ВЗАИМОСВЯЗЬ ДИНАМИКИ СКОРОСТИ ДРЕЙФА МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ ЗЕМЛИ И СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИРОДНЫХ КАТАКЛИЗМОВ
Как известно, эндогенная активность Земли, выраженная в виде землетрясений и извержений вулканов, является всего лишь внешним проявлением внутренней энергетики нашей планеты, основным источником которой является ядро и прилегающие к нему слои. В настоящее время наука не располагает точными и однозначными сведениями о механизмах выделения внутренней энергии Земли, вызывающей конвекцию в мантии и, как следствие, движение литосферных плит. Между тем, достоверно известно, что магнитное поле Земли сформировано в результате процессов, происходящих во внутреннем и внешнем ядре нашей планеты. Общепризнанная на сегодня модель образования магнитного поля Земли была рассмотрена в предыдущих разделах.
Одним из наиболее ярко выраженных показателей энергетических процессов в ядре Земли, является скорость движения ее геомагнитных полюсов. Существуют разные теоретические модели, объясняющие дрейф геомагнитных полюсов. Между тем, независимо от рассматриваемой модели, очевидно, что существенный скачок в изменении скорости северного геомагнитного полюса свидетельствует о повышении энергетики на уровне ядра Земли и окружающих его слоев. Скачек скорости северного магнитного полюса более, чем на 500%, может быть связан с существенными изменениями энергетических процессов во внутреннем и внешнем ядре. В этом случае, выброс внутренней энергии Земли, должен отразиться на повышении эндогенной активности нашей планеты в виде сильных землетрясений и извержений вулканов.
С другой стороны, резкое изменение скорости движения северного магнитного полюса Земли, должно оказать влияние и на глобальные климатические изменения. Как известно, магнитное поле Земли действует на движение плазмы, электрические токи и общие электрические свойства верхней области ионосферы. Кроме того, геомагнитное поле Земли вызывает захват высокоэнергичных заряженных частиц и оказывает существенное влияние на процессы в магнитосфере. Пятикратное ускорение дрейфа северного магнитного полюса и раскрытие угла раствора каспов изменяет энергетический потенциал ионосферы и верхней части атмосферы, что может оказывать влияние на перераспределение системы циклонов и антициклонов. Эта идея требует дальнейшего тщательного исследования и высказана, чтобы показать возможный физический механизм влияния перераспределения геомагнитного поля Земли на глобальные климатические процессы.
Разработке математической модели описания механизма формирования магнитного поля Земли посвящено много работ различных авторов (Campbell, 2003; Newitt, et al., 2002; Barton, 2002; Alldridge 1987; Кузнецов, 1990, 1997). Как указывает в своих исследованиях В.В. Кузнецов, дрейф магнитных полюсов (направление и скорость дрейфа) – является одной из важнейших характеристик геомагнетизма. Между тем, на многие вопросы можно получить ответы путем исследования возможной корреляции изменения скорости движения северного магнитного полюса Земли с динамикой числа сильных землетрясений, извержений вулканов и цунами.
На рис.52 показано сравнение графиков изменения скорости дрейфа северного магнитного полюса Земли, числа сильных землетрясений, цунами и извержений вулканов с 1900 по 2010 годы. Сравнительный анализ позволил выделить два характерных цикла повышения статистических значений параметров на всех графиках, которые были обозначены А и В. Цикл А охватывает период с 1970 по 1983 год, а цикл В с 1998 года по настоящее время. Во время цикла А наблюдается ускорение дрейфа северного магнитного полюса, примерно, с 8 до 18 км в год.
В этот же период времени наблюдается скачек в числе погибших при сильных землетрясениях, увеличение числа сильных землетрясений, числа катастрофических цунами и числа извержений вулканов. При этом, наиболее ярко выражено увеличение числа сильных землетрясений, числа погибших при землетрясениях и числа извержений вулканов. Между тем, наличие в этот период цикла повышенной активности сильных цунами также однозначно фиксируется.
Рис. 52. Сравнение графиков изменения скорости дрейфа северного магнитного
полюса и параметров отражающих динамику природных катаклизмов с 1900
по 2010 годы (Составил Халилов Э.Н., 2010 г.)
(1) – график скорости дрейфа северного магнитного полюса Земли;
(2) – график числа погибших при сильных землетрясениях;
(3) – График динамики числа сильных землетрясений с M>8;
(4) – график динамики числа катастрофических цунами;
(5) – график динамики числа извержений вулканов.
