Солнце и климат

Втр, 10/28/2014 - 22:13

Снижение солнечной постоянной и грядущее похолодание

Наиболее существенным событием XX века в жизни Солнца стал необычайно высокий уровень и длительный, практически в течение всего века, рост интенсивности излучаемой Солнцем энергии (рис. 3).

Подобного увеличения потока солнечного излучения не наблюдалось по меньшей мере 700 лет. Однако его следствие — глобальное потепление климата — это рядовое, а не аномальное событие в жизни Земли. Климат на Земле периодически менялся, и наша планета в течение хорошо изученных нескольких последних тысячелетий не раз переживала глобальные потепления, аналогичные современному, за которыми шли глубокие похолодания, носившие циклический двухвековой характер. Ни похолодание, ни потепление не могут длиться дольше, чем им отмерено 200-летними колебаниями размера и светимости Солнца.

Наблюдавшееся в период длительного высокого максимума активности Солнца в XI-XII веках глобальное потепление (малый климатический оптимум), аналогичное современному или даже большее, вызвало серьезные изменения климата. В Шотландии возделывали виноградники, Гренландия полностью оправдывала свое название «зеленая земля» и была заселена норманнами в конце X — начале XI века. А в последнее глубокое понижение температуры (маундеровский минимум, самая холодная фаза малого ледникового периода) в Голландии замерзали все каналы, в Лондоне — Темза, в Париже — Сена, а в Гренландии наступали ледники, вынуждая людей оставлять свои веками обжитые поселения.
Интенсивность излучаемого Солнцем потока энергии с начала 90-х годов прошлого века медленно идет на спад и, вопреки общепринятому мнению, неизбежно приведет к глобальному понижению температуры до глубокого похолодания, аналогичного минимуму Маундера (рис. 5). К середине века дефицит получаемой Землей солнечной энергии может составлять порядка 0,2% относительно ее максимального среднего уровня в 1980-х годах, или около 3 Вт/ м2. При этом, хотя изменение солнечной постоянной и составляет около 0,07% за «короткий» цикл, его влияние на климат сглаживает тепловая инерция Мирового океана. Однако если подобный дефицит сохранится в двух циклах подряд, климат неизбежно изменится, но спустя 17±5 лет из-за той же тепловой инерции.

В нынешнем, 23-м «коротком» цикле, который растянулся на 12 лет, верхние слои атмосферы недополучают по сравнению с 22-м циклом в среднем 0,19 Вт/м2 солнечной энергии. За год дефицит составляет 6х106 Дж/м2, а за весь цикл обращенное к Солнцу полушарие Земли площадью 127,5х106 км2 недополучило 24 миллиона мегаджоулей энергии. Солнце больше не греет Землю, как прежде, наша планета испытывает дефицит энергии, сравнимый с полной мощностью 21 миллиона атомных электростанций, она живет в условиях «остывающего» Солнца. Следовательно, нужно ожидать не катастрофического таяния льдов, а, напротив, постепенного нарастания ледовых шапок на полюсах. Оно уже началось: площадь ледового покрова в Арктике на сентябрь 2008 года (4,52 млн км2), вопреки всем прогнозам, стала на 390 тыс. км2 больше, чем в 2007 (4,13 млн км2) и в следующем году существенно возросла. Осталось дождаться обработки результатов 2010-2011 годов.

Британские исследователи утверждают, что в нынешнем похолодании виновато явление Ла-Нинья (в переводе с испанского La Nina — «девочка») в Тихом океане, у берегов Эквадора, Перу и Колумбии. Оно характеризуется аномальным понижением температуры поверхности океана в среднем на 0,5-1 градус. Это «зеркально» отличает феномен от другого широко известного феномена — Эль-Ниньо (El Nino — «мальчик»), который характеризуется аномальным повышением температуры поверхности океана. Оба явления одинаково сложны в прогнозировании и объяснении. Американские физики, изучавшие их, полагают, что они могут быть лишь кратковременными флуктуациями в более длительном природном цикле «супер-Ниньо». Мы считаем, что все эти явления (Эль-Ниньо, Ла-Нинья и «супер-Ниньо») имеют естественную природу и порождены 11-летними и двухвековыми колебаниями интенсивности излучаемой Солнцем энергии. На это указывает наличие между ними корреляции.

