ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГЕОГРАФИЧСКУЮ ОБОЛОЧКУ ЗЕМЛИ. Воздействие космических факторов на географичскую оболочку земли курсовая работа
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГЕОГРАФИЧСКУЮ ОБОЛОЧКУ ЗЕМЛИ Курсовая работа Оглавление Введение Глава 1 1.1 Краткие сведения о географической оболочке и устройстве ближнего космоса 1.2 Космические факторы, влияющие на географическую оболочку Земли Глава 2 2.1 Описание результатов влияния космических факторов 2.1.1 Солнечно-земные связи 2.1.2 Воздействие Луны 2.1.3 Влияние космических лучей 2.1.4 Влияние космической пыли 2.2 Влияние солнечной активности на биологические и социальные процессы Заключение Библиография Введение Космические факторы воздействия на географическую оболочку Земли оказывают существенное влияние на процессы, происходящие на планете. Уже с древних времен люди поняли, что Солнце является активатором множества явлений и изменений на поверхности Земли и в её недрах. Земля находится под влиянием изменяющихся потоков излучения Солнца, солнечного ветра, галактических космических лучей, а также испытывает гравитационное воздействие со стороны Луны, Солнца и других планет Солнечной системы. Геофизические отклики на них наиболее динамично проявляются во внешних подвижных оболочках - атмосфере и гидросфере. Изучение взаимодействия процессов, происходящих во внутренних и внешних оболочках планеты, является одним из трех главных современных направлений наук о Земле. Первые следы радиации космического происхождения на Земле были обнаружены австрийцем Виктором Гессом ещё в 1912 году. Позднее, в 1936 году, за это открытие он получил Нобелевскую премию. Следует отметить, что в условиях современной действительности, очевидна сильная зависимость человечества от спутниковой связи, поэтому особенно важно следить за состоянием глобальной сети связи и реагировать на всякое её изменение. Трудно представить наш мир без геоинформационных систем, Интернета, радиосвязи, которые сильно подвержены влиянию магнитного излучения Космоса. За последние 15 лет в области изучения космогеофизических факторов проявились три новые исследовательские тенденции: 1. Активировалось развитие астробиологии. Последние данные о наличии воды в твердом виде (на Марсе) и жидком – на спутниках Юпитера заставляют более подробно рассматривать условия существования Солнечной системы эпохи формирования жизни на Земле. А значит – рассматривать условия зарождения древних биологических ритмов и видеть их проявления в современных развитии биосистем различного уровня организации. 2. Появились результаты поиска и изучения звезд солнцеподобного типа (например, благодаря программе «Sun-in-time»). Информация об их динамике, периодике и типах активности позволяет определить место нашего Солнца (и сформировавшейся под его влиянием биосферы Земли) среди галактических объектов, а также оценить величину космогенных катаклизмов, обрушивавшихся в свое время на древнюю Землю. 3. Современные технологии снятия, обработки и хранения биомедицинской информации открыли возможность проведения длительных мониторинговых экспериментов от 1 суток до длительности более нескольких лет. Полученные знания выявили новые технологии адаптации биологических объектов к космогеофизическим факторам. Основной целью данной работы является выявление факторов, воздействующих на географическую оболочку Земли со стороны космического пространства. Для раскрытия темы было поставлено несколько задач: 1. Установление причин космических процессов, оказывающих влияние на географическую оболочку. 2. Выявление факторов, воздействующих на планету Земля со стороны Космоса. 3. Анализ результатов влияния космических факторов на географическую оболочку Земли 4. Установление влияния Космоса на биологические и социальные процессы на Земле Вопросами связи Земли и Космоса занимались и продолжают изучать многие астрономы и астрофизики, в том числе Жуков В.А. (1994), Чижевский А.Л. (1927), Боярчук А.А. (1999) и другие. ГЛАВА 1. ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ И ФАКТОРЫ ЕЕ ДИНА- МИКИ 1.1 Краткие сведения о географической оболочке и устройстве ближнего космоса Земля – одна из планет Солнечной системы. В ней различают планеты земной группы – Меркурий, Венера, Марс, Земля и планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран. Вокруг Солнца движется огромное количество тел, очень различных по своим характеристикам. Помимо планет в состав Солнечной системы входят их спутники, астероиды (малые планеты), кометы (небольшие тела, окруженные обширной оболочкой, состоящей из разреженного газа), метеорные потоки и метеорные тела. Межпланетное пространство заполнено очень разреженным газом и космической пылью, оно является носителем магнитного и гравитационного полей, которые пронизывают электромагнитные излучения. Вторжением в плотные слои атмосферы метеорных тел вызывается возникновение летящих огненных шаров – болидов. От сильного сопротивления воздуха метеорное тело нередко раскалывается и осколки, называемые метеоритами, с грохотом выпадают на землю. Метеорное тело, которое имеет небольшие размеры, зачастую целиком испаряется а атмосфере Земли. Иногда его масса за время полета сильно уменьшается и до поверхности планеты долетают лишь уже успевшие остыть остатки. При полете метеориты проходят процесс оплавления и покрываются черной корочкой. Масса всех планет составляет лишь 0,1% от массы солнца, поэтому оно управляет движением всех членов Солнечной системы посредством силы своего