Рис.1. Расхождение двух радикалов при сочетании ГМП с ЭМП циклотронной частоты
Благодаря наличию магнитного момента у этих молекул они образуют также полимерные спиральные структуры [2,3]. Предполагается, что полимерные структуры из окиси азота обладают электропроводностью. Вместе с тем, для возникновения линейных молний необходимо наличие проводящих структур между зарядами облаков и поверхностью Земли или водной поверхностью. Такими проводящими структурами вполне могут послужить полимерные структуры из окиси азота.Есть ли для этого основания? Окись азота представляет собой радикальную молекулу, обладающую неспаренным электроном. На воздухе такая молекула живет всего несколько секунд, окисляясь до двуокиси азота, которая гораздо более устойчива. Однако, при подходящих внешних условиях возможен обратный процесс с образованием окиси азота. Такими условиями являются вариации геомагнитного поля (ГМП) в сочетании с электромагнитными полями (ЭМП). Особенностью таких ЭМП является близость их частоты к циклотронной, соответствующей частоте прецессии электрона в магнитном поле Земли. Для магнитного поля Земли около 0.5 гаусс циклотронная частота соответствует единицам МГц. При таком сочетании вариаций ГМП и подходящего ЭМП возможно расхождение двух радикалов с образованием, в том числе, окиси азота (Рис.1).
Возникает вопрос, откуда в естественных условиях берется ЭМП соответствующей частоты? Известно, что одномоментно на Земле происходит 1500-1800 гроз [4]. При разряде молнии или искровом разряде возникает излучение в широком диапазоне длин волн, в том числе и в мегагерцовом диапазоне. Поэтому в области грозового фронта недостатка в ЭМП нужного диапазона нет. Более того, именно в этой области создаются условия для возникновения полимерных структур из окиси азота, которые обладают электропроводящими свойствами, что в свою очередь приводит к разрядам молний и т.д.Возникает положительная обратная связь между образованием полимерных структур из окиси азота и числом разрядов, что сопровождается дальнейшим образованием окиси азота. Источниками окислов азота в атмосфере могут быть как естественные причины, такие как сами грозовые процессы или корпускулярное излучение, так и деятельность человека, включающая полеты авиации, транспорт, сжигание топлива и т.д. При расхождении двух радикалов из двуокиси азота образуется также атомарный кислород, который быстро реагирует с кислородом, образуя всем известный озон, запах которого ощущается во время грозы. Молекулу кислорода можно рассматривать как бирадикал, поэтому в грозовых областях возможен распад молекул кислорода до атомарного с образованием в дальнейшем озона:
Известно, что Н. Тесла в своей лаборатории на Лонг-Айленде мог создавать искусственные шаровые молнии. В его распоряжении были высокочастотные генераторы большой мощности. В ряде экспериментов он мог создавать вокруг башни с генератором поле, в котором наблюдалось свечение над Атлантикой на сотни миль от острова, а над самой башней регистрировалось большое количество молний, достигавших рекордных величин. Некоторые специалисты объясняют токи между ионосферой и Землей наличием в атмосфере т.н. нитей Теслы, т.е. токопроводящих структур. Возможно, они и состоят из полимерных структур из окиси азота.Роль окиси азота в стратосфере
Однако, увеличение содержания углекислого газа в атмосфере может быть следствием повышения температуры океана, так как растворимость газа при этом уменьшается и он переходит в атмосферу [5]. В этой связи рассматривают также роль парниковых газов в создании условий для повышения температуры атмосферы (метана, окислов азота, фреона и др.). Много внимания уделяется проблеме влияния фреонов на толщину озонового слоя в связи с достижением УФ-компоненты солнечного излучения поверхности Земли и ее влияния на биосферу.В отношении озона имеются противоречивые данные по его вкладу в проблему потепления. С одной стороны, озоновый слой отражает до 20% лучистой энергии с поверхности Земли, внося свой вклад в парниковый эффект. С другой стороны, озоновый слой отражает до 4 % всей радиации, получаемой Землей от Солнца, что является значительной величиной [5].
Поэтому некоторые полагают, что в целом озон проявляет антипарниковый эффект. В этой связи образование и разрушение озонового слоя имеет непосредственное отношение к вопросу глобального потепления.Вопросам разрушения озонового слоя посвящено много работ и в первую очередь в связи с загрязнением атмосферы фреонами, которые на больших высотах под действием солнечного излучения разрушаются с образованием активных атомов хлора, которые каталитически разрушают молекулы озона. Отмечается также роль естественных компонентов атмосферы, в частности, окислов азота, которые также могут каталитически разрушать озоновый слой.
Ранее была высказана гипотеза, что одним из факторов, способных разрушить молекулы озона в высоких слоях атмосферы, является окись азота, которая образуется из Nнитрозосоединений под действием УФ-компоненты солнечного излучения [6-7]. Nнитрозосоединения могут образовываться на поверхности Земли или водоемов под действием УФ-излучения Солнца из нитритов и вторичных аминов, являющихся как естественными компонентами разложения органических остатков, так и имеющими антропогенное происхождение [8].Образуется т.н. положительная связь между состоянием озонового слоя в данной местности и образованием окиси азота, разрушающей озоновый слой. Чем тоньше озоновый слой, тем больше ультрафиолетовой компоненты достигает поверхности Земли, тем больше образуется Nнитрозосоединений и окиси азота, разрушающей озон. Такая гипотеза удовлетворительно объясняла сезонные колебания наблюдаемых количеств Nнитрозосоединений в атмосфере и повышенный уровень этих соединений вблизи Санкт-Петербурга в 1988 г. в весенне-летний период [6-7].
