Удары молнии могут вызвать кратковременное истончение озонового слоя

Результаты, опубликованные в Журнал геофизических исследований: атмосферы, проливают новый свет на то, что значит жить на планете, изобилующей молниями.

«В любой момент времени на земном шаре происходит около 1800 активных гроз, генерирующих около 50 вспышек в секунду», — сказал Роберт Маршалл, соавтор нового исследования и доцент кафедры аэрокосмических инженерных наук Энн и Х. Дж. Смидов.

По его словам, все эти вспышки могут иметь более широкое влияние на атмосферу, чем когда-то думали ученые.

Исследование опирается на сложное явление, называемое высыпанием электронов, вызванным молнией, или LEP. Маршалл объяснил, что всякий раз, когда ударяет молния, молния испускает импульс электромагнитной энергии, который может распространяться по всей Земле и в космос. Там эта энергия взаимодействует с радиационными поясами, которые окружают нашу планету, высвобождая некоторые из захваченных внутри электронов, которые затем падают обратно на Землю.

Представьте себе это как встряхивание ветки дерева, чтобы сбить мокрый снег.

В своем новом исследовании он и его коллеги проследили за осадками трех гроз за последнее десятилетие, которые простирались от Небраски до Карибского моря. Согласно их расчетам, эти отдельные штормы могли вызвать цепную химическую реакцию в атмосфере, которая вызвала сокращение озонового слоя в определенных местах на целых 5% — потерю, которая потенциально длилась до 12 часов.

Люди долгое время жили с молниями, поэтому эти колебания озона, скорее всего, не угрожают безопасности людей. Но, по словам Маршалла, результаты исследования намекают на то, что при одновременном распространении на десятки штормов молния может оказать удивительно большое влияние на то, что происходит в воздухе над нашими головами. Исследователи надеются изучить, насколько велико это глобальное влияние в будущем.

«Единственный удар молнии оказывает незначительное влияние на атмосферу», — сказал Маршалл. «Но после тысяч ударов молнии это может быть гораздо более значительным. Мы еще не знаем ».

Молния падает

Это также может быть на что посмотреть. Например, в октябре 2015 года ураган «Патрисия» обрушился на берег в Техасе и Мексике. Шторм принес в регион дождь и наводнение — не говоря уже о 33000 разрядах молний за два с половиной часа.

В своем последнем исследовании Маршалл и его коллеги использовали подробное компьютерное моделирование, чтобы проследить за тем, что произошло в атмосфере после этого дикого события, плюс аналогичный шторм в Карибском бассейне в мае 2017 года и еще один шторм над Небраской в ​​августе 2013 года.

«Эти бури заставляют электроны удаляться из радиационных поясов», — сказал Маршалл. «Он сбрасывает энергию в атмосферу, и мы спрашиваем, что эта энергия делает с атмосферой?»

Вот что произошло: по мере того, как буря прогрессировала, энергия электронов, падающая на Землю, начала реагировать с газами высоко в атмосфере Земли, примерно на 30-70 милях над поверхностью. Концентрация некоторых молекул в воздухе, включая оксиды водорода и оксиды азота, резко возросла. Например, количество оксидов азота увеличилось на 150%.

Сами по себе эти газы не могут причинить большого вреда. Но, по словам Маршалла, они могут проникать глубже в атмосферу, в конечном итоге достигая озонового слоя — важной границы, которая находится менее чем в 20 милях над землей и помогает защитить жизнь от солнечного излучения.

«Увеличение содержания оксидов азота может длиться 24 часа или более, и эти газы будут медленно опускаться на высоту, где они могут разрушить озон», — сказал Маршалл.

Команда не ожидает, что эти разрушения распространятся далеко от области чуть выше шторма, создав кратковременное тонкое пятно в озоновом слое. Но потеря озона сравнима с тем, что ученые наблюдали во время других серьезных атмосферных возмущений, включая полярные сияния или северное сияние, которые заставляют небо светиться в высоких широтах.

В дальнейшем Маршалл и его коллеги намерены следить за темными и бурными ночами.

«В этом исследовании мы изучаем влияние отдельных штормов», — сказал он. «Следующим шагом будет определение глобального совокупного эффекта освещения в верхних слоях атмосферы».