"Виновато Солнце" - читать интересную книгу автора (Зигель Феликс Юрьевич)
Солнце будоражит Землю
 |
С детских лет мы знакомы с глобусом — этой картонной моделью нашей планеты. Модель эта так прочно отложилась в нашем сознании, что нередко как-то подсознательно границы земного шара мы отождествляем с его твердой поверхностью.
Разумеется, на самом деле наша планета гораздо протяженнее. Толщина воздушной оболочки Земли принимается равной в среднем 2000 км. На этой высоте плотность воздуха достигает 10~21 г/см3. Но такова же средняя плотность газово-пылевой межпланетной среды. Значит, именно здесь атмосфера сходит на нет.
Однако и это еще не граница Земли. Подобно исполинскому магниту, Земля окружена магнитным полем, или, как теперь принято говорить, магнитосферой. Ее слабые следы обнаруживают датчики космических аппаратов на удалении 15 земных радиусов от центра Земли.
Еще протяженнее гравитационное поле нашей планеты — оно заставляет Луну обращаться вокруг Земли, а ведь до лунной орбиты 384 403 км, или 60 земных радиусов.
Строго говоря, и гравитационное и магнитное поля Земли продолжаются до бесконечности. Но гравитация к гелиобиологии прямого отношения не имеет. Магнитное же поле Земли нас будет интересовать лишь в окрестностях нашей планеты.
В этой главе мы рассмотрим влияние Солнца на различные оболочки Земли, начиная от самых внешних и кончая недрами земного шара.
Магнитные силы и магнитное поле, то есть область пространства, где эти силы проявляются, наш глаз не видит. Но действия этих сил легко сделать видимыми.
Вспомните простой школьный опыт. Если на линейный магнит положить лист бумаги и насыпать на нее мелкие металлические опилки, последние расположатся по линиям действия магнитных сил, или, как говорят, силовым линиям. Получится весьма наглядное изображение магнитного поля.
Наша Земля подобна металлическому намагниченному шару. Пока не вполне ясно, какая причина порождает земной магнетизм. Скорее всего в этом повинны те электрические токи, которые постоянно циркулируют в электропроводящем ядре Земли. Так или иначе, но земной шар проявляет себя как исполинский магнит. Как и у всякого магнита, у Земли есть два магнитных полюса. Южный находится на северо-западной оконечности Гренландии, северный — в Антарктиде.
Ось вращения Земли, как известно, не совпадает с ее магнитной осью, то есть с прямой, проходящей через магнитные полюсы земного шара. Угол между ними близок к 11,5°, но это не мешает путешественникам и мореплавателям с давних пор ориентироваться по компасу.
Кстати о компасе. В обычном состоянии, без внешних помех, его стрелка, слегка поколебавшись, устанавливается в направлении магнитного меридиана. Но попробуйте поднести магнит к компасу — тотчас же спокойствие стрелки нарушится, и ориентироваться по компасу в такой ситуации не удастся. Эти всем знакомые явления похожи на те невидимые магнитные бури, о которых и пойдет речь.
Слово «буря» у нас невольно связывается с представлениями о каких-то мощных ураганах, ливнях или смерчах. Магнитная буря — событие куда менее эффектное.
Оно выражается в том, что внезапно стрелка компаса начинает беспорядочно колебаться, и показания этого прибора становятся ненадежными. Так продолжается несколько часов, реже сутки, а затем стрелка компаса «успокаивается» до очередной магнитной бури.
На магнитные бури ученые обратили внимание еще в XVIII веке, но только в 1850 году французский астроном Ламонт заметил, что эти явления природы тесно связаны с солнечными пятнами. Кстати сказать, это было первое открытие связи земных явлений с солнечной активностью.
Ныне твердо установлено, что всякий раз, когда крупная группа солнечных пятен проходит через центральный солнечный меридиан,[5] спустя примерно сутки, на Земле разыгрываются магнитные бури. В частоте магнитных бурь есть и 27-дневная и 11-летняя периодичность. Во всем этом явно замешано Солнце. Но как оно действует на земную магнитосферу?
Мы уже говорили, что каждое крупное солнечное пятно, а тем более большая группа пятен — это центр, очаг солнечной активности. Именно из таких районов Солнца при солнечных вспышках и других подобных процессах «выстреливаются» в пространство корпускулярные потоки.
Каждый подобный поток в целом — электрически нейтральная смесь ядер атомов и электронов, то есть плазма.
 |
А плазма — отличный проводник электричества. Если корпускулы непрерывной струей выбрасываются в пространство, то струя с удалением от Солнца искривляется по законам механики в сторону, обратную направлению вращения Солнца. Картина эта напоминает отклонение водяных струй в декоративных фонтанах с вращающимся водометом.
В тысячу раз быстрее пули (со скоростью около 1000 км/сек) удаляются корпускулярные потоки от Солнца.
Некоторые из них, «нацеленные» на земной шар, то есть выброшенные из района пятен, близких к центральному солнечному меридиану, примерно на вторые сутки достигнут окрестностей Земли. Тут они прежде всего встретят самую внешнюю из земных оболочек — земную магнитосферу.
Вспомните, если проводник перемещать вблизи магнита, по проводнику потечет электрический ток. Так утверждает простой школьный опыт. То же самое случится и с корпускулярным потоком. В этом облаке плазмы при его движении в магнитном поле Земли также потечет электрический ток.
Но всякий ток в свою очередь порождает магнитное поле, и это демонстрируется на уроках физики в школе.
Значит, вокруг корпускулярного потока возникнет собственное магнитное поле, которое изменит магнитное поле Земли. Стрелка компаса начнет колебаться, как если бы к ней поднесли школьный магнит. А это и есть магнитная буря.
Как видите, связь солнечных пятен и магнитных бурь ничего таинственного в себе не заключает. Цепь причин и следствий здесь совершенно ясна, что, к сожалению, не всегда можно сказать о других, более сложных солнечно-земных связях.
Не будь Солнца, магнитное поле Земли имело бы симметричное строение. Из-за воздействия корпускулярных потоков и солнечного ветра оно всегда искажено, и тем сильнее, чем выше солнечная активность. Это сказывается и на форме радиационного пояса Земли — скоплений протонов и электронов, открытых в 1958 году в космических окрестностях Земли.
Для электрически заряженных частиц магнитное поле Земли — коварная ловушка. Некоторые из протонов и электронов, частично приходящих от Солнца, частично образующихся в верхних слоях атмосферы, попадают в эту ловушку. Под действием магнитных сил они начинают колебаться вдоль силовых линий земного магнитного поля.
Так продолжается до тех пор, пока, растратив энергию, частица не падает на Землю. Но на место «вышедших из игры» частиц приходят новые, и потому радиационный пояс Земли существует постоянно, находясь, как говорят физики, в динамическом равновесии.
 |
 |
Различают две зоны — внутреннюю и внешнюю. Как исполинские бублики, нависают они над экватором нашей планеты. Сердцевина внутренней, протонной зоны находится на высоте 3000 км. Средний радиус внешней, электронной зоны в семь раз больше.
Рисунок не вполне точен. Так выглядел бы радиационный пояс Земли, если бы не было Солнца. Солнечный ветер, этот непрерывный поток намагниченной плазмы, сжимает магнитосферу на дневной стороне Земли и, наоборот, вытягивает ее в области земной тени. Следуя за магнитосферой, точно так же искажается и радиационный пояс Земли. Эта асимметрия усиливается, когда очередной корпускулярный поток достигает окрестностей земного шара. В дни и годы повышенной активности Солнца и магнитосфера и, соответственно, радиационный пояс Земли искажаются особенно сильно. На ночной стороне Земля тогда возникает нечто вроде протонно-электронного хвоста, и Земля приобретает некоторое сходство с кометой.
Самые внешние оболочки Земли оказались очень чувствительными ко всем изменениям солнечной активности.
Но это свойственно и всей планете в целом.
Приходилось ли вам наблюдать полярное сияние?
Незабываемое зрелище! Кстати сказать, для этого необязательно превращаться в полярника. Полярные сияния нередко видны даже в Москве или в Париже. Бывали случаи, когда их наблюдали в Египте. Но, конечно, в околополярных районах полярные сияния возникают чаще. И, кроме того, они там ярче, красочнее, многообразнее.
Одни полярные сияния представляют собой разноцветные лучи, радиально расходящиеся от некоего центра.
Другие напоминают светящиеся величественные драпри — детали фантастической небесной декорации. Нередко на небе образуются дуги, ленты, полосы. Часто все это находится в быстром движении со сменой красок.
