Диссертация (1097516), страница 13
Текст из файла (страница 13)
1.10). Следует отметить, что размеры аэрозольных частиц, регистрируемыхлидаром, в основном, превышают r=0.69 мкм [Байдалов, 1987], в то время как ядра CN,образующиеся вследствие ионной нуклеации, имеют размеры r=0.01 мкм [Arnold, 1982]идостигаютбольшихразмеровлишьчерезнекотороевремявследствиекоагуляционных процессов. Согласно экспериментальным данным и модельнымрасчетам ядра CN достигают размеров аэрозольных частиц (r=0.69 мкм и выше) черезпроцессы конденсации и коагуляции в пределах суток [Касаткина и др., 1999;Timmreck, Graf, 2000; Yu, 2002].На рис.2.3 приведены высотные профили концентрации ядер конденсации CNдля событий GLE (4 августа 1972 г., 16 февраля 1984 г., 19 октября 1989 г., 24 мая 1990г.
и 14 июля 2000 г.). Как видно из рис.2.3, расчетные значения CN для событий мая1990 г. более, чем на два порядка превышают фоновые значения. Такие большиезначения CN могут приводить к катастрофическим понижениям концентрации озона(более 10% в день) [Prather, 1992]. Рис. 2.3 дает возможное объяснение тому факту, что71из всех рассматриваемых событий озонные «минидыры» наблюдались только в мае1990 г. [Shumilov, Kasatkina, 2003a; Kasatkina, Shumilov, 2005], хотя с энергетическойточки зрения эти события являются «средними» (см. рис. 1.10). Дело в том, что дляболее мощных событий GLE (4 августа 1972 г., 19 октября 1989 г. и 14 июля 2000 г.),имеющих большие значения скорости ионообразования (>100 см-3с-1), скорость ионнойрекомбинации являются доминирующей.
Поэтому следует ожидать линейного роста J сувеличением Q только для событий GLE средней мощности. Во время событий GLE сболее мощным спектром процессы ионной нуклеации будут эффективно подавляться.Поэтому поиски простой (линейной) корреляции и попытки установления какой-либостатистическойзависимостимеждупротоннымисобытиямиинаблюдениемпонижений ОСО не приведут к успеху, что и было продемонстрировано в работе[Ролдугин, 2000].Рис.
2.3. Высотные профили концентрации ядер конденсации CN, рассчитанные длясобытий GLE.72В последнее время был опубликован целый ряд работ, посвященных ролигалактических космических лучей (ГКЛ) в образовании новых аэрозольных частиц ватмосфере, а также экспериментальным фактам [Yu, 2002; Yu, Turco, 2001; Marsden,Lingenfelter, 2003], подтверждающим связь между интенсивностью ГКЛ и облачностью[Marsh, Svensmark, 2000; Palle, Butler, 2000]. Предлагаемая модель вовсе не исключаетдругие механизмы, например, дипольное взаимодействие хлорсодержащих молекул снеоднородностями ледяных кристаллов PSC [Беликов, Николайшвили, 2012].
В работе[Tinsley, Deen, 1991] предполагается, что в результате ионизации космическими лучамиизменяются электрические параметры атмосферы, что также влияет на эффективностьобразования ядер конденсации в атмосфере. Согласно другой гипотезе космическиелучи разрушают хлорфторуглероды в атмосфере, что способствует высвобождениюактивных радикалов и последующему разрушению озона [Lu, Sanche, 2001].2.3 Изучение вариаций космических лучей по данным о кислотности вполярных льдах.При вторжении в атмосферу протоны теряют большую часть своей энергии всредней атмосфере, вызывая диссоциацию и ионизацию нейтральных составляющих,что приводит к образованию водородного HOx (H, OH, HO2) и азотного NOx (N, NO,NO2) ряда. Эти свойства СКЛ явились основанием для введения нового метода поидентификации этих событий, и, следовательно, вариаций солнечной активности впрошлом по содержанию нитратов в полярных льдах [Гладышева, Дрешхофф, 1997;Zeller, Dreschhoff, 1995; Vitt et al., 2000; McCracken et al., 2001a,b].
С другой стороны,способность СКЛ вызывать увеличение концентрации сульфатных аэрозолей ввысокоширотной атмосфере открывает возможность для идентификации событий СКЛпо данным о кислотности в полярных льдах [Шумилов, Касаткина и др., 2000; Shumilovet al., 2000].На рис. 2.4 показаны записи нитратных и сульфатных составляющих вгренландском льду за более, чем 415-летний период [Zeller, Dreschoff, 1995]. В работе[Zeller, Dreschoff, 1995] показано, что нитратные аномалии, в целом, совпадают спротонными событиями типа GLE, в то время как пики в сульфатной составляющейсоответствуют мощным вулканическим извержениям (Лаки, 1783; Тамбора, 1815;Кракатау, 1883; Пинатубо, 1991).
