 10-12. Отношение смеси хлорных соединений в стратосфере равнялось 1 × 10-12.
Были проведены расчеты для четырех различных сценариев.
Сценарий А. Считалось, что хлорсодержащие вещества сохраняются на уровне 1980 года, а именно (цифры обозначают отношение смеси 1 × 10-12): CFCl3 (265), CF2Cl2 (485), CHClF2 (82), CH3CCl3 (504), CCl4 (60), CH3Cl (0, 6).
Сценарий Б. Все указанные хлорсодержащие вещества увеличиваются на 3 % в год начиная с 1980 года.
В расчетах принималось, что N2O увеличивается ежегодно на 0,25 %. Это основано на экспериментальных данных за 1976–1980 годы, когда наблюдалось увеличение на 0,2 % в год. Время жизни N2O равно примерно 150 годам в нижней атмосфере. Выше, в стратосфере N2O видоизменяется, частично превращаясь в NOx.
Роль N2O в разрушении озона очень важна и потому, что в зависимости от концентрации N2O разрушение озона хлорными соединениями идет с разными скоростями.
В данных расчетах принято, что количество метана за период с 1960 по 1980 год увеличивалось ежегодно на 1,1 %. После 1980 года принято увеличение метана равным 1,0 % в год.
Ниже стратосферы, в тропосфере, метан участвует в таких химических реакциях, в результате которых количество озона увеличивается. В стратосфере метан тесно связан с Cl, ClO и HCl, которые разрушают озон. Поэтому можно считать, что в стратосфере метан способствует разрушению озона.
Состав атмосферы (включая указанные вещества, участвующие прямо или косвенно в разрушении озона) зависит не только от высоты, но и от широты. Поэтому и разрушение, а значит, и количество озона должно зависеть от широты.
При одних условиях главными разрушителями озона являются соединения, содержащие азот (нитраты), а при других условиях — вещества, содержащие хлор. Анализ показал, что в тех условиях, которые реализуются в атмосфере экваториальной зоны, более эффективно разрушают озон нитраты. По мере удаления от экватора, то есть при увеличении широты, эта эффективность уменьшается. Что касается веществ, содержащих хлор, то их роль в разрушении озона возрастает по мере удаления от экватора к полюсам. Таким образом, та и другая группы веществ имеют свои широтные зоны, в пределах которых они разрушают озон наиболее эффективно. К этому надо добавить, что NОх вступает в реакции с веществами, содержащими хлор, которые в конце концов способствуют разрушению озона. Поэтому не следует рассматривать действие этих двух групп соединений отдельно друг от друга.
Расчеты показывают, что на первом этапе разрушения озона наиболее важную роль в этом будут играть хлорные соединения. Поскольку их эффективность больше в высоких широтах, то на первом этапе озон будет разрушаться более эффективно в высоких широтах обоих полушарий. Впоследствии процесс разрушения озона захватит и средние и даже низкие широты. Естественно, что необходимо учитывать разрушающее действие как хлорных, так и азотных соединений.
Какие же изменения озона следуют из данных расчетов? Наиболее эффективно озон разрушается хлорными соединениями на высотах 30–40 км. Данные измерений за период с 1970 по 1980 год свидетельствуют о том, что на этих высотах количество озона ежегодно уменьшалось примерно на 0,2–0,3 %. Эти изменения показаны на рис. 65 (треугольники). Там же (кривая 1) показаны рассчитанные изменения озона при условии неизменности температуры. Кривой 2 показаны изменения озона с учетом изменения температуры (которые взяты из других расчетов). Кривой 3 показаны изменения озона в зависимости от высоты (атмосферного давления), которые были рассчитаны при учете только высотных изменений свойств атмосферы, то есть по одномерной модели.
Из приведенных на рис. 74 результатов расчетов и их сопоставления с данными измерения озона можно сделать вывод, что расчеты в первом приближении удовлетворительно отражают наблюдаемое высотное изменение озона. Видно, что расчеты без учета температурных изменений плохо отражают реальное высотное распределение изменения озона.
Это своего рода проверка, апробация модели. Можно считать, что модель более или менее удовлетворительна. Значит, по ней можно считать то изменение озона, которое будет происходить в будущем.