Попробуйте сами «поймать» полярное сияние. Это далеко не редкое явление даже для умеренных широт. В Нью-Йорке, например, с 1938 по 1946 год было зарегистрировано 1316 полярных сияний. В Москве они случаются примерно втрое реже, зато для ленинградцев описание полярных сияний покажется излишним.
Полярные сияния, казавшиеся в древности загадочными явлениями природы, ныне подробно изучены и установлена их тесная связь с Солнцем.
Полярные сияния — это свечение разреженного воздуха на высотах от 100 до 1000 км. Красный и зеленый цвета, наиболее характерные для полярных сияний, образуются атомами кислорода, особенно сильно испускающими именно эти лучи.
По своей физической природе полярные сияния вполне схожи со свечением разреженных газов в разрядных трубках реклам. И там, в верхних слоях атмосферы, и здесь, в этих созданиях человеческой техники, атомы газа бомбардируются корпускулами.[6] Энергия корпускул передается атомам газа, в результате чего электроны перескакивают с одного энергетического уровня на другой, и газ начинает светиться «холодным» светом.
 |
То, что полярные сияния вызваны Солнцем, доказывают и прямые наблюдения. Во время полярных сияний (а они иногда длятся часами) в спектре этих сияний видна линия водорода. Она заметно смещена к фиолетовому концу спектра — значит, протоны, ее порождающие, влетают в атмосферу со скоростью не меньше 1000 км/сек. Это корпускулы, выброшенные Солнцем, и воздух светится под действием «бомбардировки» его солнечными протонами.
Когда в 1958 году американцы взорвали ядерную бомбу на высоте 60 км, протоны и электроны, возникшие при взрыве, были захвачены магнитным полем Земли. Быстро двигаясь вдоль силовых линий, они сталкивались с атомами воздуха и заставляли их светиться. Так впервые случайно человек создал искусственное полярное сияние. Подобные явления наблюдались и при других высотных ядерных взрывах. К счастью, такие эксперименты больше не повторяются, но они, правда в миниатюре, произвели то, что постоянно создается Солнцем.
После всех этих пояснений читатель не удивится, узнав, что частота и интенсивность полярных сияний тем выше, чем активнее Солнце. Магнитные бури и полярные сияния неразлучны. Они возникают и исчезают почти одновременно. Не мудрено поэтому, что связь солнечной активности с полярными сияниями была открыта еще в 1863 году.
Это был второй случай явного влияния солнечных пятен на земные события.
Ультрафиолетовые лучи, испускаемые Солнцем, очень энергичны. Когда они проникают в земную атмосферу, атомы кислорода и азота, встречающиеся на их пути, нередко ионизируются, то есть распадаются на положительный ион данного газа и отрицательный электрон. В сущности, квант ультрафиолетового излучения, эта элементарная порция электромагнитной энергии, во многом напоминает частицу вещества, причем частицу очень энергичную, летящую со скоростью света. Если такая частица столкнется с нейтральным атомом кислорода или азота, она буквально вышибет из атома электрон. В результате подобных процессов в земной атмосфере постоянно существует ионосфера — слои ионизированных газов, обволакивающие земной шар на высотах примерно от 70 до 500 км.
Самая сильная ионизация для данного места Земли наступает в местный полдень, когда Солнце оказывается в наивысшем положении над горизонтом. Наоборот, ночью, когда атмосфера погружается в земную тень, идет интенсивный процесс рекомбинации — свободные электроны соединяются с ионами и тем самым количество нейтральных атомов непрерывно растет.
Можно подумать, что по ночам ионосфера, по крайней мере над данным местом Земли, полностью исчезает. Но это не так. Вероятность того, что электрон найдет себе подходящий для воссоединения ион, не очень велика — слишком разрежена атмосфера на больших высотах.
Поэтому и ночью ионосфера продолжает существовать, хотя по сравнению с днем количество ионов и электронов, ее составляющих, уменьшается.
Такова картина в целом. Если же говорить о деталях, то прежде всего заметим, что в ионосфере различают три главных слоя. Самый нижний из них обозначается буквой D. Его нижняя граница на высоте около 70 км соприкасается со сравнительно плотными слоями воздуха. Здесь по ночам рекомбинация идет так бурно, что к полуночи этот слой полностью исчезает. Однако на следующее утро первые лучи восходящего Солнца снова начинают ионизировать атмосферу, п примерно к полудню слой D оказывается полностью восстановленным.
В отличие от слоя D, слой F существует постоянно, хотя ночью число ионов и свободных электронов в нем уменьшается. Есть еще слой Е, образующийся на высоте примерно 100 км в результате интенсивно идущей здесь ионизации кислорода. И все-таки разделение ионосферы на слоя условно. Между этими слоями нет резких границ, и вся ионосфера представляет собой разреженную плазму, то есть в целом электрически нейтральную смесь ионов и электронов.
Для радиоволн ионосфера выполняет роль зеркала. Не будь ионосферы, радиосвязь была бы возможна лишь на близких расстояниях, в зоне прямой взаимной видимости антенн радиостанций. Сквозь Землю радиоволны распространяться не могут, и все радиостанции, скрытые от нас выпуклой земной поверхностью, были бы для приема недоступны.
На самом деле радиоволны, посланные во все стороны из передатчика, отражаются от ионосферы и благодаря этому могут попасть в весьма удаленные районы Земли.
Правда, ионосфера отражает не все радиоволны, а лишь те, длина волны которых больше 10–20 м. Более короткие волны она беспрепятственно пропускает в мировое пространство. Однако и для слишком длинных радиоволн ионосфера проявляет себя как плохое зеркало. Такие радиоволны сильно поглощаются в слое D, и отраженный радиолуч оказывается слишком слабым.
Можно уподобить ионосферу некоему ситу. Длинные радиоволны отражаются переплетом сита, короткие попросту проскальзывают в его отверстия.
Между прочим, эта аналогия не так груба, какой может поначалу показаться. В современных радиотелескопах используют два типа зеркал, которые концентрируют космические радиоволны на приемной антенне (облучателе).
Для коротких радиоволн пригодны лишь сплошные металлические отражатели. Наоборот, для сравнительно длинных радиоволн годятся металлические сетчатые зеркала, от которых длинные радиоволны отражаются не хуже, чем от сплошного отражателя.
Размеры ячеек в ионосферном «сите» не остаются постоянными. Чем сильнее ионизирует Солнце земную атмосферу, тем плотнее становится ионосферное «зеркало», тем меньше ячейки этого сита. Отсюда нетрудно сделать вывод, что слышимость радиопередач на большие расстояния должна зависеть от состояния солнечной активности.
Впервые связь между Солнцем и радиопомехами была заподозрена в 1927 году. Теперь общепризнано, что помехи в радиопередачах на большие дистанции (так называемые феддинги) вызваны нашим дневным светилом.
Представьте себе, что на Солнце возникла вспышка.
Через восемь с половиной минут рентгеновские кванты, выброшенные вспышкой, долетят до Земли. Резко (примерно в 5—10 раз) возрастет ионизация слоя D и уменьшится его высота. Этот слой начнет сильно поглощать сравнительно короткие радиоволны (с длиной волны примерно от 20 до 200 м) и отражать длинные, километровые, радиоволны. Значит, слышимость на коротких волнах ухудшится, а на длинных, наоборот, возрастет.
Все эти нарушения радиосвязи длятся, как правило, примерно 15–20 мин. Но когда Солнце весьма активно, феддинги могут повторяться по нескольку раз в день.
Иногда даже наступают «ионосферные бури», длящиеся несколько дней.
На заре радиотехники не знали истинной причины всех этих радиопомех и приписывали их повреждениям приемников. Теперь нет сомнений, что частота феддингов служит надежной мерой солнечной активности.
Мы часто ругаем синоптиков. И в самом деле обидно: поверишь сводке, обещающей отличную погоду, поедешь за город, а там тебя встретит проливной дождь. А ведь бывают ошибки и покрупнее — прогнозы на месяцы или сезоны оправдываются с точностью, как говорят, до «наоборот». И мы снова сетуем на несовершенство метеорологии и никак не можем понять, что случилось с погодой, почему она так коварно нарушила прогнозы синоптиков.
Было бы очень здорово, если бы синоптики предсказывали грядущие события столь же удачно, как, например, астрономы. За многие годы, а то и десятилетия, заранее рассчитано, где и когда произойдут полные солнечные затмения. Прогнозы даются с точностью до долей секунды.
