То же самое явление, которое вызывает полярные сияния – магические «шторки» зеленого света, часто наблюдаемые из приполярных областей поверхности Земли – приводит к истощению озонового слоя в мезосфере. Такое разрушение озонового облака может оказывать большое влияние на изменения глобального климата, и поэтому очень важно понимать механизм этого процесса.

В новом исследовании группа, возглавляемая Ёсидзуми Мийоши (Yoshizumi Miyoshi), профессором Нагойского университета, Япония, наблюдала это явление, проанализировала его и глубоко изучила закономерности процесса.

В магнитосфере Земли – области доминирования магнитного поля нашей планеты – захватываются и удерживаются электроны, идущие со стороны Солнца. Взаимодействия между электронами и волнами в плазме могут привести к высвобождению электронов из магнитной ловушки и проникновению их в верхнюю атмосферу Земли, называемую термосферой. Это явление, называемое осаждением электронов, отвечает за возникновение полярных сияний. Однако недавние исследования показали, что оно также отвечает за местное истощение озонового слоя в мезосфере (слое, расположенном ниже термосферы) и может оказывать определенное влияние на климат нашей планеты.

Более того, такое истощение озонового слоя в мезосфере может протекать конкретно во время полярных сияний. И хотя ученые исследовали процесс осаждения электронов как причину возникновения полярных сияний, никто до сих пор не смог связно объяснить влияние этого процесса на истощение озонового слоя.

Профессор Мийоши и его команда решили изменить это положение дел, проанализировав умеренную геомагнитную бурю, разыгравшуюся над Скандинавским полуостровом в 2017 г. В частности, исследователи проанализировали события класса «пульсирующих полярных сияний» (pulsating aurorae, PsA). Эти наблюдения стали возможными, благодаря совместным экспериментам с использованием нескольких разных научных инструментов, таких как радар European Incoherent Scatter (EISCAT), позволяющий проводить наблюдения на высотах между 60 и 120 километрами над поверхностью Земли, где и происходят PsA-события, японский космический аппарат Arase, а также сеть камер для наблюдения всего неба.

Полученные при помощи аппарата Arase данные показали, что захваченные в магнитосфере Земли электроны имеют широкий диапазон энергий. Они также указали на присутствие «хоровых волн», представляющих собой один из классов волн в плазме, в этой области космического пространства. Компьютерное моделирование тогда показало, что аппарат Arase наблюдал, как волны в плазме стимулируют осаждение таких электронов в широком диапазоне энергий, что согласуется с данными наблюдений термосферы Земли, выполненных при помощи радара EISCAT.

Анализ данных, собранных при помощи комплекса EISCAT, показал, что события PsA вызываются электронами с энергиями, значения которых лежат в широком диапазоне, от нескольких килоэлектронвольт до мегаэлектронвольт. Такие электроны имеют достаточно много энергии для проникновения в атмосферу на высоту менее 100 километров и даже на высоту 60 километров – то есть, в тот самый слой, где расположен мезосферный озон. Компьютерное моделирование показало, что такое проникновение приводит к немедленному истощению локального озонового слоя (более чем на 10 процентов), пояснили авторы.