Рассмотрим второй, наиболее ярко выраженный цикл резкого повышения всех статистических показателей – цикл В. Этот цикл охватывает период с 1998 года по настоящее время. Именно в этот период произошел резкий скачок всех статистических показателей рассматриваемых катаклизмов. Так, к 1998 году возрастание скорости дрейфа северного магнитного полюса приблизилось к максимальному уровню – около 50 км в год. На графиках отчетливо видно, что 1998 год является переломным для всех рассматриваемых катаклизмов и с этого года начался резкий рост числа сильных землетрясений и погибших при землетрясениях, числа сильных цунами и извержений вулканов. Примечательно, что рост статистических параметров в этот период происходит по экспоненте и в настоящее время все статистические показатели находятся на стадии стабильно продолжающегося роста, о чем свидетельствует более глубокое изучение характера динамики этих процессов с помощью тренд анализа в разделе - Приложение 1.
6.2. ДИНАМИКАИ ВЗАИМОСВЯЗЬ КОЭФФИЦИЕНТАJ2
И СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИРОДНЫХ КАТАКЛИЗМОВ
Изучение некоторых геофизических параметров не является традиционным для исследований природных катаклизмов и одним из таких параметров является коэффициент J2. Этот коэффициент определяется с помощью измерений, произведенных системой лазерной дальнометрии со спутников.
В лазерной дальнометрии со спутников (ЛДС), глобальная сеть станций измеряет мгновенное время распространения ультракоротких импульсов света от наземных станций до спутников, оборудованных специальными рефлекторами и отраженных обратно. Это обеспечивает мгновенное измерение расстояния до уровня миллиметровой точности. Данная информация накапливается для точного определения орбит спутников и различных научных исследований. ЛДС является самой точной методикой, имеющейся в данное время для определения геоцентрической системой Спутник-Земля, позволяющей проводить точную калибровку радарных замеров и отделять долгосрочное смещение аппаратуры от вековых изменений в топографии океана. Способность ЛДС измерять временные вариации в поле гравитации Земли и контролировать движение сети станций с учетом гео-центра, вместе со способностью контролировать вертикальное движение в абсолютной системе, делает ее уникальной для моделирования и оценки долгосрочного изменения климата, посредством обеспечения системы отсчета для постледникового скачка, изменения морского уровня и объема льда. ЛДС позволяет определять временное перераспределение массы твердой Земли, океана и системы атмосферы. 25 лет получения данных с помощью ЛДС позволили создать эталонную модель стандартного, высокоточного, длинноволнового гравитационного поля Земли и изучения его временных вариаций из-за перераспределения массы (http://ilrs.gsfc.nasa.gov ).
Для измерения временных изменений в гравитационном поле, ЛДС измеряет эффекты перераспределения массы в общей системе Земли. Десятилетия получения ежемесячных величин определенных с помощью ЛДС второй зональной гармоники гравитации Земли, обеспечивает независимую проверку перераспределения массы, подразумеваемую моделями глобальной атмосферной циркуляции, используемыми для предсказания глобального изменения климата.
В 1998 году наблюдалось начало аномальных изменений некоторых геофизических параметров Земли, в частности, скачок в значениях коэффициента J2. Кристофер Кокс и Бениамин Чао опубликовали в журнале Science статью, в которой сообщается о новом и совершенно неожиданном результате, касающемся вариаций в гравитационном поле Земли. Они использовали данные спутниковой лазерной дальнометрии в течение последних 25 лет, для определения долгосрочных вариаций в зональном коэффициенте сферической гармоники Земли второй степени, так называемого коэффициента J2.Коэффициент J2отражает динамику соотношения экваториального и полюсного радиусов Земли. В течение многих лет коэффициент J2уменьшался, как принято считать, из-за высвобождения талой воды из мантии со времен ледникового периода. Между тем, новые данные показывают, что с 1998 г. J2 начал увеличиваться (B. Chao and C. Cox, 2002).
Данные лазерной дальнометрии со спутника (ЛДС) приведенные на рис.53. обозначают по истечении времени сдвиги в изменениях сплющенности Земли. При этом, если с 1980 г. и вплоть до 1997 г. величина коэффициента J2оставалась приблизительно постоянной при –2,8 · 10–11в год, то, начиная с 1998 г. противоположное изменение J2(t) ускорилось в соответствии с каким-то непонятным механизмом.
Рис. 53. Изменения значений коэффициента J2 по
данным C. Cox, и B.F. Chao, 2002
По данным NASA, этот процесс отражает расширение Земли в экваторе и сплющивание в полюсах, так как это показано на рис.53. Специалисты NASA, связывают, полученные по данным ЛДС, отклонения орбит искусственных спутников Земли с глобальными изменениями гравитационного поля Земли.Таким образом, как видно из графика, в 1998 году произошло некое событие глобального масштаба, которое повлияло на резкое изменение формы Земли.