И ни у кого не возникает сомнений, что эти астрономические предсказания сбудутся поистине с астрономическом точностью. А вот у синоптиков так не получается.
Причина — огромная сложность метеорологических явлений.
Когда астроном предсказывает затмение, он, в сущности, использует один закон природы — закон всемирного тяготения. Быть или не быть затмению в данном месте Земли зависит только от игры гравитационных сил. Другие силы (например, электромагнитные) астроном может не учитывать. Совсем иная ситуация складывается у синоптиков.
Представьте себе, что Земля не вращается. В этом случае циркуляция воздушных масс (а от нее, в частности, зависит погода) получилась бы очень простой. В горячих экваториальных зонах нагретый и потому уменьшившийся в плотности воздух поднимается вверх. Разность давлений у полюса и экватора заставит эти воздушные массы устремиться к полюсу. Здесь, охладившись, они опускаются, чтобы затем снова переместиться к экватору. И так продолжалось бы неопределенно долго, если бы наше фантастическое предположение о неподвижности Земли соответствовало действительности.
На самом деле осевое вращение земного шара и его обращение вокруг Солнца весьма усложняет только что нарисованную идеальную картину. Прежде всего, спускаясь от полюса к экватору, воздушные массы должны вместе с точками земной поверхности приобретать все большую и большую линейную скорость. Но инерция препятствует этому. Возникают так называемые силы Кориолиса, заставляющие реки, текущие в меридиональном направлении, размывать один из своих берегов. В итоге воздушные массы будут циркулировать от полюса к экватору и обратно по спиралям.
Но и эта упрощенная схема, увы, далека от действительности. Метеорологи подсчитали, что в те периоды, когда воздух у экватора нагревается особенно сильно, возникает волновая циркуляция воздушных масс.
Спиралеобразное движение сочетается с волновым, и потому направление ветров постоянно меняется. Неравномерный нагрев различных участков земной поверхности и другие причины усложняют и эту непростую картину. Словом, предсказывать погоду очень трудно.
Но все-таки интересно, есть ли какая-нибудь периодичность в, казалось бы, беспорядочной смене погоды? А если есть, то не замешано ли в этом Солнце?
На высоте 30–40 км в земной атмосфере находится слой озона — газа, каждая молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Озоновая прослойка спасает нас от губительного действия коротковолновых солнечных лучей: озон поглощает все лучи с длиной волны меньше 290 миллимикрон. Но, поглощая радиацию Солнца, озоновый слой нагревается. Когда Солнце активно, нагрев сильнее, в периоды его спокойствия нагрев меньше. Можно думать, что эти колебания температуры передаются нижним слоям воздуха, а значит, они должны влиять на погоду.
Радиозонды подтверждают эту догадку. Действительно, после сильных вспышек на Солнце температура озонового слоя поднималась с —60° до —18°. А это сразу изменяло направление воздушных течений над полярными районами.
В Северной Атлантике возникали жестокие штормы и сильнейшие снегопады.
Еще несколько десятилетий назад американский биолог А. Дуглас открыл замечательный факт. Он исследовал толщину годичных колец на спилах многих тысяч деревьев, взятых из разных мест земного шара. Были среди деревьев и молодые, с возрастом в несколько десятилетий. Были и секвойи, жившие уже тысячи лет назад. Но всюду и во всех случаях наблюдалось чередование широких и узких годовых колец. Очевидно, каждое широкое годовое кольцо свидетельствовало о благоприятной для роста дерева, теплой погоде с обильными дождями. Наоборот, когда метеорологические условия неблагоприятны, годовой прирост древесины ослаблен и годовое кольцо получается тонким.
Толстые и тонкие годовые кольца, оказывается, чередуются не как попало. Самые толстые и самые тонкие слои повторяются в среднем через 11 лет, а между ними наблюдаются постепенные переходы. В росте деревьев на протяжении сотен веков отражена ритмика Солнца. Циклические переходы от активности к относительному покою и обратно, переходы, совершающиеся в 150 миллионах километров от Земли, четко зафиксированы земными растениями!
Этот случай далеко не единственный. 11-летний солнечный цикл замечен в следующих явлениях погоды:
— частоте появления перистых облаков;
— частоте появления гало (или галосов) и венцов вокруг Луны и Солнца;
— частоте и интенсивности гроз;
— давлении воздуха у поверхности Земли;
— количестве осадков;
— частоте бурь, ураганов, смерчей;
— колебаниях уровня озер и многих других явлениях;
— которые мы не перечислили, боясь утомить читателя.
Стоит, пожалуй, лишь напомнить, что в 1948–1949 годах, когда солнечная активность проходила через очередной максимум, погода на Земле была крайне неспокойной.
Взбудораженная Солнцем атмосфера досаждала человечеству почти ежедневными неприятностями. Сильнейшие тайфуны опустошали побережья Японии, жестокие ураганы проносились над Американским континентом, разрушительные наводнения нанесли огромный ущерб хозяйству Китая, Индии и многих европейских стран.
Но ведь такая же картина наблюдалась в 1968–1971 годах, когда создавалась эта книга. Очередной максимум солнечной активности снова взбудоражил земную атмосферу.
Связь Солнца и погоды несомненна. Но как ее объяснить? Какой природный механизм обеспечивает связь солнечных пятен с ураганами, наводнениями и засухами?
Этой проблемой занимаются многие ученые как у нас, так и за рубежом. Особенно плодотворны работы советского геофизика Игоря Владимировича Максимова и возглавляемой им группы исследователей.
Проблема была поставлена так: влияет ли солнечная активность на распределение атмосферного давления в воздушной оболочке Земли, а значит, и на атмосферную циркуляцию? Если влияет, то, следовательно, погода зависит от солнечной активности. Все же остальное — лишь детали, вызванные главной причиной: изменениями атмосферной циркуляции.
Циклон — это область пониженного атмосферного давления. Наоборот, там, где антициклон, давление атмосферы повышено. Когда «падает барометр», жди нашествия циклона — дурной, неустойчивой погоды. Если же циклон сменяется антициклоном (а это рано пли поздно неизбежно), повышенное атмосферное давление сопровождается хорошей погодой.
На Земле есть районы, где атмосферное давление всегда понижено. Такова, например, Исландия и ее окрестности. А вот в районе Азорских островов почти всегда наблюдается антициклон.
Конечно, это постоянство относительно. И в Исландии иногда бывает хорошая погода, и на Азорских островах идет дождь. Всякие такие нарушения привычного состояния тотчас сказываются на атмосферной циркуляции. Если до этого она была зональной, то есть, скажем, в умеренных широтах Северного полушария поток воздуха шел в основном с запада на восток, то теперь циркуляция стала меридиональной. Холодные массы воздуха вторглись на юг, а теплые воздушные массы с юга направились к северу. Все это неизбежно влечет за собой резкую смену погоды.
Как уже говорилось, колебания атмосферного давления в каждом данном месте Земли зависят от активности Солнца. Чем больше на Солнце пятен, тем больше размах этих колебаний и их амплитуда.
Но вот любопытная деталь. Как обнаружили в 1963 году И. В. Максимов и Б. А. Слепцов, на различных широтах амплитуда колебаний атмосферного давления неодинакова.
По мере продвижения от экватора к полюсам эта амплитуда растет. На широтах 65–75° она становится наибольшей, а дальше к полюсу снова убывает.
Зоны между 65 и 75° широты давно известны геофизикам. Именно здесь чаще всего наблюдаются полярные сияния и магнитные бури. Значит, сюда, в эти районы Земли, земным магнитным полем направляются наиболее плотные потоки солнечных корпускул. Именно они и обеспечивают связь полярных сияний, магнитных бурь и атмосферного давления с солнечной активностью. Теперь понятен и другой факт, давно известный метеорологам. Зоны между 65 и 75° широты отмечены самой бурной на Земле атмосферной циркуляцией.
За последние два десятилетия удалось подметить еще один важный факт. Оказывается, с усилением солнечной активности давление в полярных районах растет, а в субтропических, наоборот, падает. Значит, перепад давления увеличивается и при этом, как неизбежное следствие, усиливается циркуляция.
Уточним: в периоды солнечной активности ослабляется зональная циркуляция и усиливается меридиональная. Но когда холодные массы с севера вторгаются на юг, наступает резкое похолодание. Наоборот, в других местах пришедшие с юга теплые воздушные массы вызовут в полярных районах нежданную оттепель.
