Современное состояние биосферы и экологическая политика

Ижко Ю. А.

Б. М. Владимирский (1997, с. 26) считает, что «эффекты солнечной активности фиксируются в среде обитания, главным образом, в физических факторах, которые не учитываются в традиционной экологии. И еще, важнейшим фактором – посредником в солнечно-биосферных связях являются электромагнитные поля, в частности низких и сверхнизких частот. Это наиболее общий, универсальный посредник между активными процессами на Солнце и откликом на них в биосфере».

Анализируя причины несогласованности между числами Вольфа и некоторыми природными аномалиями, В. Ф. Чистяков (1997, с. 114) считает, что «неуверенность в выводах о причинах аномалии, скорее всего говорит о том, что связь аномалии погоды и явлений на Солнце в 1972 г. не фиксируется числами Вольфа».

По мнению В. А. Дергачева (1998, с. 58–71), «не число пятен, а длина цикла может быть мерой связи солнечной активности и климата. Чем короче цикл, тем выше температура.

И есть глубокий физический смысл этой связи, связанный с мощностью процессов на Солнце». Эти и другие примеры косвенно подтверждают предупреждение С. А. Монина о том, что признание связи между погодой и колебаниями солнечной активности отдалило бы сроки создания научных методов прогнозирования погоды, т. к. в этом случае появилась бы необходимость давать сначала прогноз солнечной активности (цит. по: Мирошниченко, 1980, с. 55).

На основании изучения данных по изменению чисел Вольфа, Кр (индекс геомагнитной возмущенности) и ПС (продолжительности земных суток) Б. А. Слепцов-Шевлевич (1998, с. 68–73) пришел к выводу, что многолетние вариации ПС подчиняются вековым циклам солнечной активности и Кр. Это значит, что изменения скорости вращения Земли также обусловлены этими процессами. Исследуя влияния ротационного режима планеты на колебания уровня Атлантического океана, автор делает следующее предположение: «стоячая вековая волна уровня присуща всему Мировому океану, поскольку генетическая, гелиогеофизическая природа ее возникновения носит глобальный характер и связана с ротационным режимом Земли, обусловленным изменениями солнечной активности и геомагнитного поля».

К сожалению, и эти исследования не проливают свет на основной вопрос, каков же механизм воздействия солнечной активности на колебания уровня Мирового океана, а также другие природные явления. В последние годы был установлен важный факт (Чистяков, 1997(а), с. 41–42), что Солнцу присущи периодические изменения его радиуса (R) и солнечной постоянной (5с), которые увеличиваются в годы максимумов 11-летних циклов чисел Вольфа, солнечная активность имеет дискретный характер. Она годами держится на высоком уровне, а иногда, наоборот, прекращается совсем – эпоха минимума Маундера (1645–1715).

Проанализировав 53-летние наблюдения величины солнечного диаметра и положения солнечных пятен в течение минимума Маундера, французские ученые (Рибс, Бартело, 1988, с. 101–102) пришли к выводу, что существуют два связанных между собой 11летних цикла – магнитный и конвективный, которые протекают синфазно. При спаде солнечной активности в минимуме Маундера крупномасштабная конвекция в верхних слоях Солнца подавлена сильными магнитными полями, возникающими благодаря механизму солнечного динамо, что приводит к аномально малому количеству пятен. Сокращение конвективного потока может привести к изменению солнечного диаметра и падению эффективной поверхностной температуры. Этого достаточно для уменьшения светимости Солнца. В то же время имеется еще вывод о том, что анализ исторических данных не вполне однозначен. Используя данные о солнечном затмении за 1715 г., некоторые авторы считают, что в пределах статистических ошибок диаметр Солнца не отличался от современного. Поэтому вопрос о поведении светила во время минимума Маундера остается открытым (Рибс, Бартело, 1988, с. 101–102).

Велика роль звезды в формировании короткопериодных и, особенно, долгопериодных приливов, которые вместе с приливной силой Луны обуславливают ритмические пульсации океанических течений. Возникает вопрос, а являются ли планеты солнечной системы пассивными телами, «слепо» следующими за движением светила, или они также способны повлиять на его активность, а значит и на характер солнечно-земных связей? Совместное влияние планет на движение центра Солнца относительно центра масс Солнечной системы (Дружинин и др., 1974, с. 45–46; Мирошниченко, 1980, с. 43; Панкратов и др., 1996, с. 7–38; и др.) способно изменить его траекторию. Точнее, в результате их совместного притяжения центр Солнца периодически смещается относительно центра масс всей Солнечной системы на значительную величину. Хорошо проиллюстрирована траектория смещения центра Солнца, вызванная воздействием планет, в работе А. А. Токовинина (1986, с. 39–44). Как следует из приводимого автором рисунка, с 1980 по 2080 г. будут 17 раз иметь место смещения Солнца относительно центра масс. Ясно, что при своем движении Солнце развивает значительную кинетическую и потенциальную в точке максимального смещения энергию и, по-видимому, данный феномен в движении Солнца не может пройти бесследно для всей Солнечной системы, да и самой звезды. Это следует из анализа литературных источников, посвященных выяснению последствий солнечно-планетных взаимодействий (Панкратов и др., 1996, с. 738; и др.).

