При переходе к более высоким слоям ионосферы доля ионов NO+ и O2+ начинает уменьшаться вследствие появления ионов атомного кислорода. Относительная концентрация последних быстро растет с высотой, и на высотах 170-190 км концентрации атомных и молекулярных ионов сравниваются. Выше доминируют ионы атомного кислорода. Тем не менее, присутствие молекулярных ионов на высотах слоя F2 даже в малых количествах оказывается важным для установления равновесной концентрации заряженных частиц, поскольку молекулярные ионы намного активнее участвуют в процессах рекомбинации, чем атомные.
Почти одновременно с ионами атомного кислорода появляются и ионы атомного и молекулярного азота, однако их концентрация обычно не превышает 10% от [O+].
Выше максимума концентрации ионов в области F2 к доминирующим ионам O+ начинают примешиваться ионы гелия, а с дальнейшим увеличением высоты и ионы атомного водорода. Ионы гелия не могут составить серьезной конкуренции ионам O+ и достигают максимальной концентрации в 10-20 % от [O+] на высотах 500-600 км. В то же время относительная концентрация ионов водорода постоянно растет с высотой, и на некоторой высоте концентрации атомных ионов кислорода и водорода сравниваются. Выше доминируют ионы H+. Эту область иногда называют протоносферой.
В ночное время суток изменение ионного состава с высотой происходит почти также, с той лишь разницей, что переход от молекулярных ионов к атомным происходит на большей высоте. Кроме того, в ночное время почти не регистрируются ионы азота.
Отрицательные ионы образуются в результате тройных столкновений электронов с нейтральными составляющими атмосферы. Отсюда следует, что скорость образования отрицательных ионов пропорциональна квадрату плотности воздуха и должна резко уменьшаться с высотой. В связи с этим одной из важнейших характеристик нижней ионосферы является величина λ – отношение концентрации отрицательных ионов к концентрации свободных электронов (упрощенное рассмотрение вопроса определения этого отношения проводится в следующем разделе). На высоте 100 км отрицательных ионов уже практически нет (λ очень мало), на высоте 50-60 км отрицательные ионы доминируют над электронами (λ очень велико). Гораздо сложнее ответить на вопрос, на какой высоте и при каких условиях сравниваются концентрации отрицательных ионов и электронов (λ ~1). Одним из препятствий для решения этой проблемы является сложность точного измерения концентраций отрицательных ионов. Правда, последнюю можно определить, опираясь на измерения концентрации электронов и положительных ионов и на принцип квазинейтральности ионосферной плазмы. Что же касается химического состава отрицательных ионов в D-области ионосферы, то до сих пор точные теоретические представления и экспериментальные данные на эту тему отсутствуют.
Проблема фотохимии отрицательных ионов далека от решения. Множество реакций остаются неисследованными в лабораторных условиях. Многие реакции остаются неизвестными (в основном это касается вопросов образования тяжелых ионов-связок). А.Д. Данилов [15] предлагает в качестве возможного подхода разделение отрицательных ионов на две группы. К первой группе относятся так называемые ионы-кольца, которые способны очень быстро переходить друг в друга посредством ионно-молекулярных реакций (например, O2- в O3- и в O4-; O3- - в CO3- и снова в O2- и т.п.). Связанные с этими превращениями реакции очень эффективны и именно они определяют распределение концентраций отдельных ионов в группе. Хотя концентрации подобных ионов, скажем, в дневной области D малы, их роль как промежуточного этапа ионизационно-рекомбинационного цикла велика.
Ионы второй группы – это стабильные ионы, которые не имеют быстрых механизмов превращения друг в друга или отлипания электрона. Поэтому основным процессом их гибели является взаимная нейтрализация при столкновении с положительными ионами. Именно стабильные ионы должны составлять большинство отрицательных ионов в D-области ионосферы. К ионам такого типа следует отнести NO2-, NO3- и различные малоизвестные ионы-связки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.