Детали влияния солнечной активности на погоду еще во многом пока неясны. Но общая ситуация вырисовывается уже сегодня: в периоды повышенной активности Солнце сильно будоражит атмосферу. И это верно не только для какого-нибудь района земного шара, но и для всей Земли в целом.
Климатом называют совокупность всех видов погоды, наблюдаемых в данной местности. В отличие от погоды, климат относительно постоянен. Во всяком случае, за несколько лет климат в данном месте земного шара практически не меняется. Само слово «климат» в переводе с греческого означает «наклон». Термин удачен, потому что климат в первую очередь зависит от того, под каким углом падают на земную поверхность солнечные лучи.
Вспомните известную школьную карту климатических поясов. Два холодных, два умеренных и один жаркий пояс — так условно разделяется на климатические зоны земная поверхность. Нетрудно сообразить, что каждому климатическому поясу соответствует вполне определенное освещение солнечными лучами.
В экваториальной зоне солнце в полдень проходит недалеко от зенита (на земном экваторе—точно через зенит).
Солнечные лучи в это время падают на земную поверхность почти отвесно, а потому сильно нагревают ее. Наоборот, в околополярной зоне солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом и «косые» лучи солнца греют плохо.
В умеренных поясах, где в основном сосредоточены почти все крупнейшие центры земной цивилизации, климатические условия наиболее благоприятны. Здесь нет ни удушающей жары тропических стран, ни леденящего холода Заполярья.
Климат, следовательно, прежде всего зависит от географической широты данного места. Это — главное, но не единственное, что определяет климат. Близость моря смягчает колебания температуры. Вода, в отличие от суши, медленно нагревается, но зато и медленно отдает тепло.
Выполняя роль природного термостата, она смягчает климат.
Наоборот, на тех же широтах в пустынях, вдалеке от поберожья суточные колебания температуры могут быть очень большими.
Немаловажны для климата морские течения. Теплый Гольфстрим, идущий к берегам Европы из Мексиканского залива, сильно смягчает климат приморских европейских стран. А вот холодное Лабрадорское течение вполне сравнимо с «холодильником», заметно охлаждающим побережья, которые оно омывает.
Климат зависит также от изрезанности морского берега, от обилия или, наоборот, отсутствия растительности, от характера рельефа и от множества других свойств данной местности. Но все эти свойства (начиная с широты), в общем, почти постоянны, тогда как климат явно изменчив.
И не в некоторых местностях Земли, а повсюду на земном шаре. Эти колебания климата уже давно обратили на себя внимание ученых.
Зима 1739 года была крайне суровой не только в России, но и по всей Европе. В Петербурге сильные морозы продолжались всю зиму и бывали дни, когда термометр опускался до минус 45°.
По капризу императрицы Анны Иоанновны на Неве между Адмиралтейством и Зимним дворцом был сооружен знаменитый Ледяной дом. Строили его из плит чистого льда, положенных одна на другую и политых для связи водой. Около дома стояли ледяные пушки, из которых стреляли ледяными ядрами. В ледяном слоне был спрятан человек, издававший в подходящем случае «слоновый глас».
Два ледяных дельфина извергали «горящую» нефть, а в ледяной пирамиде были сделаны ледяные часы, стрелки которых поворачивал спрятанный внутри часов «механик».
Ледяной дом имел значительные размеры — около 10 м в высоту и более 25 м в длину. Его фронтон украсили ледяные статуи, а внутри дома также все было из льда — и мебель, и одежда, и даже «горящие» в камине ледяные дрова.
В феврале 1740 года в Ледяном доме была отпразднована шутовская свадьба одного из придворных с фрейлиной императрицы. Сам же Ледяной дом простоял до конца марта — небывалый случай, свидетельствующий о крайнем суровости прошедшей зимы и отсутствии оттепелей.
По поводу этих событий петербургский академик Г. Крафт издал книгу под следующим названием: «Подлинное и обстоятельное описание построенного в С.-Петербурге в 1740 г. Ледяного дома и о бывшей во всей Европе жестокой стуже, сочиненное для охотников до натуральной науки». Мы вспомнили о Ледяном доме и этой книге не случайно. Изучая старинные хроники и другие исторические источники, Крафт пришел к выводу, что особенно суровые зимы повторяются каждые 33–35 лет.
Полтора века спустя известный русский климатолог Эдуард Александрович Брикнер опубликовал обширное исследование под названием «Колебания климата после 1700 года». Как и Крафт, основываясь на исторических документах, Брикнер убедительно доказал, что за серией сухих и жарких лет следуют годы холодные и влажные. Так, например, с 1691 по 1715 год был «влажный» период, а с 1718 по 1735 — «сухой». В среднем получается, что циклическая смена «влажных» и «сухих» периодов повторяется через каждые 33–35 лет.
«Брикнеров цикл» вызвал оживленные споры. Одни ученые считали его нереальным и, во всяком случае, никак не связанным с солнечной активностью. Другие, наоборот, указывали на иные явления природы, в которых явно проявляется Брикнеров цикл.
Выяснилось, например, что 35-летний цикл наблюдается не только на срезах деревьев, в чередовании толстых и тонких годовых слоев. Он хорошо заметен и в таких явлениях, как колебания уровня озер, частота разливов Нила, частота и интенсивность полярных сияний. Последнее заставляет думать, что Брикнеров цикл как-то связан с солнечной активностью.
Примечательно, что Брикнеров цикл прослеживается даже в геологических отложениях, в циклическом чередовании слоев осадочных пород — глины и известняка. То, что эти слои образовались 500–600 миллионов лет назад, говорит о редком постоянстве и устойчивости Брикнерова цикла — свойствах, обычно связанных с космическими объектами. Выходит, что по меньшей мере сотни миллионов лет действует удивительный и пока мало нам понятный механизм солнечной активности.
Не подумайте, что Брикнеров цикл — самый продолжительный из всех солнечных циклов. Еще в конце прошлого века русский астроном А. П. Ганский заподозрил существование векового солнечного цикла. Действительно, максимумы (как и минимумы) солнечной активности не всегда одинаковы. Если за несколько веков изобразить на графике колебания активности Солнца, получается любопытная картина. Маленькие изгибы кривой — это уже хорошо знакомые нам 11-летние циклы. Общий же волнообразный ход всей кривой отражает вековой цикл. «Рябь на волнах» — так, пожалуй, можно образно охарактеризовать сочетание этих двух солнечных циклов.
Вековой цикл имеет среднюю продолжительность не 100, а 80 лет. Он достаточно ясно выражен в частоте солнечных протуберанцев, колебаниях их средних высот и других явлениях на Солнце. Особенно же важно, что вековой цикл хорошо заметен и в колебаниях земного климата.
Примерно с начала текущего века началось продолжающееся доныне потепление Арктики. Если в начале века льды вплотную подступали к побережью северных морей, то с 1930 года можно обогнуть Новую Землю с севера не на ледоколе, а на любом судне. Стал теплее Ледовитый океан, сократилась в СССР и в Америке площадь вечной мерзлоты, отступил ледяной покров Гренландии, обнажив городища и могильники древних викингов.
Стало теплее и в Антарктике. Так, например, за последние полвека на американской станции Литтл-Америка средняя годовая температура повысилась на два с половиной градуса. Реки Темза и Тибр, прежде нередко замерзавшие зимой, теперь уже многие годы постоянно остаются судоходными. Словом, повсюду на земном шаре стало теплее. Чем это вызвано?
Советский геофизик Л. А. Вительс недавно завершил подробное изучение атмосферной циркуляции в Северной Атлантике за длительный срок (с начала века до 1964 года). Оказалось, что вековое повышение уровня солнечной активности к 50-м годам текущего столетия заметно отразилось на циркуляции воздушных масс. В районах с пониженным давлением стали чаще наблюдаться антициклоны, и, наоборот, в районах повышенного давления антициклонов стало меньше. Иначе говоря, усилилась циркуляция воздушных масс, их перемешивание, и земная атмосфера повсюду (а не только в Арктике) вполне ощутимо взбудоражилась Солнцем. Ослабела зональная циркуляция, усилился меридиональный перенос воздушных масс — словом, возникли все те же процессы, что и при 11-летнем максимуме солнечной активности, но только ход этих изменений оказался в 7–8 раз более замедленным.
Когда в наполненную прохладной водой ванну пускают из крана горячую струю, вода в ванне не сразу становится теплой. Ее нужно размешать, то есть устроить конвекцию, усиленное перемешивание горячей и холодной воды. Так и в атмосфере Земли — усиленное при меридиональном переносе перемешивание арктического и тропического воздуха повышает среднюю температуру планеты. И опять в этом вековом потеплении повинно Солнце, его циклическая активность.
