Мы будем отдельно рассматривать все вопросы, относящиеся к проблеме озона, которые связаны с действием солнечного корпускулярного излучения. Это излучение связано с солнечной активностью. Под действием солнечных корпускулярных потоков на магнитосферу Земли происходят магнитные бури, а в атмосфере высоких широт северного и южного полушарий (в Арктике и Антарктике) возбуждается свечение атмосферного газа — так называемые полярные сияния. Здесь только укажем, что под действием высокоэнергичных частиц, которые в высоких широтах проникают в стратосферу и тропосферу, образуется значительно большее число ионов, чем в средних и низких широтах. Может достигаться пятикратное превышение по сравнению с экватором. Ясно, что влияние здесь ионов на содержание озона будет значительно больше. Это тем более справедливо для условий, когда в атмосферу не попадает солнечное излучение (полярная ночь). Тогда разрушение озона в каталитических циклах с участием соединений ClO_x, HО_x и O_x практически прекращается. Значит, должно доминировать разрушение ионами. Под действием космических лучей (и высокоэнергичных солнечных заряженных частиц) образуется NO_x. Поэтому цикл с участием этого соединения и в затененной атмосфере сохраняется.

Проблема приземного озона очень важна для земных дел. Ведь если количество озона в городах увеличивается и приводит к заболеваниям и даже гибели людей, то важность проблемы доказывать не надо. Но дело этим не ограничивается. Не следует забывать, что весь озон, который находится в атмосфере на всех высотах вплоть до термосферы и на всех широтах от полюса до полюса, является единым образованием. Изменения озона в одном месте в той или иной мере скажутся на распределении озона во всех других местах. Таким образом, решить проблемы озона в любом отдельном месте можно только в том случае, если в поле зрения находится картина распределения озона в глобальном масштабе.

Приземный озон в этом смысле не является исключением. От того, сколько его образуется у поверхности Земли, зависит и его количество на более высоких уровнях. Столь же важно и то, что большое количество озона, который черпается из единого озонного резервуара, исчезает, разрушается у поверхности Земли. Поэтому, рассматривая приземный озон, будем все время помнить, что это только донышко единого озонного резервуара, глубина которого более 100 км.

Содержание приземного озона зависит от сезона, времени суток, географического положения, высоты над уровнем моря и др. Собственно, от указанных факторов зависит приток озона сверху, из тропосферы. Но озон не только приходит в приземный слой сверху, но и образуется непосредственно на месте. Это происходит при грозах (а точнее, еще до грозы), в результате действия выхлопных газов автомашин, некоторых других загрязнителей воздуха. Образование приземного озона детально рассмотрим немного позднее. А сейчас приведем данные о том, как меняется приземный озон в зависимости от времени года и суток, широты и т. д.

Количество озона на высоте 7 м меняется в продолжение суток значительно больше, нежели непосредственно у поверхности Земли. Наибольшие изменения плотности озона как у поверхности Земли, так и на высоте 7 м наблюдаются в летние месяцы (май — сентябрь). В зимнюю половину года изменения озона в продолжение суток значительно меньше, чем в летнюю.

То, что количество озона в приземном слое воздуха сильно зависит от высоты, далеко не всегда оценивается должным образом даже самими исследователями. Поэтому часто они публикуют данные своих измерений без указания высоты, на которой проводились эти измерения. В то же время разница в высотах, составляющая всего несколько метров, может изменить результаты вдвое или в несколько раз. Надо все время помнить, что по мере приближения к поверхности Земли как плотность озона, так и его парциальное давление очень сильно уменьшаются. Летом это уменьшение больше, чем зимой. Это особенно касается высот, измеряемых метрами. На первых метрах (1–3 м) над поверхностью Земли, особенно сильно по мере снижения, озон убывает ночью. Этому способствует большая устойчивость атмосферы ночью по сравнению с днем. Конечно, речь идет о высоте не просто над земной поверхностью, а над уровнем моря. Земная поверхность имеет возвышенности и низины. На возвышенностях плотность озона больше, чем в низинах. Поэтому данные наземных озонометрических станций надо анализировать с учетом информации о высоте самой станции над уровнем моря. Так, в Австрии имеется озонометрическая станция на вершине горы Цугшпиц, на высоте 3100 м над уровнем моря. Ясно, что она уже не находится в пограничном слое атмосферы, хотя и расположена на земле.

