«Окончательно изучить Земную атмосферу не удастся никогда…»

Мало что так влияет на жизнедеятельность человечества, как атмосфера Земли. В свою очередь, и деятельность человечества всё больше влияет на земную атмосферу. На вопросы журнала «Естественные науки» отвечает член Учёного совета Большого планетария Москвы, кандидат физико­математических наук, старший научный сотрудник Института космических исследований Российской академии наук Олег Угольников.

Вопросы: Татьяна Фам, Александр Шолохов.
 

Олег Станиславович, в конце апреля 2012 года жители Москвы были напуганы сообщениями, что на столицу надвигаются зелёные облака — следствие промышленной аварии. Власти объяснили явление цветением деревьев. Могут ли факторы техногенного характера повлиять на такие серьёзные изменения в атмосфере земли, как появление нового вида облаков?
— Почему бы и нет. Дело в том, что среди промышленных выбросов есть много веществ, которые в различных слоях атмосферы могут перейти в жидкое состояние. Тем самым сначала формируются аэрозольные частицы, а потом, если их становится достаточно много, мы уже говорим об облаке. На поверхности этих частиц химические реакции протекают быстрее, чем в воздухе, поэтому частицы начинают заметно влиять на химию всей атмосферы.

Впрочем, пока гораздо более сильное влияние на атмосферу оказывают природные факторы. Так серебристые облака обязаны своим появлением в 1885 году извержению вулкана на Кракатау. Это был такой спусковой крючок. Извержения вулканов случались и раньше, но к таким изменениям не приводили. То, что серебристые облака появились и, главное, не исчезли, уже связано с глобальным климатическим фактором, но не в нижних слоях атмосферы, а в верхних. Серебристые облака могут образовываться только при очень низких температурах на высоте 80–90 километров, а все остальные облака — не выше 20 километров.

Серебристые облака — это скорее уже космос, то есть непосредственным образом их потрогать вообще нельзя, они долгое время изучались с Земли, а в последнее десятилетие исследовались с борта американского спутника UARS, который, к сожалению, прекратил своё существование (UARS, Upper Atmosphere Research Satellite — американский научный спутник, предназначенный для изучения верхних слоёв атмосферы, запущенный в 1991 и выведенный из эксплуатации в 2005 году; 24 сентября 2011 года обломки UARS упали в Тихий океан. — Ред.). Он установил, что серебристые облака состоят из обычного водяного льда. Но для того чтобы водяной лёд появился при таких низких давлениях, нужна температура порядка минус 90 градусов. Если у нас здесь наблюдается глобальное потепление, то вверху, наоборот, идёт глобальное похолодание, причём с гораздо большей скоростью.

А облака в более низких слоях можно исследовать контактным образом. Нам уже известны структуры этих облаков, частицы, из которых они состоят.

 

— Сейчас ведётся очень много разговоров об озоновых дырах — от панических («из-за дезодорантов атмосфера прохудится, и мы все умрём») до критических («всё это домыслы некомпетентных журналистов»). Внесите, пожалуйста, ясность.
— К сожалению, у молекулы озона есть не самое полезное для неё свойство: она вступает в реакции, в которых сама разрушается, а вещество­разрушитель остаётся. Одним из таких веществ является атомарный хлор — продукт распада фреонов и других хлорсодержащих соединений. Даже небольшое количество свободного хлора в стратосфере может привести к уменьшению содержания озона. Один атом хлора за время, которое он существует в атмосфере, может уничтожить 10 миллионов молекул озона.

Другое дело, что учёные всё ещё спорят, являются ли хлорсодержащие реагенты основным фактором истощения озонового слоя. Пока ясно одно: этот фактор есть. Появление озоновых дыр, как минимум, совпало по времени с увеличением в атмосфере количества хлорсодержащих веществ и в любом случае является проблемой: озон нам всем нужен для того, чтобы не получить рак кожи от губительного солнечного ультрафиолета.

— Возможно ли искусственное производство озона для латания этих дыр?
— Во всяком случае, это очень тяжело. Дело в том, что в нашей атмосфере всё продумано как следует и как нужно. Озон в наших условиях, сейчас в этой комнате — это ядовитый газ, которым дышать нельзя. Человеку он нужен для того, чтобы защититься от ультрафиолета, поэтому озоновый слой находится на большой высоте. Производить его так, чтобы он потом попадал на эту высоту? Я не могу вам сказать, как это возможно. Тем более не смогу сказать, сколько это будет стоить. Гораздо проще исключить факторы, которые уничтожают природный озон. Это вопрос к производителям, какие газы включать в состав этих аэрозолей. Сейчас выброс бром­хлорсодержащих соединений уже ограничен, но не все страны к этому присоединились. Есть намёки, что по крайней мере разрушение озона начинает останавливаться, но о восстановлении речи ещё не идёт.

