Οι κοσμικές ακτίνες και οι ηλιακές εκλάμψεις συνδέονται με την τρύπα όζοντος

Από τη σελίδα του New Scientist 7 Αυγούστου 2001

Οι κοσμικές ακτίνες συνδέονται με την τρύπα του όζοντος

Οι κοσμικές ακτίνες αποκόβονται μακριά στο γήινο προστατευτικό στρώματος του όζοντος, αναφέρουν Καναδοί επιστήμονες ακτινοβολίας Qing-Bin Lu και Leon Sanche του Πανεπιστημίου Sherbrooke. Ισχυρίζονται ότι έχουν ανακαλύψει μια σημαντική διαδικασία που κρύβεται κάτω από την αυξανόμενη τρύπα του όζοντος πάνω από το νότιο ημισφαίριο. Αλλά οι ατμοσφαιρικοί επιστήμονες δεν είναι και τόσο βέβαιοι.

Οι Lu και Sanche ανέλυσαν τα στοιχεία του όζοντος και των κοσμικών ακτίνων που λαμβάνονται από τους επίγειους σταθμούς, τα μπαλόνια που παρακολουθούν τον καιρό και τους δορυφόρους. Σε ένα προσεχές έγγραφο στο Physical Review Letters, εκθέτουν έναν ισχυρό συσχετισμό μεταξύ της έντασης των κοσμικών ακτίνων και της μείωσης του όζοντος σε διαφορετικά επίπεδα της ατμόσφαιρας και σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη. Επίσης διαπίστωσαν ότι οι αλλαγές στη συγκέντρωση του όζοντος ταιρίαξαν με την κυμαινόμενη ένταση των κοσμικών ακτίνων μεταξύ του 1979 και 1992.

Αυτοί προτείνουν ότι οι κοσμικές ακτίνες συμβάλλουν στη μείωση όζοντος μέσω των αλληλεπιδράσεών τους με τους παραγόμενους από τους ανθρώπους χλωροφλωροάνθρακες (CFCs) στην ατμόσφαιρα: τα ηλεκτρόνια που δημιουργούνται από τις κοσμικές ακτίνες διασπούν τα μόρια του CFC, οδηγόντας στην παραγωγή των ατόμων χλωρίου, τα οποία διασπούν στη συνέχεια το όζον. Η υπεριώδης ακτινοβολία από το φως του ήλιου καταστρέφει το όζον κατά τρόπο παρόμοιο.

Οι Lu και Sanche βρήκαν στοιχεία για το πρότυπό τους σε μια εργαστηριακή προσομοίωση των συνθηκών που βρίσκονται στα ανταρκτικά σύννεφα. Έψυξαν μια μεταλική μπαριέρα έως κάτω από -170 °C και συμπύκνωσαν υδρατμούς και CFCs επάνω στην επιφάνειά του. Όταν βομβάρδισαν έπειτα αυτό το "σύννεφο" με τα χαμηλής ενέργειας ηλεκτρόνια όπως εκείνα που παράγονται από τις κοσμικές ακτίνες, παρήχθη χλώριο.

Σκοτεινές ημέρες

"Πιστεύουμε ότι αυτό θα μπορούσε να είναι ο σημαντικότερος μηχανισμός για τη δημιουργία της πολικής τρύπας του όζοντος," λέει ο Lu. Παραδείγματος χάριν, λέει, η επίδραση κοσμικών ακτίνων θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί τα επίπεδα του CFC και του όζοντος μειώνονται κατά τη διάρκεια του ανταρκτικού χειμώνα, όταν η υπεριώδης ακτινοβολία είναι λιγοστή.

Εντούτοις, οι ατμοσφαιρικοί επιστήμονες είναι μακριά από το να πειστούν. Ο Neil Harris της Ευρωπαϊκής Ερευνητικής Συντονιστικής Μονάδας του όζοντος στο Καίμπριτζ της Αγγλίας λέει: "Είναι δύσκολο να φανεί πώς ο μηχανισμός αυτός θα είχε μια σημαντική ατμοσφαιρική επίδραση. "

Ο Harris λέει ότι πολλές γραμμές των στοιχείων δείχνουν ότι η μείωση του CFCs στην ανώτερη ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια των χειμωνιάτικων μηνών οφείλεται στα προς τα κάτω ρεύματα του αέρα, που δεν είναι χημικές διαδικασίες.

