Читать интересную книгу Рассказывают ученые - неизвестен Автор

Ученые рассказывают

Б. М. Валяев,

кандидат геолого-минералогических наук

Ритмы Земли и космоса

Ритмы и циклы природных процессов

В июле 1967 г. английские астрономы приняли с помощью радиотелескопа упорядоченные сигналы, которые исходили со стороны одного из небольших, невидимых в обычные телескопы, звездных источников. Сразу же возникло предположение, что эти сигналы посланы разумными существами с какой-то далекой неведомой планеты.

Такое открытие могло стать поворотным в истории человеческой цивилизации. Рискуя приоритетом, четыре месяца английские ученые не объявляли о своем открытии. Они накапливали данные и еще и еще раз анализировали результаты - не помехи ли это? Нет, упорядоченные сигналы были реальными.

Но на протяжении недель и месяцев всплески на записях были монотонными и повторялись со строгой периодичностью, которая по правильности хода могла соперничать с точными часами. С версией о том, что эти сигналы посылались разумными существами с невидимой планеты, пришлось распрощаться, стало ясно, что открыт неизвестный ранее тип звездных объектов. Они получили название пульсаров. В самом этом названии подчеркнута главная особенность деятельности новых космических объектов - ее резко, но правильно колеблющийся, пульсирующий характер, ее периодичность или цикличность.

По частоте всплесков (от нескольких сотых долей секунды до нескольких секунд, чаще 0,5 - 1 сек.) и регулярности их повторения пульсары, пожалуй, рекордсмены среди космических объектов. Но в целом повторяемость в ходе, в развитии природных процессов самого разного масштаба - это не какое-то редкое, а скорее, наоборот, обычное явление.

Вспомним приливы и отливы в морях и океанах, смену дня и ночи или времен года на Земле, солнечные и лунные затмения. Геологи могли бы подсказать, что и в изменении лика Земли заметна повторяемость: оледенения и отступления ледников, колебания уровня Мирового океана, формирование , высочайших горных систем, а затем выравнивание, великие вымирания и расцвет новых групп фауны и флоры - все это происходило на протяжении геологической истории Земли неоднократно. Но эти процессы не были строго циклическими. Так, оледенения разделены друг от друга разными отрезками времени, да и по силе (по площади распространения) они резко отличались. Поэтому в большинстве случаев правильнее говорить не о цикличности, а о ритмичности, о повторяемости природных явлений лишь в общих чертах.

Ритмичностью природных процессов в последнее время заинтересовались специалисты самого разнообразного профиля. А произошло это потому, что одинаковая ритмичность оказалась свойственной для, казалось бы, совершенно несопоставимых, не взаимосвязанных процессов. Действительно, что может связывать колебания урожаев пшеницы или уловов сельди в Атлантике с изменением числа пятен на Солнце? Или как может зависеть добыча пушнины на севере от числа полярных сияний? Можно напомнить также, что колебания солнечной активности, наиболее отчетливое из которых имеет И-летнюю периодичность, сказываются на интенсивности роста деревьев, развитии эпидемий холеры, чумы, гриппа, смертности от инфаркта миокарда, нашествиях грызунов, саранчи и др. И тем не менее оказывается, что причинно-следственная цепь, связывающая активность Солнца с жизнедеятельностью растений и животных на Земле, существует. Ныне она уже прослежена геофизиками и биологами.

Ну а как объяснить, что в таких различных явлениях, как частота появления комет, падения метеоритов, вспышек новых и сверхновых звезд, проявляется та же 11- и 22-летняя периодичность, что и для солнечной активности. На основании этого некоторые исследователи, например ленинградские ученые Е. В. Максимов, А. В. Шнитников, приходят к выводу о существовании "таинственных" ритмических импульсов, которые приходят из глубины космоса, вызывая ритмические колебания в Солнечной системе и даже во всей Вселенной.

Такая постановка вопроса правомерна. Но следом за ней начинаются сомнения и даже разочарование. А с чем связана таинственная ритмичность процессов в космосе и насколько она сложна? К сожалению, число таких космических пульсов (равно как и их периодичность) установить пока не удалось. Очевидно, оно должно быть очень большим, поскольку уже сейчас можно назвать десятки и сотни природных процессов, происходящих с самыми различными (от долей секунды у пульсаров до сотен миллионов лет для главных эпох горообразования на Земле) периодами.

Можно ли найти доступное для понимания объяснение ритмичности природных процессов? И тем более можно ли научно объяснить проявление одинаковой ритмичности в, казалось бы, несопоставимых процессах, явлениях? Оказывается, во многих случаях можно.

