Диссертация (1097516), страница 2
Текст из файла (страница 2)
озонной «дыры» (понижения общего содержания озона(ОСО) над Антарктидой) привело к подписанию в 1987 г. Монреальского протокола,согласно которому основные изменения в озоновом слое вызваны увеличениемвыбросов техногенных фреонов или хлорфторуглеродов (ХФУ) в атмосферу.Решениями протокола дальнейшее производство ХФУ было запрещено и практическисвёрнуто во всём мире к 2000 г. При этом роль естественных факторов в измененияхОСО была проигнорирована.
Потенциальная опасность уменьшения ОСО связана с егоспособностью поглощения ультрафиолетового излучения Солнца в УФ-Б диапазоне(280-315 нм). Известно, что уменьшение ОСО на 10% приводит к увеличению потокаУФ-Б на 20%, что, в свою очередь, может привести к существенному увеличению числаслучаев немеланомного рака кожи, возрастанию количества катаракт и некоторыхзаболеваний, связанных с ослаблением иммунной системы человека [Перов,Крученицкий, 1996; Зуев, 2006].
Понижение ОСО может также привести к гибелинекоторыхмикроорганизмов,вчастности,фитопланктонаизоопланктона,составляющих основу трофической цепочки пресноводных и морских экосистем [Smithet al., 1992; Williamson, 1996]. Увеличение УФ-Б может вызвать также изменения вгодичном росте деревьев, падение урожайности культурных и дикорастущих растений[Зуев, 2006]. Актуальность изучения озонового слоя диктуется также той ролью,которую играет озон в радиационном балансе планеты и в формированиитемпературных изменений в стратосфере.ИзучениесостоянияозоновогослоявАрктике,гдеегорольдляжизнедеятельности человека значительно возрастает, является актуальной задачейсовременныхисследованийвполярныхобластях.Отметим,чтоизучениючувствительности высокоширотной атмосферы к внешним воздействиям естественногопроисхождения не уделялось достаточного внимания.8В настоящее время в качестве основных космофизических факторов, влияющихна атмосферу и климат, рассматриваются солнечная радиация (включая волновой УФдиапазон) [Веретененко, Пудовкин, 1998; Lean et al., 1995; Haigh, 1996] и вариациисолнечных (СКЛ) и галактических (ГКЛ) космических лучей, промодулированныеизменениями межпланетного магнитного поля [Веретененко, Пудовкин, 1994;Касаткина и др., 1999; Лапшин и др., 2012; Shumilov, Kasatkina et al., 1996; Svensmark,Friis-Christensen, 1997; Tinsley, 2000; Carslaw et al., 2002; Kasatkina, Shumilov, 2005;Veretenenko, Thjel, 2005; Troshichev et al., 2008].
В качестве основных механизмоврассматриваются механизмы «триггерного» воздействия, т.е. воздействия на системудостаточно слабого сигнала, приводящего к выделению большого количества энергии.(Известно, что энергия, приходящаяся на изменчивую часть солнечного спектра, оченьмала по сравнению со средней энергией атмосферных процессов). В некоторыхмеханизмах обмен энергией между различными слоями атмосферы осуществляется припомощивнутреннихатмосферныхволнширокогоспектра(отакустико-гравитационных до планетарных), благодаря их способности распространяться назначительные расстояния от источника.
Введение «триггерных» механизмов позволилорешить вопросы, связанные с энергетикой взаимодействий в проблеме влияниясолнечной активности на погоду и климат.Одним из недостатков предлагаемыхмеханизмов является то, что они плохо разработаны в количественном отношении. Вчастности, при разработке таких механизмов следует учитывать то обстоятельство, чтомощные вулканические извержения, приводящие к значительным и длительнымизменениям аэрозольной концентрации в атмосфере, также могут оказыватьзначительное воздействие на характер солнечно-атмосферных связей.Среди других внешних воздействий на атмосферные параметры и климат Земли,по-видимому, следует учитывать и межпланетные факторы (космическая пыль, кометы,метеориты).
По некоторым оценкам приток космического вещества на Землю можетдостигать величины 109 т/год и даже выше [Frank et al., 1986]. Столкновение с Землейотносительно больших астероидов и комет рассматривается в качестве одной изосновных опасностей, угрожающих человечеству [Боярчук, 1999; Аткинсон, 2001].Степень воздействия на окружающую среду зависит от размера падающих небесныхтел.
Гигантский астероид диаметром 10 км упал на Землю 65 миллионов лет назад, чтопривело к глобальной катастрофе и, по-видимому, к массовой гибели динозавров[Аткинсон, 2001]. Падение на Землю космического объекта диаметром более 500мвызвало резкое похолодание и последовавший за этим голод в 536-540 гг. [Baillie, 1994;Rigby et al., 2004]. Столкновение с Землей небесного тела размером 50м в диаметре9может привести к уничтожению практически всего живого на территории площадью до2000 км2, как это произошло во время Тунгусской катастрофы 30 июня 1908 г.[Nesvetailo, 1998; Vasilyev, 1998].
