Новости

Эффекты магнитных бурь в приполярной ионосфере: исследование Института солнечно-земной физики СО РАН

18.01.2023

<div> Специалисты Института солнечно-земной физики СО РАН (г. Иркутск) изучили эффекты магнитных бурь в приполярной ионосфере по данным спутниковой системы навигации и проанализировали особенности этих эффектов в зависимости от природы бури. Результаты работы <a target="_blank" href="https://www.mdpi.com/2072-4292/14/21/5486">опубликованы в в журнале первого квартиля Remote Sensing</a>. Исследование было направлено на изучение динамики аврорального овала — области ионосферы, в которой наблюдаются полярные сияния (авроры). Наиболее интенсивные из них происходят во время возмущения магнитного поля Земли — магнитных бурь. "Источником магнитной бури является Солнце, но процессы, приводящие к ее развитию, могут быть различными. Например, вызвать такое явление может корональный выброс массы (КВМ): Солнце выбрасывает вещество, сталкивающееся с магнитосферой Земли, и образует облако заряженных частиц, в которое “вморожено” магнитное поле. Если магнитное поле внутри облака сонаправленно с магнитным полем Земли, частицы облака проникают в магнитосферу, вызывая магнитные бури", — рассказал Илья Едемский, один из авторов статьи, научный сотрудник ИСЗФ СО РАН, кандидат физико-математических наук. Существуют и другие механизмы образования бурь. Например, солнечный ветер может иметь различную скорость в отдельных областях Солнечной системы. Выделяют медленный ветер со скоростью около 300 км/с и быстрый — со скоростью в два раза больше. Последний испускается корональными дырами — специфическими областями на Солнце. Звезда вращается, а значит, частицы удаляются от нее не по прямой, а по спиралям, похожим на рукава спиральной галактики. При этом область с быстрым ветром может догнать область с медленным, и при их взаимодействии частицы уплотнятся так, что параметры такой области начинают напоминать корональный выброс массы. Когда Земля проходит подобный участок, это также может вызвать магнитную бурю. "Мы рассмотрели, каковы отличия в отклике полярной части ионосферы на воздействие этих двух типов событий", — отметил Илья Едемский. Ученые рассказали, что исследуют ионосферу с помощью систем глобального позиционирования (например, ГЛОНАСС), которые давно уже используются не только для навигации, но и для исследования околоземного космического пространства. "Это удобно — недорого можно получить наблюдательный пункт, выполняющий измерения в постоянном режиме с хорошим разрешением по времени. А если развернуть много таких пунктов-приемников — то увидеть масштабную картину вариаций электронной концентрации ионосферы. К минусам метода можно отнести то, что приемник дает информацию о так называемом полном электронном содержании (ПЭС) — числе электронов вдоль движения сигнала спутниковой системы навигации. То есть, мы не можем сказать, на каких высотах что именно происходит, но способны оценить общую динамику, присутствие сильных возмущений, мелкомасштабных структур, снижающих качество сигнала, и так далее. Из ПЭС можно получить некоторые производные величины", — объяснил Илья Едемский. В работе была использована величина ROTI — индекс скорости изменения ПЭС. Определяется он как среднеквадратичное отклонение производной ПЭС и свидетельствует о появлении возмущений в ионосфере, в частности, мелкомасштабной структуры. Чем он выше в какой-то области, тем интенсивнее там мелкомасштабные возмущения. Ученые исследовали десять магнитных бурь — пять, вызванных коронарным выбросом массы, и пять, образованных взаимодействиями ветра, — и пронаблюдали изменение местоположения высоких значений ROTI. Была взята средняя картина по магнитной широте (когда широтой в 90 градусов считается магнитный полюс, а в 0 градусов — магнитный экватор). "Области полярных сияний на севере и юге располагаются вокруг магнитных полюсов, и вообще говоря, положение неоднородностей ПЭС согласуется с положением этого овала", — сообщил Илья Едемский. "На базе системы глобального мониторинга SIMuRG, которая разрабатывается в институте (она сама собирает данные со станций по всему миру и позволяет, например, строить карты различных параметров ионосферы), мы рассчитали карты ROTI — индекса скорости изменения — для каждой из десяти бурь и оценили их динамику. Ожидаемо, наибольшие значения ROTI (то есть наибольшее присутствие ионосферных возмущений) наблюдаются всегда в главную фазу бури. Область наблюдения при этом располагается дальше всего от полюса — овал имеет наибольший размер". Ученые пришли к выводу, что овал тем больше, чем больше южная компонента магнитного поля Солнца (Bz). Положение наибольших ROTI по магнитной широте хорошо коррелирует с величиной Bz (с задержкой в 1 час). Причем, для повышения значений ROTI достаточно даже небольших промежутков ориентации магнитного поля на юг (наблюдения южной Bz). "С ростом возмущения околоземной среды (мы оценивали это по росту южной компоненты Bz, модуля индекса кольцевого тока Dst и индекса электроджета SME) область наблюдения наибольших значений ROTI смещается к экватору. Наиболее ярко такая связь видна для индекса SME. Мы рассчитываем, что результаты этой статьи не только покажут пример эффективности системы SIMuRG и развиваемых на ее основе инструментов, но будут полезны и для создания моделей эффектов магнитных бурь", подчеркнул Илья Едемский. Источник: <a target="_blank" href="https://www.sbras.info/news/uchenye-iszf-so-ran-issledovali-magnitnye-buri-voznikshie-v-rezultate-neodnorodnosti-v">Пресс-служба ИСЗФ СО РАН</a> </div>

