кандидат технических наук
КНЦ СО РАН
научный сотрудник, МНИЦЭСО
Как выяснилось, Земля очень чувствительна к интенсивному излучению, исходящему от газо-пылевых облаков, которые богаты сверхновыми звездами. Оно повышает количество заряженных частиц в атмосфере Земли, и способствует формированию плотных, низких облаков. Эти облака, с одной стороны, препятствуют нагреву Солнцем поверхности планеты, с другой – сохраняют тепло, накопленное поверхностью Земли. Шавив и Файцер создали математическую модель воздействия космических лучей на климат нашей планеты. При этом они, в частности, использовали приблизительно подсчитанные данные о температуре воздуха Земли за последние 500 миллионов лет. Расчеты исследователей позволяют предположить, что за указанный период космические лучи привнесли в изменения земного климата свой примерно 75-процентный вклад [30].
Группа ученых под руководством Бера, анализируя керны гренландского льда, обнаружил повышенное содержание изотопа Be10, которое четко совпало с «дрейфующими льдами», датированной группой Бонда в докладе 2001 г.: – «Выявленные нами соотношения доказывают, что за последние 12000 тысяч лет увеличение числа плавучих льдов было связано с отчетливыми периодами меняющийся и, в общем уменьшающейся, солнечной активности.» [31].
После исследований Бонда никто не мог больше подвергать сомнению связь солнечной активности и климатическими изменениями Земли. Но, тем не менее, физические механизмы этого процесса до сих пор не выяснены.
Тем более, в 2009 г. ЦЕРН поставил знаменитый эксперимент CLOUD, который подтвердил возможность образования мелких капелек и кристаллов под действием заряженных частиц [32‒35].
В данной статье предлагается модель влияния космических лучей на климат, отличная от теории Свесмарка. В данной модели, доминирующую роль играют не галактические космические лучи (ГКЛ), а порожденные ими вторичные космические лучи, преимущественно нуклонный компонент (нейтроны). Основой модели является взаимодействие вторичных нейтронов и аэрозолей. Заряженные аэрозольные частицы являются эффективными ядрами конденсации водяного пара, находящегося в атмосфере (на заряженных частицах конденсация пара происходит при меньших пересыщениях, чем на незаряженных). Вторичные нейтроны генерируются ГКЛ при взаимодействиях с ядрами атомов воздуха. Атмосферные нейтроны взаимодействуют с аэрозолями посредством многократных соударений, после чего, когда их энергия уменьшится до тепловой энергии, они поглощаются аэрозолями, побочно выбивая электроны, тем самым осуществляя косвенную ионизацию. Выбитые электроны присоединяются к другим аэрозолям и вновь рекомбинируют с первичными аэрозолями. В результате масса первичной частицы возрастает. В результате в атмосфере ускоряется процесс конденсации водяного пара и образования капель, что приводит к увеличению площади облачного покрова всего земного шара [28]. Рассеивая коротковолновое солнечное излучение, частицы уменьшают приток солнечной радиации к Земле. Поэтому альбедо эффект облачного покрова считается определяющим.
Парадоксы модели Свенсмарка
Первоначально Свенсмарк утверждал [1], что облачный покров формируют первичные ГКЛ, но как выяснили его последующие исследования, положительно заряженные частицы, а это 92% ГКЛ, не взаимодействуют с аэрозолями, и, следовательно, не могут участвовать в образовании облаков. В работах [36‒38] приведен анализ среднемесячных спутниковых данных по площади нижней облачности за период 1983 г. по 1994 г. Показано, что за время 11 – летнего солнечного цикла площадь, занятая облаками, увеличилась на ~ 2 %. Известно, что интенсивность ГКЛ находится в антикорреляции с солнечным циклом, следовательно, из всех компонент космических лучей, влияние на формирования облачного покрова могут оказывать только вторичные космические лучи.
