პაველ ვარგინი, ფიზიკა-მათემატიკურ მეცნიერებათა კანდიდატი როსჰიდრომეტის ცენტრალური ეკოლოგიური ობსერვატორია

პაველ  ვარგინი, ფიზიკა-მათემატიკურ მეცნიერებათა კანდიდატი

როსჰიდრომეტის ცენტრალური ეკოლოგიური ობსერვატორია 

 https://poisknews.ru/magazine/5189/

 დაცვის გადარჩენა. მეცნიერთა აზრით, ოზონის შრეს კვლავ საფრთხე ემუქრება

ახლა უკვე ძნელია ისეთი ადამიანის მოძებნა, რომელსაც არ ეცოდინება ოზონის შრის, და, რაც მთავარია, მისი განსაკუთრებული როლის შესახებ დედამიწაზე ყოველივე ცოცხალის დასაცავად ულტრაიისფერი გამოსხივების საშიში დონის ზემოქმედებისგან. თუ რამდენად მნიშვნელოვანია პლანეტის ამ მსხნელი საფარის შენარჩუნება, მუდმივად გვახსენებენ მეცნიერები, რომლებიც რეგულარულად აკვირდებოდნენ მის მდგომარეობას XX საუკუნის 30-იანი წლებიდან. 1948 წელს შეიქმნა ოზონის საერთაშორისო კომისია (IOC), რომლის შემადგენლობაში შედიან ატმოსფეროს გამოჩენილი მკვლევარები. ყოველ ოთხ წელიწადში იგი აწყობს ოზონის სიმპოზიუმებს, სადაც სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერები განიხილავენ პრობლემის მრავალ ასპექტს, ოზონის შრის ბოლოდროინდელი გამოკვლევების შედეგებს და ატმოსფეროში ოზონის დამშლელი ნაერთების შემცველობაში არსებულ ცვლილებებს მონრეალის პროტოკოლის შესრულების შედეგად, რომელიც ზღუდავს ამგვარი ნაერთების გამოყოფას. მორიგ სიმპოზიუმში, რომელიც გასული ზაფხულის ბოლოს გაიმართა ტორონტოში (კანადა), მონაწილეობა მიიღო 300-ზე მეტმა მეცნიერმა 30 ქვეყნიდან, მათ შორის რუსეთიდან, ამ სტრიქონების ავტორმაც. სამეცნიერო ნაწილის გარდა პროგრამაში ორგანიზაციული საკითხიც შედიოდა. აირჩეს ოზონის საერთაშორისო კომისიის ახალი წევრები. ჩვენი ქვეყნიდან - რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ა.მ. ობუხოვის სახელობის ატმოსფეროს ფიზიკის ინსტიტუტის წამყვანი მკვლევარი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი ალექსანდრ გრუზდევი.

        რა აშფოთებთ დღეს მკვლევარებს, რომლებიც ამ პრობლემებით არიან დაკავებული? დიდ შეშფოთებას იწვევს 2011 წლის გაზაფხულზე შემჩნეული არქტიკაში ოზონის შრის ანომალურად მაღალი დაშლა, საჭირბოროტო საკითხად რჩება ატმოსფეროში ოზონის შრის დამშლელი ნივთიერებების შემცველობის შემცირების და დედამიწის კლიმატის ცვლილებაზე სათბურის გაზების გავლენის საკითხები. 

        სიმპოზიუმის დროს ჩვენ მოვახერხეთ საუბარი ოზონის საერთაშორისო კომისიის ამჟამინდელ პრეზიდენტთან, ათენის უნივერსიტეტის პროფესორთან ქრისტოს ზეერეფოსთან, რომელიც, კერძოდ, მიიჩნევს საშიშად მოსაზრებას, რომ მონრეალის პროტოკოლმა მთლიანად გადაჭრა ოზონის შრის განადგურების პრობლემა, რომელიც დედამიწას იცავს. დამშვიდება ნაადრევია, აღნიშნა მეცნიერმა, და 2011 წლის გაზაფხულის მოვლენამ კიდევ ერთხელ დამაჯერებლად დაადასტურა ეს. საჭიროა საგულდაგულოდ დავაკვირდეთ შრის მდგომარეობას და ადამიანისა და ბიოსფეროსთვის საშიშ ულტრაიისფერი რადიაციის დონეს.

