Преподаватель и студенты Университета Колорадо в Боулдере отправляются в Кируну, Швеция, чтобы помочь провести крупнейшую в истории полевую кампанию по оценке концентрации озона и химических изменений в арктической стратосфере.
В четырехмесячной кампании участвуют около 200 исследователей, студентов и вспомогательного персонала из США, Канады, Европы, России и Японии, сказал профессор Оуэн Б. Тун из Лаборатории физики атмосферы и космоса CU-Boulder. Тун является одним из пяти ученых, возглавляющих эксперимент SAGE III по потерям и проверке озона, или SOLVE, в который также входят спутники, самолеты, воздушные шары и наземные инструменты, эксплуатируемые в разных странах.
«Предыдущие кампании по озонированию Арктики проводились в 1988 и 1992 годах, но эта пока самая всеобъемлющая», - сказал Тун, ученый, отвечающий за проект NASA DC-8, который несет 16 приборов весом около 40 кг. 000 фунтов. «Мы сможем видеть различные типы данных в режиме реального времени, что позволит нам мгновенно менять высоту и направление, когда мы обнаруживаем интересную атмосферную активность».
Самолет будет летать на разных высотах, пролетая почти 4000 миль за каждую 8-10-часовую миссию над Арктикой, включая первые в истории американские научные набеги на Швецию и Россию. За время кампании DC-8 совершит около 25 полетов.
Toon будет прокладывать курсы и цели полетов DC-8 в ответ на наблюдаемые атмосферные явления, связанные с химией сезонной потери озона. По его словам, в отличие от более серьезной зимней потери озона в стратосфере Антарктики, которая, по-видимому, достигла дна, потеря озона над Арктикой неуклонно растет с 1995-1996 годов.
Он также участвовал в выборе инструментов для DC-8, которые включают в себя различные спектрометры, лазеры, газовые хроматографы и другое оборудование для обнаружения и измерения облаков, молекул озона, водяного пара, гидроксильных радикалов, углекислого газа, галогенуглероды, твердые частицы и оксид азота.
Соединения хлора и брома, выделяемые искусственными фреонами и галлонами в течение последних десятилетий, считаются основной причиной разрушения озонового слоя. Но полярные стратосферные облака, состоящие из льда и азотной кислоты и образующиеся внутри вихрей, которые формируются на полюсах каждую зиму, также играют ключевую роль, говорит профессор Маргарет Толберт из Совместного института исследований в области наук об окружающей среде в ТС.
«Хлор в атмосфере обычно связан в виде нитрата хлора или соляной кислоты, оба из которых нереакционноспособны», - сказала она. «Но если есть поверхность, к которой можно прикрепиться - в данном случае это полярные стратосферные облака - тогда соединения хлора становятся реактивными. В конце зимы и ранней весной увеличивающийся солнечный свет вступает в реакцию с этими соединениями, образуя радикалы хлора, которые разрушают молекулы озона».
Использование ХФУ во всем мире было запрещено в 1986 году.
Тун и Толберт, муж и жена, проведут исследование аэрозолей и облаков в стратосфере и тропосфере в рамках проекта SOLVE. Докторант CU-Boulder Дэвид Гландорф, который работает в лаборатории CU Толберта, объединится с учеными Биллом Манкиным и Майком Коффи из Национального центра атмосферных исследований, чтобы получить инфракрасные спектры облаков для определения их химического состава.
Другая аспирантка Толберта, Сара Брукс, будет работать с учеными NCAR Брюсом Гандрудом и Даррелом Баумгарднером из Боулдера, используя высоколетящий самолет ER-2, чтобы изучить светорассеяние облачных частиц, чтобы определить их размер и состав.. Докторант Меган Нортуэй из группы Толберта будет работать с научной группой Национального управления океанических и атмосферных исследований во главе с Дэвидом Фэйи из Боулдера для изучения активных форм азота в стратосфере. Питер Коларко, докторант Туна, будет работать с учеными НАСА, пытаясь предсказать формирование полярных стратосферных облаков.
"Это дает нашим студентам возможность сочетать работу в лаборатории с ценным полевым опытом в рамках очень важной международной научной кампании", - сказал Толберт.
Кроме того, ассистент профессора LASP Линнеа Авалоне является главным научным сотрудником прототипа набора инструментов для измерения озона, водяного пара, CO2 и галоидоуглеводородов, которые будут летать на DC-8. Приборы предназначены для использования на коммерческих самолетах для сбора ценных атмосферных данных во время обычных полетов.
Научный сотрудник LASP Кора Рэндалл будет работать с командой ВМС США над ежедневным сбором данных об облаках, озоне, диоксиде азота и воде с помощью спутника Polar для измерения озона и аэрозолей. Эта информация должна дать ученым SOLVE более полную картину меняющейся арктической атмосферы.
Научный сотрудник Майк Миллс из LASP будет работать с Toon над моделированием стратосферных аэрозолей, а доцент Даррен Тухи из Программы океанических и атмосферных наук Университета Калифорнии объединится с учеными NOAA для обнаружения монооксида хлора, соединения, поглощающего озон, с помощью Инструменты ДС-8. Тухи также является главным исследователем нескольких запусков воздушных шаров. Исследователи Денверского университета также будут работать над SOLVE.
Первый этап SOLVE в ноябре и декабре включает в себя сбор образцов полярного вихря, вращающегося вокруг Северного полюса, поскольку он охлаждает воздух достаточно, чтобы сформировать стратосферные облака. Полярные стратосферные облака обычно появляются на высоте около 13 миль над Землей, когда температура опускается примерно до минус 110 градусов по Фаренгейту.