B.F. Chao (B.F.Chao, 2003) отмечает, что, в соответствии с общепринятой на сегодня моделью, прямолинейный тренд коэффициента J2,показанный на рис.53 может отражать увеличение радиуса Земли в полюсах и, соответственно, его уменьшение в области экватора в результате замедления ее вращения, что приводит к приближению формы Земли к сферической. В то же время, наблюдаемый в 1998 году скачок значений J2может означать обратную тенденцию в изменении формы Земли – уменьшение ее радиуса в полюсах и увеличение в области экватора. В работе B.F. Chao (B.F. Chao, 2003) показан график произошедших землетрясений за тот же период. B.F. Chao отмечает, что землетрясения также имеют кумулятивное влияние на Землю. В течение прошлых 25 лет, вызванные землетрясениями изменения J2могут быть на два порядка меньше наблюдаемой величины аномалии.
Впоследствии, в ряде работ сделана попытка объяснить скачок коэффициента J2таянием антарктических льдов и перераспределением воды в мировом океане.
В работе Frank G. Lemoine и других (Frank G. Lemoine et al., 2009) говорится о том, что скачок J2может являтьсяотклонением, которое относится к разряду периодически повторяемых в определенные годы. По мнению указанных авторов, для наблюдения указанных изменений в коэффициенте J2необходимо появление дополнительной разницы между экваториальным и полюсным радиусами в 2 мм.
Между тем, в работе B.F. Chao говорится о недостаточности этих факторов для того, чтобы произошли подобные отклонения коэффициента J2. В некоторых исследованиях рассматривается возможность влияния сверх длиннопериодного гравитационно-волнового импульса, который при прохождении через Землю, квадрупольно изменил ее форму и пространтвенно-временной континуум околоземного космического пространства (Халилов Э.Н., 2004).
6.3. КОГДА НАЧАЛСЯ «ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СКАЧОК»?
В результате проведенных исследований (F. Deleflie et al., 2003), сделан вывод о том, что наблюдаемый в 1998 году скачек в значениях коэффициента J2 не может быть объяснен постледниковым восстановлением или известной цикличностью с периодом 18,6 лет, так как масштабы этих изменений значительно ниже наблюдаемых эффектов. Между тем авторы считают, что пролить свет на данную проблему могут исследования взаимосвязи коэффициента J2 с геодинамическими процессами.
На рис.54 демонстрируется сравнение графиков изменения уровня Индийского океана, Западного и Центрального Тихого океана с изменениями уровня Восточного Тихого и Атлантического океана, а также общий график колебаний уровня мирового океана.
Рис. 54. Cравнение графиков изменения уровня Индийского океана, Западного и
Центрального Тихого океана с изменениями уровня Восточного Тихого и
Атлантического океана, а также общий график
колебаний уровня мирового океана
http://i29.tinypic.com/71oa6q.png
Результат сравнения, осуществленный Climate Observations (Notes From Bob Tisdale on Climate Change and Global Warming http://bobtisdale.blogspot.com/2009/08/enso-is-major-component-of-sea-level.html) показал, что в период с 1997 по 1999 годы колебания уровня Индийского океана, Западного и Центрального Тихого океана находятся в противофазе с колебаниями Восточного Тихого и Атлантического океанов. В то время, как с 1997 года уровень Восточного Тихого и Атлантического океана начал резко возрастать с максимумом в 1998 году (около 3 см), уровень Индийского океана, Западного и Центрального Тихого океана стал падать с максимумом в 1998 году (около 3 см). Эта, весьма удивительная, тенденция требует особого изучения. Эти необычные вариации уровней разных океанов объясняются особенностями Эль-Ни́ньо (El Niño).
Эль-Ни́ньо – это глобальное океано-атмосферное явление. Являясь характерной чертойТихого океана, Эль-Ниньо и Ла-Нинья (La Niña) представляют собой температурные флуктуации поверхностных вод в тропиках восточной части Тихого океана. Названная этим именем Гильбертом Томасом Уолкером в 1923 году циркуляция представляет собой существенный аспект тихоокеанского явления ENSO (El Niño Southern Oscillation). ENSO – это множество взаимодействующих частей одной глобальной системы океано-атмосферных климатических флуктуаций, которые происходят в виде последовательности океанических и атмосферных циркуляций. ENSO — это наиболее известный в мире источник междугодичной изменчивости погоды и климата (от 3 до 8 лет). Во время существенного повышения температуры в Тихом океане, Эль-Ниньо, нагреваясь, расширяется на большую часть тихоокеанских тропиков и имеет прямую связь с интенсивностью SOI (индекс южного колебания). В то время как события ENSO находятся в основном между Тихим и Индийским Океанами, события ENSO в Атлантическом океане отстают от первых на 12-18 месяцев.
