Почемуменяется климат Земли: гипотеза солнечно-атмосферного резонанса
Перов СтаниславПетрович (ЦАО), кандидат физ.-мат. наук
Глобальнаяполитика и глобальная экология
На многочисленных международных конференциях, форумах,совещаниях, равно как и в массмедиа, при обсуждении глобальных экологическихпроблем (потепление климата, «истощение» озонового слоя, деградациябиосферы) в основном преобладает риторика. И политики и безнесмены и дажеученые, занимающие высокие и ответственные посты в международной и национальнойофициальной иерархии, находятся в тисках стереотипа «антропогенного»фактора. В статье Б.Болина (Science, v.279, No.5349, 1998) бывшего председателяМежправительственной Группы по глобальным изменениям (IPCC), содержитсяпримечательная таблица, определяющая перспективы развития энергетики в рядестран до 2010 г. Только трем странам «разрешено» увеличить еепроизводство: Австралии (8%), Исландии (10%), Норвегии (1%). Все европейскиестраны должны сократить ее производство на 8%, США — на 7%, Япония — на 6%.России, Украине и Новой Зеландии предложен нулевой вариант. Однако следуетучесть, что производство электроэнергии с 1990 по 1995 год в наших странахсократилось (в таблице данные по нашим странам отсутствуют, так же как и длябывших восточноевропейских и прибалтийских стран, за исключением Чехии иВенгрии, где произошло сокращение на 23 и 15%, соответственно). В любом случаеперспективы России ограничиваются существенным образом, особенно учитывая еетяжелое экономическое состояние. На наш взгляд глобальные изменения окружающейсреды представляют собой лишь следствие (и в то же время служат индикаторами)более глубоких (и возможно более опасных) процессов изменения биоты иокружающей среды, их взаимного влияния и их зависимости от естественного(неантропогенного) процесса эволюции. Такой взгляд требует совсем другихподходов и решений, чем те, которые вытекают из так называемого роста «парниковогоэффекта» за счет сжигания ископаемого углеводородного топлива. Такимобразом пути решения экологических проблем, стратегия экологическойбезопасности и способы обеспечения т.н. «устойчивого» развитияцивилизации остаются неопределенными, несмотря на принятие в последнеедесятилетие известных международных соглашений (Венская Конвенция об озоновомслое, 1985 г., Монреальский Протокол, 1987 г., Рамочная Конвенция по климату,1992 г., Соглашение о сокращении производства электроэнергии за счет сжиганияорганического топлива, 1997). Главной причиной, по нашему мнению, являетсянедостаточная научная обоснованность «фундаментальных» положений, покоторым и принимаются ответственные экономические и политические решения.
В связи с этим былирассмотрены некоторые важные вопросы, относящиеся к глобальной проблемеэволюции озонового слоя, подчеркнуто отсутствие системного подхода в этойпроблеме и представлены последние результаты (как отечественные так изарубежные), позволяющие по-новому рассмотреть причины изменчивости озона ипоследствия этой изменчивости для биосферы и человека (Конференция пофизической экологии 1997 г.).
Ниже представленыновые результаты анализа экспериментальных данных, полученных в ходе выполнениямеждународных кампаний: DYANA (1990 г.), CRISTA/MAHRSI (1994 и 1997 гг.) и врамках сотрудничества с Индией (1983, 1987, 1990 и 1998 гг.), а также анализанакопленной к настоящему времени гелиогеофизической, метеорорологической иастрономической информации. Существует ли парниковый антропогенный эффект,связанный с ростом парниковых газов, в первую очередь углекислого газа, о чем«все пишут и все говорят»? Последние работы отечественных изарубежных авторов заставляют пересмотреть этот «решенный» вопрос.Главная рабочая гипотеза: солнечная активность (СА) воздействует на атмосферу именяет облачный покров, определяющий температуру Земли. Таким образом измененияклимата или глобальное потепление, начавшееся 100 лет назад, носят естественныйхарактер!
О механизмахвоздействия СА на атмосферу
Количество энергии, получаемое Землей от Солнца, имеетсильную широтную зависимость и определяет радиационный баланс планеты.Тропическая область получает за год в два раза больше, чем остальная частьЗемли. Среднегодовой радиационный баланс планеты определяется среднепланетарнымальбедо а, равном 0,3. Важную роль при энергетических расчетах играютрадиационные характеристики облаков различных типов.
Глобальноераспределение водяного пара в атмосфере таково, что количество осажденной водыQ максимально в тропическом поясе: Q = 5,0 г/кв.см и более в обширных районахБразилии, Индонезии, а летом и в Индии и Вьетнаме, а также вблизи зоныконвергенции (ВТЗК) в Атлатике до 5,9 г/кв.см. Среднее Q по земному шару 2,5 — 3,0 г/кв.см. Отметим, что водяной пар (а не СО2) — главныйпарниковый газ, обеспечивающий более 70% парникового эффекта в атмосфере.