       ახლა უკვე ცხადია, რომ ოზონისა და სხვა ქიმიური ელემენტების ურთიერთქმედება უფრო რთულია, ვიდრე ადრე ეგონათ. სიმპოზიუმის მონაწილეთა მოხსენებებში ხაზი გაესვა ოზონის მთლიანი შინაარსისა და ვერტიკალური განაწილების ევოლუციის, ტროპოსფეროსა და სტრატოსფეროში ოზონის შრის მდგომარეობის, ოზონზე ქიმიური პროცესების გავლენის და ამ პროცესების გათვალისწინების თანამედროვე მოდელების შესაძლებლობების, ასევე კლიმატის ცვლილებისა და ოზონის შრეს შორის ურთიერთქმედების შესწავლის აუცილებლობას. 

       გარდა ამისა, როგორც ახლახანს დადგინდა, მნიშვნელოვანია დედამიწის ზედაპირზე ულტრაიისფერი გამოსხივების (უი-ბ-რადიაცია) საშიში ნაწილის დონის ცვლილებების შესწავლა. ბოლოდროინდელი მოდელურმა კვლევებმა აჩვენა, რომ უი-ბ-რადიაციის დონის დაბრუნება ნორმალურ ნიშნულამდე მოსალოდნელია XXI საუკუნის შუა პერიოდში.

ზოგადად, შეიძლება აღინიშნოს, რომ სტრატოსფეროში შეინიშნება ოზონის შრის აღდგენის ნიშნები, თუმცა კვლავინდებურად იშლება ზაფხულის პერიოდში ანტარქტიდასა და არქტიკაზე. ამასთან, ატმოსფეროში სათბურის გაზების შემცველობის გაზრდის შედეგად ხდება როგორც ქვედა ატმოსფეროს ტემპერატურის ზრდა, ასევე სტრატოსფეროში მისი შემცირება. შედეგად, ოზონის შრის მდგომარეობა პოლარულ რეგიონებში უფრო დაუცველი ხდება ატმოსფეროში ოზონის დამშლელი ნივთიერებების შენარჩუნების გამო. ამიტომ, ოზონის შრის აღდგენა, მონრეალის ოქმის ხელმომწერი ქვეყნების ძალისხმევის მიუხედავად, ფერხდება. ბოლოდროინდელი კვლევები გვიჩვენებს, რომ არა მხოლოდ კლიმატის ცვალებადობა ახდენს გავლენას ოზონის შრეზე, არამედ ამ ფენის მნიშვნელოვანმა ცვლილებებმა შეიძლება ზემოქმედება მოახდინოს კლიმატზე ქვედა ატმოსფეროში - დედამიწის ზედაპირამდე.

       – დასასრულს, მინდა აღვნიშნო, - თქვა ჰ. ზერეფოსმა, - რომ რუსი მკვლევარები ყოველთვის ოზონის შრის შესწავლის წინა ხაზზე იყვნენ. წარსულში პატივი მქონდა შევხვედროდი პროფესორ ა. ხრგიანს, ხოლო ბოლო დროს სხვა შესანიშნავ მეცნიერებს რუსეთიდან, რომლებიც ოზონის კვლევით არიან დაკავებულნი. ბევრ მათგანს, კერძოდ ნ. ელანსკის, ვ. დოროხოვს, ა. გრუზდევს კარგად ვიცნობ. მინდა აღვნიშნო ცენტრალური აეროლოგიური ობსერვატორიისა და ატმოსფეროს ოპტიკის ინსტიტუტის თანამშრომელთა მუშაობის მაღალი ხარისხი. იმის გათვალისწინებით, რომ თქვენი ქვეყნის ტერიტორიის უზარმაზარი ნაწილი პოლარულ რეგიონში მდებარეობს, მნიშვნელოვანი როლი მიუძღვის ოზონის შრის მონიტორინგის რუსულ ქსელს, რომელიც ათწლეულებია, რაც არსებობს.

          კვლევების შესახებ უფრო დაწვრილებით მოგვიყვა რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ა.მ. ობუხოვის სახელობის ატმოსფეროს ფიზიკის ინსტიტუტის განყოფილების გამგემ, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის წევრ–კორესპოდენტმა ნ. ელანსკიმ.

