Влияние атмосферных нейтронов на озоновый слой

На состояние верхней и нижней атмосферы влияют такие факторы, как солнечная электромагнитная радиация, солнечные и галактические космические лучи, высыпание электронов из радиационных поясов и вторичные космические лучи. Энергичные частицы могут производить диссоциацию, ионизацию (рис. 32) и диссоциативную ионизацию атмосферы. Энергия, вносимая в атмосферу высокоэнергичными частицами, мала по сравнению с другим электромагнитным излучением, но является важным источником ионизации и диссоциации, особенно на высотах ниже 80 км, где солнечное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение сильно ослаблены.

Влияние космических лучей на озоновый слой, в частности вторичных нейтронов, пока еще недостаточно изучено. Механизм разрушения озонового слоя был проанализирован в работе [102]. Было показано, что вклад иономолекулярных реакций в суммарную скорость гибели озона не может превышать 10 % при любой концентрации частиц. Для расчета скорости озона необходимо знать количество N О, образующихся в каждом акте ионизации.

В атмосфере ниже 25 км ионизация производится протонами и нейтронами, а также вторичными электронами и мюонами [104], которые образуются при взаимодействии высокоэнергичных (средняя энергии около 100 ГэВ) галактических потоков космических лучей с ядрами атомов воздуха (см. и. 2.2). В работе [105] при оценке эффективности образования N0 космическими лучами было получено значение 0,33 атома. В работе [106] это значение было уточнено до 1,27 атомов во всевозможных состояниях на каждый акт ионизации. На рис. 33. показан высотный ход эффективности образования окислов азота и водорода (число молекул на каждую пару ионов) при ионизации атмосферы солнечными космическими лучами [103]. В 1972 г. были опубликованы данные по ракетным измерениям озона, которые показали его существенное понижение во время солнечной протонной вспышки 1969 г. На рис. 34 показана скорость образования молекул NOx, потоки атмосферных нейтронов и электронов с энергиями Е = 2 -г- 26 МэВ и Е = 0;5 ч- 2 МэВ.

Рис. 32. Скорость ионизации космическими лучами: 1, 2 - в периоды минимальной и максимальной солнечной активности; 3 - солнечными протонами в июле 1982 г.; 4 - солнечными протонами июле 1959 г.; 5 - солнечными протонами августе 1972 г. [103]

Из рис. 34 можно сделать вывод, что влияние потоков электронов на образование молекул NOx и, следовательно, на разрушение озона в стратосфере может иметь место, особенно в Южном полушарии. Хотя в работах [96, 97] считается, что воздействия космических факторов завышены в 5-10 раз. Что касается влияния атмосферных нейтронов на скорость образования молекул NOx и разрушения озона, то, как видно из рис. 34, такое влияние вполне допустимо, но оно гораздо меньше по сравнению с влиянием потоков электронов и солнечных космических лучей. Для сравнения на рис. 35 представлена высотная зависимость концентрации молекул озона и атмосферных нейтронов. Из сравнения графиков рис. 33, 34 можно сделать предварительный вывод, что атмосферные нейтроны не могут существенно повлиять на озоновый слой.

Высотный ход эффективности образования окислов азота и водорода (число молекул на каждую пару ионов) при ионизации атмосферы солнечными космическими лучами [103]

Рис. 33. Высотный ход эффективности образования окислов азота и водорода (число молекул на каждую пару ионов) при ионизации атмосферы солнечными космическими лучами [103]

Скорость образования молекул NO по данным события 5 декабря 1993 г. на 64—66° магнитной широты

Рис. 34. Скорость образования молекул NOx по данным события 5 декабря 1993 г. на 64—66° магнитной широты: а - потоки электронов с энергиями Е = 0,5 -s- 2 МэВ; б - потоки нейтронов с энергиями Е = 2 + 26 МэВ

Зависимость концентрации озона (молекул/см) и атмосферных нейтронов (частиц/см) по высоте

Рис. 35. Зависимость концентрации озона (молекул/см3) и атмосферных нейтронов (частиц/см3) по высоте

Широтная структура изменений, %, общего содержания озона между минимумом и максимумом солнечной активности по двумерной модели [ 108]

Рис. 36. Широтная структура изменений, %, общего содержания озона между минимумом и максимумом солнечной активности по двумерной модели [ 108]

Вариации интенсивности атмосферных нейтронов при максимальной солнечной активности на уровне моря по данным Московского нейтронного монитора [88]

Рис. 37. Вариации интенсивности атмосферных нейтронов при максимальной солнечной активности на уровне моря по данным Московского нейтронного монитора [88]

На рис. 35 изображена рассчитанная по двухмерной модели [107] широтная структура изменений, %, общего содержания озона при максимальной и минимальной солнечной активности. Из рис. 35 видно, что наибольшие изменения происходят в высоких широтах в максимуме солнечной активности. В минимуме солнечной активности широтная зависимость изменения озона выражена значительно слабее. На рис. 37 представлены вариации интенсивности нейтронных потоков в период максимальной солнечной активности согласно данным Московского нейтронного монитора. Видно, что изменение озона находится в антикорреляции с вариациями нейтронных потоков. Следовательно, можно предположить, что в годы максимальной солнечной активности влияние атмосферных нейтронов на озоновый слой будет выражено в большей степени, чем в годы спокойного Солнца.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >