Az 1. ábra az SO2, OCS és SO keveredési arányait mutatja a középső légkörben, 3,0 ppm SO2 keveredési arányt használva, amelyet az alsó határon (58 km) lévő standard modellünkhöz vettünk alapul, a ref alapján. 8 és 0,3 ppm az OCS esetében, a hivatkozás alapján. 9. Az 1. kiegészítő táblázatban szereplő reakciók sebességének profiljait az 1. kiegészítő ábra mutatja. A modell összehasonlítása több, nagyobb magasságban végzett megfigyelési adatsorral szintén az 1. ábrán látható. Amint látható (a) görbe), a modell megfelelő összhangban van a VEx-mérések első négy évében (2006-2009) a 70 km magasságban mért SO2 keveredési arányokkal10. A számított értékek valamivel magasabbak, mint a ±20° szélességi körön belüli interkvartilis tartomány és a VEx-mérések átlaga; de az adatok nagyszámú kiugró értéket tartalmaznak, amint azt a medián és az átlagos megfigyelések közötti különbség is jelzi. A modell érzékenységének jelzésére az SO2 alsó határon való megválasztásával kapcsolatban a 2. kiegészítő ábrán a modell és a mérések összehasonlítását is bemutatjuk 0,3 ppm SO2 keveredési arányt alkalmazva az alsó határon. Ez az alsó határfeltétel bizonyos értelemben tükrözi a 2010 elejétől 2014-ig megfigyelhető alacsonyabb SO2 keveredési arányt a felhő tetején. A számított értékek az interkvartilis tartományon belül vannak, és meglehetősen közel állnak a VEx-mérések átlagához ±20° szélességi körön belül. A korábbi időszakhoz hasonlóan az átlag jelentősen eltér a mediántól, mivel nagyszámú koncentrációcsúcs van, amelyek nagyjából három nagyságrenddel nagyobbak, mint a mediánszintek.
A SO2, OCS és SO modellezett profiljainak összehasonlítása a megfigyelésekkel SO2 = 3,0 ppm és OCS = 0,3 ppm esetén 58 km-en, a modell alsó határán. A modellprofilokat vékony, folytonos vonalak mutatják: (kék) SO2, (zöld) OCS, (piros) SO. Adatforrások: a SO2, interkvartilis tartomány 2006-tól 2009-ig, a rombusz az eloszlás átlagát mutatja, ref. 10; b SO2, hivatkozás. 11; c SO2, hivatkozás. 34 napfedés 1σ hibasávokkal; d SO2, ref. 12; e SO2, hivatkozás. 34 csillagfedés 1-σ hibasávokkal; f OCS, ref. 35; g SO, ref. 11; h SO, ref. 14; i SO, ref. 13; j SO, ref. 12.
A modellezett SO2 (vékony folytonos kék vonal) szintén összhangban van a Hubble Űrteleszkóp (HST) adataival (szaggatott b) ref. 11 és a földi szubmilliméteres megfigyelésekből származtatott felső határértékkel (szaggatott d) a hivatkozásban. 12 85 és 100 km között, és ésszerű összhangban van a Spectroscopy for Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Venus/Solar Occultation at Infrared (SPICAV/SOIR) méréseivel 90 és 100 km között (c) görbe). 13 által 2006 és 2014 között gyűjtött adatokkal. Megjegyzendő, hogy a felső SO2 keveredési arányok (c görbe), amelyeket a ref. 13 által 2006 és 2009 között kapott adatok általában magasabbak, mint a 2010 és 2014 között kapott adatok, hasonlóan a ref. 10. Mind a földi szubmilliméteres spektroszkópia12 , mind a nap- és csillagfedések13 egy standard eltéréssel (c és e görbe) magasabb SO2 keveredési arányt mutatnak a nagy magasságokban (z > ~85 km), mint az alacsonyabb magasságokban. Ezeken a magasságokon két lehetséges SO2-forrás jöhet számításba, a meteoritok ablációja és a H2SO4 fotolízise. A meteoritok ablációját is figyelembe vettük, ami a meteoritok bevitelére14 és S-tartalmára15 vonatkozó jelenlegi becslések alapján a Vénusz felső légkörének igen csekély S-forrása. A H2SO4 számított profilja a ref. 16. A H2SO4 fotolízise is szerepel az abszorpciós spektrumának számításai alapján (hivatkozás). 17, amely bizonyítékot szolgáltatott egy hosszú hullámhosszú csóva létezésére, amely jelentősen növeli a H2SO4 fotolízisének sebességét a jelenlegi modellben.
