Отзыв оппонента Трошичева О.А. (Воздействие солнечных и межпланетных факторов на атмосферу и климат Земли)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертацию КАСАТКИНОЙ Елены Алексеевны «Воздействие солнечных и межпланетных факторов на атмосферу и климат Земли», представленную на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук по специальности 25.00.29 — физика атмосферы и гидросферы. Г" Диссертационная работа Е.А.Касаткиной является многоплановым исследованием эффектов воздействия на атмосферу и, как следствие, на климат Земли, различных факторов как космического (вариации солнечной активности, вторжение в земную атмосферу комет и метеоритов), так и земного (извержения вулканов) происхождения. Актуальность такого исследования не подлежит сомнению, учитывая современное состояние наших знаний (спекулятивность концепции антропогенного происхождения «озоновых дыр» в Антарктике, дискуссии о потеплении климата Земли и об антропогенной природе этого потепления).

Как известно, величина общего солнечного излучения (" солнечная постоянная») лишь незначительно меняется со временем. Воздействие солнечной активности на земную атмосферу реализуется, гланым образом, через вариации высокоэнергичных галактических частиц (называемых галактическими космическими лучами — ГКЛ), которые фиксируются на земной поверхности как повышение (Огошк1 Ьече1 Ечеп1з — ОЬЕ) нли понижение 1ГогЬпзЬ йесгеазе) потока ГКЛ.

После солнечных вспьппек, в результате выброса корональной массы в гелиосфере появляются интенсивные потоки солнечных протонов (или солнечные космические лучи — СКЛ), которые фиксируются на Земле как солнечные протонные события (ЯРЕ). Прохождение космических лучей через земную атмосферу сопровождается процессами ионизации и рекомбинации, и образованием озонового слоя, который, в свою очередь контролирует поступление солнечной УФ радиации к поверхности Земли. Таким образом космические лучи играют важнейшую роль в процессах, происходящих в земной атмосере. В диссертации исследуются закономерности воздействия космических лучей на атмосферу и озоновый слой.

Для изучения климатических последствий таких уникальных явлений как вторжения в земную атмосферу болидов и извержения вулканов, имевшие место в истории человечества, диссертант использует данные развитого им метода древесно-кольцевой дендрологии. Диссертация состоит из Введения, 6 глав, Заключения и списка цитируемой литературы (б89 наименований). Первая глава включает анализ экспериментальных результатов воздействия солнечных и галактических космических лучей на озоновый слой и газовый состав атмосферы в Арктических широтах. Известно, что в Арктике не наблюдается планетарных депрессий общего содержания озона («озонной дыры») - в отличие от Антарктики, где озонные дыры являются результатом формирования в зимний сезон мощного циркумполярного вихря, блокирующего поступление озона в полярную шапку из средних широт.

Для Арктики типичны сравнительно небольшие (до ЗО',4) и кратковременные (несколько дней) аномальные уменьшения ОСО, которые были названы озонными «минидырами». Связь озонных «минидыр» с релятивистскими солнечными протонами была впервые продемонстрирована в работах диссертанта по результатам специальных экспериментов, выполненных в 1990 году на о. Хейса и в Баренцбурге (арх.

Шпицберген). Было показано, что озонные "минилыры", сопровождающие события СКЛ, наблюдаются в северном и южном полушариях местной весной и сосредоточены в кольцевых зонах вблизи статистической границы полярной шапки. Модель воздействия космических лучей на озоновый слой рассматривалась в диссертации с учетом гетерогенных химических процессов. При сопоставлении модельных значений с экспериментальными оказалось, что наблюдаемые изменения ОСО (образование озонных "минидыр" во время ОЬЕ, или увеличение ОСО после форбушпонижений ГКЛ) не могут быть объяснены в рамках обычной гомогенной фотохимической теории.

Впервые экспериментально обнаружено вызванное солнечным протонным событием увеличение общего содержания Х02 в высоких широтах, что указывает на воздействие СКЛ и ГКЛ на химический состав атмосферы, а следовательно и на атмосферные процессы. Сделан вывод о том, что космические лучи являются одним наиболее важных агентов, связывающих солнечную активность н климат.