притяжения. Сведений о Земле получено намного больше, чем о других планетах Солнечной системы. Рассматривая физическое строение Земли по вертикали, можно сделать вывод, что планета представляет собой ряд концентрических сферических слоев, составляющих географическую оболочку Земли. Внешняя – газовая атмосфера, после – жидкая оболочка – гидросфера, покрывающая основную массу планеты – литосферу. Каждая из них, в свою очередь, делится на ряд сферических слоев, качественно различающихся по своим физическим характеристикам. Атмосфера Земли интенсивно изучается с помощью ракет и искусственных спутников. В её структуре выделяют тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и ионосферу. Тропосфера – конвективная зона атмосферы, она нагревается инфракрасным излучением земной поверхности, сильно поглощающимся в ней за счёт большой концентрации водяного пара. Эта оболочка характеризуется большим перепадом температур и простирается до высот 10-12 км. Над тропосферой находится стратосфера (до 20 км), в которой велика лучистая теплопроводность и инфракрасное излучение, идущее снизу, слабо поглощается. Уменьшение инфракрасного излучения с высотой происходит потому, что водяной пар вымерзает с уменьшением температуры. Таким образом, перепад температур в стратосфере незначителен. Следующая, сравнительно теплая область атмосферы, называется мезосферой (или озоносферой), где посредством экзотермический фотохимической реакции разложения озона происходит повышение температуры. Озон поглощает ультрафиолетовое излучение в области 2000-3000 А и служит преградой от ультрафиолетового Солнечного излучения. Выше 400 км располагается термосфера – область изотермии. Ионизация озона, кислорода и азота ультрафиолетовым излучением Солнца приводит к образованию ионов и электронов в верхней атмосфере, называемой ионосферой. Атмосфера отражает или поглощает большую часть космического излучения, она не пропускает рентгеновское излучение Солнца. Кроме того, она защищает Землю от непрекращающейся бомбардировки микрометеоритами и потоками сверхскоростных частиц (в основном протонов и ядер атомов гелия). Но видимое солнечное излучение может проникать сквозь атмосферу почти без ослабления, поглощаясь только земной поверхностью, которая при этом нагревается и излучает лучи инфракрасного спектра. Таким образом, атмосфера играет важнейшую роль в поддержании теплового баланса Земли. Важным аспектом также является наличие магнитного поля Земли. Планета окружена мощным радиационным поясом, который состоит из быстро движущихся элементарных частиц высоких энергий – протонов и электронов. Внутренняя часть этого пояса располагается примерно на 500-5000 км от поверхности планеты, а внешняя часть простирается на высоте от 1 до 5 радиусов Земли и состоит в основном из электронов с меньшей энергией. Частицы, которые образуют радиационный пояс, судя по всему, захватываются магнитным полем Земли из числа тех частиц, которые непрерывно выбрасывает Солнце. Солнце – это центральное и самое большое тело Солнечной системы. Это мощнейший источник энергии всего спектра электромагнитных волн – от рентгеновских и ультрафиолетовых лучей до радиоволн. Следствием этого является тот факт, что Солнце оказывает сильное воздействие на все тела Солнечной системы. Светимость Солнца составляет 4*10^23 кВт, а его эффективная температура – 600 К. На поверхность площадью 1 м^2, расположенную перпендикулярно солнечным лучам (за пределами атмосферы Земли) приходится 1,36 кВт лучистой энергии Солнца Практически всё наблюдаемое солнечное излучение, за исключением потока частиц-нейтрино, возникающих в самом центре Солнца, приходит к поверхности Земли из внешних его слоев, которые в совокупности называются солнечной атмосферой. В видимой области солнечное излучение имеет непрерывный спектр, на который накладывается несколько десятков тысяч темных линий поглощения (фраунгоферовых линий). Наибольшей интенсивностью непрерывный спектр отличается в своей сине-зеленой части, в области длин волн 4300-5000 А. Солнечный спектр простирается в невидимые коротковолновую и длинноволновую области. До длин волн порядка 2000 А характер видимого солнечного спектра сохраняется, а в более коротковолновой области он сильно меняется, интенсивность непрерывного спектра падает, а темные фраунгоферовы линии сменяются более яркими эмиссионными. Солнце – раскаленный газовый шар. Преобладающим элементом на Солнце является водород, число атомов которого примерно в десять раз больше, чем всех остальных элементов вместе взятых. На его долю приходится примерно 70% всей массы Солнца, притом, что водород является самым легким элементом. Следующим по распространенности является гелий, занимающий 28% массы Солнца. И примерно 2% занимают остальные газы. Солнце является переменной звездой, так как солнечная постоянная не является константой. Реальные изменения солнечной постоянной можно разделить на две составляющие: долгопериодические и краткосрочные вариации. Долгопериодические составляют порядка 0,1% и по фазе совпали с 21- м и 22-м 11-летними циклами солнечной активности (конец ХХ столетия). В максимумах этих циклов солнечная постоянная возрастала, а в минимумах – убывала. Краткосрочные вариации обусловлены прохождением по солнечному диску ярких факелов и темных пятен. Имеют характерное время и амплитуду от +0,2% до - 0,4%. Специализированные приборы для измерения солнечной постоянной называются пиргелиометрами (или радиометрами). Поток энергии Солнца, который возникает в его недрах, передается во внешние слои и распределяется на все более широкую площадь. Таким образом, это означает, что температура солнечных газов уменьшается по мере удаления от центра. Вследствие этого, ориентируясь на определяемые температурой процессы, Солнце делится на несколько областей (см.