Az 1. ábrán látható néhány adatsor esetében a megfigyelt és a számított SO2 és OCS közötti különbségek okai nem teljesen világosak, de néhány alkalmazható adatsor közös jellemzője, hogy viszonylag rövid időskálán nyerték őket. A 70 km-es SO2-felvételek drámai térbeli és időbeli változékonyságot mutatnak, az egyenlítői régióban az SO2 keveredési arányok három nagyságrendet tesznek ki a ppb és a ppm szintek között. Néhány adatsor adatai azokban a rövid időszakokban származhattak, amikor a vertikális transzport az itt használt átlagértékekhez képest nagymértékben fokozódott. A transzport változékonyságának vizsgálata, mint az SO2 és az OCS keveredési arányok változékonyságának forrása, meghaladja e dolgozat kereteit, és a legjobban egy többdimenziós, sugárzási, kémiai és dinamikai visszacsatolásokat tartalmazó modell segítségével érhető el.
A modellezett SO meglehetősen jó egyezése a Hubble űrteleszkóp megfigyeléseivel a ref. 11 és az SO átlagos abundanciájával, amelyet szubmilliméteres megfigyelésekkel határoztak meg. 12 nagyobb magasságokban 3,0 ppm SO2-t tartalmazó modellel az alsó határon. A modell és a megfigyelések közötti nagyobb különbségek az SO keveredési arányok tekintetében a ref. 18 és ref. 19 szerint kb. 80 km-es magasság alatt. A 18. hivatkozás arra a következtetésre jutott, hogy az IUE-adatok a legjobban illeszkednek a 20 ± 10 ppb SO keveredési arányhoz ~70 km felett, míg e magasság alatt nincs SO; a 18. hivatkozás szerint a SO keveredési arány 20 ± 10 ppb. 19 a legjobb illeszkedést adataikra 12 ± 5 ppb állandó SO keveredési aránnyal vezette le z ≥ 64 km esetén, amely 64 km alatt meredeken csökken. Amint az 1. ábrán látható, az általunk számított SO keveredési arány 0,14 ppb 64 km-en, és a magassággal növekszik. Amint az 1. ábrán is látható, az általunk számított SO keveredési arány 70 km-en ~1 ppb.
A 2. kiegészítő ábrán látható SO2 profilok (folytonos kék vonal), amelyeket 0,3 ppm-rel számoltunk az alsó határon, következetesen alulbecslik a nagyobb magasságú megfigyeléseket. Amint a 2. kiegészítő ábrán látható, az alsó határon alkalmazott 0,3 ppm SO2 keveredési arány a megfigyelésekhez képest kissé túl alacsony SO keveredési arányhoz vezet (szaggatott g, h, i, j). Az eltérés nagy része azonban egyszerűen az SO megfigyelések ritkaságából adódhat, amelyek nem képesek a térbeli és időbeli változékonyság olyan mértékű megragadására, mint ahogy az a SO2 esetében lehetséges volt.
A (SO)2 három izomerjének, a c-(SO)2, a t-(SO)2 és az r-(SO)2 keverési arányait a 2a. ábra mutatja. Az általunk mért értékek összhangban vannak a ref. 3 modellel, de jóval alacsonyabbak, mint a ref. 4, különösen a 70 km alatti kritikus rétegben. Ennek oka, hogy a ref. 4 az SO keveredési arányát 12 ppb-ben határozta meg 64 km-nél a ref. 19 modellje alapján, míg a 70 ppb-nél 3 ppb-re csökkentette a ref. 12 alapján, majd a 20. hivatkozás alapján 150 ppb-re növelte 96 km-nél. Az SO magassági profilja a ref. 19 alapján levezetett magassági profilt újra kell értékelni a modellezett profil alakjának összefüggésében, amely az SO keveredési arányának növekedését mutatja a magassággal. Ez az SO keveredési arány profiljának valószínűbb alakja a mérések alapján a ref. 11, ref. 12 és a fotokémia jelenlegi ismeretei alapján. Azt is szem előtt kell tartani, hogy a Vénuszon uralkodó körülmények térben és időben erősen változékonyak, így a rövid távú mérések nem feltétlenül reprezentálják a más időpontokban uralkodó viszonyokat. Az Sn (n = 1-7) keveredési arányai a 2b. ábrán, az SnO (n = 2-4) pedig a 2c. ábrán látható.
a A cisz-(SO)2, a transz-(SO)2 és a trigonális-(SO)2 modellezett profiljai. b Az Sn fajok modellezett profiljai. c Az S2O, S3O és S4O modellezett profiljai. d Az aeroszol S termelésének és az S visszaalakításának összehasonlítása.