Пятна на Солнце и эпидемии на Земле

Семнадцать лет непрерывных наблюдений диска Солнца немецким любителем-астрономом Г. Швабе с целью открытия еще одной наиболее близкой к нашему светилу планеты в момент ее прохождения на фоне диска Солнца не увенчались успехом. Зато в 1843 г. он сообщил, что изменение числа и конфигурации пятен на Солнце происходит с 10-летней периодичностью. Вскоре швейцарский астроном Р. Вольф нашел более точное значение этого периода 11 1/9 года и предложил оценивать солнечную активность по особому индексу, получившему его имя. Индекс Вольфа характеризует "запятнанность" Солнца и равен сумме числа солнечных пятен и удесятеренного количества их групп на видимой его стороне.

Уже на протяжении более ста лет индекс Вольфа остается самым простым и удобным критерием для оценки активности солнечной деятельности, так как образование пятен на Солнце находится в тесной взаимосвязи с возникновением других центров активности в солнечной атмосфере - факелами, вспышками, протуберанцами и др. Проведенные за этот период исследования подтвердили и вывод Р. Вольфа, что главным в деятельности Солнца является 11-летний цикл, хотя продолжительность этого цикла и колеблется в пределах от 7 до 16 лет,

Но, пожалуй, еще более интересным оказалось то, что и для многих процессов на Земле характерна та же самая одиннадцатилетняя периодичность. Так, сто лет назад была установлена прямая зависимость между числом магнитных бурь и полярных сияний в атмосфере Земли и изменением числа пятен на Солнце. В то время представлялось совершенно непонятным, как может Солнце с расстояния в 150 миллионов километров "трясти" магнитное поле Земли и зажигать полярные сияния.

Сейчас, когда исследование околоземного пространства производится не только наземными средствами, но и с помощью искусственных спутников Земли, многое стало ясным. Оказалось, что от Солнца к Земле постоянно идет поток заряженных частиц - корпускул - так называемый солнечный ветер. Он "сдувает" силовые линии магнитного поля Земли, образуя протяженный хвост-шлейф в магнитосфере Земли (рис. 1). В шлейфе постепенно улавливаются заряженные частицы и таким образом скапливается значительное количество энергии, которая может освободиться даже от небольшого толчка. Именно таким толчком может оказаться усиление солнечного ветра - например, в связи с выбросом облака плазмы при солнечной вспышке, - а это приводит как бы к закорачиванию силовых линий. Плазма из шлейфа устремляется к Земле. Заряженные частицы движутся вдоль силовых линий, оканчивающихся в зонах полюсов, и вызывают там возмущения - полярные сияния. Вот причина взаимосвязи солнечных вспышек с возмущениями магнитосферы Земли, с северными сияниями, вот причина одинаковой периодичности этих процессов.

Рис. 1 (Razum02.gif). Магнитосфера Земли, деформированная "солнечным ветром".

Еще в конце прошлого века появились работы, в которых была подмечена связь периоличности в солнцедеятельности с цикличностью атмосферных (логодных) явлений. Это касалось температуры и давления воздуха у поверхеости Земли, количества осадков и уровней рек и озер, неравномерности возникновения циклонов, ураганов, смерчей, бурь в экваториальной зоне.

Позднейшие исследования подтвердили и детализировали сделанные выводы, выявив, в частности, что микроклиматическим колебаниям свойствен не столько 11-летний, сколько 6- и 22-летний циклы. Так, в большинстве районов мира особенно жестокие засухи повторяются с интервалом около 22 лет, причем, как правило, вблизи минимума солнечной активности, следующего после максимума в четных солнечных циклах [При переходе от одного 11-летнего цикла солнечной активности к другому полярность магнитного поля пятен в обоих полушариях Солнца изменяется на противоположную, в связи с чем по изменению магнитного поля устанавливается 22-летний (сдвоенный) цикл. В рамках 22-летнего цикла 11-летние циклы подразделяются на четные и нечетные]. Кстати, аномальное лето 1972 г., когда в центральных районах европейской части СССР горели леса и торфяники, приходится также на минимум солнечной активности после эпохи максимума (1969 г.) четного двадцатого 11-летнего цикла солнечной активности. 22-летний цикл проявляется и в планетарных колебаниях климата: в максимумах четных циклов атмосферное давление в умеренных широтах повышено, а в приполярной области понижено, а в максимумах нечетных циклов - наоборот.