— Какие последствия может иметь накопление промышленных выбросов в тропосфере? В более высоких слоях?
— В верхние слои эти выбросы поднимаются очень медленно. Но они приносят много бед в нижних слоях атмосферы. Ведь мы с вами всем этим дышим. Среди этих выбросов много ядовитых веществ: соединения серы, азота и так далее.

— В своей работе «Атмосфера Земли: строение и оптика» Вы пишете, что сейчас верхние слои атмосферы изучаются в рамках космических проектов. Каких именно?
— Помимо уже упомянутого космического спутника UARS, был ещё один масштабный проект, который прекратил своё существование буквально месяц назад. Это проект глобального измерения состава строения атмосферы на борту крупнейшего европейского спутника Envisat (Environmental Satellite — спутник, построенный Европейским космическим агентством для исследования Земли из космоса; запущен в 2002 году; агентство объявило о прекращении миссии спутника 9 мая 2012 года. — Ред.). Там было несколько приборов, которые позволяли отдельно в разных слоях атмосферы изучать содержание озона и других веществ. К сожалению, в начале апреля спутник перестал выходить на связь. Он проработал чуть больше 10 лет. И сейчас научное сообщество в ожидании запуска нового спутника.

— Удастся ли когда-нибудь изучить земную атмосферу окончательно или это бесконечный процесс?
— Понимаете, окончательно нельзя, потому что атмосфера меняется. Даже если вы будете знать всё о ней сегодня, завтра она изменится и придётся опять изучать. Это те знания, которые нельзя закрепить.

— В своей работе Вы также говорите, что очень важно выбрать правильное место для наблюдения за звёздами. Помимо ясной погоды, какие ещё факторы необходимо учесть астроному-любителю?
— Необходимо отсутствие сильного ветра, отсутствие турбулентных ячеек, когда в воздухе над наблюдателем происходит движение воздуха в разные стороны. Это приводит к искажению изображений небесных объектов, и качество становится хуже. Отсутствие большого количества водяного пара и, конечно, отсутствие городской засветки.

— Ваш коллега Сергей Борисович Попов в одной из статей предложил очень краткий план курса по астрономии, который состоит из 10 пунктов. Этот курс можно рассказать школьникам за один час. Сможете предложить аналогичный краткий курс об атмосфере земли — 10 фактов, которые позволят сложить более-менее цельную картину?

  1. Атмосфера Земли имеет вертикальное строение.
  2. Атмосфера состоит из пяти слоёв: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

  3. Мы живём в тропосфере. Этот слой состоит из азота и кислорода с примесью инертных газов и других малых составляющих.

  4. Если в атмосфере оставить только кислород, азот и благородные газы, а всё остальное, что вместе составляет менее 0,1%, убрать, мы получим поверхность планеты со средней температурой – 20оС и мощным потоком ультрафиолетовых лучей. Жить мы в таких условиях не сможем.

  5. Условия для жизни на Земле создаются благодаря разным газовым примесям. В первую очередь это парниковые газы, именно они нагревают поверхность земли. В числе парниковых газов углекислый газ (его нормальное содержание в атмосфере 0,03%) и водяной пар, благодаря свойству которого переходить из газообразного состояния в жидкое и обратно происходят такие явления, как дожди, грозы и ветры.

  6. Температура в тропосфере с высотой уменьшается.

  7. В стратосфере температура поднимается до 0оС. Нагрев стратосферы обеспечивает озон, которого там не больше 0,000001% — одной миллионной процента от общего химического состава. На миллион молекул разных газов приходится только одна молекула озона. Хотя для человека озон опасен, в стратосфере он блокирует вредное ультрафиолетовое излучение.

  8. Температура в мезосфере уменьшается. Это то место, где земля встречается с космосом. Здесь задерживается метеорная пыль, и здесь же наблюдаются серебристые облака.

  9. На уровне термосферы наблюдается увеличение температуры. Это ближайшее космическое пространство, там обращаются спутники и международная космическая станция.

  10. Экзосфера является границей между атмосферой Земли и межпланетной средой.