Кто "бомбит" озоновый слой Земли из космоса: работа армянских ученых

Астрофизики Бюраканской обсерватории исследовали космические катастрофы, при которых в атмосфере сокращается озоновый слой. Это супер-вспышки Солнца и столкновение Солнца с молекулярными облаками, которое вдобавок вызывает долгие периоды оледенения.

Время от времени Земля переживает потоки сильного солнечного излучения, в виде фотонов и частиц. Последствия могут быть довольно серьезными (как, например, во время известной вспышки Каррингтона в 1859 году). Случись она в наше время, значительная часть электротехники и спутников вышли бы из строя.

Но за время своей истории наша планета, возможно, подвергалась намного более сильным воздействиям, которые длились сотни тысяч лет. Исследование об этом опубликовали астрофизики из Бюраканской обсерватории Национальной академии наук Армении, под руководством старшего научного сотрудника, доктора физико-математических наук, заведующего отделом астрохимии, астробиологии и экзопланет Арарата Егикяна.

Источник этого воздействия – космические частицы. Это, в основном, протоны, которые образуются в оболочках сверхновых звезд. Они имеют огромную энергию - начиная от одного миллиона электронвольт до нескольких триллионов и выше. У частиц, которые доходят из других галактик, энергия достигает невероятно высоких показателей (1021 электрон-вольт, на много порядков выше, чем можно получить в самых современных ускорителях частиц).

ругой источник воздействия – не сами сверхновые звезды, а межзвездные молекулярные облака различной плотности: с нейтральным водородом (HI) или молекулярным (H2). Солнце проходит сквозь такие облака "время от времени": через HI – раз в 30 миллионов, через H2 – раз в 300-400 миллионов лет. Это происходит потому, что Солнце вращается вокруг центра Галактики, одновременно колеблясь относительно галактической плоскости и встречая на своем пути такие облака.

Столкновение течений, убывание озона, оледенение

Когда Солнце проходит сквозь такое облако, сталкиваются два потока частиц - молекулярного облака и солнечного ветра, то есть истечения вещества Солнца со скоростью примерно 400 км/сек. В это время на орбите Земли концентрация протонов ветра составляет порядка 10 частиц в кубическом сантиметре. От энергии солнечного излучения молекулы водорода в облаке разбиваются (в научных терминах – диссоциируются) на отдельные атомы водорода. Их гигантский поток летит к планетам Солнечной системы, в том числе к Земле, проникая в земную атмосферу. Из-за этого в ее верхних слоях сильно сокращается озоновый слой. Поскольку озон (O3) - это модификация кислорода, то его атомы, сталкиваясь с водородом и проходя через цикл химических реакций, образуют воду – вернее, мельчайшие кристаллики льда. Из них появляются так называемые серебристые облака, на высоте 80-90 км над землей, которые светятся в сумеречном небе (на закате и перед рассветом).

Сейчас они наблюдаются сравнительно редко (только летом и только в высоких широтах), но при описанных аномалиях в истории Земли, их становилось намного больше. Слой серебристых облаков окутывал всю Землю (на отмеченной высоте) в течение сотен тысяч лет, с последующим охлаждением поверхности Земли на 1 градус. Этого достаточно для провоцирования длительного оледенения, причем вплоть до экваториальных широт (следы таких оледенений найдены даже на Гавайских островах!).

Такие облака, может, и красивы, но с другой стороны, поток водорода из космоса разрушает в атмосфере не только озоновый слой, но и цикл по его воспроизведению (цикл Чепмена), и защита биосферы от ультрафиолета слабеет. Кроме того, образование таких ледяных облаков приводит к климатической катастрофе, потому что на нашей планете резко снижается температура. Это одно из объяснений долговременных ледниковых циклов, через которые проходила Земля за миллиарды лет.

Заметим, один из современных американских художественных фильмов рассказывает о том, как разрастаются такие облака в течение нескольких месяцев (правда, в реальности для этого нужны тысячи лет).

Вопросы того, как прохождение Солнца через водородные облака взаимосвязано с оледенениями, Егикян исследовал вместе с профессором Боннского университета Хансом Фаром (Hans Fahr). Их совместные публикации стали одними из первых в мировой науке, где была аргументирована гипотеза о такой взаимосвязи.

Убывание озона от солнечных вспышек, ультрафиолетовая катастрофа

Недавно Егикян показал, что супервспышки на Солнце (более мощные, чем в 1859 г.) могут привести к еще более серьезным событиям, уменьшающим содержание озона в стратосфере (на высоте 25-30 км). При такой вспышке, потоки космических лучей (солнечные и галактические протоны высоких энергий) приводят к образованию окиси азота в атмосфере, которая резко снижает содержание стратосферного озона. В результате возрастает доза ультрафиолетовых солнечных лучей, поглощаемых живыми организмами на суше, со всеми отрицательными последствиями. Условно можно назвать такое событие ультрафиолетовой катастрофой (хотя этот термин и занят физиками по совершенно другому поводу). В отличие от климатической катастрофы (оледенения), ультрафиолетовая катастрофа, по некоторым данным, происходит, с разной интенсивностью, намного чаще - раз в несколько сот лет. Конечно, уберечься от нее проще, чем от длительного оледенения, но воздействие на биосферу может оказаться не менее драматичным.

Что касается молекулярных облаков, то сегодняшняя астрономия уже достигла того уровня, когда можно рассчитать траекторию движения Солнца в Галактике. Благодаря этому, можно с довольно высокой точностью предсказать, когда и с какими облаками будет сталкиваться Солнце на своем пути.

Относительно супервспышек на Солнце, то они происходят случайным образом, и их надежный прогноз, видимо, дело будущего, но понятно, что такого рода исследования уже необходимы уже сегодня.

Спасемся только вместе

Сейчас Земля переживает межледниковый период. Пока есть надежда, что к следующему оледенению или вспышке, страны и народы вместе поймут, что поодиночке не выживет никто. Эти задачи, конечно, лежат уже за рамками астрономии, но астрономы могут к ним весьма наглядно подвести.