Кстати, именно в 1988 г. из-за засухи в США и дру-гих странах производителях зерна урожай оказался ниже уровня потребления. Это и ряд других событий привели к тому, что на международной конференции 1992 г. под эгидой ООН была принята резолюция, объявляющая проблему глобального потепления одним из основных приоритетов в исследованиях.Проблемой состояния озонового слоя стали заниматься с 1975 г. при изучении его толщины над Антарктидой. К середине 80-х годов его толщина уменьшилась на 40%, а по площади озоновая дыра над Антарктидой была сравнима с площадью Северной Америки. В это же время над Арктикой наблюдалось уменьшение толщины озонового слоя на 1.5-2.5 %, причем часть тонкого слоя простиралась на юг, достигая широт Санкт-Петербурга. В 1995 г. озоновая аномалия в начале года наблюдалась в Северном полушарии, причем толщина озонового слоя над Арктикой достигала 50%, а над Сибирью и Якутией его толщина уменьшилась на 40%. Весной 1997 г. озоновая аномалия захватила большую часть территории России, за исключением Камчатки, Сахалина, Дальнего Востока и Европейской части, кроме Кольского полуострова и бассейнов Печоры и Сев. Двины.
В этот же период на юге Сибири отмечалась необычно ранняя теплая погода. Отмечается также, что в Северном полушарии области с низкими температурами в зимний период совпадают с областями с большой толщиной озонового слоя. Все это говорит в пользу антипарникового эффекта озона в атмосфере.В работе [7] была сделана попытка связать наблюдаемые эффекты в атмосфере с состоянием солнечной активности, в частности, с появлением крупных солнечных пятен в 1988 г. Предполагается, что существует дополнительный механизм образования озона в атмосфере, связанный с образованием активных радикалов, в том числе окиси азота и атомарного кислорода, при сочетанном воздействии вариаций геомагнитного поля и ЭМП с частотами, близкими к циклотронным на двуокись азота или молекулярный кислород (рис.1).
При низком содержании окислов азота в атмосфере этот механизм будет способствовать восстановлению озонового слоя. Полученные нами результаты подтверждают эту точку зрения. Была изучена корреляция между среднемесячной толщиной озонового слоя вблизи Санкт-Петербурга в период 1990-2006 гг. (DE–единиц Добсона) и состоянием геомагнитного поля (среднемесячные Ki -индексы).Как видно из рис.2 наблюдалась достоверная связь между толщиной озонового слоя в Санкт-Петербурге и ГМП-активностью (n=156). При сдвиге данных DE на 1 месяц вперед в зимний период – положительная корреляция (DE= 256,18+4,034 Ki, p=0,00024) и при сдвиге DEна 5 месяцев вперед в летний период – отрицательная корреляция (DE= 411,43-3,67 Ki, p<0.0001).
Это означает, что толщина озонового слоя в зимний период (октябрь-апрель) увеличивалась через 1 месяц после повышения ГМП-активности и уменьшалась через 5 месяцев в летний период (с мая по сентябрь).Согласно предложенной модели, при повышении ГМП- активности тормозится процесс образования NOкак в организме человека, так и в атмосфере. Поэтому в зимний период уменьшалось количество озонразрушающих соединений в атмосфере.
Однако, УФ-инсоляция зависит от солнечной активности, поэтому, чем ниже солнечная активность и, соответственно, ГМП-активность, тем меньше образуется озонразрушающих соединений в атмосфере, тем больше толщина озонового слоя, а увеличение толщины озонового слоя снижает УФ-инсоляцию, достигающую поверхности Земли. Таким образом можно объяснить отрицательную корреляцию между состоянием озонового слоя и ГМП-активностью. Наблюдаемый нами повышенный уровень N нитрозосоединений в летний период полностью согласуется с данной моделью (рис.3).
При низкой солнечной активности УФ- компонента, достигающая поверхности Земли будет минимальна и содержание озона в стратосфере будет максимальным. В этой связи следует упомянуть, что в период 1645-1715 гг. не наблюдалось больших солнечных пятен (период Маундера), в течение которого в Европе отмечалось значительное похолодание или малый ледниковый период [9].Реконструкция солнечной активности о содержанию углерода-14, по частоте полярных сияний и числу наблюдений солнечных пятен позволила выделить еще несколько периодов с низкой солнечной активностью, в частности, минимум Шперера, который продолжался с 1400 до 1510 г. нашей эры. В этот период также наблюдались более суровые зимы.
Выявлены также периоды с повышенной солнечной активностью, одно из которых приходится на период времени от 1100 до 1300 г. и с которым связывают более мягкий климат. В истории человечества за последние 5000 лет наблюдалось по крайней мере 12 периодов аномального климата [9]. 20-й век характеризуется повышенным уровнем солнечной активности. Поэтому неудивительно, что в этом веке наблюдалось повышение температуры атмосферы. Весьма вероятно, что это связано с наблюдаемым уменьшением толщины озонового слоя, т.е. ослаблением антипарникового эффекта озона.Автор благодарит В.К. Кошелевского и А.М. Шаламянского за предоставление данных по геомагнитной активности и состоянию озонового слоя в окрестностях Санкт-Петербурга.
Литература1. В.А.Ямшанов. Шаровая молния как электромагнитный тор из окиси азота. «Виртуальный мир».-2005.-N2.- С.5-9 (http//attvesti.narod.ru).