На рис.55 показано сравнение вариаций коэффициента J2 (верхний) c графиками динамики уровней океанов (нижний). Как видно из рисунка, максимальные значения вариаций уровней океанов совпадают по времени (1998 г.) с началом резкого скачка коэффициента J2. Между тем, возникает естественный вопрос: насколько наблюдаемые изменения уровней океанов и процессы Эль-Ни́ньо могут вызвать зарегистрированные изменения J2.
В работе Climate Observations, аномалия коэффициента J2 1998 года напрямую связывается с процессами Эль-Ни́ньо. Между тем, в статье B.F. Chao и других (B.F. Chao et al., 2003) отмечается, что исследования коэффициента J2показали наличие корреляций с изменениями уровня северного и южного тихоокеанских бассейнов. Но даже при учете модели возможного влияния перераспределений масс воды в мировом океане, фактически наблюдаемый эффект коэффициента J2в 3 раза превосходит эти влияния. Следовательно, Эль-Ниньо и другие процессы в атмосфере и гидросфере не способны объяснить изменений коэффициента J2в 1998 году.
Рис. 55. Сравнение вариаций коэффициента J2 (верхний) c графиками динамики
уровня Индийского океана, Западного и Центрального Тихого океана, Восточного
Тихого и Атлантического океана и общим графиком колебаний
уровня мирового океана (нижний)
Сравнение вариаций коэффициента J2 с глобальными изменениями температуры тропосферы позволило также обнаружить определенные корреляции с анома-лией J2 1998 года, рис.56. Примечательно, что в 1998 г. также наблюдалось аномально высокое изменений глобальной температуры тропосферы. Таким образом, мы обнаруживаем корреляции аномального «скачка» J2 в 1998 году с процессами в гидросфере и атмосфере.
Рис. 56. Сравнение вариаций коэффициента J2 (верхний) c глобальными
изменениями температуры в тропосфере
(График глобальных изменений температуры тропосферы взят из website:
http://wattsupwiththat.files.wordpress.com/2009/05/uah_april_2009.png)
Представляет интерес сравнение вариаций коэффициента J2с динамикой развития геодинамических процессов, в частности, с вариациями числа сильных землетрясений с М>8 с 1980 года по май 2010 года. Как видно из сравнения на рис.57, начиная с 1997-1999 годов, наблюдается резкое возрастание числа сильных землетрясений и количества погибших при сильных землетрясениях по экспоненциальному закону.
Рис. 57. Сравнение графиков вариаций коэффициента J2 (1),
динамики числа сильных землетрясений (2) и числа погибших
при землетрясениях (3) с 1980 по май 2010 г. (Составил Э.Н.Халилов, 2010г.)
Голубым – экспоненциальные тренды.
Период времени с 1998 года по 2003 год, охватывающий аномалию коэффициента J2, фактически является переломным и характеризует начало «скачка» в статистических показателях сильных землетрясений и числа погибших при землетрясениях с 1980 по май 2010 г.
Рис. 58. Сравнение графиков вариаций коэффициента J2 (верхний)
и числа вулканических извержений с 1980 по 2010 годы
(Составил Э.Н.Халилов, 2010г.)
Желтым – график числа извержений вулканов с 1980 по май 2010 г;
Голубым – тренд числа извержений вулканов, сглаженный
11-летними скользящими средними.
Сравнение графика извержений вулканов с графиком вариаций коэффициента J2 также показало, что 1997-1998 годы отражают глубокий минимум вулканической активности и являются переломными, после которых начинается резкое повышений вулканической активности, наблюдаемое и в настоящее время, рис.58.
На рис.59 (А) показаны графики динамики чисел цунами с 1965 по май 2010 годы. Отчетливо видно, что с 1998 года наблюдается резкое изменение тенденции в статистическом распределении ежегодных чисел, как для катастрофических цунами, так и для средних и слабых цунами. Наблюдаемый «скачек» с 1998 года в статистических показателях ежегодных чисел цунами описывается экспоненциальными трендами, показанными на рис.59 (В).
Рис. 59. Графики динамики числа цунами с 1965 по 2010 годы
(Составил Э.Н.Халилов, 2010г.)
Ось ординат: слева – число средних и слабых цунами, справа –
число катастрофических цунами.