Вслед за потеплением непременно наступит очередное похолодание, и так климат будет колебаться неопределенно долго. Но здесь, как и вообще в солнечных ритмах, нет строгой периодичности. Вековой цикл иногда, по-видимому, может длиться и более века. Да и сами колебания по своему размаху сильно отличаются одно от другого. Но все-таки цикличность в колебаниях климата сохраняется. Летописи и другие исторические хроники сообщают, что в прошлом не раз отмечались на Земле периоды, когда климат становился необычно суровым, а порой и непривычно мягким.
Бывали, например, зимы, когда замерзало Черное море, Босфор и Дарданеллы. В 829 году покрылся льдом даже Нил. Свирепая зима отмечена и в 1011 году — в ту пору даже в Багдаде сугробы снега были в рост человека.
В XII и XIV веках несколько раз замерзало Балтийское море, и из Швеции в Данию ездили на лошадях. А вот в 1548 году поход царя Ивана Грозного на Казань окончился неудачей. Зима оказалась необычно теплой, и даже в феврале у Нижнего Новгорода пушки провалились под очень тонкий лед, причем погибло много людей.
Колебания климата несомненны, и это — важнейшая черта его «биографии». Но в этих колебаниях отражаются не только Брикнеров и вековой циклы. В ритмике Солнца замечены циклы гораздо большей продолжительности. Их удается заметить, правда, не на Солнце, а в отложениях различных пород земной коры. В этом случае, как это ни странно, на помощь гелиофизике приходит геология.
Если соединить прямыми точки максимумов двух вековых циклов (XVIII и XIX веков) и точки их минимумов (XVIII, XIX и XX веков), получится, что эти прямые почти параллельны и заметно идут вверх. На это обратил внимание советский геофизик А. И. Оль. По его мнению, тут намечается какой-то малый по амплитуде, но очень длительный, многовековой цикл.
На берегах живописного Цюрихского озера есть древние террасы — высокие обрывы, в толще пород которых хорошо различимы слои разных эпох. И в этой слоистости осадочных пород очень четко зафиксирован 1800-летний ритм.
Тот же ритм виден в чередовании илистых отложений, движении ледников, колебаниях увлажненности и, наконец, в циклических изменениях климата. Конечно, и здесь, как и в других случаях, речь идет не о строгом периоде колебаний, как, скажем, у маятника часов, а лишь о средней продолжительности цикла. Открытие 1800-летнего цикла — заслуга многих ученых, среди которых особо следует отметить известного советского географа А. В. Шнитникова.
В книге другого советского ученого Г. К. Тушинского «Космос и ритмы природы Земли» (изд. «Просвещение», 1966) есть любопытнейший график, в котором стоит подробно разобраться. Он обобщает все современные сведения о 1800-летнем цикле. Получается стройная картина, убедительно объясняющая старые загадки.
Итак, взгляните на график. На горизонтальной оси его отложены годы. Цифрой нуль отмечено начало новой эры.
Каждое из делений соответствует 250 годам. На вертикальной оси графика — сведения об увлажненности. В одних случаях они могут быть выражены количественно (например, колебания уровня Каспийского моря), в других — увы, пока более многочисленных — только качественно.
Сам график напоминает синусоиду. Разумеется, это чисто условное изображение климатических колебаний. Просто горбы кривой соответствуют эпохам повышенной увлажненности, а впадины — засухам. Пусть грубо приближенно, в самых общих чертах, но этот график отражает вполне реальные события в жизни Земли.
Самый левый горб кривой хронологически соответствует эпохе знаменитого «всемирного потопа». Разумеется, никакого потопа, охватившего сразу весь земной шар, никогда не было. Но были и много раз повторялись эпохи повышенной увлажненности. В одну из таких эпох реки Тигр и Евфрат, впадающие в Персидский залив, вышли из берегов. Это было одно из сильнейших наводнений в истории Земли, оставившее следы в поверхностных слоях земного шара.
 |
С 1922 по 1934 год в междуречье Евфрата и Тигра производила раскопки английская экспедиция во главе с известным археологом Леонардом Вулли. Под толстым, 19-метровым слоем отложений последних тысячелетий ученые обнаружили 2,5-метровый слой без всяких следов деятельности человека. Ниже снова были слои с остатками кирпичей, золы и осколков глиняной посуды — продуктов деятельности людей каменного века. Видимо, от них, переживших когда-то очень сильный разлив Евфрата и Тигра, перешла легенда о «всемирном потопе» сначала к шумерам, населявшим Междуречье в «послепотопные» времена, а затем и к наследникам шумерской культуры — народам Ассирии и Вавилона. Всюду в Месопотамии, где производила раскопки экспедиция Вулли, ученые находили следы местных наводнений, случавшихся периодически и в разные эпохи. То из них, которое было принято за «всемирный потоп», отличалось от других лишь масштабами и продолжительностью.
Но если «всемирный потоп» не был всемирным, то все же им отмечена одна из эпох сильного увлажнения, охватившая, судя по всему, весь земной шар. Именно в это время, по исследованиям известного советского археолога С. П. Толстова, в Средней Азии, в бассейне реки Амударьи, сохранились следы необычной увлажненности. Многие холмы с постройками на них были затоплены, а значительная часть дельты Амударьи превратилась в водоем.
В те времена люди каменного века селились на реках и озерах. Они строили свои жилища на сваях с настилом — получался нехитрый домик, отгороженный водой от внезапного нападения врагов и зверей. Не случайно, что именно в рассматриваемую нами эпоху, то есть на рубеже V и IV тысячелетий до н. э., археологи нашли на альпийских озерах следы катастрофического затопления свайных построек. Но самое замечательное — это облик Сахары в те времена.
Еще с детства слово «Сахара» вызывало у нас представление о знойной, каменисто-песчаной, безводной пустыне.
Такова Сахара и на самом деле — добавим, в нашу эпоху.
Но были времена, когда великая африканская пустыня была совсем иной.
В Центральной Сахаре есть обширный горный массив Тассили-Аджер (Тассилин-Аджер). Он образует систему уступов, исполинскую каменную лестницу, в которой отдельные плоскогорья имеют высоту до 2000 м над уровнем моря. Длина плато около 800 км, ширина примерно 50 км.
Теперь постоянного населения тут нет, но когда-то в периоды увлажнения в скальных нишах и пещерах здесь обитали люди.
Еще в 1933 году в этой местности впервые случайные путешественники обнаружили на отвесных скалах вырубленные из камня огромные изображения слонов, носорогов, гиппопотамов и длинношеих жирафов, занятых ощипыванием листвы кустарников. Позже массив Тассили подробно обследовал французский археолог Анри Лот.[7] Он отыскал множество новых удивительных наскальных фресок, свидетельствующих не только об очень высоком художественном мастерстве древнего человека, но и о том, что первобытные художники изобразили совсем непривычную для нас Сахару — цветущую страну, с богатым растительным и животным миром. Растительность на фресках Тассили позволяет утверждать, что в Сахаре когда-то, на рубеже V и IV тысячелетий до н. э., текли полноводные реки, а почва была напоена обильными дождями. Экспедиция Анри Лота нашла серпы и зернотерки — явные признаки того, что древние обитатели Тассили занимались земледелием, а также охотой и рыболовством.
 |
«Нам рисовались цветущие долины, леса, болота и звери, жившие когда-то в этом раю, — пишет Анри Лот. — Мы заселили в нашем воображении эти места разнообразными животными. Мы старались представить себе людей, живших в скальных пещерах: мужчин, занимавшихся подготовкой оружия к охоте и мастерящих себе одежду из шкур; женщин, готовящих пищу или отправляющихся к соседнему водоему купаться или мыть свои миски».
Цветущая Сахара! И эта необычная картина дополняется — заметьте это — «всемирным потопом» в Междуречье, наводнениями в Средней Азии и Европе. Очередная эпоха всеобщего, глобального (то есть присущего всему земному шару) увлажнения — вот причина этих различных, но одновременных и связанных одно с другим событий.
Примерно к 3000 году до н. э. (горб 2 на кривой) период влажности сменился периодом усыхания. Понизились уровни альпийских озер, сократилось оледенение Северной Атлантики, высохли торфяники в европейской части СССР, западном Казахстане и Западной Сибири. По мере высыхания Сахары люди перемещались к животворной воде: на восток — к Нилу или на юг — к озеру Чад!
