Дослідження атмосферного озону пов'язано з широким колом проблем, зокрема, з проблемами постійності складу повітря, поглинання і випромінювання радіації, розподілу температури в атмосфері та її циркуляції, а також глобальних змін клімату. Разом з тим вивчення цих питань має велике значення для вирішення ряду задач біології, медицини та охорони навколишнього середовища. Стає зрозумілим, що досліджувати атмосферні явища, в тому числі й озон, у відриві від географічної оболонки як складної системи, що самоорганізується, з багатьма зв'язками неможливо і методологічно невірно, оскільки атмосферний озон є складовою і невід'ємною частиною цієї оболонки і входить до її кліматичного комплексу.

Роль озону у формуванні географічної оболонки важко переоцінити. Можна вважати, що одна з її складових - біосфера - змогла розвинутися на Землі тільки тоді, коли виник достатньо потужний шар озону, що захистив її від жорстокого ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Майже весь атмосферний озон зосереджений у нижній стратосфері. Загальна кількість його підкоряється періодичним та неперіодичним коливанням. Збільшення озону у стратосфері сприяє зменшенню притоку сонячної радіації до земної поверхні, тому що озон поглинає сонячну радіацію не тільки в ультрафіолетовій, але й у видимій та інфрачервоній частинах спектру. Безперечно, збільшення вмісту озону у стратосфері приведе до збільшення її нагрівання. При цьому температура, тиск і циркуляція в тропосфері також зазнають змін.

Клімат досить чутливо відповідає навіть на незначні зміни радіації, що приходять до земної поверхні. Для прикладу можна привести узгоджені зміни загального вмісту озону (ЗВО) в атмосфері та сонячної радіації, що приходить до земної поверхні. Зроблені нами розрахунки [1] показали, що підвищення у 1918-1947 рр. прямої сонячної радіації при безхмарному небі на 0.3 % відбувалося на тлі зниження вмісту озону в атмосфері на 2,9 % проти середньої багаторічної норми. Незважаючи на такий досить малий відрізок часу та досить малу зміну радіації, відбулося помітне скорочення площі морської криги, а також деякий відступ зледеніння на суходолі.

Отже, з озоном можна пов'язувати як природні, так і штучні зміни клімату, а також належність клімату від сонячної радіації та її активності. Під штучними змінами треба розуміти зміни вмісту озону в атмосфері, на жаль, поки що тільки в сторону його зменшення (антропогенне руйнування озону).

Для кліматології озону характерні значні (більше 50 %) широтні відмінності у ЗВО в атмосфері між полярними та субтропічними широтами та двомісячне запізнення мінімумів і максимумів ЗВО субтропічних широт у порівнянні з полярними. Відхилення весняного максимуму та осіннього мінімуму від середньорічного значення найбільш яскраво виражені у зоні широт 70-75 градусів п. ш. і дорівнюють 20 % навесні та 16 % восени. У зоні 30-35 градусів п. ш. плавність річного ходу ЗВО підкреслюється незначними (біля 8 %) відхиленнями відповідних максимумів і мінімумів.

Довготні відмінності у розподілі ЗВО містяться у значному перебільшенні середнього ЗВО по 5-градусних широтних зонах Американського сектору над ЗВО Атлантичного сектору (до 16 %). Європейського (до 10 %) та глобального ЗВО аналогічних широт (до 11 %). Континентально-океанічні відмінності помітні у зниженні ЗВО над Атлантичним океаном на 10-15 % у порівнянні з Європою й особливо Північною Америкою.

Річний хід змін ЗВО в атмосфері має добре виражений весняний максимум та осінній мінімум. Значний інтерес викликають тривалі екстремальні відхилення середньомісячних значень ЗВО в атмосфері, що характерні приблизно в рівній мірі для всіх широт. Найбільш частим і значним екстремальним відхиленням піддається ЗВО в атмосфері, спостерігається станціями континентальної частини помірних широт. Для них властиві як додатні (до 40 %), так і від'ємні (до 48 %) аномалії ЗВО в атмосфері. Особливо часто тут повторюються від'ємні аномалії [2].

