По данным измерений озона на ст. Мак-Мердо (приборы поднимались на шарах-зондах), было проведено сравнение характеристик озонных дыр весной 1986 и 1987 годов. Данные измерений, полученных в 33 полетах шаров-зондов весной 1987 года, показали существенные различия в развитии и заполнении озонных дыр в указанные годы. Так, озонная дыра зарождалась в сентябре, а в октябре высота уровня с пониженным количеством озона постепенно уменьшалась. В 1986 году пониженное количество озона (озонная дыра) наблюдалось на высотах 12–20 км, тогда как в 1987 году дыра расширилась вверх до 23 км. В 1987 году озонная дыра увеличилась не только по высоте. Она, кроме того, стала глубже, то есть дефицит озона стал еще больше. Максимальное понижение количества озона наблюдалось на высоте 18 км. В 1987 году образование озонной дыры происходило более бурно и результативно, всего за 14 дней в сентябре. В 1986 году на образование дыры ушло 25 суток. В 1987 году озонная дыра не только быстрее образовалась, но и дольше существовала. Она заполнилась на 3–4 недели позднее, нежели в 1986 году.

По данным измерений на этой же станции, были сравнены концентрации малых атмосферных составляющих, которые оказывают влияние на количество озона (NO₂, OClO, BrO). Измерялся, естественно, и сам озон. Проведенные измерения показали, что наибольшее количество NО₂ имеется на высотах вблизи 30 км. С наступлением весны в Антарктике (в продолжение сентября) количество NО₂ систематически увеличивается. Это увеличение NО не случайно совпадает с уменьшением количества озона, то есть с формированием и развитием озонной дыры. NО₂ увеличивается за счет поступающего в продолжение зимы нечетного азота.

Основное количество OClO находится на тех же высотах, что и озон, то есть вблизи 20 км. Образование OClO происходит под действием солнечного излучения. Поэтому вечером его количество больше, чем утром. Различие между годами 1987-м и 1986-м состояло прежде всего в том, что в 1987 году температура стратосферы была ниже, чем в 1986 году. Поэтому там более эффективно шел процесс образования стратосферных облаков и другие процессы, способствующие уменьшению количества озона. В результате и содержание в столбе OClO в вечерние сумерки весной 1987 года было существенно больше, чем в такое же время 1986 года. Измерения BrO показали, что наибольшее его количество находится вблизи высоты 15 км. Количество BrO зависит от зенитного угла Солнца: чем больше зенитный угол, тем больше BrO.

Измерения озона проводятся с 1962 года на американской станции Южный Полюс. Измерения дают информацию как об общем содержании озона, так и о его распределении по высоте. Были проанализированы данные за весь многолетний период наблюдений. Анализ показал, что степень понижения озона на станции Южный Полюс в весенний сезон 1987 года была беспрецедентно высокой. В октябре 1987 года общее содержание озона составляло всего 141 Д.Е., тогда как средняя величина за период с 1964 по 1979 год равнялась 292 Д.Е. С наступлением лета в 1987 году восстановление озона на станции сильно задержалось по сравнению с предыдущими годами. Поэтому общее содержание озона над станцией Южный Полюс было очень низким (184 Д.Е.). Укажем для сравнения, что за 1964–1974 годы эта величина в среднем составляла 351 Д. Е. Анализ высотных профилей озона показал, что уменьшение озона в 1987 году имело место на высотах 12–22 км. Наибольшее уменьшение наблюдалось на высоте 16 км.

Детальные наблюдения озонных дыр в Антарктике были выполнены с помощью приборов, установленных на спутнике США «Нимбус-VII». Данные этих измерений показали, что понижение озона происходит в нижней стратосфере, на тех уровнях, где имеется максимум концентрации О₃. Спутниковые измерения озона показали, что озонная дыра в Антарктике окружена циркумполярным максимумом озона, который приходится на широты 40–60^о южной широты. Показано, что в ноябре минимум озона увеличивается и перемещается от полюса на юго-запад Тихого океана или в Южную Атлантику. Это смещение происходит по мере того, как циркумполярный максимум вторгается на полюс.