       –ღრმა ოზონის არქტიკული ხვრელის ფორმირებამ მნიშვნელოვნად გაამძაფრა ინტერესი რუსეთში ატმოსფერული ოზონის შესწავლის მიმართ, - ხაზგასმით აღნიშნა ნიკოლაი ფილიპოვიჩმა. - ამას დაემატა ისიც, რომ თავისი ევოლუციის შედეგად, ოზონის ხვრელმა რამდენჯერმე გადაინაცვლა ევრაზიის კონტინენტის ტერიტორიაზე და მოიცვა რუსეთის ფედერაციის უზარმაზარი ნაწილი. მოსკოვიც კი, 2011 წლის 4 აპრილს, როგორც გეოგრაფიულ მეცნიერებათა დოქტორის ნ. ჩუბაროვას ხელმძღვანელობით მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მეცნიერთა ჯგუფის მიერ მიღებული დაკვირვების შედეგების ანალიზმა აჩვენა, აღმოჩნდა ოზონის დეპრესიის სფეროში და განიცადა მოკლეტალღური ულტრაიისფერი დასხივების მნიშვნელოვანი გაძლიერება. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მოვლენა გახდა მცენარეთა მიერ ძირითადი სათბურის გაზის CO2-ის ათვისების ეფექტის შესუსტება დედამიწის ზედაპირზე არსებულ ჰაერში ოზონის კონცენტრაციის გაზრდის შედეგად. ამას განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს რუსეთისთვის, სადაც ოზონის კონცენტრაციის ზრდა სამრეწველო წარმოების, ელექტროენერგიისა და ტრანსპორტის გააქტიურებასთან ერთად ხდება გაზრდილი ტემპებით, ხოლო ჭაობებისა და ტყის ეკოსისტემები ასრულებენ CO2-ის  ჩასადინარის როლს გლობალური ნახშირბადის ბალანსში.

       ამ პირობებში დიდი მნიშვნელობა აქვს ოზონისა და ოზონაქტიური მინარევების შემცველობის რეგულარულ დაკვირვებას რუსეთის ტერიტორიაზე. ბოლო წლებში გარკვეულწილად გაიზარდა ატმოსფეროს ზედაპირულ შრეში ოზონის კონცენტრაციის საზომი სადგურების რაოდენობა. ექვსი მათგანი მუშაობს პირობებში, რომელიც ფონურს უახლოვდება. ორი სადგური მდებარეობს კავკასიის მაღალმთიან რეგიონებში და სამხრეთ ციმბირში და იძლევა ინფორმაციას თავისუფალი ტროპოსფეროს მდგომარეობის შესახებ. მოსკოვში, ტომსკში და ზოგიერთ სხვა ქალაქში მოქმედებენ სადგურები, რომლებიც აკონტროლებენ ოზონის კონცენტრაციას ქალაქში არსებულ ჰაერზე. გადაჭრილია ოზონის გაზის ანალიზატორების დაკალიბრების პრობლემა. დ.ი. მენდელეევის სახელობის მეტროლოგიის სრულიად რუსულ სამეცნიერო-კვლევით ინსტიტუტში შეიქმნა პირველადი ეტალონი, ხოლო რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ატმოსფეროს ფიზიკის ინსტიტუტში - მობილური სტანდარტი. სტრატოსფეროული ოზონის შრის მდგომარეობას 28 სადგური აკონტროლებს, რომლებიც აღჭურვილია ფილტრის ფოტომეტრებით, ოთხი აღჭურვილია ბრუერის თანამედროვე სპექტროფოტომეტრებით, რომლებიც ოზონის შემცველობის გარდა, აწარმოებენ მოკლეტალღურის ულტრაიისფერი-რადიაციის სპექტრული შემადგენლობის გაზომვას. 2012 წლის სექტემბერში ყველა რუსულმა სპექტროფოტომეტრმა საერთაშორისო დაკალიბრება გაიარა. რეგულარულად ხდება ფილტრის ფოტომეტრების დაკალიბრება, და, ამრიგად, ყველა რუსული სადგურის მაჩვენებლები „მიბმულია“ მსოფლიო ოზონომეტრიულ ქსელზე. ამის მიუხედავად, ოზონისა და ოზონაქტიური ნივთიერებების მონიტორინგის არსებული ეროვნული სისტემა მნიშვნელოვნად ჩამორჩება ევროკავშირში, აშშ-ში, კანადაში, იაპონიასა და ჩინეთში მოქმედ ანალოგიურ სისტემებს, როგორც სადგურების ქსელის სიმკვრივის, ასევე გასაზომი პარამეტრების რაოდენობის მიხედვით. რუსეთზე ატმოსფეროს შემადგენლობის შესახებ ინფორმაციის ნაკლებობას ნაწილობრივ ავსებდნენ ტრანსკონტინენტური დაკვირვებები, რომლებსაც რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ატმოსფეროს ფიზიკის ინსტიტუტი  1995–დან 2010 წლამდე ატარებდა მსოფლიოში ერთადერთი სარკინიგზო ობსერვატორიის დახმარებით (TROICA–ს ექსპერიმენტები). სამწუხაროდ, დაფინანსების არარსებობის გამო, ეს დაკვირვებები შეჩერებულია. დაფინანსების პრობლემებმა ასევე არარეგულარული გახადა ოზონზე დაკვირვება ლაბორატორია-თვითმფრინავიდან An-30, რომელსაც მრავალი წლის განმავლობაში ატარებდა რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ვ.ე. ზუევის სახელობის ატმოსფეროს ოპტიკის ინსტიტუტის სიმბირის განყოფილება.    

