Чому
змінюється клімат Землі: гіпотеза сонячно-атмосферного резонансу
Перов Станіслав
Петрович (ЦАО), кандидат фіз.-мат. наук
Глобальна
політика і глобальна екологія
На
численних міжнародних конференціях, форумах, нарадах, так само як і в
мас-медіа, під час обговорення глобальних екологічних проблем (потепління клімату,
"виснаження" озонового шару, деградації біосфери) в основному переважає
риторика. І політики і безнесмени і навіть вчені, що займають високі і
відповідальні посади в міжнародній і національній офіційної ієрархії,
знаходяться в лещатах стереотипу "антропогенного" фактору. У статті
Б. Боліну (Science, v.279, No.5349, 1998) колишнього голови
Міжурядової Групи з глобальних змін (IPCC), міститься
примітна таблиця, яка визначає перспективи розвитку енергетики в ряді
країн до 2010 р. Тільки трьом країнам "дозволено" збільшити її
виробництво: Австралії (8%), Ісландії (10%), Норвегії (1%). Усі європейські
країни повинні скоротити її виробництво на 8%, США - на 7%, Японія - на 6%.
Росії, Україні та Нової Зеландії запропонований нульовий варіант. Однак слід
врахувати, що виробництво електроенергії з 1990 по 1995 рік у наших країнах
скоротилася (у таблиці дані по нашим країнам відсутні, так само як і для
колишніх східноєвропейських і прибалтійських країн, за винятком Чехії і
Угорщини, де відбулося скорочення на 23 і 15%, відповідно). У будь-якому разі
перспективи Росії обмежуються істотно, особливо з огляду на її
важкий економічний стан. На наш погляд глобальні зміни навколишнього
середовища являють собою лише наслідок (і в той же час служать індикаторами)
глибших (і можливо більш небезпечних) процесів зміни біоти та
навколишнього середовища, їх взаємного впливу та їх залежності від природного
(неантропогенного) процесу еволюції. Такий погляд вимагає зовсім інших
підходів і рішень, ніж ті, які випливають з так званого зростання "парникового
ефекту "за рахунок спалювання викопного вуглеводневого палива. Таким
чином шляхи вирішення екологічних проблем, стратегія екологічної
безпеки і засоби забезпечення т.зв. "стійкого" розвитку
цивілізації залишаються невизначеними, незважаючи на прийняття останнім
десятиліття відомих міжнародних угод (Віденська Конвенція про озоновому
шарі, 1985 р., Монреальський Протокол, 1987 р., Рамкова Конвенція по клімату,
1992 р., Угода про скорочення виробництва електроенергії за рахунок спалювання
органічного палива, 1997). Головною причиною, на нашу думку, є
недостатня наукова обгрунтованість "фундаментальних" положень, за
яким і приймаються відповідальні економічні і політичні рішення.
У зв'язку з цим були розглянуті деякі
важливі питання, що відносяться до глобальної проблеми еволюції озонового шару,
підкреслено відсутність системного підходу до цієї проблеми і представлені
останні результати (як вітчизняні так і закордонні), що дозволяють
по-новому розглянути причини мінливості озону і наслідки цієї
мінливості для біосфери і людини (Конференція з фізичної екології 1997
р.).
Нижче представлені нові результати аналізу
експериментальних даних, отриманих в ході виконання міжнародних кампаній:
DYANA (1990 р.), CRISTA/MAHRSI (1994 і 1997 рр..) Та у рамках співпраці з
Індією (1983, 1987, 1990 і 1998 рр..), А також аналізу накопиченої до цього
часу геліогеофізіческой, метеорорологіческой і астрономічної інформації.
Чи існує антропогенний парниковий ефект, пов'язаний зі зростанням парникових
газів, в першу чергу вуглекислого газу, про що "всі пишуть і все
кажуть "? Останні роботи вітчизняних і зарубіжних авторів змушують
переглянути цей "вирішене" питання. Головна робоча гіпотеза: сонячна
активність (СА) впливає на атмосферу і змінює хмарний покрив,
що визначає температуру Землі. Таким чином зміни клімату або глобальне
потепління, що почалося 100 років тому, носять природний характер!
Про механізми
СА впливу на атмосферу
Кількість
енергії, що отримується Землею від Сонця, має сильну широтну залежність і
визначає радіаційний баланс планети. Тропічна область отримує за рік у
два рази більше, ніж інша частина Землі. Середньорічний радіаційний баланс
планети визначається среднепланетарним альбедо а, що дорівнює 0,3. Важливу роль при
енергетичних розрахунках відіграють радіаційні характеристики хмар різних
типів.
Глобальне розподіл водяної пари в
атмосфері таке, що кількість обложеної води Q максимально в тропічному
поясі: Q = 5,0 г/кв.см і більше в обширних районах Бразилії, Індонезії, а влітку
і в Індії та В'єтнамі, а також поблизу зони конвергенції (ВТЗК) в Атлатіке до 5,9
г/кв.см. Середнє Q по земній кулі 2,5 - 3,0 г/кв.см. Відзначимо, що водяна пара
(а не СО2) - головний парниковий газ, що забезпечує більше 70%
парникового ефекту в атмосфері.
