Озон и полярные сияния
Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев: тропосфера, простирающаяся примерно до десятка километров над Землей, стратосфера — до полусотни, мезосфера — до сотни километов, термосфера — до 800 км и экзосфера, или зона рассеяния, — до сотен радиусов Земли. Внутри термосферы лежат основные области ионосферы; там, в созданной магнитным полем ловушке, расположены захваченные Землей ионы и электроны солнечного ветра. В ионосфере существуют и взаимодействуют плазменные волны самых разных типов. Нижележащая мезосфера вместе с другим газами и ионами содержит трехатомные молекулы из атомов кислорода, то есть озона, но их там немного: наибольшая его концентрация приходится все-таки на высоты 20–40 км, на стратосферу. Последние полстолетия считали, что истощение слоя этого газа представляет угрозу жизни на планете.
В конце августа 2021 года международной команде, возглавляемой профессором Миёси Ёсидзуми из Нагойского университета, впервые удалось связать истощение мезосферного озона с полярными сияниями. Это, по преимуществу зеленоватое, свечение возникает за счет взаимодействия электронов, пришедших от солнечных вспышек, с нейтральными молекулами атмосферных газов. Геофизики свели воедино данные сети обзорных камер неба, Европейского радара некогерентного рассеяния (EISCAT) и японского спутника Arase для исследованиий высокоэнергетических заряженных частиц. Работа началась в 2017 году с изучения геомагнитного шторма средней силы над Скандинавией. Тогда ученые вели наблюдения за так называемой пульсирующей авророй, одним из видов северного сияния на высотах 60–120 км. Это слабо видимое явление возникает почти ежедневно, длится несколько часов и распространяется на огромные территории.
Спутниковые данные и построенная для их объяснения модель показали, что это явление вносит огромный вклад в разрушение мезосферного озона. Оказывается, во время авроры возбуждаются специфические волны плазмы; они разгоняют электроны термосферы до огромных скоростей, и те врываются в мезосферу, где разрушают молекулы озона. Ущерб оказался заметным: вычисления показывают, что во время авроры исчезает десятая часть мезосферного озона. Суммарный же вред, наносимый постоянными слабыми сияниями озоновому слою, может быть очень значительным. Профессор Миёси отметил, что их работа лишь подтверждает существование нового явления, но детали еще предстоит выяснить. Для определения количества теряемого озона требуется увеличить объем статистических данных.