Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Categories:

Солнце и климатические циклы.

Этот пост – краткое изложение моего доклада на собрании [info]club_19february 20 октября 2011 года.

Содержание: I. Циклы изменения климата.
                        II.
Вклад земных факторов в наблюдаемые изменения климата.
                        III. Циклы активности Солнца и их вклад в изменения климата Земли.

I. Циклы изменения климата.

"Краткосрочные" факты:

1. Последние годы мы видим попытки трактовать наблюдаемое повышение средней температуры приземного слоя атмосферы Земли в пределах одного градуса Цельсия в предшествующие 40-50 лет как глобальное потепление (ГпТ). Обусловленное все возрастающим выбросом парниковых газов (в основном – углекислого) промышленными предприятиями.

2. Более корректное представление данных наблюдений показывает, что аналогичное примерно 40-летнее "ГпТ" имело место с конца 19-го века по 20-е годы 20-го века включительно. Затем наступило примерно той же длительности, но чуть меньшей интенсивности "глобальное похолодание" (ГпХ). Сменившееся в 50-е – 60-е годы прошлого века очередным "ГпТ". Которое оказалось трудно проследить в течение 1-го десятилетия 21-го века. Эти факты подробно обсуждаются в блоге Андрея Илларионова aillarionov, занимавшегося этим вопросом в рамках его обязанностей советника президента России.

3. Спектральные наблюдения нижних слоев атмосферы Марса в течение последних 4-х десятилетий 20-го века показывают, что ГпТ в этот период имело место и на Марсе. Без наличия там какой-либо промышленности, но с температурной интенсивностью, примерно втрое большей чем на Земле.

Основные выводы:
а) полный цикл "краткосрочных" глобальных потепления (ГпТ) и похолодания (ГпХ) имеет длительность примерно в 70-90 лет;
б) указанный цикл имеет, скорее всего, не земное (в том числе – не промышленное) происхождение;
в) не исключено, что примерно до середины нынешнего века на Земле будет идти процесс ГпХ в рамках одного градуса Цельсия.

"Среднесрочные" факты:

1. Температурные масштабы нынешнего ГпТ заметно меньше того, которое имело место в 9-10 веках н.э. (открытие лесов в Гренландии Эриком Рыжим, экспансия славян из Киевской Руси на север и северо-восток,…) при полном отсутствии в те времена какой-либо промышленности.

2. Примерно аналогичное п.1 по интенсивности ГпХ имело место в 16-17 вв. н.э. ("малый" ледниковый период и Маундеровский минимум). Его проявление легко наблюдать по картинам голландских мастеров, изображающих катание на коньках по каналам, и в характере одежды тех времен. От него же мы получили в наследство и скрипки Страдивари (из плотной древесины очень медленно растущих в тот период деревьев).

Основной вывод: Температурные размах колебаний в "среднесрочных" ГпТ и ГпХ выше чем в "краткосрочных", а сам факт проявления таких ГпТ и ГпХ никак не связан с человеческой деятельностью.

"Долгосрочные" факты:

1. Примерно 40-50 тысяч лет назад началась экспансия человека современного вида из Африки через Ближний Восток в занятую тогда неандертальцами Европу (наиболее древняя из стоянок Homo sapiens найдена в Воронежской области и имеет возраст примерно в 35 тысяч лет). Для такой экспансии теплолюбивых африканцев должны были сложиться достаточно благоприятные климатические условия. Но однозначных сведений о характере климата в этот период я не видел.

2. Затем наступил "ледниковый период", во время которого многолетние ледники доходили почти до широт севера Волгоградской области. Населявшие в то время Европу неандертальцы как подвид Ноmо к концу этого периода полностью вымерли (гипотезы относительно причин их исчезновения не обсуждаю).

Основной вывод: Чем длительнее выделяемый из известных данных цикл изменения климата, тем масштабнее он по размаху колебаний температуры.

"Сверхдолгосрочные" факты:

1. Примерно 500-600 миллионов лет назад на Земле было "великое оледенение", длившееся более десяти миллионов лет. Льдом была покрыта вся планета, включая ее экваториальную область.

2. Примерно в интервале 300-350 миллионов лет назад на Земле был каменноугольный период. В это время время практически вся суша планеты, включая приполярные области, была покрыта тропической растительностью.

Основной вывод: Тот же, что и по "долгосрочным" фактам.

II. Вклад земных факторов в наблюдаемые изменения климата.

Развитие промышленности. Факты однозначно не подтверждают достаточного заметного влияния промышленности на процессы глобального изменения климата Земли. Влияние на относительно локальные изменения климата (в окрестностях крупных промышленных центров) вполне может иметь место.

Жизнь. Жизнь с момента своего зарождения на Земле (примерно 3,5 миллиарда лет назад) систематически оказывала влияние на климат. Это влияние в наибольшей степени отражалось на химическом составе атмосферы Земли. Так, изначально (около 4 миллиардов лет назад) атмосфера Земли состояла преимущественно из углекислого газа (более чем на 90 %). Кислорода в ней было очень мало. Примерно таковы же в нынешнее время атмосферы Венеры и Марса. "Перегонку" углекислого газа в молекулярный кислород проводила зарождающаяся на Земле Жизнь реакцией фотосинтеза (углекислый газ + вода => органика + молекулярный кислород).