На графиках (А) - показана динамика ежегодных чисел цунами;
Желтым – график катастрофических цунами; голубым – график
слабых и средних цунами;
На графиках (В) – показаны экспоненциальные тренды динамики
ежегодных чисел цунами; желтым – тренд катастрофических цунами;
голубым – тренд средних и слабых цунами.
Анализ статистических показателей числа наводнений в США с 1980 по 2008 годы также указывает на то, что с 1998 года наблюдается резкое увеличение числа наводнений, продолжающееся в настоящее время (май, 2010), рис.60.
Рис. 60. Статистика наводнений США с 1980 по 2008 годы
http://www.atmo.arizona.edu/students/courselinks/fall04/atmo336/lectures/sec2/fig2.gif
Рис. 61. График числа погибших при наводнениях США с 1910 по 2010 гг.
На основе данных из сайта:http://www.weather.gov/oh/hic/flood_stats/flood_trends.JPG
с дополнениями Э.Н. Халилова (2010)
Белым - ежегодные значения; голубым – 5-ти летние средние значения;
оранжевым - прямолинейный тренд; желтым – экспоненциальный тренд.
График числа погибших в США при наводнениях также отражает вышеуказанную тенденцию. Рост числа погибших при наводнениях в США с 1910 по май 2010 наиболее эффективно описывается экспоненциальным трендом, рис.61.
Между тем, наблюдаемый «скачек» статистических показателей в указанный период времени характерен не только для катастрофических процессов охватывающих литосферу и гидросферу. Рассмотрим распределение динамики числа Торнадо в различных регионах мира. На рис.62 показан график динамики числа Торнадо для территории Германии по десятилетиям.
Рис. 62. График динамики числа торнадо в Германии с 1800 по 2000 годы
Красным – диаграмма отражающая число торнадо за десятилетние
промежутки времени (последний период охватывает 5-ть лет);
Синим - экспоненциальный тренд.
На рис.62 можно отчетливо наблюдать тенденцию возрастания числа торнадо в Германии. При изучении тенденции, для исключения существенной потери информации в течение исторического времени, примем за основу изучения период с 1900 года. Отчетливо наблюдается резкое повышение числа торнадо, начиная с конца 1990-х годов.
Наблюдаемый «скачек» невозможно считать случайностью, так как число Торнадо в Германии за пять лет (2000-2005 годы) в 2,5 раза превышает число торнадо за предыдущие 10 лет.
Изучение динамики числа Северо-Атлантических тропических штормов с 1925 по 2005 годы показывает, что она также соответствует тенденциям, выявленным в динамике других природных катаклизмов, и с 1998 года также наблюдается резкий «скачек» в числе штормов. Экспоненциальный тренд отражает общую тенденцию развития статистических показателей числа Северо-Атлантических тропических штормов, рис.63.
Рис. 63. График числа Северо-Атлантических тропических штормов
с 1925 по 2007 годы
Синим – график Северо-Атлантических штормов;
Красным – экспоненциальный тренд.
Не менее важным показателем, отражающим динамику климатических изменений, являются лесные пожары, наносящие огромный ущерб окружающей среде и приводящие к большому экономическому ущербу и жертвам.
Рис. 64. График ежегодного числа лесных пожаров США с 1960 по 2007 годы
Красным – полиноминальный тренд пятой степени.
На графике динамики ежегодного числа лесных пожаров США с 1960 по 2007 годы (рис.64) наблюдается тенденция увеличения числа пожаров, причем начало «скачка» также приходится на 1998 год. Это хорошо отражено на полиноминальном тренде, приведенном на графике.
Рис. 65. График частоты лесных пожаров Казахстана с 1950 по 2000 годы
Красным – зарегистрированное число лесных пожаров;
Сиреневым – площади, охваченные лесными пожарами.
Аналогичная динамика в статистике лесных пожаров наблюдается и для других регионов Земли. Например, в Казахстане в 1997 году наблюдался «скачек» в виде резкого повышения числа лесных пожаров и охваченных пожарами площадей, рис.65.
Рис. 66. График динамики площадей подвергнутых лесным пожарам в
Восточной и Западной Европе и в СНГ
http://www.fao.org/docrep/008/ae428e/ae428e02.htm
Красным показан экспоненциальный тренд.
Для территории Восточной и Западной Европы и СНГ также наблюдается тенденция резкого увеличения ежегодного числа лесных пожаров. Общий характер динамики лесных пожаров в рассматриваемом регионе также может быть описан экспоненциальным трендом, показанным красным на рис.66. Как можно видеть на графике, в 1998 году наблюдается «скачек» в числе лесных пожаров.
Глава 7.
РОЛЬ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ В ГЛОБАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЯХ
Дата добавления: 2014-12-22; просмотров: 2804;