В~ ~~~до~ ~~а~е о н «тр~г~р~» Л адат~~ р солнечных протонов на озоновый слой, включающая гетерогенные химические процессы и ионную нуклеацию. Показано, что космические лучи, проникающие в атмосферу, в ходе ионизации могут воздействовать на процессы ионной нуклеации и образования аэрозолей. Вновь образованные аэрозоли будут служить центрами конденсации более крупных частиц, что приведйт к увеличению облачного покрова. Сопоставление результатов модельных расчетов Гучитывающих механизм ионной нуклеации) с экспериментальными данными показало, что только протонные события ОЬЕ с ней мо ности будут приводить к значительным увеличениям аэрозольной концентрации и, как следствие, к образованию озонных «минидыр» в высоких широтах Выявлены необходимые для этого дополнительные условия: соответствующие значения атмосферных параметров (температура, влажность, атмосферное давление, Н2$04); а также особенности спектров вторгающихся частиц.

Созданная модель может быть использована при прогнозе глобальных изменений атмосферы и климата. Способность СКЛ вызывать увеличение концентрации сульфатных аэрозолей в высокоширотной атмосфере может быть использована для идентификации событий СКЛ по данным о кислотности в полярных льдах В к~~и~~р матрю~с з е~~ е трам~ р~иРо * ф р под действием внешних космофизических факторов. Дается описание Высокоширотного измерительного колоигкса по исследованию атмосферы, созданного для этой цели. Комплекс включает три пространственно-разнесенных микробарографа, установки для измерения электрического поля и электропроводности воздуха, телеметрию, систему сбора и программное обеспечение. Комплекс использовался для измерений вертикальной компоненты атмосферного электрического поля во время протонных событий типа ОЬЕ при различных уровнях геомагнитной возмущенности и различных погодных условиях.

Показано, что в условиях экстремальной погоды (дождь, гроза, метель, туман) спектральные характеристики вариаций давления и атмосферного электрического поля меняются практически синхронно. Сделан вывод, что суточный ход атмосферного электрического поля в авроральной зоне контролируется магнитосферным электрическим полем. Воздействие космических лучей на атмосферное электрическое поле изучалось по данным 3 мощных протонных событий ОЬЕ, связанных с корональным выбросом массы и по данным 9 событий форбуш-понижений ГКЛ. Показано, что солнечные протонные вспышки могут привести к значительным (до 1000 В/м) изменениям в атмосферном электрическом поле в высоких широтах.

Изменения в электрическом поле становятся заметными - за 2 часа до начала событий ОЬЕ (14.10 БТ) и — за 1,5 часа до всплеска рентгеновского излучения. Эффект форбуш-понижений выявлялся методом наложения эпох. Результатом анализа явился вывод о том,что статистически значимые отклонения атмосферного электрического поля Ег от среднемесячных значений фиксируются за 1 день (уменьшение на 33',4) и на 5-й день (увеличение на 31',4) от начала форбушпонижения ГКЛ.

Глава 4 посвящена изучению атмосферных волн как одному из возможных каналов передачи энергии в полярной атмосфере. С помощью Высокоширотного измерительного комплекса по исследованию атмосферы были впервые зафиксированы горные подветренные волны в Хибинах с периодом колебаний Т=20-40 мин и амплитудой Рз=70-90мкб. Использование комплекса в ходе экспериментов в горной системе арх. Шпицберген выявило связь подветренных волн с короткопериодическими (-20 мин) колебаниями приземной концентрации озона (ПКО).

Той же аппаратурой был зафиксирован инфразвуковой сигнал (в частотном диапазоне от 0.0001 до 1 Гц) во время взрыва в атмосфере Витимского болида 24 сентября 2002 г. Учитывая, что на этот же источник указывали оценки направления и скорости распространения сигнала, был сделан вывод, что акустико-гравитационные волны от взрыва болида могут распространяться в атмосфере Земли на расстояние до нескольких тысяч километров. В главах 5 и 6 представлены результаты дендрохронологического метода изучения эффектов воздействия солнечных и космических факторов на атмосферу Земли. Поскольку ежегодный прирост колец деревьев определяется погодными условиями (в основном влажностью и температурой), хронологическая последовательность древесных колец содержит уникальную информацию об изменении климатических характеристик в те далекие эпохи, когда не существовало инструментов регистрирующих атмосферные параметры. В работе дается описание полуавтоматического комплекса, созданного для измерения ширины годичных колец деревьев.