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Mercoledì febbraio 8, 2023

Sotto l'aurora boreale: fenomeno di impoverimento dello strato di ozono mesosferico

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Il satellite Arase osserva le onde del coro e gli elettroni energetici 777x437 1 - Sotto l'aurora boreale: fenomeno di esaurimento dello strato di ozono mesosferico

Nel geospazio, il satellite Arase osserva le onde del coro e gli elettroni energetici, mentre a terra, EISCAT e strumenti ottici osservano le aurore pulsanti e la precipitazione di elettroni nella mesosfera. Credito: Il team scientifico di ERG

Lo stesso fenomeno che provoca le aurore - le magiche tende di luce verde spesso visibili dalle regioni polari della Terra - provoca l'esaurimento dello strato di ozono mesosferico. Questo esaurimento potrebbe avere un significato per il cambiamento climatico globale e, pertanto, comprendere questo fenomeno è importante.

Ora, un gruppo di scienziati guidato dal Prof. Yoshizumi Miyoshi dell'Università di Nagoya, in Giappone, ha osservato, analizzato e fornito maggiori informazioni su questo fenomeno. I risultati sono pubblicati su Nature's Rapporti scientifici.

Nella magnetosfera terrestre, la regione del campo magnetico attorno alla Terra, gli elettroni del sole rimangono intrappolati. Interazioni tra elettroni e plasma le onde possono causare la fuga degli elettroni intrappolati ed entrare nell'atmosfera superiore della Terra (termosfera). Questo fenomeno, chiamato precipitazione elettronica, è responsabile delle aurore. Ma studi recenti mostrano che questo è anche responsabile dell'esaurimento locale dello strato di ozono nella mesosfera (inferiore alla termosfera) e può avere un certo impatto sul nostro clima.

Inoltre, questa riduzione dell'ozono nella mesosfera potrebbe verificarsi specificamente durante le aurore. E mentre gli scienziati hanno studiato la precipitazione degli elettroni in relazione alle aurore, nessuno è stato in grado di chiarire sufficientemente come causi l'esaurimento dell'ozono mesosferico.

Il Prof. Miyoshi e il team hanno colto l'occasione per cambiare questa narrazione durante una moderata tempesta geomagnetica sulla penisola scandinava nel 2017. Hanno mirato le loro osservazioni alle "aurore pulsanti" (PsA), un tipo di debole aurora. Le loro osservazioni sono state possibili attraverso esperimenti coordinati con il radar European Incoherent Scatter (EISCAT) (a un'altitudine compresa tra 60 e 120 km dove si verifica il PsA), la navicella spaziale giapponese Arase e la rete di telecamere all-sky.

I dati di Arase hanno mostrato che gli elettroni intrappolati nella magnetosfera terrestre hanno un'ampia gamma di energia. Indicava anche la presenza di onde di coro, un tipo di onda plasma elettromagnetica, in quella regione dello spazio. Le simulazioni al computer hanno quindi mostrato che Arase aveva osservato le onde plasmatiche che causavano precipitazioni di questi elettroni in un'ampia gamma di energia, il che è coerente con le osservazioni EISCAT nella termosfera terrestre.

L'analisi dei dati EISCAT ha mostrato che gli elettroni di un'ampia gamma di energia, da pochi keV (kilo elettronvolt) a MeV (mega elettronvolt), precipitano per causare PsA. Questi elettroni trasportano energia sufficiente per penetrare nella nostra atmosfera a meno di 100 km, fino a un'altitudine di circa 60 km, dove si trova l'ozono mesosferico. In effetti, le simulazioni al computer che utilizzano i dati EISCAT hanno mostrato che questi elettroni riducono immediatamente l'ozono locale nella mesosfera (di oltre il 10%) dopo averlo colpito.

Il Prof. Miyoshi spiega: “Gli PsA si verificano quasi ogni giorno, sono diffusi su vaste aree e durano per ore. Pertanto, l'esaurimento dell'ozono dovuto a questi eventi potrebbe essere significativo". Parlando del maggior significato di questi risultati, il Prof. Miyoshi continua: “Questo è solo un caso di studio. Sono necessari ulteriori studi statistici per confermare quanta distruzione dell'ozono si verifica nella media atmosfera a causa della precipitazione degli elettroni. Dopotutto, l'impatto di questo fenomeno sul clima potrebbe potenzialmente avere un impatto sulla vita moderna".

Riferimento: "Penetrazione degli elettroni MeV nella mesosfera che accompagna le aurore pulsanti" di Y. Miyoshi, K. Hosokawa, S. Kurita, S.-I. Oyama, Y. Ogawa, S. Saito, I. Shinohara, A. Kero, E. Turunen, PT Verronen, S. Kasahara, S. Yokota, T. Mitani, T. Takashima, N. Higashio, Y. Kasahara, S. Matsuda, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, A. Matsuoka, T. Hori, K. Keika, M. Shoji, M. Teramoto, S. Imajo, C. Jun e S. Nakamura, 13 luglio 2021, Rapporti scientifici.
DOI: 10.1038/s41598-021-92611-3

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