   ოზონის მონიტორინგის სისტემის ნაკლოვანებების მიუხედავად, მიღებული ინფორმაციის ანალიზმა შესაძლებელი გახადა რუსეთის ტერიტორიაზე ამ გაზის ქცევის ძირითადი დამახასიათებელი თავისებურებების გამოვლენა. აღმოჩნდა, რომ მისი კონცენტრაცია თავისუფალ ტროპოსფეროში (ჩრდილოეთ კავკასიის მაღალმთიანი სამეცნიერო სადგურის სპეციალისტების დაკვირვების თანახმად) არა მარტო არ იზრდებოდა ბოლო 20 წლის განმავლობაში, როგორც ეს იყო ცენტრალურ და დასავლეთ ევროპაში, მარამედ, პირიქით, მცირდებოდა. ამ ფაქტმა აჩვენა დაბინძურების ზემოქმედების რეგიონალური ხასიათი მიწის ზედაპირთან არსებულ ჰაერში ოზონის გენერაციაზე. ფოტოქიმიური პროცესები რუსეთის ტერიტორიაზე ატმოსფეროში ნაკლებად აქტიურია, ვიდრე ჩრდილოეთ ამერიკასა და ევროპაში, რაც მიუთითებს მის შედარებით სუსტ დაბინძურებაზე. უფრო მეტიც, აღმოჩნდა, რომ ციმბირის ტერიტორიაზე, მისი ბორეალური ტყეებით და ჭაობებით, ოზონის ჩადინება ჭარბობს, რაც კომპენსირებს გაზის კონცენტრაციის გლობალური ზრდის დიდ ნაწილს ტროპოსფეროსა და მიწის ზედაპირთან არსებულ შრეში. ამავდროულად, ბოლო წლებში შეიმჩნევა ქალაქის ჰაერში ოზონის შემცველობის ზრდის ტენდენცია. ავტომობილების რაოდენობის ზრდამ, ყოველდღიურ ცხოვრებაში, მშენებლობასა და ტრანსპორტში გამოყენებულ ახალ ნივთიერებებსა და მასალებზე გადასვლამ გამოიწვია ქალაქის ატმოსფეროს ჟანგვითი თვისებების ზრდა და ზაფხულის პერიოდში ამ გაზის გენერაციის გაძლიერება. ამ პროცესის მაგალითია ოზონის მაქსიმალურად დასაშვები კონცენტრაციების მკვეთრი გადაჭარბების შემთხვევების სიხშირე ზაფხულის ანტიციკლონურ პირობებში მოსკოვში, როგორც ეს მოხდა 2010 წელს.