Можна вважати, що екстремальні значення ЗВО у міждобовому ході вмісту озону в атмосфері значно вище згладжених усередненням середньомісячних значень. Екстремальні значення ЗВО необхідно знати, тому що вони характеризують мінливість ЗВО, пов'язані з явищами переносу озону в атмосфері. Зміни вмісту озону стратосфери, де літають сучасні літаки, в тропосфері, куди зрідка проникають із стратосфери досить великі концентрації озону, також безпосередньо впливають на самопочуття та здоров'я людини.

Всім відома благотворна дія на організм озонованого повітря. Але озон стає шкідливим для дихання людини, тварин і рослин уже при вмісті його в повітрі близько двох мільйонних часток. Чистий озон у три рази токсичніше за синильну кислоту. Раніше вважалося, що озон не може загрожувати людині та атмосфері взагалі з огляду на його малу концентрацію у приземному шарі повітря. Але порівняно недавно, у кінці 30 років, виникла зворотна проблема забруднення міського повітря техногенним фотохімічним смогом, головним діючим чинником якого є озон у концентрації до 2-3 мг/м3, що в 100-200 разів перевищує його природний вміст.

Головна умова утворення цього смогу - наявність у повітрі оксидів азоту та канцерогенних поліциклічних вуглеводів при відповідних метеорологічних обставинах. Між оксидами азоту та незгорілим вуглеводнем, наприклад, відпрацьованих газів автомобілів, на сонячному світлі відбуваються різноманітні фотохімічні реакції, зокрема, утворення озону. У великих містах у сонячну тиховійну погоду з температурною інверсією виникає густий серпанок - фотохімічний смог. Він вражає рослинність, подразнює дихальні шляхи та слизову оболонку очей людини. Вперше він був описаний у Лос-Анжелесі й одержав назву Лос-Анжелеського, тепер такий смог спостерігається в багатьох містах світу. Особливо сприятливі умови для утворення фотохімічного смогу створюються влітку у глибоких кар'єрах при інтенсивній роботі автотранспорту.

Особливий інтерес викликають винятки екстремального зниження ЗВО, що дозволяють досліджувати можливі біологічні наслідки антропогенного зменшення озону в атмосфері. Ці винятки дають свого роду природну модель явищ, що відбуваються або можуть відбутися у географічній оболонці у разі здійснення припущення про можливе руйнування шару озону антропогенними чинниками. Зниження ЗВО в атмосфері призводить, окрім підвищення температури приземного повітря, до посилення ефекту ураження білків і живих клітин біосфери ультрафіолетом сонячної радіації. Найважливіші молекулярні елементи - білки та нуклеїнові кислоти найінтенсивніше руйнуються ультрафіолетовою радіацією з довжиною хвилі в межах 250-320 нм, яка біологічно найбільш активно пригнічує у рослин фотосинтез, викликає у людини опіки шкіри й сітківки ока, руйнування червоних кров'яних тілець, молекул хроматину й ДНК, згортання білків, ріст злоякісних пухлин та багато іншого. Організми, не пов'язані з фотосинтезом, можуть і не постраждати від підвищення ультрафіолетової радіації, але для них небезпечне порушення екологічних ланцюгів харчування, викликане ураженням мікроорганізмів, фітопланктони та рослин, що не мають захисних покривів.

Отже, стратосферний озон виконує роль не тільки природного терморегулятора погоди та клімату, затримуючи надлишок сонячної радіації у стратосфері при підвищенні сонячної активності й будучи при цьому посередником у сонячно-атмосферних зв'язках, а й природного захисного екрану для всього живого на Землі від надлишку ультрафіолетової радіації.