Актуальность исследований в этом направлении,наряду с проблемой астероидно-кометной опасности, привела к созданию рядамеждународных космических программ.Работа представляет собой результаты многолетних (более 15 лет) исследованийавтора по воздействиям различных внешних агентов (солнечная активность,космические лучи, вулканические извержения) на атмосферу и климат высоких широт.Цель и задачи.
Целью работы является решение междисциплинарной проблемывоздействия солнечных и межпланетных факторов на атмосферу и климат Земли. Длядостижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи.1. Изучить эффективность воздействия солнечных космических лучей наозоновый слой Земли.2. Исследовать условия применимости газофазных фотохимических моделей дляколичественного описания изменений в газовых составляющих высокоширотнойатмосферы, наблюдаемых во время солнечных протонных событий.3. Разработать модель для описания увеличения концентрации аэрозолей иобразования озонных «минидыр», стимулированных высыпанием солнечных протоновв высоких широтах.
Провести оценку адекватности модели на основе сопоставлениярасчетов с экспериментом.4.Исследовать,используяинтегрированныеметодынаблюдений,кратковременные вариации атмосферных параметров (атмосферного давления ивертикальной компоненты электрического поля) с целью разделения источников такихизменений, имеющих внеземное происхождение (солнечные вспышки, корональныевыбросы массы, вариации СКЛ и ГКЛ, геомагнитные возмущения) от процессовметеорологического характера (гроза, дождь, туман, метель и др.).5. Изучить пространственно-частотные закономерности проявлений солнечнойактивности в атмосфере системы Северная Атлантика – Европа.6.
Разработать концепции, методику и программное обеспечение для обработкидендрохронологических образцов (сосна, ель, можжевельник) с целью создания банкадолговременных древесно-кольцевых палеоклиматических хронологий Кольского повадляизучениясовременныхипрогнозированиябудущихглобальныхирегиональных изменений климата.7. По дендрохронологическим данным Кольского п-ова изучить реакцию10древесного прироста на глобальные и региональные изменения климата и их связь свариациями солнечной и вулканической активности.8. Изучить возможности применения дендрохронологического метода длярешения некоторых проблем палеоастрофизики, в частности астероидно-кометнойопасности: получение информации о столкновениях с Землей небесных тел в прошломи их воздействии на атмосферу и климат (например, Тунгусская катастрофа).Научная новизна.Впервые обнаружены озонные «минидыры» (кратковременные понижения ОСОболее 15%), возникающие при вторжении в атмосферу релятивистских солнечныхпротонов во время мощных солнечных протонных событий типа GLE (Ground LevelEvents).
В этом случае высокоэнергичная часть СКЛ (E>450МэВ) проникает глубоко ватмосферу, проходя через максимум озонового слоя (~20 км) и регистрируется сетьюнейтронныхмониторовнаповерхностиЗемли.Врезультатеисследованияпространственного распределения озонных «минидыр», инициированных событиямиСКЛ, показано, что понижения ОСО образуются местной весной и сосредоточены вкольцевых зонах, окружающих полярные шапки. Обнаруженный эффект позволитоценить вклад атмосферных высыпаний релятивистских солнечных протонов всовременные и будущие изменения озонового слоя в полярных областях.Впервые экспериментально обнаружено увеличение общего содержания NO2 ввысоких широтах, вызванное солнечным протонным событием типа GLE 2 мая 1998года. Результаты модельных расчётов увеличения NO2 показали достаточно хорошеесовпадение с экспериментом.Показано, что образование озонных “минидыр” во время событий СКЛ, равнокак и увеличения ОСО после Форбуш-понижений ГКЛ, нельзя объяснить в рамкахобычной гомогенной фотохимической теории.Впервые разработана модель на основе механизма ионной нуклеации адекватноописывающая наблюдаемые увеличения концентрации аэрозолей и образованияозонных «минидыр», стимулированных высыпанием высокоэнергичных солнечныхпротонов, являющихся аналогом ГКЛ, в высоких широтах.
При сопоставлениимодельных расчетов с экспериментом выявлено, что солнечные релятивистскиепротоны могут приводить к увеличению аэрозольного слоя и образованию озонных«минидыр» лишь при выполнении некоторых необходимых условий: соответствующиезначения атмосферных параметров ([H2SO4], температура, влажность, атмосферноедавление); а также особенности спектров вторгающихся частиц.
Включение11атмосферных эффектов СКЛ и ГКЛ позволит усовершенствовать и развитьсуществующие численные модели глобальной атмосферы и климата.В результате применения интегрированных методов измерений атмосферныхпараметров в высокоширотной зоне при помощи созданного оригинальногоэкспериментального комплекса (ВКИАВЭ) впервые показано, что в условияхнарушенной погоды (дождь, туман, гроза) спектральные характеристики вариацийдавления и атмосферного электрического поля меняются практически синхронно.Полученные результаты указывают на необходимость исследования измененийатмосферных параметров в высокоширотной зоне при помощи интегрированныхметодов наблюдений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