Второй этап, в январе и начале февраля, будет включать в себя взятие проб облаков и начало потери стратосферного озона, а третий этап, который продлится до середины марта, будет включать наблюдения за периодом наибольшей потери озона и возможный распад полярного вихря.
Низкие температуры, поддерживающие облака, обычно сохраняются до ранней весны, когда увеличение количества солнечного света приводит к потере озона в результате каталитических реакций. Но в последние несколько лет облака, похоже, сформировались раньше и держались дольше.
«Возможно, парниковые газы охлаждают стратосферу, из-за чего каждую зиму облака сохраняются дольше», - сказал Тун. Некоторые компьютерные модели показывают, что потепление парниковых газов на поверхности Земли может не только привести к увеличению потери озона, но и задержать ожидаемое восстановление глобального озонового слоя.
«Это будет очень захватывающая миссия, учитывая разнообразие групп ученых, экипажей самолетов, пилотов, штурманов, инженеров и наземных бригад из разных стран», - сказал Тун. «Надеюсь, когда это закончится, мы лучше поймем процессы полярного озона и улучшим наши возможности прогнозирования».
«Хлор в атмосфере обычно связан в виде нитрата хлора или соляной кислоты, оба из которых нереакционноспособны», - сказала она. «Но если есть поверхность, к которой можно прикрепиться - в данном случае это полярные стратосферные облака - тогда соединения хлора становятся реактивными. В конце зимы и ранней весной усиливающийся солнечный свет вступает в реакцию с этими соединениями, образуя радикалы хлора, которые разрушают молекулы озона."
Использование ХФУ во всем мире было запрещено в 1986 году.
Тун и Толберт, муж и жена, проведут исследование аэрозолей и облаков в стратосфере и тропосфере в рамках проекта SOLVE. Докторант CU-Boulder Дэвид Гландорф, который работает в лаборатории CU Толберта, объединится с учеными Биллом Манкиным и Майком Коффи из Национального центра атмосферных исследований, чтобы получить инфракрасные спектры облаков для определения их химического состава.
Другая аспирантка Толберта, Сара Брукс, будет работать с учеными NCAR Брюсом Гандрудом и Даррелом Баумгарднером из Боулдера, используя высоколетящий самолет ER-2, чтобы изучить светорассеяние облачных частиц, чтобы определить их размер и состав.. Докторант Меган Нортуэй из группы Толберта будет работать с научной группой Национального управления океанических и атмосферных исследований во главе с Дэвидом Фэйи из Боулдера для изучения активных форм азота в стратосфере. Питер Коларко, докторант Туна, будет работать с учеными НАСА, пытаясь предсказать формирование полярных стратосферных облаков.
"Это дает нашим студентам возможность сочетать работу в лаборатории с ценным полевым опытом в рамках очень важной международной научной кампании", - сказал Толберт.
Кроме того, ассистент профессора LASP Линнеа Авалоне является главным научным сотрудником прототипа набора инструментов для измерения озона, водяного пара, CO2 и галоидоуглеводородов, которые будут летать на DC-8. Приборы предназначены для использования на коммерческих самолетах для сбора ценных атмосферных данных во время обычных полетов.
Научный сотрудник LASP Кора Рэндалл будет работать с командой ВМС США над ежедневным сбором данных об облаках, озоне, диоксиде азота и воде с помощью спутника Polar для измерения озона и аэрозолей. Эта информация должна дать ученым SOLVE более полную картину меняющейся арктической атмосферы.
Научный сотрудник Майк Миллс из LASP будет работать с Toon над моделированием стратосферных аэрозолей, а доцент Даррен Тухи из Программы океанических и атмосферных наук Университета Калифорнии объединится с учеными NOAA для обнаружения монооксида хлора, соединения, поглощающего озон, с помощью Инструменты ДС-8. Тухи также является главным исследователем нескольких запусков воздушных шаров. Исследователи Денверского университета также будут работать над SOLVE.
Первый этап SOLVE в ноябре и декабре включает в себя сбор образцов полярного вихря, вращающегося вокруг Северного полюса, поскольку он охлаждает воздух достаточно, чтобы сформировать стратосферные облака. Полярные стратосферные облака обычно появляются на высоте около 13 миль над Землей, когда температура опускается примерно до минус 110 градусов по Фаренгейту.
Второй этап, в январе и начале февраля, будет включать в себя взятие проб облаков и начало потери стратосферного озона, а третий этап, который продлится до середины марта, будет включать наблюдения за периодом наибольшей потери озона и возможный распад полярного вихря.
Низкие температуры, поддерживающие облака, обычно сохраняются до ранней весны, когда увеличение количества солнечного света приводит к потере озона в результате каталитических реакций. Но в последние несколько лет облака, похоже, сформировались раньше и держались дольше.
«Возможно, парниковые газы охлаждают стратосферу, из-за чего каждую зиму облака сохраняются дольше», - сказал Тун. Некоторые компьютерные модели показывают, что потепление парниковых газов на поверхности Земли может не только привести к увеличению потери озона, но и задержать ожидаемое восстановление глобального озонового слоя.
«Это будет очень захватывающая миссия, учитывая разнообразие групп ученых, экипажей самолетов, пилотов, штурманов, инженеров и наземных бригад из разных стран», - сказал Тун. «Надеюсь, когда это закончится, мы лучше поймем процессы полярного озона и улучшим наши возможности прогнозирования».