Доцент ФФ ТГУ Роман Кочанов и научный руководитель лаборатории КВАМЕР ТГУ, профессор Владимир Тютерев в кооперации с учеными Национального центра научных исследований Франции (CNRS) совершили прорыв в понимании квантовых механизмов превращений легких и тяжелых изотопов кислорода в процессе образования молекул озона при высоких энергиях.

Более 20 лет физики всего мира пытались найти объяснения экспериментальным измерениям, не согласующимся с теоретическими моделями образования молекул озона. Результаты нового исследования дают возможность лучше прогнозировать процессы формирования озона, который в зависимости от высоты слоев в атмосфере может либо защищать биосферу Земли, либо создавать экологические проблемы.

Статья с итогами исследований опубликована в высокорейтинговом журнале The Journal Physical Chemistry Letters (IF=9.5). CNRS включил эту публикацию в число значительных научных достижений.

- Теория впервые позволила объяснить скорости реакций изотопического обмена в зависимости от температуры в полном согласии с экспериментом, - комментирует один из авторов Роман Кочанов. - Реакции обменов легких и тяжелых изотопов кислорода 16 О и 18 О играют ключевую роль в глобальном процессе формирования озона, но все попытки их теоретического моделирования приводили к качественным разногласиям с экспериментами - либо в температурной зависимости, либо в абсолютных значениях. Этот результат имеет фундаментальное значение в понимании процесса обогащения озона тяжелыми изотопами в стратосфере.

Полученный физиками результат основан на точном квантовом расчете молекулярной динамики процесса, в котором атомы проходят через метастабильные резонансные состояния озона с последующим его распадом. Ключ к пониманию был найден благодаря новой поверхности потенциальной энергии молекулы озона, ранее построенной российскими авторами исходя из оригинальных исследований молекулярной электронной структуры.

Ранее считалось, что поверхность потенциальной энергии озона имеет ярко выраженный барьер ("рифовую структуру") на траектории распада (диссоциации) молекулы. Современные суперкомпьютерные расчеты выявили отсутствие этого барьера, что позволило получить точное согласование для скоростей реакции с экспериментом.

Измерения атмосферного распределения озона и его долгосрочных изменений является критически важным шагом в понимании взаимосвязи вариативности озона и изменения климата. Этот газ является интенсивным поглотителем излучения в микроволновом и инфракрасном диапазонах. По сути, он третий по важности в списке потенциальных парниковых газов. Было обнаружено, что в некоторых географических областях тропосферный озон может иметь радиационный потенциал парникового эффекта локально выше, чем углекислый газ.

Озон является важной составляющей земной атмосферы и играет первостепенную роль в атмосферной физике. Несмотря на сравнительно малую концентрацию, он важен в процессах, оказывающих влияние на химический состав атмосферы, качество воздуха и климат. В тропосфере - наиболее близком к земной поверхности атмосферном слое - озон является высокотоксичной компонентой смога, разрушительной для легочных тканей, сердечнососудистой системы и флоры. С другой стороны, озоновый слой вверху - в стратосфере - является единственным защитником биологической жизни и экологических систем на Земле от жесткого солнечного ультрафиолетового излучения.

Авторы статьи:
Роман Кочанов, доцент физического факультета ТГУ, в настоящее время – приглашенный ученый Астрофизического центра Гарвардского университета (США).

Владимир Тютерев, научный руководитель лаборатории КВАМЕР ТГУ, профессор Реймского университета (Франция), председатель программного комитета международной конференции OZONE, координатор проекта CNRS «Диссоциация озона: квантово-химические вычисления и анализ лазерных спектров».

Грегуар Гийон, доцент Междисциплинарной лаборатории Карно Университета Бургундии, Франция.

Паскаль Онво, профессор Междисциплинарной лаборатории Карно Университета Бургундии, Франция.

