Як вивчають озонову діру над Антарктидою та чому вона небезпечна

Весна в Антарктиці, яка нині триває, – це не тільки пробудження до нового життя всіх живих істот, що мешкають у цьому суворому краї, але й поява озонової діри.

Що це за явище і чим воно небезпечне?

У 1985 році британські дослідники Джонатан Шанклін, Джо Фарман та Браян Гардінер описали падіння концентрації озону в атмосфері над Антарктикою у весняні періоди майже на 40%.

У досліджені використовувалися дані, які були отримані на британській станції "Фарадей" (нині – "Академік Вернадський") за період з 1977 по 1984 роки.

25 років тому Велика Британія передала цю наукову базу Україні, і вже українські вчені продовжили моніторинг озонової діри над островом Галіндез, тож у кожній антарктичній експедиції обов’язково є фахівець-озонометрист.

Станція "Академік Вернадський" на світанку

У перші роки українські вчені проводили вимірювання товщини озонового шару на тому самому спектрофотометрі Добсона №34, дані якого були використані у доленосному дослідженні англійців.

Двадцять років тому цей прилад забрали до музею, в Англію, замінивши його на спектрофотометр Добсона №123, який наші зимівники назвали "Вірджинією". Зараз моніторинг продовжують саме на цьому приладі.

Спектрофотометр Добсона ("Вірджинія"), на якому вчені вимірюють товщину озонового шару

Наявність озону в атмосфері Землі було встановлено в 1840 році, але не відразу вдалося зрозуміти значення цього газу, тому озон майже не вивчали.

Тільки в 1920 році французькі науковці Фабрі та Бюіссон змогли визначити загальну кількість озону в атмосфері Землі та зробили важливі висновки щодо поглинання ним частини спектру сонячного випромінювання та утворення окремого шару.

Стало відомо, що підвищена концентрація озону знаходиться у стратосфері на висотах 20-30 км. Товщина його, якщо зібрати всі молекули докупи та помістити в умови, які відповідають рівню моря, дорівнює в середньому 300-400 мм, або, якщо перевести в "озонові" одиниці виміру, – 300-400 одиниць Добсона (од.Д).

Утворюється озон завдяки випроміненню Сонця – ультрафіолет "розбиває" молекулу кисню О₂ на два атоми, а потім, під його дією, один з атомів приєднується до молекули.

Кожен знає озон на запах – це саме той чудовий аромат, який супроводжує грозу.

Його можна відчути і коли працює ксерокс, він часто є складовою фотохімічних смогів у великих містах, утворюючись від іскри запалення у двигунах автомобілів тощо. Але в цьому випадку у надмірній концентрації він шкідливий, бо є гарним окиснювачем і негативно впливає на живі істоти, гуму, будівлі та ін.

Озонометрист на станції "Академік Вернадський" раз на місяць відчуває запах цього газу, коли проводить спеціальне тестування приладу ртутною лампою.

Тестування приладу ртутною лампою

Роль озонового шару у функціонуванні біосфери Землі полягає перш за все у:

• властивості затримувати шкідливе для живих організмів ультрафіолетове випромінювання Сонця;
• парниковому ефекті;
• збільшенні температури стратосфери.

Озоновий шар є справжнім щитом планети.

Озоновою дірою вважається рівень озону нижче 220 од.Д – саме такий рівень спричиняє збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету до небезпечних для живих істот показників.

Ще до відкриття озонової діри було відомо, що частина спектру ультрафіолетового випромінювання Сонця у великій інтенсивності дуже шкідлива для біоти, бо веде до гибелі фітопланктону (який є основою трофічних ланцюгів живлення мешканців Світового океану), зниженню врожаїв сільськогосподарських культур, а у людей може приводити до зміни пігментації шкіри, онкологічних захворювань, хвороб очей і, навіть, до ушкодження молекул ДНК.

Навесні та влітку полярники не можуть вийти з приміщення, не захистившись спеціальними окулярами. На фото – системний адміністратор зв'язку Євгеній Прокопчук.

Коли було відкрито значне зниження рівня озону в стратосфері і стало зрозуміло, що під загрозою опинилися південні регіони Австралії, Нової Зеландії, Чилі, Аргентини, а також вразливі та унікальні екосистеми Антарктики.

Людство зрозуміло, що потрібно впроваджувати глобальні заходи задля збереження окремих районів планети, а в перспективі уникнення значної глобальної небезпеки.

На той час існували наукові роботи та гіпотези, щодо впливу деяких речовин антропогенного походження на молекули озону.