В 2006 г., с целью доказать связь между космическими лучами и образованием облаков Свенсмарк вместе сыном Якобом воспользовались программой «Корсика» для расчета интенсивности потоков космических лучей в нижних слоях тропосферы, - не выше 2 км, где и образуются низкие плотные облака. В расчет принимался в основном мягкий компонент – мюоны и электроны. Это послужило ошибочным выводом, о том, что мягкий компонент – мюоны и электроны ответственны за формирование облачного покрова. Мюоны очень слабо взаимодействуют с веществом и слабо модулируются солнечной активностью – не более 1–3%. Электроны активно ионизируют атомы, но их солнечная модуляция не превышает 10%. Таким образом, мягкий компонент практически не зависит от солнечной модуляции, и остается постоянным на протяжении длительного временного периода [39]. Следовательно, вариации мягкого компонента космических лучей не в состоянии объяснить возникновения ледниковых периодов и потеплений климата в истории планеты.
Единственный компонент вторичных космических лучей, который подвергается значительной солнечной модуляции [39] – атмосферные нейтроны. Модуляция вторичных нейтронов в некоторых случаях достигает 10000%. Атмосферные нейтроны, в отличие от электронов и мюонов, резко реагируют на изменения геомагнитного поля Земли, что проявляется в эффекте Форбуша – при уменьшении горизонтальной составляющей геомагнитного поля интенсивность нейтронов уменьшается на 30%. Вариации интенсивности мюонов при этом не превышают 3%.
Если резко ослабить магнитное поле, как это случилось во время событий Лашамп, то число изотопов Be10 и Cl36 возрастет на 50%. Также во время экскурса в Лашамп наблюдалось резкое возрастания изотопа С14, который является продуктом атмосферных нейтронов, как и изотопы Be10 и Cl36. Интенсивное образование радиоактивного углерода С14 продолжалось до 40,5 тысяч лет назад. Потом последовала пауза, и 37 тысяч лет назад количество изотопа С14 резко понизилось. Минимумы образования Be10, Cl36 и С14 совпали с максимально высокими температурами [31]. Следовательно, можно предположить, что недостаток атмосферных нейтронов привел к резкому потеплению климата, так как количество низких облаков резко уменьшилось.
Таким образом, атмосферные нейтроны – единственные кандидаты на роль ведущих частиц в формировании облаков, способные объяснить колебания периодов потеплений и похолоданий.
Рассмотрим корреляцию между вариациями потоков атмосферных нейтронов и частицами аэрозолей. На Рис 4–6 построены графики вариаций потоков атомсферных нейтронов (в %) и облачных фракций (в %). Графики построены на верхнего, среднего и нижнего яруса облаков. Коэффициент корреляции для вернего яруса равен 0,66. Для среднего и нижнего яруса: 0,88 и 0,83 соответственно. Именно среднему и нижнему ярусу свойственны высокие коэффициенты корреляции, где и формируются плотные облака, способные оказывать заметное воздействие на климат.
Рис.1. Вариации площади облачного покрова верхнего яруса [1] и нейтронных потоков на высотке 2 км
за период с 1980 г по 1995 г.
" />
Рис. 2. Вариации площади облачного покрова среднего яруса [1] и нейтронных потоков на высоте 2 км
за период с 1980 г по 1995 г.
Найдем приращение размеров частиц аэрозолей. Пусть интенсивность атмосферных нейтронов равна J(h) . Введем функцию F(h) , которая характеризует вероятность столкновение нейтрона с частицей аэрозоля и вероятность дойти до необходимого уровня с высотой h без захвата и распада:
`F(h)=(P_(0)exp(-h/H))/(l)exp(-(P_(0)exp(-h/H))/(l)),` (1)
` `
где P0 – давление на уровне моря; H – высота однородной атмосферы; l – свободный пробег нейтрона до столкновения.