A redukált aeroszol termelése és az oxidált S visszaalakítása között verseny van. A 2d. ábrán látható, hogy az S + O2 → SO + O reakció az S elsődleges elnyelője az egész modellezési tartományban, kivéve néhány vékony réteget kb. 64 km-en és az alatt. Ez azt mutatja, hogy milyen nehéz az Sn előállítása az S atomok segítségével, amelyek O2 jelenlétében gyorsan átalakulnak SO-vá. A jelenlegi modellünkben az S2 előállítása nem közvetlenül az S atomok részvételével történik, mivel az SO dimer fotokémiát magában foglaló alternatív útvonalakon, és mint alább látható, a Cl katalitikus ciklusokból származik, így megkerülve az S gyors újrahasznosítását SO-vá az O2 által. Az 1. kiegészítő táblázatban szereplő sebességi együtthatók egyenletes, tízszeres felfelé és lefelé történő változtatásával végzett érzékenységi vizsgálatok azt mutatják, hogy a fajkoncentrációk jellemzően az 1. kiegészítő táblázatban szereplő értékek kétszeresén belül vannak.
Cl bizonyítottan elősegíti a CO21 stabilitását,22,23 Cl szintén erős hatást gyakorol az Sx termelésére. Az aeroszol oszlop termelési sebessége (S-alapon) 8,3 × 1011 cm-2 s-1 a standard modellünkben (SO2 = 3,0 ppm, HCl = 0,4 ppm), de ez 6,4 × 1011 cm-2 s-1-re csökken HCl = 0,2 ppm esetén. Az 58 km-en használt alacsonyabb SO2 keverési arány (SO2 = 0,3 ppm) esetén az eredmények még drámaibbak. A HCl keverési arány 0,4 ppm-ről 0,2 ppm-re történő csökkenése esetén az aeroszol oszlopos termelődési sebessége 2,9 × 1011 cm-2 s-1-ről 1,1 × 1011 cm-2 s-1-re csökken. Bár a HCl változásával járó változások a fő fajokban, például az SO2-ben viszonylag csekélyek, az S és Cl-S fajokban nagyságrendi változások figyelhetők meg. Ez az erős érzékenység részben abból adódik, hogy a Cl-reakciók a CO2 rekombinációja révén kimerítik az O2-t, az S fő elnyelőjét. Ez hasonló ahhoz, amit az S2 klórszulfánokon keresztül történő előállítása esetén találtak24.
Számos érdekes nyom van, amely az SO2 fotokémiáját az ismeretlen abszorberhez köti. Ahogy a 2d. ábrán látható, modellünkben az elnyelő aeroszol maximális termelési rátája a felső felhőzet alsó felében jelentkezik, de a SO2 észrevehető kimerülése csak a nagyobb magasságokban következik be. Eredményeink összhangban vannak a VEx megfigyelésekkel, amelyek a 3. ábrán látható fordított összefüggést mutatnak a 70 km-es SO2 és a 250 nm-es UV-abszorpció10 között. A 3. ábrán látható adatpontok a modellünk futtatása során az egyensúly felé vezető időlépésekből származnak, és azt hivatottak jelezni, hogy a modellben az elnyelő aeroszol termelési rátája mennyire megfelelő. Az Sx sűrűsége negatív korrelációt mutat a helyi SO2 keveredési aránnyal, ami összhangban van a ref. 10. Amint azonban a 25. hivatkozás megjegyezte, az UV-abszorber élettartama sokkal hosszabb, mint az SO2-é, és ennek következtében a mennyiségük arányát erősen befolyásolja az átmeneti légköri dinamika, különösen a konvektív aktivitás. A Hadley-cella felszálló ágában a felfelé irányuló transzport feljuttathatja az abszorbereket onnan, ahol a felső felhőzet alsó felében keletkeznek. Az ilyen események csökkentenék az SO2 és az Sx közötti korreláció erősségét. Mivel egydimenziós modellünk célja az alacsony szélességeken uralkodó átlagos körülmények szimulálása, nem tudja lefedni a Venus Express által mért körülmények teljes skáláját. Ezért nem tudja szimulálni a SO2 és az UV-abszorber viselkedését a pólus felé irányuló transzport során; szélességi viselkedésük részletes szimulációjához két- vagy háromdimenziós modellre van szükség.
A képzeletbeli törésmutatót a 250 nm-en és az SO2-t 70 km-en a Venus Express10 adataiból (kék pontok) összehasonlítva az Sx és az SO2 70 km-en (piros rombuszok) és 72 km-en (zöld pontok) a modellünkből kapott szórásképpel. Az Sx keveredési arányait a modellünkben 2 × 105-tel szoroztuk meg, hogy összehasonlíthassuk a ref-ből származó képzeletbeli törésmutatóval. 10.