        მნიშვნელოვანი შედეგები იქნა მიღებული ოზონის ატმოსფერული ცირკულაციის გავლენის შესწავლისას სივრცულ და დროებით ცვალებადობაზე. კვლევის ეს მიმართულება ტრადიციულია რუსი მეცნიერებისათვის. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ა.მ. ობუხოვის სახელობის ატმოსფეროს ფიზიკის ინსტიტუტში, მთავარ გეოფიზიკურ ობსერვატორიასა და როსჰიდრომეტის სამეცნიერო-საწარმოო გაერთიანება „ტაიფუნში“ დეტალურად იქნა შესწავლილი კვაზიორწლიანი რხევების, ჩრდილოატლანტიკური რხევებისა და ელ–ნინიოს დინების ზემოქმედების მექანიზმები სტრატოსფერული ოზონის შრის მდგომარეობაზე. გამოვლინდა ახალი კანონზომიერებები სტრატოსფერული ოზონის რეაქციებში მზის აქტივობის ინტენსივობაზე. კერძოდ, ნაჩვენებია კავშირი მასსა და ოზონის შემცველობის ცვლილებაზე მაღალ განედებზე. ამასთან, თითოეულ რეგიონში ეს ურთიერთკავშირი ვლინდება თავისებურად და წელიწადის სხვადასხვა დროს.

ოზონის შრეში ცვლილებების მრავალი თავისებურებები გამოვლენილია რიცხვითი მოდელირების დახმარებით. ამ მეთოდის გამოყენებით ცენტრალური აეროლოგიური ობსერვატორიის თანამშრომლებმა დაადგინეს, რომ არქტიკაში ოზონის ქიმიური დანაკარგი პოლარული სტრატოსფერული ღრუბლების ნაწილაკებზე მიმდინარე ჰეტეროგენული რეაქციების შედეგად შეიძლება შეადგენდეს 20-30%-ს. ეს მიუთითებს პირდაპირ კავშირზე სტრატოსფეროს ტემპერატურას, პოლარულ სტრატოსფერულ ღრუბლებსა და ოზონის ხვრელის წარმოქმნას შორის.

       ოზონის შრეზე დინამიური და ფოტოქიმიური პროცესების ზემოქმედების სხვადასხვა სცენარის ზემოქმედება უკვე გამოითვლებოდა რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის გამოთვლითი მათემატიკის ინსტიტუტის სამგანზომილებიანი ქიმიურ-კლიმატური მოდელის გამოყენებით. გამოკვლეულია მასზე მზის აქტივობის, ჭექა-ქუხილის აქტივობის, სხვადასხვა ანთროპოგენული ფაქტორების გავლენა. მნიშვნელოვანი პროგრესი შეიმჩნევა მეზოსფეროს შემადგენლობისა და იმ პროცესების შესწავლაში, რომლებიც განსაზღვრავენ მეზოსფერული ოზონის მდგომარეობას. ამაში მნიშვნელოვანი როლი შეასრულა რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის გამოყენებითი ფიზიკის ინსტიტუტში და ფიზიკის ინსტიტუტში შემუშავებულმა ზედა ატმოსფეროს ზონდირების მიკროტალღურმა მეთოდებმა და სააპარატო საშუალებებმა. მათ მიერ წარმოებული დაკვირვების წყალობით შესაძლებელი გახდა ფართომასშტაბიანი ატმოსფერული ცირკულაციის, დამუხტული კოსმოსური ნაწილაკების მზის აქტივობისა და ადამიანის საქმიანობის ზემოქმედების შესწავლა ზემო ატმოსფეროს მდგომარეობაზე.

        ქვეყანაში ატმოსფერული ოზონის და ზოგადად ატმოსფეროს ქიმიური შემადგენლობის თანამედროვე მდგომარეობის შეფასებისას, ნ. ელანსკიმ აღნიშნა გარკვეული პროგრესი ამ მიმართულებით. კერძოდ, იზრდება მასში დასაქმებული ახალგაზრდა სპეციალისტების რაოდენობა. 1995 წლიდან დაწყებული მათთვის ყოველწლიურად ტარდებოდა სკოლა-კონფერენციები, რომელშიც მონაწილეობას იღებდნენ წამყვანი მეცნიერები რუსეთიდან და ევროპის ქვეყნებიდან. შესაძლებელი რომ ყოფილიყო ატმოსფეროს აირისებრი და აეროზოლური შემადგენლობის მონიტორინგის მოქმედები სადგურების მოდერნიზება და რამდენიმე ახალი თანამედროვე სადგურის შექმნა რუსეთის ტერიტორიაზე, მაშინ ჩვენს მკვლევარებს შეძლებდნენ მოწინავე პოზიციებზე დაბრუნებას ამ მეტად მნიშვნელოვა, მწვავე ეკოლოგიური პრობლემების გადასაჭრელად, ამ მეტად მნიშვნელოვან სამეცნიერო მიმართულებაში.