Приземный озон очень тесно связан с находящейся под ним водной поверхностью Земли — морем или океаном. Количество озона над водной поверхностью зависит, в частности, от температуры воды. Так, в области теплого Гольфстрима на 60^о северной широты, вблизи Шетландских островов, плотность озона была высокая (48 мкг х м^-3), а в проливе Бельт еще выше (67 мкг х м^-3). Для сравнения укажем, что в Северной Атлантике на 60–63^о северной широты на высоте 5,5 м была измерена плотность озона, равная всегда 19 мкг х м^-3. В то же время плотность озона над водной поверхностью значительно больше, чем над близлежащей сушей (над континентальной частью Западной Европы). Измерения озона над Индийском океаном показали, что там озона больше, чем над его побережьем. Вода моря и океана является хорошим стабилизатором, термостатом. Поэтому плотность над ней практически не меняется в течение суток.

Прежде чем детально проанализировать, как меняется озон в течение суток и года, имеет смысл рассмотреть те процессы, в результате которых он меняется. Тогда мы сможем не только констатировать суточный и сезонный ход озона, но и понять, чем они обусловлены.

Ни у кого из специалистов сейчас не вызывает сомнения, что озон в приземном слое образуется под действием атмосферного электричества, которое усиливается у поверхности Земли в периоды гроз и накануне их. В это время в сильном электрическом поле происходит точечный тихий разряд. Именно эти разряды приводят к образованию озона. Это подтверждают многолетние измерения в разных точках земного шара. По многолетним измерениям озона во Франции (станция Валь-Жуайе вблизи Парижа) А. Васси установила, что плотность приземного озона быстро увеличивается за 3–5 часов до начала грозы. Условия летом и зимой различаются. Летом это время меньше, оно составляет в среднем 3 часа. Зимой оно удлиняется примерно в полтора раза. Когда приближается грозовое облако, электрическое поле у поверхности Земли увеличивается, и начинаются тихие (коронные) разряды с острий (верхушек деревьев, листьев, травы, кустов и других неровностей местности и построек). Когда происходит разряд молнии, то образование озона также усиливается. Ведь при этом излучается ультрафиолет (и не только он), который вызывает образование озона. Анализировались пробы воздуха с целью определения количества озона в условиях ясной, хорошей погоды, когда электрическое поле направлено из атмосферы в Землю, то есть вертикально вниз. В это время, пока электрическое поле оставалось таким, но гроза приближалась, разряды с острий (в том числе с травы, кустов и т. д.) были незначительные, и количество озона увеличивалось не более чем на 30 %. Когда грозовые облака подходили ближе и электрическое поле атмосферы меняло знак на противоположный (становилось направленным снизу вверх), то тихие (коронные) разряды сильно активизировались. Количество озона, образованного этими разрядами, было таким, что общее количество озона увеличивалось в несколько (примерно в 3) раз. Опыты показали, что количество озона в приземном слое воздуха увеличивалось и под самим грозовым облаком после разряда молний.

Имеется еще одна возможность образования озона, которая связана с грозой, но которую мы не рассматривали. Это не образование озона в собственном смысле этого слова, а его перенос с вышележащих слоев. Известно, что около грозового облака имеют место нисходящие движения воздуха из более высоких слоев атмосферы. Эти усиленные движения воздуха и заносят в приземный слой озон сверху. Эта возможность увеличения плотности озона в приземном слое воздуха реальная, и она, несомненно, реализуется и вносит свой вклад в образование озона.