Расчеты по данной модели показывают, что в средней и верхней стратосфере максимум уменьшения озона в 1980 году составляет 15 %, в 2000 году — 40 %, а в 2020 году — все 65 %. В нижней стратосфере в низких и средних широтах количество озона увеличивается. Это происходит под действием проникающего ультрафиолетового излучения Солнца.
В тропосфере в тропических широтах количество озона увеличивается в результате увеличения количества метана.
В низких широтах количество озона в столбе (на всех высотах) меняется мало. Но меняется существенно его распределение по высоте. А это приведет к изменению теплового баланса в атмосфере и в конце концов к изменению климата.
На рис. 66 показано уменьшение количества озона на разных широтах (0, 20, 40, 60 и 80о северной широты) вплоть до 2030 года.
Расчеты выполнены по условиям сценария А, согласно которому увеличивается от года к году количество как N2O, так и СН4. Расчеты выполнены для условий весны в северном полушарии. Это сделано потому, что именно в весенний сезон наибольшее изменение (уменьшение) озона имеет место в высоких широтах. Именно в это время года в Антарктиде образуется озонная дыра.
Согласно расчетам к 2030 году на 60о северной широты количество озона уменьшится на 8,3 %, а на 40о северной широты — на 3,8 %. Количество озона вокруг всей Земли к этому времени уменьшится примерно на 2 %.
Следует иметь в виду, что с течением времени (десятилетий) будет происходить не только разрушение озона. Одновременно будет изменяться и состав атмосферы. В новых условиях начнут протекать новые химические реакции с участием соединений хлора, в которых будет разрушаться озон. Таких реакций будет очень много. Поэтому примерно через 40 лет (то есть к 2020–2030 годам) разрушение озона будет происходить еще более эффективно.
Важно представлять, какие изменения в количестве озона производят по отдельности различные озоноразрушающие вещества (Clx, CH4, N2O, CO2) (рис. 67). Расчеты проведены при следующих предположениях: концентрации СО2, СН4 и N20 непрерывно увеличиваются на 0,5, 1,0 и 0,2 % в год соответственно. Увеличение фреонов Ф-11 и Ф-12 принято разное (0,0, 1,5 и 3,0 %). То есть рассчитывались три варианта для фреонов.
Результаты расчетов показали, что если количество фреонов увеличивается на 1,5 % ежегодно, то в ближайшие 70 лет общее содержание озона уменьшится на 3 %. Если же количество фреонов будет увеличиваться от года к году быстрее, со скоростью 3 % в год, то за эти же 70 лет содержание озона уменьшится на 10 %. Затем произойдет его резкое, катастрофическое уменьшение. Это показано на рис. 68.
Более подробно процессы рождения и исчезновения озона нами рассмотрены в монографии «Озонные дыры: мифы и реальность» («Мысль», 1993).
ЗАЩИТА ОЗОННОГО СЛОЯ
В защиту озонного слоя была принята Международная Венская конвенция, к которой присоединилась и наша страна. В ней, в частности, сказано следующее (приводим выборочно):
Стороны настоящей Конвенции, сознавая потенциально пагубное воздействие изменения состояния озонного слоя на здоровье человека и окружающую cреду, ссылаясь на соответствующие положения Декларации Конференции Организации Объединенных Наций по проблемам окружающей человека cреды и, в частности, на принцип 21, который предусматривает, что «в соответствии с Уставом Организации Объединенных Наций и принципами международного права государства имеют суверенное право разрабатывать свои собственные ресурсы согласно своей политике в области окружающей cреды и несут ответственность за обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикции или контроля не наносила ущерба окружающей среде других государств или районов за пределами действия национальной юрисдикции».
Принимая во внимание обстоятельства и особые потребности развивающихся стран, учитывая работу и исследования, проводимые как в международных, так и в национальных организациях и, в частности, Всемирный план действий по озонному слою Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, учитывая также предупредительные меры по защите озонного слоя, уже принятые на национальном и международном уровнях, сознавая, что меры по охране озонного слоя от изменений в результате деятельности человека требуют международного сотрудничества и действий