Ці речовини – фреони. Вони в умовах тропосфери є дуже стійкими та стабільними (один з головних хладогенів R12 може існувати в нижній атмосфері 100 років), а лише під впливом ультрафіолету, потрапляючи у стратосферу, здатні розпадатися на окремі компоненти, одним з яких є галогенова складова (хлор, бром, йод тощо), яка негативно впливає на озон, викликаючи його руйнацію.

Було розраховано, що один атом хлору здатен зруйнувати 100 тис. молекул озону.

Ця теорія виникнення озонових дір була визнана за головну у 80-х роках ХХ ст. і на її основі було прийнято ряд міжнародних заходів, які регламентуються Монреальським протоколом.

Пізніше, в середині 1980-х років, завдяки супутнику "Німбус-7", вчені знайшли озонову діру також і в Арктиці, але значно меншу за розміром.

На станції "Академік Вернадський" є найдовший ряд даних в Антарктиці, бо моніторинг тут ведеться ще з 1957 року.

Кількість вимірів на день коливається від 5 до 50-60, залежно від погодних умов та положення Сонця над горизонтом.

Існує спеціальна комп’ютерна програма, що розраховує час, в який потрібно проводити вимірювання. Самі процедури робляться вручну.

Загалом, рівень озону падає в антарктичну весну (вересень-жовтень) і досягає максимуму влітку – це обумовлено географічними особливостями положення станції, фізикою атмосфери полярних регіонів, річними особливостями положення Землі відносно Сонця і сонячною активністю.

Утворюється озон завдяки випроміненню Сонця

Детальніше прочитати про зміну концентрації озону над станцією "Академік Вернадський" можна в роботах відомого українського вченого, керівника першої Української антарктичної експедиції Геннадія Міліневського та його учнів.

Зараз, згідно з даними, падіння озону не критичне і ця величина поступово зменшується.

Водночас в останні роки було встановлено, що й арктична озонова діра поступово "затягується". Все це свідчить про те, що заходи, прийняті на глобальному рівні, діють і ведуть до нормалізації ситуації з рівнем озону у полярних регіонах нашої планети. Хоча, до остаточного "затягування" озонової діри ще дуже далеко.

Наприклад, у 2019 році діра за розмірами була надзвичайно малою та існувала короткий проміжок часу, а вже в цьому році, за даними організації Copernicus ECMWF, вона визнана однією з найбільших за останнє десятиліття.

Зараз її розмір майже 23 млн км², а рівень озону 2 жовтня був на рівні близькому до 100 од.Д.

Разом з наземними вимірюваннями обов’язково проводиться моніторинг і супутниковими методами.

Майже всі отримані дані можна завантажити з сайтів міжнародних метеорологічних організацій, таким чином кожен може самостійно обробити числові дані з окремих пунктів спостереження або подивитися вже готові карти рівня озону, побудовані за супутниковими та наземними даними і самостійно проконтролювати стан озонового щита Землі.

Враховуючи той факт, що при падінні концентрації озону на 1% інтенсивність жорсткого ультрафіолету зростає майже на 2%, в умовах озонової дірки потрібно обов’язково захищати спеціальними косметичними засобами або одягом відкриті ділянки шкіри та використовувати спеціальні окуляри с УФ-фільтрами.

Анна Соіна, озонометрист 25-ої УАЕ. У вільну годинку стає на лижі. Обов'язковий елемент захисного екіпірування – спеціальні окуляри

Робота озонометриста на станції є дуже важливою, саме цей спеціаліст щоранку інформує команду про рівень озону.

У озонометриста немає вихідних, а в умовах чистого неба вимірювання починаються до світанку і закінчуються після заходу Сонця.

У зимовий період, коли сонце стоїть низько над обрієм, виміри не проводять. Озон можна вимірювати за Місяцем, але лише за умови чистого, ясного неба.

Анна Соіна, геофізик 25-ої Української антарктичної експедиції, спеціально для УП.Життя

Світлини авторства Євгена Прокопчука, Анни Соіної та з архіву НАНЦ

Вас також може зацікавити:

В гості до полярників. Створили 3D-тур станцією "Академік Вернадський"

Пінгвіни, діри та туристи. Чим займаються на станції "Академік Вернадський"

Навіщо Україні криголам в часи війни: інтерв’ю Євгена Дикого, нашого головного по Антарктиці

"Там не нудно!" Як це – провести вісім років на Антарктиді

Весна в Антарктиді: небалувана Галя та інші тюлені

Ми хочемо тримати з вами зв'язок. Будемо раді бачитися і спілкуватися з вами на наших сторінках у Facebook та у Twitter.