Рис.1): Рисунок 1. Название рисунка ! 1. Внутренняя, центральная область (ядро), где происходят ядерные реакции, простирается от центра до расстояния примерно 0,3R; 2. Зона лучистого равновесия, где энергия лишь переносится от слоя к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов электромагнитной энергии, занимает область от 0,3 до 0,7R; 3. Конвективная зона, простирающаяся от верней части «лучистой» зоны почти до видимой границы Солнца, температура быстро уменьшается по мере отдаления от центра, ионизация ослабляется, в результате происходит конвекция вещества. Конвективные и турбулентные движения порождают различные волны, которые, распространяясь в атмосферу, переносят в нее часть механической энергии. В результате происходит усиление магнитного потока, образование у основания зоны конвекции магнитного слоя с большой напряженностью. Таким образом, конвективная зона не только формирует и определяет структуру атмосферы Солнца, но и из-за эволюции магнитных структур привносит в нее масштабные проявления солнечной активности; 4. Фотосфера, начинающаяся сразу после конвективной зоны, толщиной 200-300 км. Из этого слоя исходит практически вся солнечная энергия, наблюдаемая в видимой части спектра. Температура и плотность вещества в этом слое уменьшаются по мере удаления от центра; 5. Хромосфера, где температура растет и происходит последовательная ионизация водорода и гелия; 6. Солнечная корона – самая внешняя и наиболее разреженная часть солнечной атмосферы, продолжающаяся в межпланетном пространстве в виде солнечного ветра. Солнечная корона представляет собой разреженную плазму с температурой порядка миллиона кельвинов, излучающая в рентгеновском диапазоне спектра. Радиоизлучение Солнца отличается переменностью особенно потому, что оно образуется в Солнечной короне. При переходе к низким частотам оно усиливается и его модно разделить на радиоизлучение спокойного Солнца и радиоизлучение возмущенного Солнца. Рядом с яркими областями активного свечения короны над пятнами часто наблюдаются корональные дыры, по-видимому связанные с участками солнечной атмосферы, в которых магнитные силовые линии не образуют петель и вытянуты очень далеко от Солнца. Из этих областей происходит усиление потока плазмы солнечного ветра, который оказывает существенное влияние на геофизические явления. Луна – ближайшее к Земле небесное тело, её спутник. Радиус Луны – 1738 км. Среднее расстояние от Луны до Земли составляет 384400 км. Кроме того, период вращения нашего спутника вокруг оси равен периоду его обращения вокруг Земли. Такой тип вращения называется синхронным. Орбита невозмущенного движения Луны вокруг Земли является эллиптической, в перине расстояние между ними меньше среднего на 21000 км, а в апогее – на столько же больше. Луна движется вокруг Земли в направлении с запада к востоку, то есть в том же направлении, в котором Земля вращается вокруг Солнца. Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, одним и тем же полушарием, потому что она имеет синхронный тип вращения. Период обращения Луны вокруг Земли называется сидерическим или звездным месяцем, продолжительность которого равна 27,32 суток. Спустя это время Луна снова занимает прежнее положение на своей орбите по отношению к звездам. Вследствие возмущений происходит постоянное изменение элементов лунной орбиты. Кроме того, за каждый оборот Луны вокруг Земли узлы смещаются примерно на 1,5 градус. Таким образом, по истечении звездного месяца Луна никогда не возвращается в точности на то же положение и каждый следующий оборот совершает уже по новому пути. Плоскость лунной орбиты займет опять свое прежнее положение только спустя 18 лет и 7 месяцев, когда узлы сделают полный оборот по эклиптике. Различные формы видимой освещенности Луны называются её фазами, которых различают 4 вида: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть. Различают некоторые периоды в обращении Луны: синодический месяц – промежуток времени между двумя последовательными одноименными фазами Луны, аномалистический месяц – промежуток между двумя последовательными переходами Луны через перигей, драконический месяц – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты, тропический месяц - роме жутко времени, в течение которого долгота Луны увеличивается на 360 градусов. 1.2 Космические факторы, влияющие на географическую оболочку Земли Довольно часто в солнечной атмосфере возникают быстро изменяющихся активные образования, которые очень отличаются от окружающих стабильных областей, структура и свойства которых практически не меняется со временем. Причиной образования подобных областей является магнитное поле, колебания которого всегда сопровождаются возникновением активных образований. Соответственно, та часть солнечной атмосферы, в которой происходят эти изменения, называется активной областью. Генезис и причина изменения магнитных полей на Солнце не вполне ясны. Возможно два варианта: магнитные поля могут быть сконцентрированы в каком- либо слое Солнца или они могут периодически усиливаться в результате своеобразного процесса возмущения магнитного поля (магнитное динамо). Важнейший признак начала развития активной области – появление группы солнечных пятен. Отдельное пятно появляется в виде крошечной