Таким чином, тропічна зона є
значно більше енергонасичені, ніж позатропічні зони. Циркуляція
тропічної зони, яка охоплює майже половину земної кулі, є великою
термодинамічної машиною, що перетворює тепло океану (у тому числі приховане тепло
водяної пари) в кінетичну енергію атмосфери і визначальну значною
ступеня термодинаміку помірних і полярних широт. Математичний опис цієї
машини немає, що і призводить до недосконалості всіх кліматичних і
прогностичних моделей загальної циркуляції атмосфери, тому що динаміка
приекваторіального пояса, де необхідний облік фазових переходів і де
непридатна теорема про збереження потенційного вихору та квазігеострофіческій
підхід, також не піддається адекватному опису.
широти, оскільки відбувається меридіональний перенесення тепла, водяної пари і
аерозолю. Останні можуть сприяти утворенню хмарності, міняти альбедо
і, отже, температуру поверхні.
Відомо, що сонячна активність впливає на
інтенсивність космічних променів, запускаючи конденсаційний механізм, що включає
іонізацію верхнетропосферних повітряних мас (8 - 16 км) такими променями. Це
сприяє утворенню перистої хмарності і посиленого розвитку
висококучевих хмар, що змінює альбедо, і що створює умови для
інтенсифікації динамічних процесів. Максимум концентрації іонів знаходиться на
висотах 12 - 20 км в залежності від широти (геомагнітної), сезону та СА. На
середніх широтах максимум іонообразованія спостерігається на висоті близько 12 км,
тобто поблизу Тропопауза. Іонізація на таких висотах сприяє утворенню
безлічі ядер конденсації, на яких в умовах низьких температур (40 ...- 90
С) активно сублімується водяна пара, ростуть крижані кристали і формується
хмарність (в основному периста).
Очевидно, важливу роль в конденсаційних
механізмі відіграє рекомбінація що утворюються при іонізації ГКЛ молекул повітря
легких іонів, шляхом приєднання іонів до малих аерозольним часткам, т.зв.
ядер конденсації або ядер Айткена, які мають розмір близько 0,01 мкм. Як було
встановлено шляхом проведення серій балонних вимірювань концентрацій легенів
іонів в стратосфері в різних геомагнітних широтах (у т. ч. на геомагнітної
екваторі) і інтенсивності космічних променів (ГКЛ, але також і СКП в період
спалахів) це основний сток утворилися іонів (а не рекомбінація
позитивних і негативних іонів). При дії конденсаційного механізму в
атмосфері виділяється теплова енергія, змінюється альбедо системи "земна
поверхня - тропосфера "для короткохвильового сонячної радіації, а також
ІЧ-випромінювання атмосфери. Тим самим конденсаційний механізм стимулює інші
фізичні процеси, інтенсифікує "засвоєння" сонячної енергії.
Активізується найбільш енергійними ГКЛ конденсаційний механізм може також
впливати на зародження і розвиток хмарності на типових рівнях у середній і
нижній тропосфері (3 - 7 км) і виділення тепла конденсації, яке може
генерувати різні типи атмосферних хвиль, що переносять імпульс, енергію і
речовина при своєму поширенні в атмосфері.
Сонячно-атмосферне
резонанс
Інтенсивність ГКЛ модулюється СА (глибина
модуляції досягає 30%) і це може викликати резонансні явища в атмосфері.
Наприклад в тропічній області Землі існують планетарні екваторіальні
хвилі Кельвіна і Россбах, що мають періоди 27 - 30, 13 - 15, 6 - 8 днів,
характерні для СА. При цьому характерна смуга для розвитку таких хвиль
величини становить +/- 20 градусів щодо екватора, тобто захоплює
практично всі тропіки. Характерною особливістю таких хвиль явлется перенесення
ними імпульсу, енергії і маси (в першу чергу водяної пари - основного
"прихованого" енергоносія) при поширенні хвиль вгору і вниз від
джерела збудження. Таким чином, вони можуть змінювати циркуляційні
процеси в тропосферного-стратосферних тропічних осередках Хедлі (Гадлея),
збільшуючи або зменшуючи транспорт вологого і бідного озоном повітря нижньої
тропічної стратосфери у позатропічні широти. Крім цього, конденсаційний
механізм може змінювати і сонячний приливної (24-годинна гармоніка) потенціал,
збільшуючи таким чином ефективну вертикальну швидкість перенесення у верхній
тропосфері і стратосфері. Класична приливна теорія не враховувала, (як це
ясно зараз) цього найважливішого джерела, тому ракетні експерименти в
екваторіальній області Індійського океану з борта радянського корабля в період
міжнародної кампанії DYANA (січень-березень 1990р) відразу дозволили виявити
суттєве, до двох-трьох порядків, відмінність експериментально знайдених величин
амплітуд добових і півдобовий коливань зонального і меридіонального вітру і
температури від теоретичних в нижній і середній стратосфері. Надалі наші
дані по температурі були підтверджені спостереженнями з супутника UARS (вітер не
вимірювався).
При спостереженні внутрісуточних коливань
озонового шару в тропіках ми встановили залежність цих коливань від сонячної
активності в період її максимуму, побічно підтвердив існування резонансних
ефектів при порушенні планетарних екваторіальних хвиль за рахунок
конденсаційного механізму в період.
Проведення широкого фронту наукових і
прикладних досліджень з глобальних екологічних проблем має важливе
політичне, економічне та прикладне значення, тому що може призвести до
створення сучасних високих технологій, що дозволяють контролювати і
впливати на природні процеси в потрібному напрямку. А це і є необхідна
і достатня умова "стійкого" (краще використовувати термін
"регульованого") розвитку цивілізації.
Список
літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nature.ru/