Российские ученые выдвинули новую гипотезу резкого потепления климата в Арктике

13.01.2023

<div> Современное глобальное потепление, согласно широко распространенной точке зрения, связано с деятельностью человека. Однако причинами катаклизмов в прошлые геологические эпохи могли стать и природные явления, например, землетрясения. Российские ученые выдвинули новую сейсмогенно-триггерную гипотезу неожиданного включения фазы резкого потепления климата в Арктике в 1979–1980 годах, а также интенсивного разрушения ледников в Антарктике в конце прошлого века. Результаты изменения глобального климата наиболее заметно проявляются в полярных регионах. Доминирующая версия причин потепления — углеродный след от промышленности. Однако в последнее время концепция влияния человеческой деятельности на глобальное потепление, апеллирующая к сокращению промышленных выбросов углекислого газа, подвергается сомнению. Исследователи выдвигают альтернативные версии причин глобального изменения климата. Российские ученые предложили новую гипотезу потепления в Арктике и Антарктике. В исследовании участвовали геофизики из Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН, лаборатории совместных исследований шельфовой системы Арктики Томского государственного университета, лаборатории геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана Московского физико-технического института, Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, Института геотермальных исследований и возобновляемых источников энергии РАН (Махачкала) и Института динамики геосфер РАН под руководством академика РАН Леопольда Лобковского. По их мнению, именно катастрофические землетрясения дали резкий старт потеплению в Арктике в 1979–1980 годы. С позиции антропогенной точки зрения это повышение температуры трудно объяснить, поскольку в тот период времени не наблюдалось особого роста промышленного производства. "Для обоснования сейсмогенно-триггерной гипотезы необходимо было посмотреть, существует ли пространственно-временная корреляция между началом потепления в Арктике и сильнейшими землетрясениями в ближайшей к арктическому шельфу Алеутской зоне субдукции (зона на границе литосферных плит). Оказалось, что такая корреляция существует, но с временным сдвигом примерно в 20 лет", — рассказал Леопольд Лобковский. Действительно, исторические данные свидетельствуют, что самые мощные землетрясения в Алеутской дуге случились в середине прошлого века в достаточно узком временном интервале 1957–1965 годов. Возникает вопрос, какова природа двадцатилетней задержки изменений климата? Ответ на него дает теория деформационных тектонических волн, возникающих в упругой литосфере — твердой оболочки Земли. Эти волны генерируются сильнейшими землетрясениями и распространяются в горизонтальном направлении со скоростью порядка 100 км/год. При такой скорости деформационная волна пройдет расстояние около 2000 км между Алеутской дугой и Арктическим шельфом именно за 20 лет. Физический механизм, обеспечивающий потепление климата, связан с разрушением метастабильных газогидратов (находящихся в мерзлых породах арктического шельфа) и с добавочными напряжениями от деформационных волн. Метастабильные газогидраты содержат внутри свободный метан, запертый тонкими прослойками льда. Разрушение этих ледяных прослоек приводит к высвобождению метана из мерзлых пород, его выходу в водную толщу мелководного шельфа и далее в атмосферу. Учитывая сильный парниковый эффект метана, значительно превышающий эффект углекислого газа, эмиссия будет приводить к заметному потеплению. Выбросы метана происходят и в области прилегающей суши, чем объясняются многочисленные кратеры в тундре. Аналогичный сейсмогенно-триггерный механизм работает и для Антарктики. Здесь наступление фазы аномального потепления климата произошло практически синхронно с Арктикой (как и на всем земном шаре). В 1960 году в центральной части Чилийской зоны, что в относительной близости к Антарктиде (аналогично Алеутской дуге к Арктическому шельфу), произошло самое мощное за всю историю наблюдений землетрясение с магнитудой 9.5 баллов. Особенно заметный рост температуры в Антарктиде стал фиксироваться в последние десятилетия на фоне резкой активизации разрушения покровно-шельфовых ледников, в первую очередь, в районе Антарктического полуострова: ледники Ларсена (А, В, С), ледники Уилкинса и Георга VI, ледник моря Росса и другие. Предложенный сейсмогенно-триггерный механизм позволяет объяснить, почему полярные регионы нагреваются существенно быстрее, чем основная часть нашей планеты. Новая геодинамическая модель российских ученых также предсказывает дальнейшее ускорение разрушения ледников и потепление климата в Антарктиде в ближайшем будущем из-за беспрецедентного роста частоты сильнейших землетрясений в южной части Тихого океана в конце XX и начале XXI веков. "Предложенная нами геодинамическая гипотеза, основанная на природных факторах потепления климата, конкурирует с доминирующей версией об определяющей роли антропогенного фактора в глобальном потеплении, и ведет к совершенно другим выводам и последствиям. Если признать важную роль природного фактора, то логично пересмотреть экономические и политические решения, предусматривающие достаточно быстрое сокращение отраслей промышленности, что может негативно сказаться на развитии экономики ресурсодобывающих стран, к которым относится Россия, Китай, ряд стран Ближнего Востока и др. В любом случае, когда возникают сомнения, для установления истины требуется выдвигать альтернативные теории и рассматривать их сильные и слабые стороны, приходя в конечном счете к объективным выводам", — заключил Леопольд Лобковский. Статья опубликована в одном из зарубежных научных журналов. Исследование выполнено при поддержке Томского государственного университета (концептуализация, постановка задачи) в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030», которая является одной из мер государственной поддержки вузов нацпроекта «Наука и университеты», а также при частичной поддержке Российского научного фонда. Источник: <a target="_blank" href="https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/62913/">Минобрнауки России</a> </div>

НОВОСТИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В АРКТИКЕ