Επιπλέον, ισχυρίζεται, ότι δεδομένου ότι οι CFCs δεν είναι ιδιαίτερα διαλυτοί στο νερό, αυτοί δεν θα ήταν παρών στα μόρια του πάγου που γεννήθηκαν στα νέφη, στις πολύ υψηλές συγκεντρώσεις, έτσι ο προτεινόμενος μηχανισμός των Lu και Sanche δεν θα ξεχώριζαν αρκετό CFCs για να ασκήσουν μεγάλη επίδραση στα επίπεδα όζοντος.

Οι ηλιακές εκλάμψεις και το όζον

Σύμφωνα με μια άλλη μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Geophysical Research Letters, οι εξάρσεις των ηλιακών κηλίδων ευθύνονται για τη μείωση των συγκεντρώσεων του όζοντος (Ο₃) της ανώτερης στρατόσφαιρας.

Κάθε 11 χρόνια, φαινόμενα όπως οι ηλιακές κηλίδες, οι ηλιακές εκλάμψεις και η εκπομπή υπεριώδους ακτινοβολίας εμφανίζουν μια μέγιστη συχνότητα. Και ενώ ο προηγούμενος κύκλος μεταβολής ηλιακών φαινομένων έκλεισε το 1989, την τριετία 1999-2001 διανύουμε μια νέα χρονική περίοδο κορύφωσης του φαινομένου.

Η νέα μελέτη επιβεβαιώνει παλαιότερες απόψεις σχετικά με τις επιπτώσεις των ηλιακών κηλίδων στις μικρές ποσότητες όζοντος που υπάρχουν στην ανώτερη στρατόσφαιρα (περίπου 45 έως 55km πάνω από την επιφάνεια της Γης).

Σύμφωνα με τον Charles Jackman, ειδικό ερευνητή του Goddard Space Flight Center της NASA για την ατμόσφαιρα, όταν παρατηρούνται εξάρσεις των ηλιακών εκλάμψεων μπορούμε να δούμε (με τη βοήθεια δορυφόρων όπως ο NOAA-14 και ο Upper Atmosphere Research Satellite, UARS) κατακόρυφη μείωση των συγκεντρώσεων του όζοντος της κατώτερης ατμόσφαιρας.

Στο διάστημα μεταξύ 14 και 16 Ιουλίου ο ήλιος βομβάρδισε με τεράστιες ποσότητες πρωτονίων τα ανώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας, κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης ηλιακής έκλαμψης που παρατηρήθηκε λίγο πριν την αρχή του φαινομένου. Τα σωματίδια αυτά, φτάνοντας στην ατμόσφαιρα, διασπούν το άζωτο και τους υδρατμούς που με τη σειρά τους σχηματίζουν διάφορα οξείδια. Τα οξείδια του αζώτου και του υδρογόνου αντιδρούν ταχύτατα με το όζον παράγοντας νέα οξείδια, μειώνοντας τις ποσότητες του αερίου που προφυλάσσει τον πλανήτη μας από τις βλαβερές συνέπειες της ακτινοβολίας UVC και UVB.

Οπως είναι γνωστό, το όζον είναι ένα ιδιαίτερα ασταθές αέριο. Στην ατμόσφαιρα υπάρχει σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις κοντά στην επιφάνεια της Γης. Για την ακρίβεια, σε ύψη μέχρι και 10km περίπου (κοντά στα όρια της τροπόσφαιρας) βρίσκεται μόνο το 10% της συνολικής περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας σε όζον. Ετσι, συνολικά το όζον που μπορεί να καταστραφεί από τις εξάρσεις των ηλιακών εκλάμψεων, δεν ξεπερνά το 1% της συνολικής ποσότητας όζοντος που υπάρχει στην ατμόσφαιρα.

Ομως, στην κατώτερη στρατόσφαιρα αυξάνεται σημαντικά η συγκέντρωσή του. Το λεγόμενο ''στρώμα του όζοντος'' βρίσκεται σε ένα υψομετρικό εύρος των 20 με 30km. Και σε αυτό το ύψος θεωρείται από πολλούς ερευνητές ότι το όζον επωφελείται από τις ηλιακές εκλάμψεις, λόγω της παράλληλης αύξησης των εκπομπών της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η εκπομπή της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο αυξάνεται ανάλογα με το ρυθμό εμφάνισης των ηλιακών κηλίδων και των ηλιακών εκλάμψεων, στα πλαίσια του εντεκαετούς κύκλου του ήλιου.