В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) 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 для экосистемы Земли это может кончиться трагически. 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, к 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 ФИАНе этой проблемой занимается Лаборатория спектроскопии миллиметровых волн. Научный руководитель лаборатории, доктор физ.-мат.наук Сергей Соломонов рассказывает:

Эта работа была начата в середине 80-х годов. 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, а шары-озонозонды до этих высот не поднимаются. Существовали методы обращения, которые по рассеянию ультрафиолетового излучения Солнца позволяли определять вертикальные профили озона, в том числе 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. Таким образом, 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".

Рис. 1. Оптический блок разработанного озонометра.

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 ФИАНе – 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.

> 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 Соломонов.

По материалам