Исследовалось изменение озона в Антарктике за 1979–1987 годы. Анализ данных наблюдений показал, что характер изменения озона в последние годы (после 1983 года) не такой, как до этого. В период после 1983 года уменьшение озона значительно больше, то есть озонная дыра больше.

Американские исследователи проводили измерения в Антарктике зимой и ранней весной 1987 года озона и других малых составляющих атмосферы (HCl, HF, NO₂, HNO₃, ClONO₂, N₂O, CH₄) с помощью специального спектром. Данные этих измерений позволили очертить область вокруг Южного полюса, в которой количество озона уменьшено. Оказалось, что эта область совпадает практически в точности с полярным стратосферным вихрем. При переходе через край вихря резко менялось количество не только озона, но и других малых составляющих, оказывающих влияние на разрушение озона. В пределах озонной дыры (или, другими словами, полярного стратосферного вихря) концентрация HCl, NO₂ и азотной кислоты была значительно меньше, чем за пределами вихря. Это имеет место потому, что хлорины в продолжение холодной полярной ночи разрушают озон в соответствующих реакциях, выступая в них как катализаторы.

Связь озонной дыры в Антарктике с полярным стратосферным вихрем изучалась многими учеными разных стран как экспериментально, так и теоретически, на различных моделях. Идея этой связи очень наглядна и проста: наличие вихря (воронки) вокруг полюса препятствует поступлению внутрь вихря воздуха, который богат озоном, из средних широт. Таким образом, с одной стороны, озон не образуется длинной полярной ночью под действием солнечного излучения, а с другой — он разрушается благодаря наличию хлорных составляющих (примесей). Распределение хлоринов в арктической стратосфере принципиально отличается от такового в средних широтах. Данные различных измерений показывают, что в то время как суммарное содержание хлора во всех химических формах внутри полярного вихря примерно такое же, как и в средних широтах, неактивные его формы (которые не способствуют разрушению озона) переходят в значительной мере в активные, благодаря которым и разрушается озон. Измерения показали, что в областях пониженного количества озона активного вещества ClO в 10-500 раз больше, чем в обычных условиях (когда нет озонных дыр) и по сравнению со средними широтами. По-видимому, главным виновником озонной дыры является именно ClO, который оказался в стратосфере в результате человеческой деятельности. Полярный стратосферный вихрь только создает для этого соответствующие условия. Эти условия — наличие частичек полярных стратосферных облаков. Благодаря этим частицам хлорные примеси резервуара (неактивные), такие как CClONO₂ и HCl, преобразуются в активный ClO.

Измерения с помощью самолета-лаборатории ЕR-2 показали, что в районе озонной дыры (внутри полярного вихря) содержание азота во всех его химических формах очень мало. Полагают, что нитраты находятся в твердой фазе и поэтому выпадают на более низкие уровни.

Что собой представляет полярный стратосферный вихрь?

Зимой над Антарктикой на высотах 10–50 км циркуляция атмосферы такова, что там доминирует высокобароклинный циклон, центр которого находится вблизи полюса. Температура стратосферы уменьшается по направлению к полюсу. Поэтому создаются сильные западные ветры на высотах, соответствующих давлению 100 гПа и выше. Эти западные ветры окружают Антарктику наподобие интенсивного течения. В период от апреля до октября, то есть в зимний сезон, в сердцевине вихря (около Южного полюса) интенсивность ветра очень мала. С другой стороны, здесь очень низкие температуры. Разрушение полярного стратосферного вихря происходит только тогда, когда увеличивается стратосферная температура, то есть примерно за месяц до равноденствия.

Летом (в декабре) в Антарктике на высотах, соответствующих давлению 100 и 50 гПа, температура примерно на 40^оС выше, чем зимой. Более того, меняется перепад (градиент) температуры вдоль меридиана: он становится противоположным тому, который был зимой. А это значит, что ветры меняют направление с западного на восточное. То есть летом имеется восточный стратосферный полярный вихрь в отличие от западного зимой. Но имеется и еще одно очень важное, принципиальное различие зимнего и летнего вихрей. Оно заключается в том, что летний восточный вихрь является слабым. Поэтому он не препятствует притоку к полюсу воздушных масс, богатых озоном, из средних широт.