Атмосферные аномалии из-под земли

После 2000 года интерес средств массовой информации к проблеме разрушения озонового слоя резко упал. Можно даже сказать, пропал вовсе. Однако сама проблема разрушения озонового слоя никуда не делась. Разрушение его идет как никогда интенсивно, и озоновые дыры просто «пляшут» по планете. Особенно же они полюбили Европу : по частоте появления глубоких (до 50–60% потерь озона) дыр Западная Европа занимает теперь второе место в мире после Антарктиды ! Интересно, что для своего появления дыры часто «выбирают» праздничные даты. В первый день 1998 года над Прибалтикой слой озона утончился почти на 70%, а в последнее католическое Рождество его явно недоставало на Швецией и Норвегией .

Очевидно, что, кроме отмеченной Нобелевской премией 1995 года «фреоновой» гипотезы, строго адаптированной к антарктическим условиям, надо искать и обсуждать другие теории, способные объяснить причину возникновения озоновых дыр в Европе. По крайней мере одна такая теория уже есть — это водородная концепция разрушения озонового слоя. Она исходит из предположения, что в качестве главного врага стратосферного озона выступают глубинные газы Земли — водород и метан.

Водород озону враг

Механизм водородного разложения озона был открыт ещё в 1965 году и к настоящему времени хорошо изучен. Ключевая роль в них принадлежит группе гидроксила ОН^- , образующейся при взаимодействии молекул водорода, метана и воды с атомарным кислородом. Эти ионы довольно активно «разваливают» молекулы озона, выступая в качестве катализатора водородного цикла разложения озона, который может быть представлен следующими реакциями:

OH + O3 = HO2 + O2,
HO2 + O3 = OH + 2 O2,
Итог: 2 O3 = 3 O2.

Всего цикл насчитывает более сорока реакций и всегда прерывается образованием воды по схеме

OH + HO2 = H2O + O2,
OH + OH = H2O + O.

Откуда водороду взяться в атмосфере, тоже вполне понятно: выделения этого газа и метана из глубин Земли — феномен, хорошо известный геологам, изучающим планетарную дегазацию. Только этот феномен почему-то никогда не учитывался специалистами в области химии атмосферы при рассмотрении возможных причин разрушения озонового слоя.

Легкие газы водород и метан, выделившиеся из недр на земную поверхность, быстро поднимаются до стратосферных высот, где активно реагируют с озоном. Вода, получившаяся в результате такой реакции, на стратосферных высотах замерзает с образованием стратосферных облаков. Наличие потоков водорода, метана, а также многих других газов, идущих из-под земли, давно уже подтверждено многократными инструментальными измерениями. В 80-е годы прошлого века академиком Алексеем Александровичем Маракушевым была сформулирована гипотеза, что основным хранилищем планетарного запаса водорода является жидкое ядро Земли. Процесс кристаллизации твердого внутреннего ядра ведет к отгонке водорода во внешнюю наружную зону жидкого ядра, на границу с мантией.

Те же самые инструментальные измерения позволили обнаружить и важную особенность глубинной дегазации. Истечение газов неравномерно во времени и происходит в основном (в сотни раз больше, чем в других областях планет) в рифтовых зонах, расположенных на гребнях срединно-океанских хребтов. Очевидное совпадение главных озоновых аномалий и рифтовых зон служит веским аргументом в пользу водородной концепции.

Опасные зоны

Всем хорошо известно, что наиболее сильное и частое разрушение озоновый слой испытывает над Антарктикой. Но именно здесь срединно-океанские хребты (рифты) максимально сближаются и сливаются в единый Циркумантарктический рифт — сливаются (обращаем на это особое внимание!) своими южными сегментами, где по данным геофизических исследований мантия наиболее разогрета и дегазация наиболее активна. Таким образом, Антарктида — это участок планеты, над которым суммируются наиболее обильные потоки восстановительных флюидов, а атмосфера подвержена максимальной в земных условиях продувке природными озоноразрушающими газами. Именно поэтому эффект разрушения озонового слоя здесь проявлен наиболее сильно.