Из рис.2.4 видно также, что некоторые сульфатныепики не соответствуют вулканическим извержениям и совпадают с нитратнымипиками.73Рис. 2.4. Записи содержания нитратов (жирная линия) и проводимости (тонкаялиния) по данным образцов гренландского льда [Dreschhoff, Zeller, 1990].74Принимая во внимание сходство механизмов образования озонных «минидыр»во время событий GLE [Касаткина и др., 1999; Шумилов, Касаткина и др., 2000;Шумилов, Касаткина, 2005; Shumilov, Kasatkina et al., 1993b; 1996; Kasatkina, Shumilov,2005] и нитратных аномалий в полярных льдах [Гладышева, Кочаров, 1996; Гладышева,Дрешхофф, 1997], следует ожидать также сходства и в условиях формирования.Действительно, в появлении нитратных пиков и озонных «минидыр», вызванныхсолнечными протонами, обнаружен эффект северо-южной асимметрии [Dreschhoff,Zeller, 1990; Касаткина и др., 1998]. Местной зимой и ранней весной, приблагоприятных метеоусловиях (пониженная температура, влажность), вероятность этихявлений возрастает.
Например, амплитуда нитратного пика, относящегося к событиюGLE 4.08.1972 г., выше в нитратной записи антарктического льда. Другой общейособенностью является локализация озонных «минидыр» и «нитратного следа» вкольцевых зонах, окружающих полярные шапки [Касаткина и др., 1998; Dreschhoff,Zeller, 1990; Shumilov, Kasatkina et al., 1996], что может быть связано с особенностямипроникновения солнечных протонов в полярные шапки [Shumilov, Kasatkina et al. 1996].В работе [Hammer et al., 1980] впервые был использован индекс кислотности,получаемый из ледяных кернов, для идентификации вулканических извержений впрошлом. В отличие от спорадических вулканических извержений, ГКЛ существуютпостоянно и могут воздействовать на фоновое значение индекса кислотности черезизменение аэрозольной концентрации в атмосфере.
На рис. 2.5 изображены вариациичисел Вольфа и фоновых значений индекса кислотности (после удаления пиков)[Шумилов, Касаткина и др., 2000]. Отрицательная величина коэффициента корреляциимежду этими зависимостями (r=-0.8) отражает асимметричную зависимость междуколичеством солнечных пятен и вариациями ГКЛ. Таким образом, аэрозольнаясоставляющая будет изменяться синфазно с ГКЛ и достигать максимального значения впериоды минимумов солнечной активности, что подтверждается существованиемкорреляции между вариациями облачности и ГКЛ [Svensmark, Friis-Christensen, 1997;Palle, Butler, 2000].Результатыпроведенногоисследованияпоказывают,чтопоиндексукислотности в полярных льдах можно изучать вариации СКЛ и ГКЛ в прошлом. Этотвывод необходимо учитывать при изучении вулканической активности в прошлом поледяным кернам.Исследование воздействия GLE, являющегося аналогом ГКЛ, на формированиеаэрозолей в атмосфере очень важно для понимания природы воздействия солнечнойактивности на климат Земли (см.
Главу 5).75Рис. 2.5. Двадцатилетние средние чисел Вольфа W (кривая 1) и индекс кислотности E(отн. ед.) [Hammer, 1980] (кривая 2).2.4 Выводы.1. Результаты экспериментальных измерений и модельных расчетов сиспользованием механизма ионной нуклеации показали, что только протонные событиятипа GLE средней мощности могут приводить к значительным увеличениямаэрозольной концентрации и, как следствие, образованию озонных «минидыр»(понижений ОСО более 15%) в высоких широтах.
Показано, что солнечныерелятивистские протоны могут приводить к образованию озонных «минидыр» лишьпри выполнении некоторых необходимых условий: соответствующие значенияатмосферных параметров ([H2SO4], температура, влажность, атмосферное давление); атакже особенности спектров вторгающихся частиц. Учитывая, что в качестве одного изосновных агентов солнечно-погодных связей рассматриваются вариации космическихлучей, воздействующие на земную облачность, созданная модель, являясь наиболееразработанной с количественной точки зрения, может найти применение для прогнозабудущих глобальных изменений атмосферы и климата, а также для оценки возможных76негативных последствий при контролируемых воздействиях на климат с помощьюэмиссий сульфатных аэрозолей в атмосферу.2.
Впервые показано, что изменения кислотности и содержания сульфатов вледяных кернах, наряду с вулканической активностью, отражают вариации солнечнойактивности и (или) в антифазе – интенсивности ГКЛ в прошлом.77Глава 3 Космофизическая обусловленность измененийэлектрических параметров атмосферы высоких широт.Настоящая глава, в отличие от предыдущей, где, в основном, рассматривалисьвопросы изменений химического состава атмосферы под действием внешнихкосмофизических факторов, посвящена исследованию физических процессов ввысокоширотной атмосфере, возникающих под действием этих факторов.
Податмосферными физическими процессами в данном случае мы подразумеваемизменениеэлектрическихпараметроватмосферы.Известно,чтоизмененияэлектромагнитного поля (ЭМП) оказывают значительное воздействие на техно- ибиосистемы [Владимирский, Кисловский, 1982; Птицына и др., 1998; Гичев, Гичев, 1999;Шумилов и др., 1998; 2003в; Еникеев и др., 2002. 2007; Обридко и др., 2001; 2008;Новикова и др., 2013а,б; Касаткина и др., 2008, 2014а,б; Kasatkina et al., 2002d;Shumilov et al., 2012, 2014]. Вариации атмосферного электрического поля вряд ли могутоказывать существенное воздействие на человеческий организм: в отличие от ЭМП онине проникают в жилые помещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