Предполагается (Мирошниченко, 1980, с. 43–45; Колесник, 2002, с. 1275–1282; и др.), что имеются два физических механизма,

благодаря которым соединения планет могут отразиться на течении геофизических процессов.

Первый механизм связан с гравитационным воздействием планет на Солнце, второй – с воздействием планет на сверхзвуковой поток солнечного ветра и другие его энергетические характеристики.

Например, сближения планет (особенно парные) совершаются достаточно регулярно, и в настоящее время выделены следующие периоды из их взаимного расположения – 2; 3–4; 5–6; 7,8; 11,6; 12,6; 15,0; 17,0; 33 года и более. Нетрудно заметить, что искомые периоды обнаруживаются в колебаниях многих природных явлений и в компонентах биосферы. Действительно, биосистемы прошли свою эволюцию вместе с эволюцией всей планетной системы и по существу являются неотделимыми от нее. Уже этого факта достаточно для обоснования важной роли планет в формировании активных процессов на Солнце.

Еще более осложняет картину солнечно-земных взаимодействий многолетний лунный прилив, который приводит к формированию малых по скорости «астрономических течений». Вместе с тем, эти течения нельзя отождествлять с постоянными океаническими потоками, типа Гольфстрим и др. Появление их обусловлено существованием глобальной стоячей волны многолетнего лунного прилива, которая неизбежно приводит к представлению о наличии в области ее узлов соответствующих астрономических течений (Максимов и др., 1970, с. 84).

Кроме космических объектов, имеются и другие факторы, способные проявить себя в колебаниях атмосферной и океанической циркуляции, а также динамике биологических систем. Акцентируем внимание на тех, физический механизм которых прослеживается особенно четко: околополюсный прилив, изменение скорости вращения планеты и др.

11.2. Виды геофизических воздействий на природные процессы

Еще Эйлером было показано, что сжатие Земли является причиной возникновения колебаний мгновенной оси ее вращения (Максимов и др., 1970, с. 138–139) – нутации. Следствием данного феномена является изменение уровня Мирового океана, порождающего «полюсный прилив». Этот вид прилива не имеет никакого отношения к действию приливообразующих сил Луны и Солнца. Явление «полюсного прилива» связано с небольшими, но глобальными изменениями океанических течений и циркуляции атмосферы. Периодические колебания полюсного прилива способны увеличить или уменьшить скорость течения Гольфстрим, по оценкам Н. А. Багрова с соавторами (1985, с. 60–61), на 10–15 см/с, что по сравнению с эталонной, т. е. 100 см/с, представляет ощутимую величину.

Данный фактор способен вызвать значительные аномалии в изменении траекторий движения атмосферных струй (Рудяев, 1984, с. 120–126) и океанических течений, обуславливая их периодические, долгопериодные колебания.

Аналогичное (как и полюсный прилив) воздействие на атмосферно-океаническую циркуляцию оказывают вариации ротационного режима планеты. Согласно оценкам (Сидоренков, Свиренко, 1983, с. 20–24; 1991, с. 93–100; и др.), с l955 по 1972 гг. регистрировалось замедление скорости вращения Земли, достигшее к 1972 г. своего минимального значения, когда длительность суток увеличилась на 0,0025 сек. (Рябов, 1977, с. 161–162; и др.). В это же время повторяемость форм западной циркуляции (Ж-западная форма) уменьшилась, но возросло количество периодов с устойчивой формой меридиональной циркуляции, т. е. форм Е и С (Николаев, Колтанов, 1983, с. 14–18).

Долгопериодные изменения скорости вращения Земли приводят к перераспределению воздушных и водных масс Мирового океана от экваториальных областей к полярным, формируя в последнем случае области повышенного давления (Рудяев, 1984, с. 120–126). Явление смещения дополнительных масс воздуха и воды к высоким широтам способно углубить замедление вращения планеты

Изменения скорости вращения Земли приводят к периодическим сменам форм атмосферной циркуляции, что подтверждается и лабораторными экспериментами. Так, при увеличении угловой скорости сосуда до некоторой критической величины движение водной массы в нем нарушается и заменяется квазигоризонтальным движением, напоминающим режим Россби в умеренных широтах, т. е. меридиональная форма движения переходит в зональную (Витвицкий, 1980, с. 66–67).

Изменение ротационного режима Земли и порождаемые этим явлением периодические смены форм атмосферной циркуляции не проходят для многих природных явлений бесследно.

Следует отметить, что в период замедления вращения Земли (СВЗ) с 1955 по 1972 гг. активизируется циклоническая деятельность. Примером служат факты роста числа тайфунов, смещающихся в Тихий океан: от 19 случаев в 1959 г. до 39 в 1970 г. (Третьякова, 1975, с. 39–65). В Японии преобладало число случаев с необычно низкими среднемесячными значениями температур и осадков (Борисенко, 1982, с. 32–37). Однако для этого процесса не четко прослеживается механизм, вызывающий долгопериодные изменения СВЗ.