Источники

Ученые Томска и Франции раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 02/08/2018
Ученые Томска и Франции раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
Томский государственный университет (tsu.ru), 02/08/2018
Ученые Томска и Франции раскрыли 20-летнюю тайну
Физический факультет ТГУ (ff.tsu.ru), 02/08/2018
Ученые ТГУ и Франции объяснили квантовые механизмы образования озона
РИА Томск (riatomsk.ru), 02/08/2018
Томские ученые вместе с французскими коллегами раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 03/08/2018
Томские ученые вместе с французскими коллегами раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
Томский обзор (obzor.westsib.ru), 03/08/2018
Томские ученые вместе с французскими коллегами раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 03/08/2018
Томская область: Ученые Томска и Франции раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
Молодежное информационное агентство (миамир.рф), 03/08/2018
Томские ученые с коллегами из Франции раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
Независимый вестник (нвести.рф), 05/08/2018
Томские ученые с коллегами из Франции раскрыли 20-летнюю тайну кислорода и озона
В Томске (news.vtomske.ru), 05/08/2018
Российские ученые разгадали тайну озонового слоя
Hi-tech@Mail.Ru, 13/08/2018
Российские ученые разгадали тайну озонового слоя
123ru.net, 13/08/2018
Российские ученые разгадали тайну озонового слоя
SMIonline (so-l.ru), 13/08/2018
Российские ученые разгадали тайну озонового слоя
Кузбасский Информационный Портал (kuzinfo.ru), 14/08/2018
Ученые разгадали тайну озонового слоя
Земля. Хроники жизни (earth-chronicles.ru), 14/08/2018
Ученые ТГУ и CNRS раскрыли тайну кислорода и озона
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/09/2018

Похожие новости

  • 02/05/2017

    Швейцарская компания использует буровую установку ТПУ для добычи геотермальной энергии

    ​Ученые Томского политехнического университета провели первый этап испытаний электроразрядной буровой установки, использование которой позволит значительно снизить затраты на бурение крепких пород. Работы над проектом ведутся в рамках контракта со швейцарской компанией SwissGeoPower, представитель которой профессор Ханс-Оливер Шигг посетил ТПУ.
    744
  • 17/11/2017

    Руководители крупнейшей китайской нефтегазовой компании посетили ТПУ

    ​16 ноября Томский политехнический университет посетила большая делегация из крупнейшей китайской нефтегазовой компании — Китайской национальной нефтегазовой корпорации. Это руководители газодобывающих компаний, газовых промыслов, научно-исследовательских институтов, отделов разработки и природного газа, специалисты разных департаментов — всего более 20 человек.
    554
  • 19/11/2018

    В китайской корпорации CNPC заинтересовались разработками ТПУ

    ​Посетившая Томск делегация из Китайской национальной нефтегазовой корпорации (CNPC) проявила интерес к наработкам Томского государственного политехнического университета в нефтегазовой отрасли. Об этом 16 ноября сообщает пресс-служба вуза.
    71
  • 07/06/2018

    В ТПУ обсудили подготовку инженеров для нефтегазохимической отрасли

    ​5 мая в Томском политехническом университете стартовала сессия сетевой международной научно-практической конференции "Интегративная подготовка линейных инженеров для повышения производительности труда предприятий нефтегазохимической отрасли - Синергия-2018".
    385
  • 06/09/2017

    Инновационные разработки ТПУ были представлены на выставке томской продукции

    ​Во вторник, 5 сентября на площадке Томского электромеханического завода (ТЭМЗ) прошла выставка, на которой предприятия города и области демонстрировали своювысокотехнологичную продукцию и новые технологии.
    990
  • 17/04/2017

    Томские ученые нашли способ повысить прочность газопроводов в Арктике

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН предлагают новый способ повышения прочности трубопроводов, которые в морозы становятся более хрупкими, сообщил РИА Томск академик РАН Виктор Панин.
    777
  • 07/11/2018

    Практики ТПУ вошли в доклад CESAER о роли технических вузов в развитии инновационных экосистем

    ​Кейс с практиками Томского политехнического университета вошел в экспертный доклад о роли технических вузов в развитии инновационных экосистем Ассоциации ведущих европейских университетов в области инженерного образования и исследований CESAER.
    141
  • 29/11/2018

    Томские геологи запустили установку, которая поможет «читать» историю Земли

    ​В лаборатории геохронологии и геодинамики ТГУ, созданной в рамках мегагранта Правительства РФ, состоялся запуск уникального оборудования – установки для проведения радиоизотопного датирования. С ее помощью геологи смогут восстанавливать прошлое Земли – определять продолжительность климатических циклов, производить реконструкцию суперконтинентов.
    275
  • 29/01/2018

    3D – принтеры для печати сердца будут стоять в каждой клинике

    ​Аортальный стеноз, коарктация аорты, транспозиция магистральных сосудов, тотальная аномалия впадения легочных вен, тетрада Фалло — в современной медицине насчитываются десятки видов пороков сердца, которые бывают как врожденными, так и приобретенными.
    789
  • 07/08/2017

    Нефтяники и аквалангисты будут использовать водный беспилотник

    ​Ученые Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) создали беспилотник на воде, с помощью которого исследуют озера. Судно длиной около метра сделано на базе аэросаней и оборудовано эхолотом.
    878