поры, которая, развиваясь, увеличивается до размеров порядка нескольких десятков тысяч километров. Одновременно с этим происходит усиление напряженности магнитного поля, достигающей значений нескольких тысяч эрстед в центре крупных пятен. Отдельные пятна в пределах группы обычно появляются на восточном и западном краях области, там, где сильнее других развиваются два пятна – ведущее (западное) и хвостовое (восточное). Такую группу пятен называют биполярной, поскольку магнитные поля обоих главных пятен всегда обладают противоположной полярностью. Вокруг пятен, особенно тех, которые наблюдаются вблизи лимба, видны яркие образования – фотосферные факелы. Они отличаются характерной ячейковой структурой, которую образуют многочисленные яркие точки – факельные гранулы, сливающиеся в прожили и цепочки. Факелы всегда образуются при небольших усилениях магнитных полей, до значений в десятки и сотни эрстед. Кроме того, они могут существовать и без пятен, чаще всего предваряя их появление, или образуя остатки активной области. Факелы – это относительно устойчивые образования, которые могут существовать в течение нескольких недель или даже месяцев, иногда занимая значительную площадь фотосферы. Самые мощные и наиболее быстро развивающиеся проявления солнечной активности – это солнечные вспышки. Они возникают в короне и в хромосфере, чаще всего в небольшой области вблизи границы раздела полярности сильных магнитных полей между развивающимися пятнами. Во время вспышек наблюдаются самые коротковолновые, наиболее мощные рентгеновские спектральные линии и даже иногда гамма-излучение. В начале вспышки яркость одного из узелков флоккула (яркое пятно, совпадающее по своим очертаниям с расположением фотосферных факелов) резко возрастает и менее чем за минуту сильное излучение распространяется на целую область, протяженностью в несколько десятков тысяч километров. Возрастает уровень непрерывного спектра и интенсивность ультрафиолетового и рентгеновского излучения, а также радиоизлучения из центра вспышки. Помимо увеличения яркости в это же время происходит мощное движение газов и вбросы облаков плазмы в виде отдельных конденсированных «брызгов». Все перечисленные явления объясняются выделением огромного количества энергии неустойчивой плазмы, которая находится в области очень неоднородного магнитного поля. В результате сложного процесса взаимодействия магнитного поля и плазмы значительная часть энергии магнитного поля переходит в тепло, при этом нагревая газ до температуры в десятки миллионов кельвинов, а другая часть идет на ускорение отдельных облаков плазмы. Одновременно с ускорением макроскопических облаков плазмы относительно движения плазмы и магнитных полей происходит ускорение отдельных частиц до высоких энергий: электронов до десятков киноэлектрон- вольт и протонов до десятков мегаэлектрон-вольт. Хотя их энергии значительно меньше, чем у галактических космических лучей, поток этих солнечных космических лучей больше и они оказывают существенное воздействие на верхние слои атмосферы Земли и её магнитное поле. Весь процесс солнечной вспышки имеет характер взрыва, сопровождающегося сильным сжатием вещества в некотором объеме хромосферы. Общее количество энергии, выделяющийся в диапазоне оптического, ультрафиолетового, рентгеновского и радиоизлучения, а также идущей на ускорение плазмы и отдельных частиц, достигает 10^21 – 10^25 Дж. Примерно половину этой массы уносят корональные выбросы массы и ударные волны, а четверть – движения хромосферного вещества. Остальную энергию практически поровну делят солнечные космические лучи и рентгеновское, ультрафиолетовое и оптическое электромагнитные излучения. Кроме того, в солнечной короне имеются протуберанцы – активные образования, которые отличаются от окружающей плазмы большей плотностью и меньшей температурой. Это облака, светящиеся примерно в тех же спектральных линиях, что и хромосфера, различных форм и размеров. Протуберанцы – это самые крупные образования в солнечной атмосфере, длина которых достигает сотен тысяч километров. Все активные образования в солнечной атмосфере тесно связаны между собой. Совокупность этих проявлений, связанных с данным участком атмосферы и развивающихся в течение определенного времени, часто называют центром солнечной активности. Количество пятен и других связанных с ними проявлений солнечной активности меняется периодически. Эпоха, когда число центров активности наибольшее – максимум солнечной активности, а когда их почти совсем нет – минимум (см.Рис.2). Рисунок 2. Название рисунка и источник, откуда он взят ГЛАВА 2 КОСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГЕОГРАФИЧЕСКУЮ ОБОЛОЧКУ ЗЕМЛИ 2.1 Результаты влияния космических факторов на географическую оболочку планеты Земля 2.1.1 Солнечно-земные связи. Схема солнечно-земных связей Солнечно-земные связи – система, включающая в себя прямые или опосредованные физические связи между гелио- и геофизическими процессами. Земля получает от Солнца не только тепло и свет, но и подвергается воздействию рентгеновского и ультрафиолетового излучения, солнечных космических лучей и солнечного ветра. Изменение мощности этих факторов при различиях в уровне солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в ионосфере, магнитосфере, атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Словом, происходит воздействие на всю географическую оболочку Земли. Влияние солнечной активности на Землю сводится либо к переносу от Солнца к Земле энергии активных процессов на Солнце, либо к