Максимум новой эпохи увлажнения пришелся почти на 200 год до н. э. (горб 3). Снова погибли многие из свайных построек. Лес повсюду стал наступать на степь. Широко разлилось Ладожское озеро, А в Сахаре снова закипела жизнь, возникли пастбища. Кстати сказать, именно к этому, второму дождливому периоду относится большинство наскальных фресок, найденных экспедицией Анри Лота.
Очередная засушливая эпоха пришла примерно девять столетии спустя (впадина 4). Она оставила после себя заметные следы. Отступили ледники в Альпах, человек бронзового века заселил высокогорные долины и поймы рек.
Леса продвинулись к северу, а лесостепь простиралась до широты теперешних Ленинграда и Вологды.
И снова археологи находят следы эпохи влажности—на этот раз примерно в середине первого тысячелетия до н. э. (горб 3). Катастрофические наводнения неузнаваемо изменили очертания Северного и Балтийского морей. Северная Африка превратилась в житницу Европы.
Художественная галерея хребта Тассили украсилась новыми фресками. А Сахара опять стала доступной для обитания страной.
В этот период в Европе свирепствовали суровые зимы и обильные снегопады. В 219 году до н. э. знаменитый карфагенский полководец Ганнибал вместе со своими солдатами с огромным трудом преодолел снежные завалы в Альпах. В 177 году до н. э. в Северной Греции вымерзли все деревья, а сильнейшие ветры сносили дома. Не раз в ту эпоху отмечены случаи, когда замерзал Дунай.
Впадина 4 на изучаемом нами графике приходится примерно на VI–X века н. э. В истории Земли она отмечена самым низким уровнем Каспийского моря, заселением горных долин на Кавказе и в Альпах, очередным потеплением Арктики и, что самое примечательное, успешными экспедициями викингов.
В 860 году викинги открыли Исландию, а десять лет спустя началась ее колонизация. В это время в Исландии климат был куда мягче, чем теперь. Заросли березы простирались от гор до моря, а ледники встречались лишь высоко в горах.
Столь же приемлемой для обитания в ту пору была и Гренландия—«Зеленая страна» (таков буквальный перевод названия величайшего из островов земного шара).
В 895 году 25 кораблей под командованием викинга Эрика Рыжего посетили западные берега Гренландии. Здесь были плодородные земли, отличные пастбища, и викинги основали два поселенческих округа, где вскоре общее число жителей достигло пяти тысяч человек.
В 999 году сын Эрика Рыжего отплыл из Норвегии в Гренландию. Сильнейшая буря отнесла его к неизвестным лесистым берегам, где росли дикие пшеница и виноград.
Викинги назвали неизвестную землю Винланд, то есть страной винограда. Они, конечно, и не подозревали, что Винланд — маленький кусочек исполинского Американского материка. Через четыре года в Америку из Норвегии прибыли 160 переселенцев. Викинги прошли от Лабрадора до Ньюфаундленда, проникнув сравнительно далеко в глубь Американского континента.
Так задолго до Колумба викинги открыли Америку.
Позже, когда европейцы снова проникли в Северную Америку, они обнаружили среди местных жителей белых индейцев — видимо, потомков викингов, смешавшихся с местным населением.
Примерно с XIII века в Гренландии началось похолодание. Надвинулись с севера льды, население перестало заниматься скотоводством и земледелием. Оледенение Арктики затруднило регулярные связи гренландских колонистов со Скандинавией. Последнее норвежское судно отправилось в Гренландию в 1377 году, а из Гренландии в Норвегию последний ответный визит был нанесен в 1410 году. Когда, спустя 132 года, в Гренландию из Европы была отправлена экспедиция, она не нашла в этой «Зеленой стране» ни одного жителя.
Ледяной панцирь сковал всю Гренландию, в Исландии обстановка стала вполне арктической, и как раз в этот период неоднократно замерзали Балтийское и даже Адриатическое моря. Максимум этой последней эпохи всеобщего увлажнения приходится примерно на XIII–XVI века н. э. (горб 4). На рубеже средневековья и эпохи Возрождения наблюдается многолетнее буйство стихий. Сильнейшие штормы потрясают побережья Европы.
Уровень воды в Каспийском море стал таким высоким, что часть города Баку была затоплена. В Альпах и на Кавказе ледники достигли такой мощности, что геофизики стали называть эту эпоху «малым ледниковым периодом».
Исторические хроники пестрят сообщениями о сильнейших морозах в Европе. Побережье Северного моря не раз опустошалось наводнениями. А жители азиатского города Янгикент были напуганы массовым нашествием змей.
Примерно с начала XVII века началось очередное, очень медленное смягчение климата. Постепенно снова теплеет Арктика, и эти изменения вызваны не только вековым циклом, о чем говорилось в предыдущей главе, но и общим гораздо более продолжительным, многовековым изменением. Здесь снова уместно вспомнить «рябь на волнах», но на этот раз «волной» будет 1800-летний цикл, а «рябью» цикл вековой.
В Альпах из-под отступивших ледников показались мощеные римские дороги, следы разрушенных древних зданий. То же наблюдается и на Кавказе, где на Клухорском перевале отступивший ледник обнаружил остатки древней дороги. Снова мелеет Каспий, усыхают озера Сибири, а на Земле Франца-Иосифа ледники исчезают так быстро, что примерно через три века этот остров совсем освободится ото льда. Что же касается Сахары, то она ждет очередного увлажнения примерно к XXXIII веку н. э.
Вы, наверное, догадались, что во всех этих многовековых, отраженных в истории Земли циклах мы обвиним Солнце. И действительно, трудно найти другую причину, которая бы действовала так повсеместно на протяжении сотен миллионов лет (вспомните 1800-летние ритмы в отложениях на Цюрихском озере). С другой стороны, хорошо известно, что и 11-летние, и 33-летние, и, наконец, вековые колебания солнечной активности совершенно отчетливо отражаются в циркуляции атмосферы, а отсюда и во всех метеорологических и климатических изменениях. Так не естественно ли и 1800-летний цикл приписать Солнцу?
Пока неясно, в каких явлениях на Солнце выражается столь длительная ритмика — это предстоит еще исследовать. Но в положительном результате можно не сомневаться.
Известный турецкий флотоводец и картограф адмирал Пири Рейс в 1513 году составил карты, вызвавшие в последнее время горячие споры. На картах Пири Рейса подробно и сравнительно точно изображено западное побережье Европы. С меньшими подробностями, но в целом вполне удовлетворительно показан восточный берег Американского материка. Но что совершенно поразительно — на картах Пири Рейса изображена часть Антарктиды, открытая Ф. Ф. Беллинсгаузеном и М. П. Лазаревым только в 1820 году.[8]
Позже, в 1531 году, французский географ Оронций Финей опубликовал карту, на которой изображена не скованная льдом Антарктида, а страна, испещренная горами и долинами, реками и озерами. Если сравнить современные данные о подледном рельефе Антарктиды и ее завуалированной льдом береговой линии, получается, что Оронций Финей откуда-то узнал то, что с таким неимоверным трудом добыто современными героическими покорителями Антарктиды.
 |
Случайное совпадение? Вряд ли — слишком сходны карты турецкого адмирала с действительностью. В XVI веке, когда жили Рейс и Финей, Антарктида заведомо была такой же, как сегодня. Ведь если бы в ту пору антарктический лед в растаявшем виде наполнял Мировой океан, очертания суши были бы совсем иными. Остается как будто единственное предположение: до Рейса и Финея дошли каким-то образом сведения о тех незапамятных временах, когда Антарктида была свободна ото льда и, возможно, населена жителями, обладавшими высокой культурой. Иначе говоря, загадочные карты XVI века — быть может, весточки из очень отдаленного прошлого нашей планеты, когда на ней была какая-то почти бесследно и по неизвестным причинам исчезнувшая цивилизация.
Столь смелый вывод, конечно, слишком ответствен, чтобы его считать бесспорным. Споры вокруг загадочных карт турецкого адмирала продолжаются. Но, независимо от их исхода, современные геологи уверены, что когда-то Антарктида действительно была свободна ото льда и что периодическое замерзание и оттаивание самого южного из материков на протяжении истории Земли повторялись многократно.
Сегодня Антарктида — суровейший земной материк.
98 % всего льда, имеющегося на Земле, заключено в ледовом панцире Антарктиды. В центральных районах ледовою континента в период полярной ночи зарегистрированы самые низкие температуры на Земле — минус 88,3°.
На советской станции «Восток», расположенной вблизи Южного полюса холода, за десять лет работы ни разу не было теплее минус 21°, а в течение долгой (полугодовой) полярной ночи морозы там держатся на уровне минус 70°.
