Введение к работе
херт-циЯ І .
Актуальность теш. Возможность разрушения озонного слоя Земли под воздействием антропогенного загрязнения атмосферы является одной из главных проблем охраны окружапцей среда. Наиболее опасными для озонного слоя веществами, -жрасываемыми в результате хозяйственной деятельности в атмосферу „ считается фреоны и другие хлорсо-держащие газы. Одним из проявлений таких выбросов является набло-даемая с начала 80-х годов озонная дыра над Антарктидой. В последнее время выяснилось, что в образовании озонной дыры важную роль играют гетерогенные реакции хлорных и азотных составляющих на поверхности полярных стратосферных облака, а в лабораторных экспериментах оыло обнаружено, что аналогичные реакции протекают на поверхности водного раствора серной кислоты. Это означает, что г *е-рогенные процессы на поверхности стратосферного сульфатного аэрозоля могут играть существенно. большую роль в балансе атмосферного озона, чем предполагается в настоящее время.;
д.Х.Хргианом были обнаружены и впервые описаны аномзл-пі озона
Северного полушария І982-І987 гг., появляющиеся в зимне-весеннее
время с двухлетней периодичностью :' . Он же и предложил
динамический механизм наблюдаемой аномалии, но вместе с тем не от
рицается возможность фотохимически-гетерогенного механизма разру
шения озона при сокращении его доступа из высоких широт, одні из
источников стратосферных сульфатных аэрозолей является газ <х_з,
образующийся частично при сжигании топлива, деятельности нефтепе
рерабатывающей промышленности,поэтому возможен еще один источник
воздействия человека на озонный слой- К. настоящему времени взаимо
действие сульфатного аэрозоля с озоносферой пр -. стически не изуче-
'но.' ''.',.' ':'
Основным методом исследования возможных последствий зптропо-
геьлого загрязнения атмосферы является численное моделирование.
Исследования взаимодействия газовое и аэрозольной составляющих не
обходимо выполнять на основе фотохимически самосогласованной, ин
терактивной модели, позволящея совместно рассчитывать газовый и
аэрозольный состав атмосферы с учетом гетерогенных процессов.
Только с помощью такой модели можно адекватно описать воздействие
одновременных выоросов в атмосферу хлорных и серных составляющих,
сильных вулканических извержений и некоторых других явлений на
озонный -лой. К Моменту начала настоящего исследования самосогла
сованных моделей озоносферы и стратосферного сульфатного аэрозоль
ного слоя не существовало, поэтому.создание такой модели и прове
дение с ее помощью численных исследований является актуальной за
дачей. '-.''
Целя работа t
1. Разработать численную фотохимически самосогласованную, ин
терактивную одномерную модель малых нейтральных газовых составляю
щих озоносферы и сульфатного стратосферного аерозольного слоя для
теоретических исследований гетерогенных и фотохимических процессов
ОЗОНОСферЫ, J..,': '/.':'..;-,' '";'."'
-
Исследовать физико-химические механизмы образования сульфатного аэрозольного слоя в стратоаГ',ре и его влияния на озон в антропогенно загрязненной атмосфере,
-
Оценить влияние возможного увеличения антропогенных выбро-cof серных -оедивений (главным образом, ocs) на озонный слой, через гетерогенные реакции на образующихся аэрозолях.
Метод всдодованм - числеятюе моделирование.
Научная яовааяа работы:
I. Впервые разработана численная фотохимически самосогласованная интерактивная модель малых нейтральных газовых составляющих
озонасфери и суяьфэшого аэрозольного слоя, позволяющая исследо-~ вать влияние на озоносферу не только традиционных антропогенных загрязнителей, таких как фреоны. .сн^, n2o, но* и. увеличивающихся
выбросов серных соединения. .
2. Показано, что гетерогенные процессы на поверхности страто
сферных сульфатных аэрозолей существенно усиливают разрушение озо-
''-. на под воздействием антропогенных выбросов хлорных соединений.
3. Впервые проведено совместное моделирование изменений
озоносферы и сульфатного аэрозольного слоя при возможном увеличен
ном содержании ocs в атмосфере и показано, что при учете гетеро
генных реакций на образующемся сульфатном аэрозоле в нижней стра
тосфере происходит заметное уменьшение озонного слоя. На основе
этих результатов, и проведенного анализа экспериментальных данных
по изменениям в озоносфере после сильных извержений вулканов (осо
бенно Эль-Чичона в марте-апреле 1982 г.), впервые предположено,
что наблюдаемое уменьшение озона в стратосфере после вулканических
извержений, может быть объяснено перераспределением хлорных и
азотных составляющих озоносферы в результате гетерогенных реакция
на образующемся сульфатном аэрозоле.
Практическая ценность. Разработанная модель может бить использована для прогноза состояния озонного слоя Земли по различным возможным сценариям антропогенного загрязнения атмосферы, включающим выбросы серы, фреовов, закиси азота, метана и других газов. Модель также может быть использована для моделирования эволюции вулканических извержений и их влияния на озон атмосферы. Аэрозольная модель может быть полезной при изучении радиационного баланса в земной атмосфере, особенно при возмущениях аэрозольного слоя.
Положения, выносимые на защиту:
I. Численная фотохимически самосогласованная интерактивная
-.3
одномерная модель малых нейтральных газовых составляющих атмосферы и сульфатного аэрозольного слоя, и результаты численных экспериментов. '
-
Вывод о том, что' увеличение эффективности хлорного цикла за счет перераспределения хлорных составляющих, обусловленного гетерогенными процессами на поверхности сульфатного аэрозоля, приводит к существенному усилению разрушения озона при антропогенном загрязнении атмосферы хлорсодеркащими соединениями.
-
Вывод о том, что возможное увеличение содержания ocs в.атмосфере приведет к сокращению озона.
. 4. Вывод о том, что наблюдаемое уменьшение озонного слоя после вулканических выбросов, обусловлено гетерогенными' реакциями с
участием хлорных и азотных составляющих.на аэрозолях.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на
конференции "ЭВМ и науки о Земле" (Новосибирск, 1986 г.), Всесоюзном совещании по численному моделированию состава и динамики свободной атмосферы (Суздаль, 1988 г.), Всесоюзной конференции по атмосферному озону (Суздаль, 1988 г.), меадуиародном симпозиуме.КАПР "Взаимосвязь региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере" (Тбилиси, 1988 г.), международном симпозиуме "Исследования средней атмосферы" (Душанбе, 1989 г.), международном рабочем совещании "Химические процессы и озонное моделирование" (Ленинград, 23-29 сентября, 1Э90 г.), а такке на научных семинарах Фрунзенского политехн'лческого института, Новосибирского государственного университета, Московского государственного университета, Цен-тральной аэрологической обсерватории Госкомгидромета,. Института фіикки атмосфері АН СССР.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 190 страниц со-