перераспределению уже накопленной энергии в атмосфере Земли. Последовательность процессов в системе Солнце − Земля можно проследить, наблюдая явления, сопровождающие мощную вспышку на Солнце. Последствия вспышки начинают сказываться в околоземном пространстве практически одновременно с происходящим на Солнце. Мощная вспышка или выделение коронального вещества сопровождается выбросом большого количества ускоренных частиц − солнечных космических лучей. Самые энергичные из них (с энергией до ГэВ) приходят к Земле спустя примерно 10 минут после максимума вспышки. Повышенный поток солнечных космических лучей у Земли может наблюдаться до нескольких десятков часов. Вторжение солнечных космических лучей в ионосферу полярных широт вызывает дополнительную ионизацию, что приводит к ухудшению радиосвязи на коротких волнах. Кроме того, существует представление о том, что солнечные космические лучи в значительной мере способствуют ослаблению озонового слоя Земли. Верхняя кривая – число солнечных пятен, нижняя кривая – результаты радиоизменений. Чем выше солнечная активность, тем хуже условия радиопередач. Лучистая энергия Солнца является основным источником большинства физико-химических явлений, имеющих место в атмо-, гидро- и в поверхностном слое литосферы. Изменения в количестве лучистой̆ энергии Солнца, попадающей на тот или иной участок Земли, из-за шарообразной формы Земли и наклона её оси обусловливают собой̆ динамику воздушных и водных масс, различие почв, огромную разницу в явлениях органического мира. Из этого следует, что резкие колебания в количестве излучаемой Солнцем энергии, связанные с процессом образования пятен, не могут не отразиться на всех указанных явлениях. По- видимому, под влиянием резких колебаний в количестве получаемой Землей лучистой энергии Солнца возникают нарушения в процессах атмосферных явлений, сопровождающиеся целым рядом погодных катаклизмов. Верхняя кривая – частота бурь на озере Байкал, нижняя – солнечные пятна с 1899 по 1924 г. Из корональных дыр также происходит усиленный поток солнечного ветра, который оказывает существенное влияние на геофизические процессы. Корональные дыры могут существовать в течение нескольких оборотов Солнца и тем самым вызывать на Земле 27-дневную периодичность явлений, наиболее чувствительных к корпускулярному излучению Солнца. Мировые магнитные бури, являющиеся результатом воздействия межпланетных ударных волн, порожденных выбросами коронального вещества – это крайняя степень возмущённости магнитосферы в целом. Нижняя кривая – солнечные пятна в период с 1875 по 1925 г. Верхняя кривая – интенсивность магнитных бурь за то же время. Более слабые (но притом более частые) возмущения, именуемые суббурями, развиваются в магнитосфере приполярных областей. Ещё более слабые возмущения возникают вблизи границы магнитосферы с солнечным ветром. В магнитосфере генерируется широкий спектр электромагнитных волн с частотами 0.001 −10 Гц, которые свободно доходят до поверхности Земли. Во время магнитных бурь их интенсивность возрастает в 10−100 раз. Эти процессы также сопровождаются развитием систем электрических токов в магнитосфере и ионосфере. Эти токи создают наводки в протяженных технических системах, таких как линии электропередач, газопроводы и нефтепроводы, что может приводить к возникновению аварийных ситуаций. В высоких широтах благодаря ионизации во время возмущений магнитного поля наблюдаются полярные сияния. Имеются статистические данные о том, что через 2-4 суток после магнитной бури происходит заметное изменение барического поля тропосферы, которое приводит к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению характера циркуляции воздуха (развитию циклонов, антициклонов и иных метеорологических явлений). Кроме того, происходит усиление или ослабление геомагнитных пульсаций в широком диапазоне частот, изменение атмосферного электрического поля, усиление акустических шумов инфразвукового диапазона, изменение уровня напряженности электромагнитного фона в диапазоне низких и сверхнизких частот, возрастание радиоактивности атмосферы. Существует периодичность в эпохах солнечной активности – 11 лет. В прошедшем, 23-м цикле солнечной активности, наблюдался двугорбый максимум солнечных пятен в 2000 г. и в 2002 году, максимум вспышечных процессов пришелся на 2001-ый, а максимум радиоизлучения – на начало 2002- го года. Чижевский в своей работе «Земное эхо солнечных бурь» выделяет причинную зависимость следующих физических явлений от степени напряженности солнечной активности: 1. Напряженность земного магнетизма. Магнитные бури (Lamont. 1850; Sabin, Cautur, Wolf. 1852), а также и частота магнитных бурь. 2. Частота полярных сияний (Fritz, 1863; Loomis). 3. Частота появления перистых облаков (Klein), их радиация (А. Моисеев). 4. Частота появления галосов и венцов вокруг Солнца и Луны (Messerschmidt, Моисеев, 1917). 5. Количество ультрафиолетовой радиации (Dobson, 1924; Pettit). 6. Количество радиоактивной эманации в воздухе (Bongards, 1923). 7. Степень ионизации верхних слоев атмосферы (Schuster. Pieard, Austin, 1927). Изменения электрической оболочки атмосферы, радиоприема, слышимости и т. д. 8. Колебания напряженности атмосферного электричества (Wislicinus, 1872; Chree, Bauer). 9. Частота и интенсивность грозовой деятельности (Lenger. 1887; Hess, Д. Святский, А. Моисеев, 1920). 10. Количество озона в воздухе (Moffat, 1876; Dobson, Harrisson, Lowrens). 11. Количество космической пыли в воздухе (Busch, Arrhenius, Berberich) и др. и окраска неба (Busch). 