Велика увага приділяється вивченню тривалих (у масштабах місяців) екстремальних відхилень середньомісячних значень ЗВО в атмосфері, тобто відхилень, що значно виходять за межі місячної норми. Екстремуми являють собою максимуми та мінімуми середньомісячних значень ЗВО в атмосфері, що коли-небудь спостерігалися в даному місяці. Локальні мінімуми з пониженням вмісту озону в атмосфері над окремими районами на декілька десятків відсотків інколи називають "озоновими дірами". Вперше сама можливість утворення й існування таких "дір" в озоносфері була передбачена нами в 1979 році [З].

Приклади таких екстремальних значень кількості озону в атмосфері наведені у роботі [2], з якої видно, що екстремуми вмісту озону в рівній мірі притаманні для атмосфери всіх широт, принаймні північної півкулі. Абсолютні значення вмісту озону в атмосфері найбільш значні у високих широтах при великих середньомісячних показниках. Найбільш часто і значним екстремальним відхиленням підлягає вміст озону в атмосфері континентальної частини середніх широт. Особливо часто тут відбуваються від'ємні аномалії, тобто "озонні діри". Найбільш часті та значні такі екстремуми для озонового шару над Москвою, трохи менше над С.-Петербургом, Києвом, Тбілісі, Абастумані.

Звідси випливає важливий висновок про те, що для своєчасної та оперативної підготовки наукових досліджень та експериментів у потрібний час і у потрібному місці, а також для своєчасного запобігання небажаних наслідків впливу екстремальних значень ЗВО на біосферу та людину конче необхідні методи довгострокового прогнозу змін ЗВО в атмосфері окремих географічних районів. Один із таких методів був запропонований нами [4].

Озон, що поглинає сонячну радіацію, суттєво впливає на термічний режим атмосфери. При збільшенні вмісту озону у стратосфері доля сонячної енергії, що поглинається у стратосфері, збільшується за рахунок зменшення притоку тепла до земної поверхні. І навпаки, при зменшенні озону у стратосфері більше сонячної радіації досягає земної поверхні. Пошук такої залежності погоди та клімату від загального вмісту озону в атмосфері був здійсненим нами [4] на прикладі м. Харкова. Загальним результатом цих пошуків була розробка методів довгострокового прогнозу темпера­тури повітря з 3-4-місячною завчасністю.

Довгостроковий прогноз середньомісячних температур повітря потрібен для передбачення інтенсивності танення та сходу снігового покриву на полях і часу скресання криги на річках, загальної характеристики вегетаційного періоду, стану вологості ґрунтів, визначення оптимальних строків сівби, агротехнічних заходів і збору врожаю, настання морозного періоду та закінчення польових робіт. Такий прогноз також є необхідним для визначення ступеню суворості зими та відповідної підготовки комунального господарства до опалювального сезону. На закінчення треба сказати. що, виходячи з подвійної природи впливу озону на біосферу, до проблем екології та охорони навколишнього середовища необхідно підходити з двох позицій, а саме: людство повинно оберігати озон стратосфери від руйнування і в той же час само повинно оберігатися від надмірних концентрацій техногенного озону у приземному шарі повітря.

ЛІТЕРАТУРА

1. Басманов Е. И.О влиянии атмосферного озона на колебания климата Земли Вестн. Харьк. ун-та. - 1980. № 198. Геология и география Левобер. Украины. С. 68-70. 2. Басманов Е. И. Экстремумы озона и их возможное влияние на погоду и климат. Сб. науч. тр. Л. изд. ЛГМИ. - 1991 - Вып. 111: Атмосферный озон . - с. 29-34. 3. Басманов Е. И. Некоторые примеры моделирования природоохранного значения озона Респ. науч. конфер. по пробл. охраны природы. УССР. 28 Мая 1979 г. -Харьков. - с. 3-5. 4. Басманов Е. И. Озон и макроциркуляционные процессы в атмосфере. Метеорология и гидрология. -1983.- № 9. - с. 58-63.