На суше и на море 1963(4)
Солнце и погода
Что происходит на Солнце
В природе все явления взаимосвязанны. Изменения, происходящие в одной из сфер Вселенной, так или иначе отражаются во многих других. Для Земли главный источник этих процессов — Солнце, самый мощный источник энергии. От него зависят и многие атмосферные явления, наблюдаемые на нашей планете.
Солнце — это гигантский раскаленный газовый шар, в недрах которого высокие температуры, доходящие до 15 миллионов градусов, все время поддерживаются термоядерными реакциями, при которых из водорода образуется гелий. Не только внутри, но и на поверхности Солнца все кипит и бушует. То и дело возникают вихри раскаленного газа, которые мы наблюдаем как пятна и факелы. Часто по своим размерам пятна превышают диаметр Земли в несколько раз. Так было 26 июля 1946 года, когда на Солнце наблюдались группы пятен, поперечник которых равнялся 280 тысячам километров, что составляет одну пятую диаметра Солнца. У края солнечного диска через специальные приборы видны светлые выступы, иногда причудливой формы, напоминающие облака, струи дыма, фонтаны. Это солнечные протуберанцы. Со скоростью в несколько сотен километров в секунду протуберанцы поднимаются над солнечной поверхностью на высоту одного-полутора миллионов километров.
Время от времени на внешней оболочке Солнца возникают взрывы в виде облака ослепительной яркости, которое или, подобно капле чернил на промокательной бумаге, быстро расползается, или же держится более часа. Эти взрывы носят название хромосферных вспышек. Внешне хромосферные вспышки напоминают взрывы, при которых температура отдельных участков солнечной поверхности повышается до одного миллиона градусов и более. Таким образом, яркость образований увеличивается в несколько раз по сравнению с соседними, не тронутыми взрывом участками Солнца. В науке все эти явления получили название солнечной активности.
Существует так называемый одиннадцатилетний (в среднем) цикл, при котором все явления на Солнце в течение четырех-пяти лет возрастают до максимума (годы неспокойного Солнца), затем в течение шести-семи лет убывают до минимума (год спокойного Солнца). В последние годы обнаружен вековой цикл солнечной активности, который состоит из ряда одиннадцатилетних. Этот длительный цикл накладывает определенный отпечаток на ход циклов коротких, то снижая, то повышая их активность.
Как солнечная активность действует на
атмосферу Земли
Нам кажется, что солнечное излучение льется на Землю с удивительным постоянством. Непрерывное развитие жизни на Земле в течение последнего миллиарда лет как бы свидетельствует о том, что все это время светимость Солнца не подвергалась большим колебаниям. Однако наши успехи в изучении физики Солнца в последнее время поставили такое постоянство в излучении под сомнение. Для ученых стало очевидным, что солнечное излучение испытывает колебания, а это имеет огромное значение для всего естествознания. Попробуем несколько разобраться в этом вопросе.
Явления, развивающиеся на Солнце в годы его неспокойствия, приносят на Землю дополнительное количество тепловой и электромагнитной энергии, что, разумеется, не может не оказывать влияния прежде всего на нашу атмосферу. Здесь немалую роль играют электрически заряженные частички (корпускулы), врывающиеся в атмосферу Земли со скоростью более 1000 километров в секунду. Чрезвычайно возрастают при этом ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоизлучения. Особенно мощные потоки корпускул исходят при хромосферных вспышках. Во время наиболее сильных вспышек Солнце выбрасывает даже космические лучи, которые обычно приходят к нам из глубин Вселенной, от других галактик. Поступая в атмосферу Земли, все виды этой энергии в основном поглощаются ее верхними слоями и производят заметные возмущения, выражающиеся в резком нарушении общей циркуляции. Обильные потоки корпускул, направляемые при этом магнитным полем Земли в полярные широты, вызывают магнитные бури, учащенные полярные сияния. По-видимому, возрастает и жесткость (то есть проникающая способность) корпускулярных потоков, попадающих даже в атмосферу умеренных и южных широт. Тогда вспыхивают необычные полярные сияния в таких местах, как Москва, Харьков, Сочи, Ташкент, что наблюдалось неоднократно за последние годы.
Иногда электромагнитные возмущения достигают такой силы, что прекращают на время работу телеграфа и телефона. Так, например, сильная хромосферная вспышка 11 мая 1959 года продолжительностью около трех часов вывела из строя в США радио, проволочную связь и телевидение,
Усиливается и ультрафиолетовое излучение, но оно почти целиком поглощается высокими слоями атмосферы, и только незначительная часть ее проникает к поверхности Земли. Это очень важно, так как в большом количестве ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого.