12. Количество тепловой радиации (инсоляции) (Савельев, 1884, 1905—1920). 13. Температура воздуха у поверхности Земли и воды морей (Gautier. 1844; Köppen, Fröhlich, Flammarion, Ricco, Nordmann, Langley, M. Dowall, Meisner Mielke, Terada и др.). 14. Давление воздуха (Broun, Archibald, Lockyer, Лейст, Walker, Clayton, Федоров и др.). 15. Частота бурь, ураганов, смерчей (Meldrun, 1872; Rocy, Reich, Kawazoe- Mampei, Myrbach, m-me Flammarion, Kulmer). 16. Количество осадков (Meldrun, Lockyer, Symons, Archibald, Hill, Kassner, Huntington, Moreux, Шостакович и др.), частота градобитий (Fritz) и число полярных айсбергов. 17. Высота уровня озер (Moreux, Wallen, Визе, Святский, Шостакович и многие другие). 18. Иловые отложения озер (В. Шостакович, 1934). 19. Колебания климата (Huntington, Arctowsky). Возмущения климата (М. Боголепов). 20. Землетрясения (Mallet, 1858; Kluge, De-Marchi, Memery, Oddone, Marchand, Боголепов, Шостакович). 2.1.2 Воздействие луны Размеры Земли не бесконечно малы по сравнению с расстоянием до Луны, поэтому лунное притяжение в различных точках Земли неодинаково. На той части Земли, которая обращена к Луне, происходит стягивание воздушных масс к оси, соединяющей центры Земли и Луны и образование вспучивания в атмосфере. Над подлунной точкой создается избыток воздушной массы. Вертикальная составляющая лунного притяжения затрачивается на преодоление земного тяготения, имея наибольшую величину в верхних слоях атмосферы. Горизонтальная составляющая силы притяжения Луны идет на преодоление приземного трения в нижних слоях и молекулярного трения в верхних слоях атмосферы. Из-за этого факта верхние слои лунного прилива перемещаются быстрее нижних, а вертикальная ось лунного прилива наклонена в сторону его перемещения. Лунный прилив следует за подлунной точкой с опозданием из-за приземного и молекулярного трения. Горизонтальная составляющая силы лунного притяжения участвует в стягивании холодных воздушных масс в умеренные и низкие широты из приполярных, внося свой вклад в термическую циркуляцию Земли. В течение сидерического месяца пояс максимального притяжения Луны находится то в южном, то в севером полушарии Земли в районах тропической и субтропической зон. Исходя из этого, лунный прилив формируется в атмосфере в массах теплого воздуха. На графиках видно, что когда Луна проходит кульминацию, то за ней, спустя приблизительно 3 часа, приходит «гравитационная» волна, вызванная ускоренным перемещением массы Луны. Приливная волна в это время «отстает» от Луны на 8 часов. Рис. 2. Графики зависимости прихода «гравитационных» и приливных волн в зависимости от положения луны. За 20–26 февраля 2012 г. ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАЦИЙ ПРИЛИВОВ И ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ ЛУНЫ короченцев Лясунов морозов Кроме того, периоды максимального положительного и отрицательного видимого склонения Луны (243-246 суток и 273-275 суток, соответственно, 9 и 10 сидерических месяца) совпадают с периодами максимально повышенных атмосферных давлений. 2.1.3 Влияние космических лучей В земной атмосфере космические лучи образуют ядерную и электронно- фотонную компоненты. Космические лучи образуют первичное и вторичное излучение, соответственно, поток излучения заряженных частиц у верхних границ и в нижней части атмосферы Земли. Наиболее важную роль в процессах, происходящих в атмосфере земли играет электронно-фотонная, наиболее интенсивная компонента. Она вызывает ионизацию, диссоциацию и возбуждение атомов воздуха. Благодаря ионизации воздуха космические лучи являются важнейшим фактором обеспечения электропроводности в атмосфере на высотах до 60 км. Без них была бы невозможна работа глобальной электрической токовой сети. Кроме того, производя колонную ионизацию, космические лучи участвуют в образовании ступенчатых и стреловидный лидеров молний и грозовых облаков. 2.1.4 Влияние космической пыли При годовом вращении вокруг Солнца Земля движется внутри зодиакального пылевого облака, расположенного в промежутке между Солнцем и орбитой Марса в области эклиптики. Его составляет пыль, оставляемая хвостами комет. Поступающая в атмосферу Земли космическая пыль со временем оседает на её поверхности. Частицы космической пыли содержат магний, железо, серу, кальций, алюминий и натрий. Наличие атомов серы, натрия и магния обуславливает образование ядер конденсации водяного пара в атмосфере и в последствии облаков. Таким образом, чем больше космической пыли содержится в атмосфере, тем мощнее облачный покров Земли, рассеивающий солнечную радиацию. Из этого следует, что с увеличением количества поступающих в атмосферу Земли частиц космической пыли, уменьшается доходящий до земли поток солнечной радиации, что приводит к постепенному похолоданию климата. Изменения концентрации пыли и температуры воздуха на антарктической станции Восток за последние 420 тыс. лет ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ НА КЛИМАТ ЗЕМЛИ + ВЛИЯНИЕ ПЫЛИ КОСМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА ОБЛАЧНОСТЬ, АЛЬБЕДО И КЛИМАТ ЗЕМЛИ ерамков охлопков стажков 2.2 Солнце как один из космических факторов функционирования географиче- ской оболочки Земли В настоящее время широкое распространение получили прогнозы влияния геомагнитной активности на состояние здоровья людей, биосферные и социальные процессы. Мнение о зависимости самочувствия людей от магнитных бурь уже твёрдо устоялось в общественном сознании и даже подтверждается некоторыми статистическими исследованиями: например, количество