Сказанное выше подтверждается «звездной» формой озоновых аномалий над Антарктикой. На картах аномалий, полученных орбитальными обсерваториями, прекрасно видно, что лучи «озоновых звезд» проецируются на южные окончания океанских рифтовых зон. Пока что нет другой теории, способной объяснить этот феномен. Отмахнуться же от него как от случайности нельзя, так как антарктические «озоновые звезды» зафиксированы неоднократно. Обычно они возникают в конце октября — начале ноября.

Принципиально важные для водородной концепции результаты относительно озоновых аномалий в Северном полушарии были получены в Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета. Здесь были проанализированы все ряды наблюдений мировой наземной сети озонометрических станций с целью выявления тех из них, где наиболее часто регистрировались пониженные значения ОСО. В результате проведенных исследований установлены три наиболее устойчивых озоновых минимума Северного полушария — о. Исландия, Красное море, Гавайские острова . Нетрудно заметить, что все названные пункты максимально удалены от промышленных районов, но являются активными центрами вулканизма. Они отличаются интенсивной современной вулканической деятельностью, которая сопровождается потоками озоноразрушающих газов. Важная особенность этих центров — чрезвычайно высокие отношения изотопов гелия ³ He/⁴ He, что указывает на глубинную природу газовых потоков.

Ещё более показательно распределение озоновых аномалий над территорией России. На карте центров озоновых аномалий, возникших над Россией и сопредельными территориями с ноября 1991-го по 2000 год, показаны центры таких аномалий. Они группируются в несколько ясно различимых кластеров — Урало-Каспийский, Западно-Сибирский, Восточно-Сибирский, Сахалино-Индигирским… Один из них расположен над северо-западом европейской части России и его можно было бы назвать Беломоро-Балтийским или Скандинавским. Отмечу, что для составления этой карты было использовано более сотни карт среднемесячного дефицита ОСО, составленных в ЦАО Росгидромета.

Кроме того, невозможно не заметить, что в каждой из групп центры распределяются вдоль меридиана. Почему так происходит, тоже сразу станет ясно, если наложить на эту карту другую — на которой показаны области, где в разное время и разными методами были зафиксированы повышенные потоки глубинных газов. Эти области располагаются вдоль так называемых субмеридиональных разломов, и вблизи каждого из них обнаружены водородно-метановые источники — на Кольском полуострове, вокруг оз. Байкал, в кимберлитовых трубках Якутии, на Урале, в Прикаспии, на плато Устюрт…

Столь же очевидны геологические адреса озоновых аномалий Западной Европы. Часто они возникают над Рейнско-Ливийской рифтовой зоной, протягивающейся от грабена Осло в Швеции до Северной Африки. А вот центры представленных выше «Новогодней» аномалии 1998 года и «Рождественской» 2007-го могут быть связаны с рифтовой зоной Ботнического залива Балтийского моря.

Фактор времени

Есть объяснение и для неравномерности выбросов газов в атмосферу и во времени. А ведь их мощность может временами увеличиваться в миллионы раз! Причина же — в сейсмической активности или космических «влияниях». Под последними подразумевается, в первую очередь, гравитационное воздействие Луны и Солнца, которое уменьшает давление на жидкое ядро, главный планетарный резервуар водорода, а также заставляет «шевелиться» внутренне твердое ядро внутри жидкого, что также способствует усилению дегазации.

Общепринятая «фреоновая» гипотеза связывает озоновые аномалии со сменой сезонов в Антарктиде. Ею предлагается такая последовательность событий. В зимнее время из-за сильных холодов в стратосфере Антарктиды образуются полярные стратосферные облака. Хлорсодержащие фреоны, попавшие сюда в результате общего перемешивания атмосферного воздуха, разрушаются на ледяных частичках и выделяют свободный хлор, который вмерзает в микрольдинки. Весной (к северу от экватора в это время осень) с поступлением солнечного света и тепла стратосферные облака тают, освобождается хлор, который интенсивно разрушает озон. Утончение озонового слоя над Антарктидой и в самом деле обнаруживает такую закономерность. В этом смысле предсказание фреоновой теории правильно. Но анализ тысяч спутниковых карт планетарного поля ОСО показывает, что усиление разрушения озонового слоя в конце осени-начале зимы происходит практически по всей планете синхронно. Объяснить это нобелевская гипотеза уже не может принципиально.

