Ученые Санкт-Петербургского университета определили, что радиоактивный газ радон-222 влияет на образование ионов в нижних слоях атмосферы кратно сильнее, чем любые другие факторы. Исследование выполнено специалистами лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Atmosphere.
Приземной слой атмосферы, который находится на высоте до трех километров над поверхностью Земли, содержит в себе множество химических элементов, некоторые из которых радиоактивные. К ним можно отнести радон-222 — радиоактивный нуклид химического элемента радона, который образуется в урановых месторождениях и относится к радиоактивному семейству урана-238.
При этом сам радиоактивный нуклид опасен для жизни и здоровья людей, он также разрушает озоновый слой, поэтому с конца 50-х годов прошлого века ученые по всему миру ведут регулярный мониторинг его содержания в атмосфере. Кроме того, по повышенным концентрациям радона, так называемым радоновым аномалиям, можно спрогнозировать некоторые природные явления, например землетрясения. Однако, как отмечают ученые СПбГУ, для составления реальных прогнозов значения магнитуды, времени и места должны определяться с достаточной точностью и быть стабильными.
Другой важный компонент мониторинга озонового слоя — ионизация атмосферы, то есть процесс образования ионов — положительно и отрицательно заряженных частиц в атмосфере Земли. Сегодня физики пытаются определить, как именно радон воздействует на ионизацию, которая, в свою очередь, влияет на электропроводность воздуха. Так, изменение значений электронной плотности вследствие ионизации может приводить к появлению различных радиопомех.
Ученые Санкт-Петербургского университета модернизировали созданную российскими учеными в 1970-е годы уникальную модель атмосферы-океана-аэрозоля-химии-климата SOCOL. Эта модель с момента ее создания использовалась для расчета изменений озонового слоя и климата. Она позволяет характеризовать поведение озонового слоя в периоды его глобального истощения, связанного с производством разрушающих озон субстанций, и восстановления, возможного благодаря ограничениям и мерам по регулированию всех выбросов веществ, разрушающих озоновый слой.
Физики СПбГУ добавили в модель дополнительный источник естественной ионизации воздуха, не связанный с космическими факторами, это позволило проводить расчеты удельной проводимости атмосферы с учетом вклада всех скоростей ионизации атмосферы.
Благодаря проведенной учеными университета работе на данный момент в химико-климатической модели SOCOL учтены все естественные источники ионизации атмосферы, что позволяет использовать эту модель для оценки вклада радона-222 в проводимость и сопротивление атмосферы.
«Мы выяснили, что в пограничном, то есть нижнем, слое Земли скорости ионизации, вызванной радоном-222, превышают скорости ионизации, вызванной галактическими космическими лучами, в несколько раз в зависимости от региона. Таким образом, радон доминирует в ионизации вблизи поверхности Земли, но его действие быстро затухает с высотой. Рассчитанные скорости ионизации, полученные из распределений радона-222, используются для расчета проводимости воздуха в атмосфере», — рассказала старший научный сотрудник СПбГУ (кафедра физики Земли) Ирина Миронова.
Ученые СПбГУ отмечают, что в химико-климатических моделях, которые используются для исследований вариаций озонового слоя и параметров глобальной электрической цепи, ионизация от радона-222 является основным источником ионизации на низких высотах около поверхности Земли. Это говорит о влиянии радона-222 на образование электрического тока в атмосфере и его роль в формировании глобальной электрической цепи.
Именно по глобальной цепи осуществляется движение атмосферных электрических токов между ионосферой и Землей. Цепь обусловлена отрицательным зарядом Земли и создаваемым им электрическим полем, а также заряженными ионосферой и магнитосферой. Существенную роль в образовании цепи играет грозовое электричество.
Отметим, что ранее сотрудники лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ выяснили, что во время геомагнитных бурь в течение суток может разрушаться до четверти озона, содержащегося на высоте около 75 километров в полярной мезосфере. Также ученые разработали нейросетевой алгоритм для измерения содержания озона в атмосфере с российского метеорологического спутника.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