Влияя существенным образом на общую циркуляцию воздушных масс атмосферы, активное излучение Солнца в итоге оказывает воздействие на погоду и климат всей Земли. По-видимому, возмущение верхних слоев воздушного океана передается в его нижние слои — тропосферу. Искусственные спутники Земли и полеты метеорологических ракет обнаружили пульсацию и приливо-отливные явления в высоких слоях атмосферы и приоткрыли завесу взаимосвязи их с низкими слоями. Однако механизм такой взаимосвязи полностью еще не раскрыт. Исследования, и прежде всего советских ученых, произведенные разными методами, показали, что в крупных изменениях циркуляции атмосферы в решающей мере сказывается солнечная активность. Вполне определенно установлено, что в годы максимума солнечной деятельности чрезвычайно усиливается циркуляция воздушных масс, обостряются столкновения теплых и холодных течений,
Солнечное тепло на Земле распределяется так, что существуют области с постоянно жаркой погодой (экватор и часть тропиков) и такие гигантские холодильники, как Арктика и особенно Антарктика. Между этими полосами тепла и холода постоянно сохраняется разница в температуре, что приводит в движение огромные массы воздуха, Холодный воздух устремляется к югу, а теплый — к северу, В месте их встречи возникает непрерывная борьба между теплыми и холодными течениями, стремящимися выравнять разницу в температуре между севером и югом. Бывает, что теплый воздух берет перевес и проникает в виде теплого языка далеко к северу — до Гренландии и даже к полюсу. Иногда же массы арктического воздуха гигантской каплей прорываются на юг, обрушиваются на Черное и Средиземное моря, доходя до Средней Азии и Египта, Границы борющихся воздушных масс — самые неспокойные области нашей атмосферы.
Когда контрасты между движущимися воздушными массами возрастают, на границе их встреч появляются мощные циклоны и антициклоны. Циклоны, порождающие низкое давление атмосферы, вызывают частые грозы, бури, ураганы и ливни. На смену им рано или поздно обязательно приходят антициклоны, влекущие за собой высокое давление, следовательно, ясную погоду и затишье. Продолжительность и сила тех и других зависят также от солнечной активности.
Высокая солнечная активность в 1957—1959 годах обусловила очень контрастную погоду, сопровождавшуюся штормовыми метеорологическими явлениями на всем земном шаре.
Воздействия солнечной активности
на природу и человека
Солнечная активность действует на все явления природы, на животный мир и даже на человека. Эти воздействия в большинстве случаев проявляются косвенным путем, через общую циркуляцию атмосферы. Приведем простой пример — рост деревьев. Толщина слоев спиленного дерева, по которым определяется его возраст, зависит главным образом от ежегодного количества осадков. В некоторые годы слои очень тонки, что говорит о недостатке влаги, в другие —слои заметно утолщаются. Осадки же имеют в среднем одиннадцатилетний цикл. Это и выявляется на годичных кольцах старых деревьев. Срезы, сделанные на стволах мореных дубов, найденных в руслах рек, позволили заглянуть в историю климата за несколько тысячелетий. Существование одиннадцатилетнего цикла солнечной активности с давних времен подтверждается исследованиями донных отложений озер, морей и океанов. Анализ проб этих отложений позволяет проследить течение солнечной активности на протяжении сотен тысяч лет. Оказалось, что выявленные взаимосвязи очень сложны. Да и сама солнечная активность не имеет постоянной периодичности: колебания циклов совершаются в пределах нескольких лет (например, одиннадцатилетний цикл колеблется от 9 до 14 лет). Явления в атмосфере управляются своими законами, которые реагируют на воздействия колебаний солнечной активности по-разному. Возросшая интенсивность атмосферной циркуляции в годы максимума активности вызывает на одних участках. Земли ливни, наводнения, ураганы, а на других — губительные засухи. И все это происходит в одно и то же время.
Мы пережили девятнадцатый цикл солнечной активности за последние 200 лет. После минимума в 1954 году, когда на Солнце не было ни одного пятна, солнечная активность начала поразительно быстро возрастать и уже в 1956 году превысила максимум предыдущего цикла, который наблюдался в 1947 году. Абсолютный максимум последнего цикла отмечен в начале 1958 года, он оказался самым высоким за все девятнадцать циклов. Очевидно, его одиннадцатилетний максимум совпал с максимумом векового цикла солнечной активности. Это значит, что наивысшая точка короткого цикла совпала с наиболее высокой точкой вековой активности солнечного излучения. В настоящее время наблюдается спад активности, минимум которой ожидается в 1964 году. Он будет называться годом спокойного Солнца.
В прогнозах хода солнечной деятельности, в предвидении времени наступления максимума и минимума активности советские астрономы добились заметных успехов. Для метеорологов и геофизиков, которые таким образом получают данные для долгосрочных прогнозов многих явлений на Земле, это имеет немаловажное значение.
