Космические лучи (КЛ) представляют собой высокоэнергетические частицы, преимущественно протоны и тяжёлые ядра, которые непрерывно бомбардируют Землю из глубин космоса. При взаимодействии с атмосферой они инициируют каскад вторичных частиц, называемый атмосферным или медленным взаимодействием. Этот процесс сопровождается ионизацией атмосферных слоёв и может влиять на микрофизические процессы образования облаков, что влечёт за собой потенциальное воздействие на климат.
Ионизация атмосферы – ключевой фактор. КЛ создают свободные электроны и ионы, которые служат центрами конденсации для водяного пара. Этот процесс увеличивает вероятность образования мелких аэрозольных частиц, способных служить ядрами конденсации облаков (NCC, англ. nucleation condensation centers). Рост числа NCC может приводить к увеличению альбедо облаков и изменению радиационного баланса Земли.
1. Гипотеза Шавера и Кэрролла (Svensmark & Friis-Christensen) Суть гипотезы: космические лучи стимулируют формирование облачных частиц в нижней тропосфере, что приводит к изменению облачного покрова и, следовательно, климатического охлаждения или потепления. В периоды высокой солнечной активности поток солнечного ветра увеличивается, что экранирует КЛ и снижает их интенсивность на Земле. Это сопровождается уменьшением облачности и возможным потеплением климата.
2. Влияние солнечной активности Солнечная активность воздействует на поток космических лучей через изменение магнитного поля Солнца. В моменты максимумов солнечной активности уменьшение потока КЛ может приводить к снижению ионизации тропосферы. Теоретически это уменьшает количество NCC и, как следствие, облачность, способствуя повышению температуры поверхности.
3. Механизм ионизационно-аэрозольного взаимодействия Воздействие КЛ на атмосферу не ограничивается генерацией облачных ядер. Ионизация способствует увеличению роста и агломерации аэрозольных частиц, влияя на размер и оптические свойства облаков. Это может изменять отражение солнечного излучения и теплообмен между поверхностью и атмосферой.
1. Сателлитные наблюдения Анализ данных спутников (например, ISCCP – International Satellite Cloud Climatology Project) позволяет выявить корреляцию между потоками космических лучей и изменением облачного покрова. Исследования показывают умеренную зависимость облачности низких слоёв атмосферы от интенсивности КЛ, однако сигнал часто затруднён для выделения из-за многочисленных климатических шумов.
2. Лабораторные эксперименты Эксперимент CLOUD (CERN) продемонстрировал, что ионизация, вызванная КЛ, увеличивает образование мелких аэрозольных частиц при контролируемых условиях. Однако для масштабного влияния на глобальные облака необходимо учесть сложную динамику атмосферы и наличие естественных конденсационных центров.
3. Климатические модели В климатических моделях учитываются механизмы ионизации, взаимодействие с аэрозолями и облаками. Существуют сценарии, показывающие слабое, умеренное или практически отсутствующее глобальное воздействие КЛ на климат. Наиболее вероятным является региональное влияние, особенно в полярных областях с минимальной толщей атмосферы и низкой облачностью.
Малая статистическая значимость Корреляции между КЛ и облачностью часто неустойчивы при длительных временных рядах. Влияние КЛ на климат может быть перекрыто другими факторами: вулканической активностью, изменением океанических течений, антропогенными аэрозолями.
Сложность выделения эффекта Низкая интенсивность КЛ в тропических широтах и высокая роль конвекции создают трудности в установлении причинно-следственной связи между изменениями КЛ и климатическими изменениями.
Региональные различия Эффект КЛ на облачность проявляется преимущественно в полярных и субполярных областях. В тропиках его вклад в облачность и радиационный баланс минимален.