людей, госпитализированных «скорой помощью», и число обострений сердечно - сосудистых заболеваний явно возрастает после магнитной бури. Однако с точки зрения академической науки доказательств собрано ещё недостаточно. Кроме того, в человеческом организме отсутствует какой-либо орган или тип клеток, претендующих на роль достаточно чувствительного приёмника геомагнитных вариаций. В качестве альтернативного механизма воздействия магнитных бурь на живой организм часто рассматривают инфразвуковые колебания — звуковые волны с частотами менее одного герца, близкими к собственной частоте многих внутренних органов. Инфразвук, возможно, излучаемый активной ионосферой, может резонансным образом воздействовать на сердечно - сосудистую систему человека. Остаётся только заметить, что вопросы зависимости космической погоды и биосферы ещё ждут своего внимательного исследователя и к настоящему времени остаются, наверное, самой интригующей частью науки о солнечно-земных связях. Мировоззренческие идеи А.Л. Чижевского вылились в создание им концепции влияния космических факторов на геофизические, биологические и социальные процессы. Как известно, световое излучение Солнца остается постоянным с точностью до нескольких процентов на всем протяжении истории человечества. Но корпускулярная активность Солнца, которая заключается в выбросе масс заряженных частиц, периодична. Её цикл охватывает в среднем 11,2 года. Статистический анализ исторического процесса выявил в нем периодические изменения, которые оказались практически одновременными с колебаниями корпускулярной активности Солнца. А.Л. Чижевский перечислил ряд явлений в органическом мире Земли, связанных с периодической деятельностью Солнца, электричеством и магнетизмом Земли: 1. Величина урожая кормовых злаков (Sir, W. Herschel, 1801; Clarce, Danson, Fritz, Show, Hunter, Endstrom, Flammarion, M. Семенов, Б. Ястремский). 2. Количество и качество добываемого вина (Sartorius, H. Fritz, 1878; Memery, Lackowsky). 3. Рост древесины (толщина годичных колец) (Lem-strom, Helland-Hansen, Nansen, Huntington, Douglass). 4. Время зацветания растений (Marchand, Flammarion, Nansen, Helland-Hansen). 5. Пышность цветения растений (Belot, 1927). 6. Эпифитии (Чижевский, 1927). 7. Размножаемость и миграции насекомых (Кеппен, 1870; Fritz, Hahn, Giard). 8. Размножаемость и миграции рыб (Nansen. Helland-Hansen, 1909; Шостакович). Количество икры в печени некоторых рыб. 9. Время весеннего прилета (миграции) птиц (Marchand, Flammarion, Moreux, Шостакович). 10. Размножаемость и миграции животных (грызунов, пушных) (Туркин, 1900; Simrotti. 1907). 11. Продолжительность стойлового содержания скота (Ястремский, 1926). 12. Эпизоотии, падеж скота (Чижевский, 1927). 13. Качество кальция в крови (H. et R. Bakwin). 14. Частота поражений человека ударами молнии и частота пожаров от молнии (Bondin, О. Steffens, 1904). 15. Колебания веса младенцев (Жуков, 1928). 16. Квантитативная компенсация в .функциях биосферы (Чижевский, 1929). 17. Психопатические эпидемии. Массовые истерии, галлюцинации, меряченье и г. д. (Чижевский, 1915— 1928). 18. Частота эффективных преступлений (Чижевский, 1927, 1928). 19. Частота несчастных случаев (Чижевский, 1928, 1934). 20. Модификация нервной возбудимости нервно-психического тонуса (Чижевский, 1915—1928). 21. Частота внезапных смертей (Kindlimann, 1910; Чижевский, 1918; Sardou, Faure. Vallot, 1922; Dull, 1934). 22. Частота обострений (ухудшений) в течении болезней (Sardou, Faure, Vallot, 1922). 23. Частота эпилептических припадков (Ammonn, Kritzinger, 1924; Morrell, 1928). 24. Колебания общей смертности (вековой ход — Покровский, 1928; годовой ход — Чижевский, 1929). Синхронизм обшей смертности (Чижевский, 1929; 27- дневный период— Dull, 1934). 25. Рождаемость (вековой ход— Покровский, 1928). 26. Брачность (вековой ход — Покровский, 1928). 27. Эпидемии и пандемии (Чижевский, 1922—1935; Budai, 1931; Vies, 1933). На основании этого можно выделить основные положения, характеризующие течение человеческой истории: 1. Каждый цикл исторических событий всемирно-исторического процесса – всеобщий. 2. В каждом столетии всеобщий цикл исторических событий повторяется ровно 9 раз. Таким образом, каждый цикл всеобщей исторической, военной или общественной деятельности человечества равен, в среднем арифметическом, 11 годам. 3. Эпохи концентраций исторических событий разделены между собой эпохами, в течение которых количество вновь возникающих исторических событий падает до минимума. 4. Эпохи концентраций исторических событий совпадают с эпохами максимумов солнцедеятельности; эпохи разряжений совпадают с эпохами минимумов. 5. В каждом цикле существуют определенные периоды: Период Этапы возбудимости Эпохи солнцедеятельности 1 Минимальная возбудимость Минимум пятен 2 Нарастание возбудимости Нарастание максимума 3 Максимальная возбудимость Максимум пятен 4 Падение возбудимости Убывание максимума с переходом в минимум С точки зрения А.Л.Чижевского, массовые движения человеческих коллективов и сообществ представляют собой не что иное, как процесс преобразования получаемой Землей солнечной энергии. А.