Наметившаяся в 2006-2008 годах тенденция снижения глобальной температуры (рис. 6) временно остановится в 2010-2012 годах. Тогда ожидается рост солнечной постоянной: «короткий», 24-й цикл может временно скомпенсировать спад ее двухвековой компоненты, Но, если солнечная активность в «коротком» цикле вырастет недостаточно, начнется остывание планеты до глубокого похолодания в 2055-2060 ±11 годах, когда температура снизится на 1,0-1,5 градуса. Очередной климатический минимум продлится 45-65 лет, после чего обязательно наступит потепление, но уже лишь в начале XXII века (рис. 7).

Далекое прошлое земного климата

В пробах льда из скважин Гренландии и Антарктиды (вблизи станции «Восток») глубиной более трех километров содержатся пузырьки воздуха тех эпох, когда откладывался снег. В них современными методами с высокой точностью установлены содержание углекислого газа, кислорода и прочих компонентов реликтовой атмосферы, а также температура, при которой выпадал снег. Выяснилось, что значительные повышения концентрации углекислого газа в атмосфере и глобальные потепления климата происходили циклически, когда еще никакого индустриального воздействия на природу не было и в помине. Было также установлено, что периодические весьма значительные повышения содержания углекислого газа в атмосфере на протяжении 420 тыс. лет никогда не предшествовали потеплению, а, наоборот, всегда следовали за ростом температуры с отставанием в
200-800 лет, то есть были его следствием (рис. 8). А концентрация углекислого газа в атмосфере в ледниковых периодах истории Земли всегда была примерно в два раза ниже, чем в настоящее время.

Повышение концентрации парниковых газов — не причина глобального потепления, а, напротив, естественное следствие роста температуры. Оно происходит с запаздыванием на время, необходимое для прогрева Мирового океана и таяния айсбергов (200-800 лет). Океан служит основным хранилищем углекислоты, а поскольку растворимость газа в воде уменьшается с ростом температуры, прогрев океана приводит к выбросу в атмосферу больших ее объемов. Еще один источник поступления СО2 в атмосферу несколько лет назад обнаружили ученые Дальневосточного отделения РАН: это огромное количество водорослей, вмороженных в айсберги, дрейфующие в Арктике и у берегов Антарктиды. Попадая в теплую воду после таяния льда, они гниют, выделяя углекислый газ. Следовательно, широко распространенная точка зрения об определяющей роли промышленной деятельности человека в глобальном потеплении климата сложилась в результате подмены следствия причиной.

Таким образом, наблюдаемое глобальное потепление климата Земли обусловлено вовсе не антропогенными выбросами «парниковых» газов, а в первую очередь необычайно высокой интенсивностью солнечного излучения, сохранявшейся практически весь прошлый век. Грядущее понижение глобальной температуры произойдет даже в случае, если антропогенный выброс углекислого газа в атмосферу дорастет до рекордного уровня

Другие материалы рубрики


  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне — от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Однако сторонники потоков воды провели всестороннее исследование гипотезы о жидкой углекислоте и других средах. Были детально рассмотрены практически все ее аспекты и сделаны убедительные выводы. Например, в аккуратной работе Стьюарта и Ниммо, вышедшей в 2002 году, результаты сформулированы следующим образом: «Мы нашли, что ни конденсированный CO2, ни клатраты CO2 не могут быть накоплены в коре Марса в достаточных количествах... Таким образом, мы заключаем, что овраги не могут быть образованы жидким CO2. В свете этих результатов потоки жидкой воды остаются предпочтительным механизмом формирования свежих протоков на поверхности».


  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6