解释了中间层臭氧层损耗


在地理空间,Arase Satellite观察合唱波和精力充沛的电子,而在地面上,EISCAT和光学仪器观察脉络膜中的脉动Aurorae和电子降水。信用ERG科学团队

极光是一种神奇的绿光幕,在地球的极地地区经常可以看到,这种现象也导致了中间层臭氧层的损耗。

这种耗竭可能对全球气候变化具有重要意义,因此,了解这一现象很重要。

现在,由日本名古屋大学的Yoshizumi Miyoshi教授领导的一组科学家对这一现象进行了观察、分析,并提供了更深入的了解。研究结果发表在《自然》杂志的科学报告上。

在地球的磁气圈(地球周围的磁场区域)中,来自太阳的电子仍然被困住。电子和等离子体波之间的相互作用会导致被困的电子逃逸并进入地球的上层大气(热层)。这种现象被称为电子沉淀,是极光产生的原因。但是,最近的研究表明,这也导致了中间层(低于热层)的局部臭氧层损耗,并可能对我们的气候产生一定的影响。

更重要的是,中间层的臭氧损耗可能会特别发生在极光期间。虽然科学家们已经研究了电子降水与极光的关系,但没有人能够充分阐明它是如何导致中间层臭氧损耗的。

在2017年斯堪的纳维亚半岛发生的一场中度地磁风暴期间,Miyoshi教授和他的团队抓住机会改变了这种说法。他们的观测目标是“脉动极光”(PsA),一种微弱的极光。他们的观测是通过欧洲非相干散射(EISCAT)雷达(在PsA发生的60到120公里的高度)、日本航天器Arase和全天空摄像机网络的协调实验实现的。

Arase数据显示地球磁层中的被捕获的电子具有宽的能量范围。它还表明了合唱波,一种电磁等离子体波,在该区域的空间中。然后,计算机仿真显示出现arase观察到导致这些电子在宽能量范围内引起这些电子的沉淀的等离子体波,这与地球热圈中的eiscat观察一致。

对EISCAT数据的分析表明,从几keV(千电子伏)到MeV(百万电子伏)的宽能量范围内的电子会沉淀形成PsA。这些电子携带的能量足以穿透我们的大气层,到达低于100公里,高达60公里的高空,也就是中间层臭氧所在的地方。事实上,使用EISCAT数据的计算机模拟显示,这些电子在撞击中间层时,会立即消耗局部臭氧(超过10%)。

Miyoshi教授解释说:“公益广告几乎每天都发生,分布在大片地区,持续数小时。因此,这些事件造成的臭氧损耗可能是严重的。”谈到这些发现的更大意义时,Miyoshi教授继续说道:“这只是一个案例研究。需要进一步的统计研究来确认由于电子降水在中层大气中发生了多少臭氧破坏。毕竟,这种现象对气候的影响可能会潜在地影响现代生活。”

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