Но именно временная неоднородность показывает предсказательную силу альтернативной гипотезы. Непрерывный ряд пятиминутных записей максимальных ежесекундных измерений подпочвенной концентрации водорода в Хибинском массиве, проведенный в 2007 году при содействии исследователей Геологического института Кольского научного центра РАН в городе Апатиты, показал периодичность в её изменении. Основной период оказался связанным с суточным вращением Земли (то есть он был близок к 24 часам). Отчетливо выявились периоды в 7,2 и 13,9 суток, приходящиеся на моменты смен лунных фаз. Обнаруженные временные закономерности дегазации прямо указывают на зависимость этого процесса от гравитационного влияния космического окружения на Землю. С этой точки зрения осенняя общепланетарная синхронность в разрушении озоносферы в разных местах земного шара означает усиление глубинной дегазации, связанное с приближением Земли к точке перигелия на околосолнечной орбите.

Очевидная слабость?

У водородной концепции разрушения озонового слоя, в свою очередь, есть свои слабые места. Главные из них выражаются в форме двух вопросов: 1) Может ли выделяться из геологических структур достаточное количество озоноразрушающих газов, чтобы объяснить все наблюдаемые явления? 2) Могут ли эти газы подняться в стратосферу, где максимальна концентрация озона?

В самом деле, два года назад в журнале Nature была опубликована статья Фрэнка Кепплера (Dr. Frank Keppler), наделавшая много шума. В ней доказывалось, что доля биогенное атмосферного метана значительно превосходит долю техногенного. По его оценкам, метан, образующийся на поверхности болот и рисовых полей, в желудках домашнего скота и жилищах термитов, выбрасывается в количестве 500 Тг ежегодно (1 Тг = 10⁹ г = 10⁶ т). Но самые скромные оценки эндогенной (глубинной) составляющей водородно-метанового потока в атмосферу на основании соотношений изотопов углерода дают 2500–3000 Тг/год, значение в 5–6 раз большее. Высокие, близкие к указанным оценки потоков глубинного метана дают и подсчеты, выполненные в академических институтах Физики Земли и Динамики геосфер.

Однако метану и водороду недостаточно просто оказаться над поверхностью земли — чтобы возникали описываемые явления, им надо достичь нижних слоев стратосферы, где сосредоточены основные запасы озона. Многие исследователи считают, что это невозможно, потому что газы при подъеме сильно разбалтываются потоками ветра. Кроме того, некоторые оппоненты водородной концепции, считают, что прорыв любых газов в стратосферу за пределами внутритропической зоны невозможен. В современной научной литературе существуют различные численные расчеты и модельные построения, по-разному отвечающие на эти вопросы.

Решающую роль должен был сыграть эксперимент. Эту задачу вполне мог бы решить мониторинг выделения водорода в известных центрах дегазации, с тем, чтобы установить корреляцию между выбросом водорода и падением содержания озона над данной территорией. Синхронность этих процессов — усиления водородной дегазации и падения общего содержания озона должна означать правоту водородной концепции. На организацию такой проверки ушло несколько лет.

Цель эксперимента была достигнута в 2005 году. Водородный датчик, установленный с помощью кольских геологов в Хибинских горах, давно известных интенсивными выделениями метана и водорода, в полнолуние 26—27 апреля показал значительные пики концентрации водорода (см.: Сывороткин В. Л . Экспериментальное подтверждение водородной концепции разрушения озонового слоя Земли // Система планета Земля. Материалы ХIII научного семинара. М., 2005. С. 265–267). В эти же дни значимое снижение ОСО было зафиксировано на озонометрической станции Мурманск . Ту же озоновую аномалию над Кольским полуостровом «увидел» и американский космический спутник «EarthProbe». С методологической точки зрения это означает, что именно в апреле 2005 года «водородная» гипотеза разрушения озонового слоя стала теорией.

В анонсе статьи использовано фото Image Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center