Приращения размеров частиц равно:
`dR=4piint_r^Rr^(2)F(h)zJdrintdt,` (2)
где r, R – первоначальный и конечный радиусы частицы; z=v/l – число столкновений нуклона с аэрозольной частицей; v – скорость нейтрона с энергией E.
Из Рис. 5. видно, что за сутки размер частиц средних аэрозолей на высоте 2 км увеличивается на 1 мкм при минимальной солнечной активности и энергии нейтрона 2 МэВ; и на 50 мкм, если энергия нейтронов составляет 7 МэВ и 26 МэВ . При максимальной солнечной активности (вспышка Х1) размер частицы достигает 100 мкм при энергии нейтронов равной 2 МэВ ; и 5 мм, при энергии нейтронов 7 МэВ и 26 МэВ.
Рис. 5–6 показывают, что особенно интенсивное образование облачного покрова происходит при максимальной солнечной активности, когда число вторичных нуклонов резко возрастает.
а)
б)
Рис. 5. Изменение размеров частиц аэрозолей среднего размера (1 мкм) на высоте 2 км: а) при минимальной солнечной активности, б) при максимальной солнечной активности
Вторичные нуклоны, как было упомянуто выше, антикоррелируют с потоком первичных ГКЛ, что еще раз свидетельствует против теории Свенсмарка о доминирующей роли ГКЛ в образовании облачного покрова планеты.
Предложенная модель указывает на возможную ведущую роль нейтронов в формировании облачного покрова планеты, а значит и формирования климата и биосферы.
Модифицированный эксперимент Свенсмарка
В качестве подтверждения представляемой упрощенной феноменологической модели предлагается провести несложный эксперимент, аналогичный эксперименту SKY (Рис.6) Свенсмарка [41].
Рис. 6. Реакционная камера [40]
1. Камера; 2. Источник ультрафиолета; 3.Сотовый коллиматор; 4. Подача воздуха; 5. Подача озона; 6. Подача сернистого ангидрида; 7. Выход газов и аэрозольных частиц; 8. Электроды.
Краткое описание эксперимента SKY. Реакционная камера представляет пластиковый короб, содержащий 7 м3 с примесью SO3 и озона. Свет ультрафиолетовых ламп способствовал образованию молекул серной кислоты, которая при соединении с молекулами воды порождала молекулярные кластеры. Если на электроды подавалось высокое напряжение, то электромагнитное поле «выбрасывало» электроны космических лучей, и число кластеров резко уменьшалось.
Предлагается следующая модификация эксперимента. Для того, чтобы экспериментально показать ведущую роль нейтронов в формировании облачного покрова, необходимо либо инжектировать в камеру высокоэнергетичные протоны, которые в процессе столкновения с ядрами атомов воздуха будут генерировать нейтроны, либо ввести в камеру непосредственно нейтронные источники. В этом случае при увеличении напряжения на электродах число молекулярных кластеров не должно уменьшиться, так как нейтроны не чувствительны к электрической составляющей электромагнитного поля.
Выводы
Рецензии:
22.03.2016, 11:27 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Весьма серьёзная статья, очень уважаемый автор, замечательная у неё диссертация, уважительные ссылки на Л. Дормана (которого рецензент знал лично), отсутствует полный повтор предыдущих статей 2010 и ранее годов про эффекты вторичных нейтронов в тропосфере. Рецензент сторонник приоритетности всех видов нейтронизации в большинстве природных процессов в макро- и микромире. Детали контента и оформления не хочется обсуждать у этого сибирского автора (маркиза нейтронных ангелов). Если появится интерес к общению - добро пожаловать. Безусловно рекомендуется к опубликованию. Этой публикацией поднята планка настоящего электронного издания.
Комментарии пользователей:
7.04.2016, 13:26 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич Отзыв: Добавлю, хотелось бы увидеть здесь упоминание о ШАЛ (широких атмосферных ливнях), также ФИО Ю.Г. Шафера, Г.Ф. Крымского. Но это дело автора. |