Таким образом,тропическая зона является значительно более энергонасыщенной, чемвнетропические зоны. Циркуляция тропической зоны, охватывающая почти половину земногошара, является большой термодинамической машиной, превращающей тепло океана (втом числе скрытое тепло водяного пара) в кинетическую энергию атмосферы иопределяющую в значительной степени термодинамику умеренных и полярных широт.Математическое описание этой машины отсутствует, что и приводит кнесовершенству всех климатических и прогностических моделей общей циркуляцииатмосферы, т.к. динамика приэкваториального пояса, где необходим учет фазовыхпереходов и где неприменима теорема о сохранении потенциального вихря иквазигеострофический подход, также не поддается адекватному описанию.
Ясно, что тропикивлияют и на внетропические широты, поскольку происходит меридиональный переностепла, водяного пара и аэрозоля. Последние могут способствовать образованиюоблачности, менять альбедо и, следовательно, температуру поверхности.
Известно, чтосолнечная активность влияет на интенсивность космических лучей, запускаяконденсационный механизм, включающий ионизацию верхнетропосферных воздушныхмасс (8 — 16 км) такими лучами. Это способствует образованию перистойоблачности и усиленному развитию высококучевых облаков, изменяющему альбедо, исоздающего условия для интенсификации динамических процессов. Максимумконцентрации ионов находится на высотах 12 — 20 км в зависимости от широты(геомагнитной), сезона и СА. На средних широтах максимум ионообразованиянаблюдается на высоте около 12 км, т.е. вблизи тропопаузы. Ионизация на такихвысотах способствует образованию множества ядер конденсации, на которых в условияхнизких температур (40...-90 С) активно сублимируется водяной пар, растутледяные кристаллы и формируется облачность (в основном перистая).
По-видимому, важнуюроль в конденсационном механизме играет рекомбинация образующихся при ионизацииГКЛ молекул воздуха легких ионов, путем присоединения ионов к малым аэрозольнымчастицам, т.н. ядрам конденсации или ядрам Айткена, имеющим размер порядка 0,01мкм. Как было установлено путем проведения серий баллонных измеренийконцентраций легких ионов в стратосфере в различных геомагнитных широтах (в т.ч. на геомагнитном экваторе) и интенсивности космических лучей (ГКЛ, но также иСКЛ в период вспышек) это основной сток образовавшихся ионов (а не рекомбинацияположительных и отрицательных ионов). При действии конденсационного механизма ватмосфере выделяется тепловая энергия, изменяется альбедо системы «земнаяповерхность — тропосфера» для коротковолновой солнечной радиации, а такжеИК-излучение атмосферы. Тем самым конденсационный механизм стимулирует другиефизические процессы, интенсифицирующие «усвоение» солнечной энергии.Активизируемый наиболее энергичными ГКЛ конденсационный механизм может такжевлиять на зарождение и развитие облачности на типичных уровнях в средней инижней тропосфере (3 — 7 км) и выделение тепла конденсации, которое можетгенерировать различные типы атмосферных волн, переносящих импульс, энергию ивещество при своем распространении в атмосфере.
Солнечно-атмосферныйрезонанс
Интенсивность ГКЛмодулируется СА (глубина модуляции достигает 30%) и это может вызыватьрезонансные явления в атмосфере. Например в тропической области Землисуществуют планетарные экваториальные волны Кельвина и Россби, имеющие периоды27 — 30, 13 — 15, 6 — 8 дней, характерные для СА. При этом характерная полосадля развития таких волн составляет величины +/- 20 градусов относительноэкватора, т.е. захватывает практически все тропики. Характерной особенностьютаких волн явлется перенос ими импульса, энергии и массы (в первую очередьводяного пара — основного «скрытого» энергоносителя) прираспространении волн вверх и вниз от источника возбуждения. Таким образом, онимогут изменять циркуляционные процессы в тропосферно-стратосферных тропическихячейках Хэдли (Гадлея), увеличивая или уменьшая транспорт влажного и бедногоозоном воздуха нижней тропической стратосферы во внетропические широты. Кромеэтого, конденсационный механизм может изменять и солнечный приливный(24-часовая гармоника) потенциал, увеличивая таким образом эффективнуювертикальную скорость переноса в верхней тропосфере и стратосфере. Классическаяприливная теория не учитывала, (как это ясно сейчас) этого важнейшегоисточника, поэтому ракетные эксперименты в экваториальной области Индийскогоокеана с борта советского корабля в период международной кампании DYANA(январь-март 1990г) сразу позволили обнаружить существенное, до двух-трехпорядков, отличие экспериментально найденных величин амплитуд суточных иполусуточных колебаний зонального и меридионального ветра и температуры оттеоретических в нижней и средней стратосфере. В дальнейшем наши данные потемпературе были подтверждены наблюдениями со спутника UARS (ветер неизмерялся).
При наблюдениивнутрисуточных колебаний озонового слоя в тропиках мы установили зависимостьэтих колебаний от солнечной активности в период ее максимума, косвенноподтвердив существование резонансных эффектов при возбуждении планетарныхэкваториальных волн за счет конденсационного механизма в период.
Проведение широкогофронта научных и прикладных исследований по глобальным экологическим проблемамимеет важное политическое, экономическое и прикладное значение, т.к. можетпривести к созданию современных высоких технологий, позволяющих контролироватьи воздействовать на природные процессы в нужном направлении. А это и есть необходимоеи достаточное условие «устойчивого» (лучше использовать термин«регулируемого») развития цивилизации.
Списоклитературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы ссайта www.nature.ru/