Солнечная активность заметно действует на состояние уровня Мирового океана. Особенно она сказывается на закрытых бассейнах, в частности на уровне Каспийского моря. Известно, что высота уровня вод Каспийского моря зависит от испарения и от стока реки Волги — главной питающей артерии Каспия. Испарение зависит от температуры воздуха, а сток Волги — от количества осадков и зимних запасов влаги в бассейне реки. В годы неспокойного Солнца повышается температура воздуха, усиливается испарение, и уровень Каспия падает. В связи с очень высокой солнечной активностью последних лет, касающейся и векового, и одиннадцатилетнего цикла активности, уровень Каспия упал катастрофически — на 3,5 метра. Это нанесло чувствительный ущерб нашему народному хозяйству. По той же причине повысилась соленость Балтийского моря, несмотря на то что оно сообщается с Мировым океаном. Повышение температуры вызвало уменьшение ледовитости северных морей, что облегчило в известной мере проход кораблей по Северному морскому пути. Как видим, Солнце действует на моря не непосредственно, а через атмосферную циркуляцию.
Современная наука о физике Солнца обладает возможностью давать более точные прогнозы о будущем режиме указанных морей на ближайшие десятилетия. И советские ученые уже теперь определяют, что 60-е годы будут переломными для гидрологического режима на Земле, в том числе для Каспия. Это будет соответствовать переходу от нынешнего низкого уровня к его вековому росту. Некоторую поправку, конечно, внесет усиление расхода волжских вод на орошение, но он, вероятно, будет перекрыт поступлением через Каму вод из Печоры и Вычегды, предусмотренным планами наших семилеток. Должно прекратиться и повышение солености Балтийского моря. Северные моря снова обретут большую ледовитость, что при наличии мощного атомного ледокола «Ленин» не представит особой угрозы для Северного морского пути.
Определенную связь с солнечной активностью показывает и число метеорологических катастроф на земном шаре. Рост числа катастроф начался с 1956 года, когда необычайно бурная погода, охватив северное и южное полушария, вызвала многочисленные бедствия с человеческими жертвами. По далеко не полным данным, за 1956 год на земном шаре отмечено около ста метеорологических катастроф. В Индии, например, летом 1956 года паводки приняли характер стихийных бедствий. От наводнений пострадало около одного миллиона человек, были затоплены тысячи селений, смыты посевы. В Черрапундже (на реке Брахмапутре) 4 июня за 24 часа выпало 963,5 миллиметра осадков. Это рекордное количество за последние 80 лет. От ливней, гроз и наводнений в этот год пострадали даже такие засушливые страны, как Иран и Афганистан.
В следующем году рост числа метеорологических катастроф продолжался, и сила их оставалась на очень высоком уровне. Поразительны были контрасты погоды. Январь на Европейской территории Союза оказался в два раза теплее климатической нормы (в Москве, например, было минус 5 вместо минус 11 градусов). А февраль выдался рекордным, почти 100 лет не было такого тепла в этом месяце — минус 1,3 градуса, при норме минус 9,7 градуса для Москвы, в то время как в Западной Сибири и в республиках Средней Азии стояла морозная погода. В Казахстане температура понижалась до минус 40 градусов. Ташкент, Алма-Ата и другие города Средней Азии были буквально засыпаны снегом. А в южном полушарии, в Австралии и в Уругвае, стояла небывалая жара, сопровождавшаяся суховеями и лесными пожарами. 30 января в Монтевидео (на берегу Атлантического океана) максимальная температура достигала плюс 44 градусов, чего не наблюдалось за последние 50 лет. 1957 год без преувеличения можно назвать годом метеорологических катастроф.
Атмосфера бушевала и в 1958 году, когда отмечался максимум солнечной активности. Лишь в 1959 году, когда начался спад солнечной активности, погода смягчилась. Число катастроф заметно уменьшилось и продолжало убывать вплоть до 1962 года.
Все сказанное говорит о тесной связи солнечной активности с грозными явлениями в атмосфере. Выявлению этой связи чрезвычайно помог Международный геофизический год, проходивший с июля 1957 года по декабрь 1958 года, и Международный год содействия (1959 год).
Солнечная активность сказывается и на здоровье человека. Учеными разных стран, в том числе и Советского Союза, установлена связь хромосферных вспышек и магнитных бурь с ухудшением состояния людей, страдающих легочными и сосудисто-сердечными заболеваниями. Солнечная активность также действует на кроветворные процессы в организме человека, вызывая серьезные изменения состава крови. В последние годы советская медицинская наука провела успешные опыты по защите больных людей при вспышках солнечной активности, помещая их в особые защитные камеры.
Сейчас наблюдается дальнейший спад солнечной активности одиннадцатилетного цикла. Установлено, что атмосфера будет и в дальнейшем успокаиваться. Минимум ожидается в 1964 году. Это скажется на состоянии погоды в течение года.
Для последующего изучения Солнца и земной атмосферы в 1964 году организуется Международный геофизический год солнечного спокойствия (минимум активности Солнца). Ученые всех стран вновь, как в 1957—1958 годах, соберутся для проведения одновременных наблюдений по всему земному шару за состоянием атмосферы и гидросферы. Собранные научные данные подведут итог наблюдений по девятнадцатому циклу активности и вооружат науку новыми сведениями в решении проблемы «Солнце —Земля — погода — климат».
Н. Колобков
|