В результате перепад температур в помещении и на «улице» для станции «Восток» достигает 110–115°.
Антарктида не только самый холодный, но и самый ветрепый материк: на побережье скорость ветра достигает 60 м/сек, а отдельных его порывов — 250 м/сек. Слово «ураган» в этом случае кажется слишком слабым.
Антарктический мороз при ураганном ветре равноценен температуре минус 180° при штилевой погоде! Незащищенный одеждой человек погиб бы при этом в считанные минуты.
Короче говоря, современная Антарктида — это «земной космос». Более общей и точной характеристики ледового материка, пожалуй, и не придумаешь.
Для того чтобы растаял ледовый панцирь Антарктиды толщиной в среднем 3 км, нужно, чтобы средняя температура земного шара повысилась всего на 2,5°.
Любопытно, что за последние сто лет вследствие общего потепления Арктики средняя температура поднялась там примерно на 1°. Как уже говорилось, потеплело и в Антарктиде, но повышение средней температуры всей Земли на 2,5° требует более длительных и коренных радикальных изменений климата.
Если это произойдет (что весьма вероятно), растаявшие льды Антарктиды на 70 м повысят уровень Мирового океана. Не трудно сообразить, что при этом исчезнут многие острова и страны, а очертания континентов изменятся до неузнаваемости. Успокойтесь, читатель, если это случится, то, во всяком случае, не раньше чем через многие тысячи лет — коренные климатические изменения очень медленны.
Заметим, впрочем, что человек может при неразумном использовании техники ускорить многие опасные процессы в земной природе. Ежегодно в атмосферу от различных промышленных предприятий поступает 6 миллиардов тонн углекислого газа. Этот газ играет роль одеяла — он препятствует теплоиспусканию Земли в мировое пространство. Если рост промышленности и впредь будет продолжаться в тех же темпах, как и теперь, то к 2080 году средняя температура Земли повысится на 2,2°. Если же темпы возрастут, есть опасность растопить льды Антарктиды уже в будущем столетии.
Можно подсчитать, что если средняя температура Земли понизится на 4–5°, наступит новая ледниковая эпоха. Ледовые панцири покроют почти всю Северную Америку, Европу, Сибирь и Китай. Иначе говоря, колебания средней температуры всего в несколько градусов могут бросить Землю в объятия ледников или, наоборот, почти всю ее поверхность покрыть океаном.
Теперь уже всеми признано, что в истории Земли много раз были ледниковые эпохи и периоды, которые коренным образом изменяли лик планеты. Между ними наступали эпохи потепления, когда Антарктида освобождалась ото льда, а наша Земля имела все основания называться планетой «Океан». На эти крайне медленные, но грандиозные по последствиям климатические изменения накладывались меньшие по амплитуде, зато более частые и быстрые колебания климата, когда ледниковые периоды сменялись периодами теплыми и влажными.
Не подумайте, что автор повторяется и снова рассказывает о том, о чем шла уже речь в предыдущей главе.
Нет, сейчас мы рассматриваем колебания климата за огромные, поистине астрономические промежутки времени.
Среди геологов нет пока единого мнения о средних промежутках времени между соседними ледниковыми эпохами или ледниковыми периодами. К тому же и здесь в природе действуют циклы, а не точные периоды. Можно, однако, основываясь на исследованиях ледниковых отложений, определить приближенно некоторые средние интервалы. Так, по исследованиям советского геолога Г. Ф. Лунгерсгаузена, ледниковые эпохи повторялись и истории Земли через каждые 180–200 миллионов лет.
Интервалы же между ледниковыми периодами значительно меньше и в среднем близки к нескольким десяткам тысяч лет.
Наше поколение живет в межледниковую эпоху.
Последний ледниковый период закончился примерно 40 тысяч лет назад. Если эта схема хотя бы в общих чертах верна, Антарктида была свободна ото льда, вероятно, сотни тысяч, а то и миллионы лет назад. Так что карты Оронция Финея могли быть составлены по данным, полученным в очень далеком прошлом.
Пусть читатель не сетует на большую неопределенность в сроках да и в характеристике событий.
Трудности, стоящие перед геологами, огромны. Восстановить в подробностях и хронологически точно историю Земли, длящуюся миллиарды лет, — задача исключительной сложности. И все же несомненно, что наряду с климатическими колебаниями, длящимися десятилетия, существуют крайне медленные, но зато коренные климатические изменения, длительность которых измеряется миллионами лет.
Образно говоря, в истории Земли много раз бывали «космические зимы», продолжавшиеся десятки миллионов лет.
Они неизбежно сменялись также «космическими» по продолжительности веснами и летами. Эти колебания захватывали всю Землю в целом, и вряд ли можно сомневаться, что причину смены ледниковых эпох надо искать в космосе. К тому же следы оледенения находят даже в архейских, самых древних слоях земной коры. Какая земная причина могла действовать так длительно и постоянно?
О причине смены ледниковых эпох высказано немало гипотез. Некоторые ученые считают, что периодически ослабевало общее солнечное излучение. Но это не вяжется с многолетними измерениями так называемой «солнечной постоянной» — величины, характеризующей общее (во всех лучах) лучеиспускание Солнца. Она действительно постоянна, и не видно физических причин, которые бы заставили ее периодически колебаться.
В межзвездном пространстве астрономы наблюдают большое число так называемых темных туманностей — исполинских облаков из мелких космических пылинок и газа. Может быть, при полете вокруг ядра нашей звездной системы Галактики Солнце с планетами периодически погружалось в такие туманности, а это отражалось на тепловом режиме Земли? Но, во-первых, на галактическом пути Солнца не видно туманностей, способных сыграть роль темного фильтра. А во-вторых (и это главное), темные пылевые туманности так разрежены, что, погрузившись в них, Солнце казалось бы по-прежнему ослепительно ярким.
Период между ледниковыми эпохами (180–200 миллионов лет) близок к периоду обращения Солнца вокруг ядра Галактики. Может быть, всякий раз, сближаясь с галактическим ядром, Земля испытывает повышенное воздействие его гравитационного поля, или, проще говоря, его притяжение? Однако галактическая орбита Солнца, грубо говоря, мало отличается от окружности. Кроме того, гравитационное поле галактического ядра сообщает всем частям Земли одинаковое ускорение, а значит, не может вызвать какие-либо пертурбации в твердом теле Земли или ее атмосфере. Подобно этому будущие космонавты, пролетая вблизи Юпитера, никак не будут ощущать его мощнейшее тяготение. Другое дело, если бы они опустились на его поверхность.
Был выдвинут и еще ряд гипотез, но менее правдоподобных, чем только что упомянутые. Судя по всему, нет нужды искать каких-то особых причин для климатических колебаний огромных периодов. По вполне логичному и обоснованному мнению известного советского астронома М. С. Эйгенсона, все колебания климата (и мелкие и крупные, и быстрые и крайне медлительные) вызваны одной причиной — различными циклами солнечной активности.
Мы пока не знаем, в каких явлениях на Солнце выражается 1800-летний цикл, а тем более циклы продолжительностью в десятки тысяч или миллионы лет. Но в земной коре, в ее отложениях, а также в других земных явлениях почти одинаково четко зафиксированы и короткие и длинные циклы. О коротких циклах достоверно известно, что они вызваны Солнцем. Не логично ли считать Солнце виновником и всех остальных, даже сверхпродолжительных циклов?
Но тогда ледниковые эпохи и ледниковые периоды наступали в те времена, когда Солнце (в соответствующем цикле) переживало очередную пассивность. С переходом к активности (опять же крайне медленным) Солнце будоражило земную атмосферу. Усиливался меридиональный перенос, энергичнее перемешивалась земная атмосфера, наступала очередная эпоха влажности и потепления.
В общем, как видите, одно и то же повторяется много раз — от 11-летнего, всем заметного, цикла до космического цикла продолжительностью 200 миллионов лет, следы которого можно найти лишь в геологических отложениях. Сроки разные, а физический механизм один — периодическая смена циркуляции атмосферы со всеми ее последствиями. Все это напоминает фильм, который «прокручивается» много раз, но в разном темпе — от сверхбыстрого до крайне медленного.
Вероятно, гипотеза М. С. Эйгенсона соответствует действительности. Но тогда получается не «рябь на волне», а какая-то многоступенчатая система волн, каждая из которых по отношению к предыдущей (или последующей — это зависит, от чего считать) является «рябью». Как же это Солнце ухитряется одновременно колебаться с разными амплитудами и периодами? Возможно ли такое?