Л. Чижевский сводил энергию социальных процессов к психофизической энергии человеческих организмов. По его мнению, социальные движения подобны психическим эпидемиям. Они развиваются на той же самой основе, что и истерии, то есть на почве ущемления инстинктивных потребностей. Особое внимание в своих работах Чижевский обращает на ритмичность эпидемий и циклов солнечной активности. Как же космические факторы, которые связаны с активностью Солнца, оказывают влияние на эпидемический процесс? Во-первых, из Солнца исходит электромагнитное излучение, которое очень быстро достигает Земли. Часть этого излучения достигает её поверхности, а остальная часть остается в атмосфере, поглощаясь ею. То излучение, которое проникает в биосферу Земли, непосредственно влияет не только на организм человека, но и на растительный и животный мир. Естественно, оно оказывает влияние и на микроорганизмы. Но из Солнца исходит не только электромагнитное излучение с разными длинами волн. Как уже говорилось, от него исходят и заряженные частицы. Солнечные заряженные частицы деформируют магнитосферу Земли, вызывая магнитные бури, магнитными возмущения, пертурбации. Колебания магнитного поля Земли, которые вызваны действием солнечных заряженных частиц, действуют на организм человека, на животных, на растения. Заряженные частицы, которые все же попадают в атмосферу Земли, меняют её циркуляцию, то есть изменяют погоду. При этом меняется атмосферное электричество. Как атмосферное электричество, так и погода оказывают влияние на все живое, в том числе и на человека. Причинно-следственная связь спонтанных нестационарных процессов на Солнце с жизнедеятельностью биосферы и социосферы может быть понята как вероятностный способ объяснения. Спонтанные проявления активности Солнца играют роль спусковых механизмов, периодически вызывающих неординарные последствия. Хотя не во всех странах одновременно происходят эпидемии, войны, революции, но вспышки на Солнце нелинейным образом усиливают влияние земных факторов. Разработанная А.Л.Чижевским концепция космических факторов биологических и социальных процессов является, несомненно, одним из наиболее ценностно-значимых достижений научной мысли ХХ века, так как она непосредственно касается проблемы судьбы человечества. Заключение Особое внимание к влиянию на Землю космических процессов постепенно занимает подобающее место в нашем мире. Для исследований Солнца, Луны, магнитосферы и ионосферы Земли развёрнута сеть солнечных обсерваторий и геофизических станций, а в околоземном космосе парит множество научно- исследовательских спутников. Основываясь на приводимых ими наблюдениях, учёные предупреждают нас о солнечных вспышках и магнитных бурях и проводят систематический учет и анализ нестационарных процессов в космосе. Солнечная активность оказывает самое сильное и широкое влияние на географическую оболочку Земли. Солнечные вспышки, корональные дыры, солнечный ветер, протуберанцы, солнечные пятна, электромагнитное излучение воздействуют на ионосферу, магнитосферу и атмосферу Земли, вызывая различные изменения в стационарных процессах на поверхности планеты. Кроме того, учеными доказано влияние космических факторов на биологические, социальные процессы на Земле. Усиление магнитной активности приводит к возбуждению биохимических процессов живых организмов, изменениям в биологических процессах. Так, солнечная активность имеет доказанный 11-летний цикл, минимумы и максимумы которого приходятся на усиление и упадок различных явлений на Земле, так или иначе связанных с магнетизмом, электричеством и иными факторами космического вмешательства. Итоговое предложение Библиография 1. Бережко Е.Г. Введение в физику космоса. Якутск, 2004 – 280 с. 2. Биттенкорт Ж.А. Основы физики плазмы. М.:Физматлит, 2009 – 293 с. 3. Боярчук А.А. Угроза с неба: рок или случайность? М.: Космоинформ, 1999 – 187. 4. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия. М.:«Просвещение», 1987 - 88 с. 5. Ермаков В.И., Охлопков В.П., Стожков Ю.И. Влияние космической пыли на климат Земли. Вестник Московского Университета, 2008 – 13 с. 6. Ермаков В.И., Охлопков В.П., Стожков Ю.И. Влияние пыли космического происхождения на облачность, альбедо и климат Земли. Вестник Московского Университета, 2009 – 10 с. 7. Жуков В.А. Воздействие сил притяжения Земли, Луны и Солнца на атмосферу Земли известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. Издательство Московский Государственный университет геодезии и картографии, 1994 – 10 с. 8. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. М.:УРСС 2001 – 542 с. 9. Короченцев В.И., Лисунов Е.В., Морозов А.П., Исследование вариаций приливов и гравитационного поля Земли от положения Луны / Известия ЮФУ. Технические науки. Издательство Южный Федеральный Университет: Ростов на Дону, 2013 – 14 с. 10. Мирошниченко Л.И. Физика Солнца и Солнечно-Земных Связей. Под ред. М. И. Панасюка. М.: Университетская книга, 2011 - 174 с. 11. Постнов К.А., Засов А.В. Курс общей астрофизики. М.:Издательство МГУ, 2005 – 367 с. 12. Смольков Г.Я., Баркин Ю.В. Роль и вклад гравитационного воздействия на Землю и солнечно-земные связи Всероссийская конференция по солнечно-земной физике, посвященная 100-летию со дня рождения члена- корреспондента РАН В.Е. Степанова. Иркутск, 2013. 13. Хабарова О.В., Руденчик Е.А. Об особенностях изменения осцилляторного режима плотности солнечного ветра и магнитного поля Земли перед магнитными бурями - результаты вэйвлет-анализа. Вестник отделения Наук о Земле РАН, 2013 – 56-80 с. 14. Хабутдинов Ю.Г., Шанталинский К.М., Николаев А.А. Учение об атмосфере. Казанский Государственный университет, 2010 - 244 с. 15. Чижевский А.Л. Земное это солнечных бурь. Изд. 2-е. Предисл. О. Г. Газенко. Ред. коллегия: П. А. Коржуев (отв. ред.) и др. М.: «Мысль», 1976 - 367 с. 16. Чижевский А.Л. Физические факторы исторического процесса. Калуга, 1- я Гостиполитография, 1924 – 210 с. |