В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН разработан передвижной озонометр миллиметрового диапазона радиоволн для мониторинга вертикального распределения содержания озона в атмосфере. Этот прибор перспективен для использования в наземной сети станций мониторинга состава атмосферы.
В середине 80-х годов XX века появилось такое понятие как «озонная дыра». Озонная дыра, впервые обнаруженная над Антарктидой, — это значительное падение содержания озона в атмосфере зимой и в начале весны. Позже подобные явления, к счастью не столь масштабные и длительные, были зарегистрированы и в Арктике. Загрязнение атмосферы промышленными выбросами, прежде всего фреонами, высотная авиация, ракетные старты, - все это воздействовало на озонный слой, разрушая его в химических реакциях с участием соединений азота, водорода и хлора. Очень быстро стало ясно, что это может кончиться трагически для экосистемы Земли. Озон поглощает биологически активную УФ-Б часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое повреждает молекулы ДНК, угрожая всему живому: людям, животным, растениям. При уменьшении содержания озона в атмосфере поток ультрафиолета растёт, что приводит к тяжелым медицинским последствиям для людей, в первую очередь, ожогам глаз и раку кожи. Изменения в озонном слое непосредственно связаны с изменениями климата Земли, озон влияет на температурный режим и динамику атмосферы.
В 1987 г. был принят Монреальский протокол, который, вместе с последующими дополнениями к нему, ограничивает производство и выбросы в атмосферу основных озоноразрушающих веществ. Ожидается, что в результате принятых мер после 2000 г. должно начаться постепенное восстановление озонного слоя, которое займёт несколько десятилетий. Для контроля озонного слоя и прогнозирования его будущего необходимы надёжные методы измерения содержания озона в атмосфере на различных высотах.
В ФИАН этой проблемой занимается Лаборатория спектроскопии миллиметровых волн. Научный руководитель лаборатории, д.ф.-м.н. Сергей Соломонов рассказывает:
«Эта работа была начата в середине 80-х годов XX века. Аппаратура миллиметрового диапазона волн, создававшаяся для радиоастрономических исследований на телескопе РТ-22 ФИАН в Пущино, была адаптирована нами для мониторинга атмосферного озона. Теоретические расчеты показывали, что необходимо проводить измерения не общего озона, а его содержания в наиболее чувствительных к загрязнению слоях на высоте около 40 км. В то время было очень сложно зондировать эти слои. Информация со спутников поступала, в основном, об общем содержании озона, измеряемом в оптическом диапазоне. Шары-озонозонды до этих высот не поднимаются. Существовали методы обращения, которые по рассеянию ультрафиолетового излучения Солнца позволяли определять вертикальные профили озона, в т.ч. и вблизи 40 км. Выполнялись отдельные лидарные измерения. Но все эти оптические методы не работают в присутствии аэрозолей и облаков, и такие измерения нельзя проводить в облачную погоду. А радиоволны хорошо проходят сквозь атмосферу, не рассеиваются и не поглощаются в облаках, поэтому мы можем работать и в облачность, и в снегопад, и в туман. Кроме того, у нас гораздо более широкая область зондирования вертикального профиля озона: до высоты 75 км днем и до 95 км ночью. Т.о., уникальная особенность нашей аппаратуры и методики в том, что мы получаем вертикальное распределение содержания озона по всей высоте озонного слоя почти в любых погодных условиях, как днём, так и ночью».
Дистанционное зондирование на миллиметровых волнах (микроволнах) является эффективным методом исследования озона в стратосфере и мезосфере, а также процессов, протекающих на этих высотах (12-95 км). Этот метод активно развивается и в России, и за рубежом. Существует международная сеть NDACC, в неё входят 12 зарубежных станций с подобными приборами, каждый из которых уникален. В России только 2 станции: в ФИАН, в Москве, и в ИПФ РАН, в Апатитах. Поэтому в данный момент главная задача - создание российской сети станций микроволнового мониторинга атмосферы и интеграция этой сети в глобальную сеть.
Оптический блок нового озонометра
«Сейчас нами разработан новый передвижной озонометр, на современной элементной базе, начаты его испытания. По основным характеристикам этот прибор будет находиться на мировом уровне. В данной области очень важен комплексный подход, чтобы различные типы наземных и спутниковых приборов поставляли данные, позволяющие точно охарактеризовать то, что происходит сейчас с озонным слоем, и дать надежные прогнозы на будущее», - говорит Сергей Соломонов.
На пространственное распределение озона влияют как естественные факторы: динамика атмосферы, тепловые, радиационные и химические процессы, извержения вулканов, активность Солнца, и др., так и человеческая деятельность, приводящая к загрязнению атмосферы. Прогнозы делаются с учетом всех факторов. И необходимо все время проверять, насколько эти прогнозы соответствуют реальности. Для этого и нужен постоянный мониторинг озона в атмосфере. Всемирная метеорологическая организация периодически, раз в несколько лет, подводит итоги комплексных измерений, делает обобщающие отчеты, уточняет прогнозы, дает поправки и новые рекомендации.
«Данная работа является одним из узловых звеньев отечественной программы мониторинга атмосферы, поэтому мы надеемся реализовать наши планы, идущие на много лет вперед, – подводит итог Сергей Соломонов. - В создании нового озонометра участвует большое количество организаций. И на сегодняшний день очень важным является успешно завершить работу над этим новым прибором, перспективным для отечественной сети станций микроволнового мониторинга атмосферы».
АНИ «ФИАН-информ»
