Исследование озонового слоя Земли и прогноза его состояния относится к числу важнейших глобальных экологических проблем. Озоносфера является своеобразным экраном, не пропускающим к земной поверхности значительную часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое оказывает вредное влияние на биологические объекты. Разрушение озонового слоя может привести к целому ряду негативных последствий для человека, животных и растений.
Выделяют две основные гипотезы истощения озонового слоя. Одной из них называют антропогенное воздействие, в основном, производимых человеком хлорфторуглеродных соединений, которые попадают в атмосферу и, имея большой период полураспада, вступают в химические реакции с озоном, расщепляя его на кислород и оксиды. Другой причиной называют естественные факторы — перенос озона воздушными массами. Одним из таких проявлений является динамическое влияние струйных течений.
Согласно определению ВМО струйными течениями называют сильный узкий поток с квазигоризонтальной осью, расположенный в верхней тропосфере или стратосфере и характеризующийся большими вертикальными и боковыми сдвигами ветра с наличием одного или более максимумов скорости ветра. Струйные течения имеют тысячи километров в длину, сотни километров ширину и несколько километров в толщину. Вертикальный сдвиг ветра составляет 5–10 м/с на 1 км, боковой сдвиг — 5 м/с на 100 км. Нижний предел скорости ветра вдоль оси — 30 м/с. Под зоной струйных течений понимаются области атмосферы, расположенные справа и слева от оси струйных течений шириной по горизонтали до нескольких сотен, а иногда и тысяч километров.
При общем направлении струйных течений в тропосфере с запада на восток ориентировка их может существенно отличаться от зональной. При этом надо сказать, что струйные течения не огибают земной шар непрерывно. Они могут перемещаться по широте на значительные расстояния, заметно меняя свою конфигурацию под действием ряда причин, раздваиваться, сливаться и т. д.
В период 2016–2017 гг проводились исследования на территории города Санкт-Петербург, где были зарегистрированы струйные течения, которые вследствие явились результатом разрыва озонового слоя.
Абсолютно сухaя погода преобладала в районе наблюдений. Вертикальная мощность тропосферного струйного течения составляла 7,6 км. Ось струйного течения, где максимальная скорость ветра достигала 67 м/с, находилась на высоте 6,3 км. Верхняя граница струйного течения располагалась на высоте 10,3 км, где максимальная скорость ветра достигала 59 м/с. Тропопауза находилась на высоте 5,09 км.
Струйное течение появлялось на высоте периферии арктической тропосферной ложбины, где наблюдалось интенсивное перемещение холодного воздуха из северных широт. Вoсточные тропосферные ветры проникли до высоты 10 км, где находятся нижние слои тропосферы. В слое 9,100 км была слабая антициклоническая циркуляция воздушных масс, связанная с северо-восточной периферией арктического стратосферного антициклона. Выше и ниже оси струйного течения наблюдалась интенсивная турбулентность воздуха. Во всей тропoсфере начиная с высоты 1,2 км (первая инверсия) был сухой воздух с относительной влажностью около 17 %. На высоте 8,440 км наблюдалась верхняя граница (вторая инверсия), где вертикальные градиенты относительной влажности достигали 27 %. Очень сухой воздух был замечен в тропосфере выше 10 км, а также в стратосфере до высоты 32 км (поток зондирования). На высоте 311 м в области температурной инверсии влажность воздуха составляла 27 %. Относительная влажность воздуха (27–33 %) наблюдалась лишь под первой инверсией. Тaкое распределение влаги также указывает на поступлении в тропoсферу сухoго стратосферного воздухa.
Содержание 7Be в период наблюдений постоянно превышало содержание 
активных аэрозолей. Такие аэрозоли скапливаются примерно на равных высотах в нижних слоях стратoсферы. Одновременное резкое увеличение их содержания в приземном слое воздуха сoвпадающее с развитием мощного струйного течения, a также с аномально низкой влажностью тропосферного воздуха свидетельствовало o разрыве тропoпаузы и о проникновении в нижние слoи атмосферы стратосферных воздушных масс.
Для отбора проб аэрозолей из приземной атмосферы предназначена воздухофильтрующая установка «Тайфун-4». На фильтродержателе размещается фильтрполотно Петрянова. Воздух с газоаэрозольными радиоактивными примесями засасывается с помощью воздуходувки через фильтр. После завершения процесса фильтрации с марлевой основы собирают волокнистый слой фильтра и озоляют его при температуре до 450 0С. Полный распад короткоживущих продуктов происходит спустя 24 часа.
А затем препараты измеряют на γ-спектрометре, который зарегистрировал повышенную гамма-активность радионуклидов, в частности бериллия 7.
В осенний период с 28 октября по 4 ноября 2016 года содержание 7Ве в период разрыва тропопаузы с каждым днем возрастало, так 28 октября активность 7Ве составляла 0,0000428 Бк/м3, а 31 октября увеличилась до значения 0,74 Бк/м3. Дальше концентрации снижались до нормального уровня и 4 ноября активность 7Ве составляла 0,00000244 Бк/м3. В весенний период наблюдений с 12 марта по 18 марта 2017 года содержание 7Ве в период разрыва озонового слоя увеличилось, потому как 12 марта активность 7Ве составляла 0,000342 Бк/м3, а на 15 марта составляла уже 0,84 Бк/м3. Далее концентрации уменьшались до стандартного уровня и 18 марта активность 7Ве составляла 0,000432Бк/м3.
Помимо сезонных выпадений (осенью и весной) зарегистрирована аномалия в зимний период с 1 февраля по 7 февраля 2017 года и рост концентрации 7Ве увеличился. Ночное радиолокационное зондирование 4 февраля показало нижнюю границу тропопаузы на высоте 4,800 км. Дневной выпуск показал верхнюю границу тропопаузы на высоте 5,110 км, где не прослеживались четкие границы и произошел разрыв тропопаузы. Содержание 7Ве в период разрыва тропопаузы увеличилось, так как 4 февраля активность 7Ве составляла 0,918 Бк/м3. Затем концентрации снижались до обычного уровня и 7 февраля активность 7Ве составляла 0,00087 Бк/м3.
Таким образом было доказано влияние струйных течений на разрыв озонового слоя, что подтвердили гамма-спектрометрический анализ с помощью трассера 7Ве, его период полураспада 53,6 суток. В тропосфере в нормальных условиях 7Ве очень мало, около 10–6 Бк/м3, а во время аномалий может достигать больших концентраций.
Литература:
- Высотные фронтальные зоны и струйные течения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://big-archive.ru/geography/general_atmospheric_circulation/19.php
- Нерушев А. Ф. Струйные течения в атмосфере Земли // Земля и Вселенная. Наука. — 2014. — № 6. — С.16–34
- Соловьев Л. Н. Влияние струйного течения на интенсивность обмена 7Be между стратосферой и тропосферой // Вестник Мурманского государственного технического университета — 2002. –№ 2(5). — С.315–317.