Вулканы. Мы живем в период довольно низкой вулканической активности. Но в истории Земли были периоды весьма высокой активности вулканов. Так, непосредственно перед каменноугольным периодом имело массовое и довольно длительное извержение вулканов на территории сибирской платформы.
     Вулканы в числе прочего насыщают атмосферу углекислым газом. Который есть естественная "пища" для растительности. Возможно, ее расцвет в каменноугольный период обусловлен предшествующим вулканизмом. По крайней мере – частично.

Основной вывод: Развитие промышленности, Жизни и извержения вулканов могут оказывать влияние на климат Земли. Но характер их влияния ограничен по интенсивности и не может приводить к явно циклическим колебаниям климата.

III. Циклы активности Солнца и их вклад в изменения климата Земли.

  Солнце – термоядерная "печка".

Солнце родилось и "зажглось" примерно 5 миллиардов лет назад. И еще примерно столько же будет светить нам в близком к нынешнему режиме. Основной источник энергии Солнца – термоядерная реакция слияния ядер водорода в ядра гелия. Эта реакция идет довольно глубоко в недрах Солнца. Где для нее есть необходимые условия – температура в десятки миллионы градусов и давление в миллионы атмосфер.

 В ходе слияния легких ядер в более массивные ядра выделяется энергия в форме весьма энергичного гамма-кванта (иными словами – фотона или кванта света) и нейтрино. Гамма-кванты, многократно переизлучаясь при столкновениях с электронами и ядрами, чрезвычайно медленно переносят энергию к поверхности Солнца. А нейтрино, как практически не взаимодействующие с веществом частицы, буквально "прошивают" Солнце и улетают в пространство. Тем самым, понять, как работает термоядерная "печка" в недрах Солнца, можно только ловя летящие оттуда нейтрино.

  Солнце – периодически работающая "печка"?

 С целью изучения процессов в недрах Солнца с 70-х прошлого века стали строить нейтринные "телескопы". Первые из них представляли собой большие цистерны, заполненные изотопом Хлора-37 и размещенные в старые глубокие шахты. Именно с ядрами этих изотопов с чрезвычайно малой вероятностью возможна реакция: Хлор-37 + нейтрино => Аргон-37 + электрон. Проведенные за последние 40 лет наблюдения на нейтринных "телескопах" показали, что из недр Солнца к нам приходит примерно втрое меньше нейтрино, чем должно быть в предположении стационарного горения термоядерной реакции в недрах Солнца.

 Этот результат до сих пор не нашел однозначного объяснения. Основными являются два направления:

а) это эффект от "осцилляций" нейтрино (теоретически предсказанные взаимопревращения одного типа нейтрино в другой),

б) это следствие нестационарности термоядерной реакции в недрах Солнца.

 "Сшивка" конвективных циклов в недрах Солнца с климатическими циклами на Земле.

Второй вариант объяснения дефицита солнечных нейтрино (нестационарность термоядерной реакции в недрах Солнца) имеет прямое отношение к колебаниям климата на Земле. Его можно трактовать так:

В центральной части Солнца идет термоядерная реакция. Основная доля выделяемой энергии в форме гамма-квантов не может достаточно быстро выйти во внешние слои Солнца. И, тем самым, "перегревает" его недра. Эти перегретые недра всплывают во внешние более "прохладные" слои, а последние опускаются к центру Солнца. Такой процесс полностью аналогичен известной из школьной физики конвекции воздуха от нагретой комнатной батареи к потолку и опускании прохладного от потолка вниз. Опустившиеся вниз "прохладные" слои Солнца постепенно разогреваются и в них снова начинает идти интенсивная термоядерная реакция.

Остается один главный вопрос. Какова длительность одного такого цикла конвекции? Расчеты по достаточно адекватным моделям Солнца дают ответ: примерно 100-200 миллионов лет. В течение этого периода светимость Солнца тоже должна испытывать один цикл изменения. Разумеется, с существенно меньшей амплитудой, чем 3-кратная амплитуда колебаний количества нейтрино. Просто из-за инерционности вывода энергии из недр Солнца гамма-квантами. Таким образом, описанный выше главный конвективный цикл может объяснить "сверхдолгосрочные" факты изменения климата Земли ("великое оледенение" и каменноугольный период).

Более "краткосрочные" факты изменения климата можно, очевидно, попытаться объяснить аналогично. В предположении, что от центра Солнца по направлению к его поверхности выстроена многоэтажная система конвективных зон. С уменьшающимися по длительности во времени циклами по мере приближения к поверхности Солнца. С помощью конвекции в этих зонах выработанная в недрах Солнца энергия постепенно переносится к поверхности Солнца. И лишь потом излучается в пространство. В этой схеме самая верхняя и наиболее тонкая из таких зон обеспечивает хорошо известный 11-летний цикл солнечной активности. Практически не ощущаемый в климатическом плане. А лежащая непосредственно под ней и несколько более "толстая" конвективная зона с примерно 80-летним циклом обеспечивает наблюдаемые и широко ныне обсуждаемые 40-летние якобы "глобальные" потепления и похолодания. Более глубокие и еще более "толстые" конвективные зоны определяют и "среднесрочные" и "долгосрочные" циклы изменения климата.

Основной вывод: Характер протекающих в недрах Солнца процессов вполне может объяснить наблюдаемые циклические изменения климата на Земле. Но для полной уверенности в таком объяснении необходимо построение адекватных динамических моделей Солнца и детальное сопоставление огромного объема геологических данных с результатами моделирования динамики внутрисолнечных процессов.



Tags: Звезды, Климат
Subscribe
promo moralg march 5, 2018 03:01 43
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 8 comments