Вся жизнь Земли и окружающего ее пространства связана с изменением условий вне ее, в космическом пространстве, и прежде всего на Солнце. Солнечные ритмы проявляются на Земле во всем. Они проявляются в животном и растительном мире, в гидросфере, атмосфере, ионосфере и магнитосфере Земли. Конечно, они проявляются и в жизни озона и всех тех веществ естественного происхождения, которые влияют на озон. Но зависимости здесь далеко не всегда простые. Они усложняются тем, что в процессах имеется определенная инерционность. Она же проявляется и при передаче энергии от одних процессов к другим. Значительное усложнение всей картины происходит и потому, что солнечные ритмы (циклы) разной продолжительности накладываются друг на друга, что приводит часто к очень сложным изменениям во времени процессов на Земле и в околоземном пространстве (а значит, и в стратосфере). Это очень важно понимать для того, чтобы получить полную картину тех изменений, которые претерпевает озонный слой в силу изменения естественных условий. Чтобы получить такую полную картину, надо располагать намного большей информацией об атмосфере, чем мы располагаем сейчас.

Конечно, все сказанное относится не только к водяному пару. Это касается и других веществ, влияющих на разрушение озона. Мы каждый раз будем это подчеркивать, чтобы у читателя создавалось более полное представление о проблеме возможного разрушения озонного слоя Земли.

Наличие окислов азота в стратосфере было известно еще с 40-х годов, хотя прямые измерения основных соединений, таких как NO и NO₂, практически отсутствовали.

В почве и океане происходит денитрификация. Этот процесс обеспечивают микроорганизмы. При этом образуется закись азота. В приземном слое атмосферы и в тропосфере закись азота не разлагается. Она поднимается вверх в стратосферу и там принимает активное участие в разрушении озона. В стратосфере закись азота вступает в реакцию с атомным кислородом в возбужденном состоянии и образует окись азота NO.

Окись азота NO является весьма эффективным катализатором, разрушающим озон.

Для того, чтобы предвидеть последствия той или иной реакции, мало знать, какие вещества в ней участвуют. Надо знать, с какой скоростью эта реакция протекает. Скорость реакции определяется так называемой константой (постоянной) и физическими условиями. Константа реакции связана со свойствами внутреннего строения тех веществ, которые вступают в реакцию. Физические условия протекания реакции — это и температура, и концентрация вступающих в реакцию веществ.

Мы не приводим скоростей реакций, не указываем, какие из них более важны, а какие менее важны и на каких высотах. Нам кажется, что приведение скоростей реакций в тексте затруднит чтение книги неспециалистами.

Обрывается азотный цикл потому, что при взаимодействии радикала гидроксила и двуокиси азота образуется азотная кислота. Эта реакция проходит только в присутствии третьего тела. Скорость ее течения прямо пропорциональна концентрации.

Образованная таким путем азотная кислота будет переноситься путем диффузии и турбулентности в тропосферу. При этом она «выходит из строя». Из тропосферы азотная кислота вымывается очень быстро.

Азотная кислота не только образуется, но и разлагается. Во всяком установившемся процессе должен наступить баланс, равновесие. Иначе количество данного вещества в результате реакций или уменьшилось бы до нуля, или же увеличилось до бесконечности.

Таким образом, основными азотными соединениями, влияющими на озон в стратосфере, являются NO, NO₂, NO₃, N, HNO₃, HNO₂. Их называют «нечетным» азотом, поскольку каждое из этих соединений содержит нечетное число атомов азота. Самыми главными, определяющими являются три соединения: NO, NO₂ и HNO₃.

Проблема озона не ограничивается только какими-то определенными высотами (например, стратосферой). Важно рассматривать не только область атмосферы, находящуюся ниже озонного слоя в стратосфере, но и область, находящуюся выше — в мезосфере и термосфере. Так, на высоте 80 км имеется весьма заметный поток озона из термосферы вниз. Он может достигать величины 1 миллиарда частиц в одну секунду через горизонтальную площадку в 1 см². Такой поток не одинаков на всех широтах. Он максимален в высоких широтах (в зонах полярных сияний).

