Ученые доказали, что во время магнитных бурь может разрушиться до 25 % озонового слоя Земли

Физики доказали, что во время геомагнитных бурь в течение суток может разрушаться до четверти озонового слоя Земли в полярной мезосфере на высоте около 75 километров. Работа выполнена сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) в сотрудничестве с российскими и зарубежными коллегами. Полученные учеными результаты могут быть использованы для более точного прогнозирования будущего озонового слоя и климата Земли, а также для анализа распространения радиоволн.

Разрушение озонового слоя Земли зачастую связано с высыпаниями энергичных частиц — протонов, электронов и альфа-частиц, которые проникают в атмосферу Земли на высоты от 100 километров и ниже из магнитосферы.

Магнитосфера — плазменная оболочка Земли, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с потоками заряженных частиц солнечного и космического происхождения.

С высыпаниями энергичных частиц также связаны полярные сияния и процессы ионизации атмосферы, вызванные этими частицами в большом диапазоне высот. Создаваемые дополнительные ионные пары приводят к образованию радикалов, которые участвуют в каталитических реакциях, разрушающих озон.

Сегодня исследованиям состояния озонового слоя Земли и изменений климатических условий на планете уделяют большое внимание ученые по всему миру. При этом изучение озонового слоя требует учета влияния природных и антропогенных факторов, действующих в атмосфере, — от поверхности планеты до околоземного космического пространства.

«Мы обнаружили, что во время геомагнитных возмущений (изменений магнитного поля Земли, как правило, проявляющихся при магнитосферных бурях) в полярной атмосфере увеличивается концентрация радикалов. Это приводит к разрушению озона на высотах мезосферы в течение суток. Максимальное обнаруженное нами разрушение составило 14–25 % на высоте около 75 километров. То есть магнитосферные бури способны разрушить до четверти имеющегося озона на этой поверхности», — объяснила руководитель секции «Магнитосфера и влияние энергичных частиц на атмосферу» лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ Ирина Миронова.

Получить подробные данные о количестве частиц в атмосфере удалось благодаря аэростатным измерениям рентгеновского излучения, вызванного высыпающимися в атмосферу энергичными электронами. Наблюдения проводились над Апатитами в Мурманской области в разные периоды времени. Для расчета скоростей ионизации атмосферы ученые использовали схему расчетов, в которой спектры и потоки высыпающихся электронов действуют по измеренному рентгеновскому излучению. Для оценок разрушения озонового слоя использовалась разработанная математическая модель, которая учитывает перенос солнечной и инфракрасной радиации, фотохимические процессы, ионную химию и турбулентный вертикальный перенос газовых примесей.

Кроме того, для более полного и подробного исследования ученые СПбГУ создали модель, которая позволяет рассчитывать температуру и концентрации 43 нейтральных газов, свободных электронов и 57 ионов, участвующих более чем в 300 различных реакциях. Например, реакции включающие азотные и водородные каталитические циклы разрушения озона.

Результаты исследований опубликованы в одном из международных научных изданий.

Отметим, что лаборатория исследований озонового слоя и верхней атмосферы создана по программе мегагрантов Минобрнауки России в рамках нацпроекта «Наука и университеты».