Знаете ли вы, как колеблется струна? Любая, самая обыкновенная, например у гитары?
Оттяните середину струны и отпустите ее. Колебания струны, усиленные резонатором (декой инструмента), породят звук. Но «состав» этого звука не простой.
Оказывается, колеблется не только вся струна, но и одновременно колеблются в отдельности ее части.
Струна в целом дает основной тон. Половинки струны, колеблясь быстрее, издают более высокий звук — так называемый первый обертон. Но и половинки половинок, или, иначе говоря, каждая из четвертей струны, также самостоятельно колеблясь, издают еще более высокий звук — второй обертон. Теоретически эти рассуждения можно продолжить до бесконечности. Важно уяснить, что полный звук струны складывается не только из основного тона, по и из всех обертонов — первого, второго, третьего и т. д. Однако чем больше номер обертона, тем меньше амплитуда колебаний соответствующей доли струны, а значит, тем слабее звук.
Этот небольшой экскурс в теорию струнных музыкальных инструментов мы затеяли неспроста. Дело в том, что, по гипотезе М. С. Эйгенсона, наше Солнце в некотором смысле подобно струне. Поясним, что имеется в виду, Когда-то, миллиарды лет назад, в недрах Солнца начал действовать тот самый протон-протонный цикл ядерных реакций, который поддерживает лучеиспускание Солнца и в наши дни. Переход к этому циклу, несомненно, сопровождался какой-то внутренней перестройкой. От прежнего состояния равновесия Солнце скачкообразно перешло к новому состоянию. И это, судя по всему, не осталось бесследным. Солнце «зазвучало» как струна, выведенная из состояния покоя. Конечно, слово «зазвучало» следует понимать в том смысле, что в исполинской массе Солнца возникли какие-то колебательные, ритмические процессы. Начались, по предположению М. С. Энгенсона, циклические переходы от активности к пассивности и обратно. Сохранившиеся и до наших дней эти давным-давно возникшие колебания выражаются в циклах солнечной активности.
 |
Несомненно, что солнечных циклов больше, чем мы знаем. Но замечательно, что все они, по-видимому, могут быть сведены в единую систему. В самом деле, Брикнеров 33 летний цикл можно рассматривать как утроенный 11-летний. Это вполне логично — ведь действует же на Солнце 22-летний, «удвоенный» цикл. Вековой цикл (80 лет) близок к семикратному 11-летнему и т. д.
Разумеется, соотношения здесь не вполне точны. Но ведь и Солнце не вполне похоже на струну. Все колебания струны имеют точный период. Солнечные колебания — это циклические ритмы, в которых один цикл может сильно отличаться от другого, и лишь в среднем видна закономерность.
Если принять соблазнительную и весьма правдоподобную гипотезу М. С. Эйгенсона, все солнечные ритмы получают общее и убедительное объяснение. В самом деле, если Солнце подобно струне, значит, оно сразу, одновременно может «колебаться» с самыми разными периодами.
Вероятно, период в 200 миллионов лет между соседними эпохами оледенения в циклических колебаниях солнечной активности выполняет роль основного тона.
Изменения в этом случае крайне медлительны, но зато «амплитуда» колебаний земного климата весьма велика. Циклы же продолжительностью 1800 лет, 80 лет, 33 года, 22 года и, наконец, 11 лет — это лишь некоторые из обертонов, дополняющих основные колебания (мелкая «рябь» разного размера на основной волне). И во всех случаях главной причиной колебаний климата служит циклическая смена атмосферной циркуляции. Согласитесь, что нарисованная картина подкупает своей стройностью и единством плана.
До сих пор, говоря о воздействии Солнца на Землю, мы ограничивались лишь внешними оболочками планеты — ее магнитосферой и атмосферой. Между тем достоверно установлено, что Солнце будоражит буквально всю Землю — и океаны, и земную кору, и, наконец, даже целиком весь земной шар.
Советский исследователь И. В. Максимов, о работах которого мы уже говорили, одним из первых обнаружил, что в колебаниях уровня Мирового океана заметны 11-летние ритмы. Позже нашли, что океан четко реагирует и на вековые ритмы Солнца. Столь же внимательно «следит за Солнцем» и температура океанских вод. Так, например, в Фареро-Шотландском проливе на протяжении последних шести десятилетий с возрастанием солнечной активности всякий раз повышалась и температура воды. Меняются «в ритме Солнца» интенсивность и положения различных морских течений, в том числе Гольфстрима. В целом в периоды солнечной активности будоражится и океан — усиливается циркуляция воды, повышаются ее температура и уровень.
Казалось бы, твердая оболочка Земли, ее литосфера слишком прочна для того, чтобы реагировать на солнечную активность. Но это не так. Между атмосферой, гидросферой и литосферой нет непреодолимой грани. Все эти оболочки Земли взаимодействуют одна с другой.
Изменения в атмосфере и океане непременно отзовутся на земной коре и даже в глубинных областях Земли. Простой пример пояснит эту мысль.
Современное постепенное потепление Арктики заставит таять Скандинавские ледники. Талая вода стекает в океан, а облегченный Скандинавский полуостров медленно всплывает в той пластической подкорковой массе вещества, в которой плавают все материки. Медленное поднятие Скандинавского полуострова давно известно геологам. Но это геологическое событие вызвано в конечном счете колебаниями солнечной активности.
Известно, какую громадную роль в формировании земной поверхности играют процессы выветривания. Но ведь ветры и осадки зависят от характера циркуляции атмосферы, а эта последняя прямо связана с солнечными ритмами.
Еще в 1858 году впервые удалось подметить странную с первого взгляда связь. Оказывается, землетрясения тем сильнее и тем чаще происходят, чем больше на Солнце пятен. Казалось бы, здесь просто случайное совпадение, не больше. На самом же деле и эта связь вполне физически объяснима.
Вспомните виртуозов-конькобежцев, мастеров фигурного катания. Вот, остановившись, спортсмен закружился вокруг собственной оси. Пока он держит руки по швам, кручение получается очень быстрым. Но стоит ему раздвинуть руки в стороны, и скорость вращения быстро уменьшается.
Здесь действует известный закон механики. Чем ближе сосредоточена масса к оси вращения, тем больше (при прочих равных условиях) угловая скорость вращения.
Масса вращающегося тела при этом остается постоянной, меняется, как говорят физики, лишь момент инерции — величина, характеризующая распределение массы по отношению к оси вращения.
Солнце взбудоражило земную атмосферу. Произошло перераспределение воздушных масс. Значит, изменилось и положение этих масс относительно оси вращения Земли. Не удивительно, что Земля тотчас же среагирует на это, изменив скорость своего вращения.
Иногда эти переходы совершаются плавно, иногда резко. Но, по-видимому, всегда изменения в скорости вращения Земли сказываются и на распределении ее внутренних масс. Как резко затормозивший трамвай заставляет стоящих пассажиров сдвинуться с места, так «рывки» во вращении Земли приводят к возникновению трещин в земной коре, к пробуждению прежде дремавших вулканов. Так, разумеется в самых общих чертах, можно объяснить связь солнечной активности с землетрясениями.
Земные полюсы не остаются на одном месте. Как известно, они непрерывно путешествуют, выписывая на поверхности Земли сложные кривые. Правда, эти странствия полюсов очень ограничены и не выходят за пределы площади в несколько сотен квадратных метров. Движения полюсов вызваны тем, что ось вращения Земли меняет свое положение в теле планеты. Причин для этого несколько. В частности, сезонные перераспределения воздушных масс в атмосфере Земли влияют, оказывается, не только на скорость вращения нашей планеты, но и на положение ее полюсов.
Замечательно, что в движении полюсов Земли И. В. Максимов обнаружил явные следы 11-летнего и векового солнечных циклов. Выходит, что колебания солнечной активности будоражат не только все оболочки Земли, но и даже Землю в целом — этот невообразимо большой шар весом в 1021 т!
Прежде чем закончить эту главу, сделаем два важных замечания, которые должны несколько смягчить преувеличенное впечатление о всемогуществе Солнца.
Говоря о солнечных ритмах в колебаниях климата, мы имели в виду лишь главную причину таких колебаний.
Есть, конечно, и другие.
Не во всем, что происходит на Земле, непременно замешано Солнце. Так, например, радиоактивный распад, совершающийся внутри Земли в различных породах, непосредственно с Солнцем никак не связан.
| © 2024 Библиотека RealLib.org (support [a t] reallib.org) |