С учетом водородного и азотного каталитических циклов удалось получить более реальную картину глобального распределения озона, чем следовало из кислородного цикла Чепмена. На высотах 40 км и выше, где реализуются условия фотохимического равновесия, наблюдаемое количество озона ближе соответствует расчетному при учете водородного и азотного циклов. При этом значительно сокращается то время, в течение которого озон живет (характеристическое время). Если учитывать только кислородный цикл Чепмена, то это время нереально больше. На высоте 20 км оно достигает 20 лет! С учетом водородного и азотного циклов оно уменьшается в десять раз на этих высотах. Ниже этих высот, в тропосфере, характеристическое время озона уменьшается.

Окись азота образуется в атмосфере, если температура там достигает 2000 К. Такая ситуация возможна при ядерных взрывах. Она же реализуется в реактивных двигателях. При таких температурах происходит разрыв (диссоциация) молекул кислорода и азота. Следует еще указать на один источник закиси азота N₂O. Это сельскохозяйственные удобрения. Кроме того, и растения фиксируют азот. Образованная закись азота N₂O поднимается в стратосферу и оказывает влияние на озонный слой, принимая участие в азотном цикле, разрушающем озон. Конечно, это явление не локальное. Необходимо рассматривать глобальные движения (круговорот) азота. Такое рассмотрение имеет смысл, если учитывать все источники азота и все пути его исчезновения (все стоки). Это очень непростой вопрос. Слишком сложные превращения веществ происходят в атмосфере. Мы приводили выше по две-три реакции, в которых исчезает озон и происходят преобразования веществ. На самом деле все в десятки и сотни раз сложнее: реакций насчитывается десятки, а чаще сотни. Все они взаимосвязаны. Надо знать скорости всех этих реакций, которые зависят от многих факторов, например от температуры. Сегодня мы не в состоянии выполнить такие расчеты, которые отражали бы реальную сложность происходящего. Удается только выхватить самые важные звенья происходящего. Но где гарантии, что многие истоки и стоки важных для проблемы озона веществ не остаются для нас неизвестными?

Мы еще вернемся к проблеме возможного разрушения озонного слоя, когда рассмотрим все вопросы, необходимые для такого комплексного анализа.

Здесь только укажем, что важна проблема не только стратосферного озона, но и тропосферного озона, хотя здесь его меньше. Ведь при превращении NO в NO₂ количество озона в тропосфере может увеличиться.

Изучение влияния хлорных соединений (галогенов) на разрушение озона началось в 1974 году, когда в канадском химическом журнале были опубликованы первые работы по этому вопросу.

Хлор является очень активным химическим элементом. Из океанической воды образуется хлористый метил CH₃Cl, который поднимается в стратосферу. Здесь под действием солнечного излучения он разлагается и образует, в частности, атомы хлора. Далее хлор участвует в разрушении озона. Хлор в данном случае является катализатором. С его помощью молекулы озона и атомного кислорода превращаются в молекулы кислорода. Образованный ClO разлагается. Хлор выходит из игры, когда, взаимодействуя с метаном и радикалом перекиси водорода, образует соляную кислоту HCl. В атмосфере идет реакция разложения соляной кислоты.

Что эффективнее разрушает озон: хлор или азот? Считается, что хлор это делает примерно в 6 раз активнее. Но несмотря на это, конечные результаты у хлора такие же, как и у азота. Нет ли тут противоречия? Дело в том, что одной активности химического элемента или соединения недостаточно. Важно также, как долго данный элемент участвует в каталитическом цикле. Оказалось, что хлор выходит из игры значительно быстрее, чем азот. Это имеет место потому, что образование соляной кислоты более эффективно, чем образование азотной кислоты.