Доцент физического факультета Томского государственного университета (ТГУ) Роман Кочанов и научный руководитель лаборатории КВАМЕР ТГУ, профессор Владимир Тютерев в кооперации с учеными Национального центра научных исследований Франции (CNRS) совершили прорыв в понимании квантовых механизмов превращений легких и тяжелых изотопов кислорода в процессе образования молекул озона при высоких энергиях. Об этом сообщается на официальном сайте университета.
Физики всего мира более чем 20 лет пытались найти объяснения экспериментальным измерениям, не согласующимся с теоретическими моделями образования молекул озона. Результаты нового исследования кооперации томских и французских ученых дают возможность лучше прогнозировать процессы формирования озона, который в зависимости от высоты слоев в атмосфере может либо защищать биосферу Земли, либо создавать экологические проблемы.
Результаты исследования основаны на точном квантовом расчете молекулярной динамики процесса, в котором атомы проходят через метастабильные резонансные состояния озона с последующим его распадом. Объяснение этому группа томских и французских ученых нашла благодаря новой поверхности потенциальной энергии молекулы озона, построенной российскими авторами на основе оригинальных исследований молекулярной электронной структуры.
Ранее ученые полагали, что поверхность потенциальной энергии озона имеет ярко выраженный барьер, или «рифовую структуру», на траектории распада молекулы. Современные суперкомпьютерные расчеты показали, что на самом деле этого барьера нет. Это обнаружение позволило получить точное согласование для скоростей реакции с экспериментом.
"Теория впервые позволила объяснить скорости реакций изотопического обмена в зависимости от температуры в полном согласии с экспериментом, – передает tsu.ru слова Романа Кочанова. – Реакции обменов легких и тяжелых изотопов кислорода 16О и 18О играют ключевую роль в глобальном процессе формирования озона, но все попытки их теоретического моделирования приводили к качественным разногласиям с экспериментами – либо в температурной зависимости, либо в абсолютных значениях. Этот результат имеет фундаментальное значение в понимании процесса обогащения озона тяжелыми изотопами в стратосфере."
Измерения атмосферного распределения озона и его долгосрочных изменений — критически важный шаг в понимании взаимосвязи вариативности озона и изменения климата. Озон является интенсивным поглотителем излучения в микроволновом и инфракрасном диапазонах. По сути, он третий по важности в списке потенциальных парниковых газов. Было обнаружено, что в некоторых географических областях тропосферный озон может иметь радиационный потенциал парникового эффекта локально выше, чем даже углекислый газ.
Статья с итогами исследований опубликована в высокорейтинговом журнале The Journal Physical Chemistry Letters (IF=9.5). CNRS включил эту публикацию в число значительных научных достижений.
[Изображения: NASA Goddard Space Flight Center, The Journal Physical Chemistry Letters]
