СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ

Наибольшее энергетическое влияние в космическом пространстве на нашу планету оказывает Солнце. Даже приблизительные оценки показывают, что запасов термоядерного топлива в недрах Солнца достаточно для того, чтобы поддерживать его физическое состояние неизменным, в течение 10¹¹лет. Солнце ежегодно излучает энергию, равную 3х10³³ кал, являясь источником полного электромагнитного излучения и межпланетного облака плазмы, быстрых электронов, солнечных космических лучей и т.д. Наибольшая энергия теряется Солнцем в виде волнового излучения (Ю.И. Витинский, 1972, 1973, 1983), (О.Г. Шамина, 1981). Полный поток энергии, излучаемый Солнцем в пространство, определяется экспериментально, исходя из потока энергии, приходящего на единицу площади земной поверхности и называется солнечной постоянной (солнечная постоянная в среднем равна 1,95 кал/см²∙мин), или около 1360 Вт/м², (Е.А. Макарова 1972), причем полный поток лучистой энергии равен 3,8х10²⁶Дж/с.

Признаком усиления солнечной активности служит появление на его поверхности солнечных пятен. В 1908 году Хейл обнаружил, что пятна обладают магнитным полем, напряженность которого достигает 2000-4000 гаусс, в то время, как напряженность общего магнитного поля Солнца не превышает один гаусс.Пятна в начале солнечного цикла появляются на широтах 30^o-40^o, смещаясь затем к экватору с юга и с севера, достигая максимального числа около 10^o-20^o, после чего, число пятен уменьшается В.М. Киселев (1980). Как показывают результаты исследований, продолжительность дрейфа солнечных пятен к экватору равна, примерно, 11 годам. В конце каждого 11-летнего цикла, меридиональное поле у полюсов меняет свою полярность. Таким образом, магнитный цикл Солнца равен 22 годам.

Факт изменения числа солнечных пятен со средней периодичностью 11 лет был установлен в середине прошлого столетия Г. Швабе и Р. Вольфом.

Г. Бэбкок и Р. Лейтон (1961), (1969) предложили модель, объясняющую наличие 22-летнего магнитного солнечного цикла. По их мнению, всплывание магнитной силовой трубки к поверхности фотосферы сопровождается появлением вначале одного пятна – ведущего, а затем – второго. В соседних 11-летних циклах полярность ведущих пятен имеет разный знак.

Одним из наиболее распространенных индексов солнечной активности является относительное число солнечных пятен. Р.Вольф предложил определять индекс солнечной активности по следующей формуле:

W = k (10g + f) (1)

где W – число Вольфа; g – число групп пятен на видимом солнечном диске;
f – число пятен (включая ядра и поры) во всех группах. Значение коэффициента k зависит от многих факторов, включая особенности методики наблюдений, условий видимости в момент наблюдения, индивидуальных особенностей наблюдателя и др.

Другим индексом солнечной активности является суммарная площадь солнечных пятен, исправленная за перспективное сокращение по формуле:

(2)

где S – площадь 1-го пятна; θ = arc sin (r_i/R); R – радиус видимого солнечного диска; r_i- расстояние от его центра до рассматриваемого пятна.

Между S и W существует статистическая связь с коэффициентом корреляции +0,85, (В.М. Киселев, 1980). Уравнение регрессии S и W имеет вид (3) (Ю.И. Витинский, 1976):

S = 16,7 W (3)

Существует еще несколько индексов солнечной активности, рассмотренных в работе Ю.И. Витинского (1973).

На рис. 46. приведен график изменений чисел Вольфа с 1700 г. по 2000 г.
Общепринята нумерация одиннадцатилетних циклов солнечной активности, в которой нулевой номер присвоен 11-летнему циклу с максимальным значением в 1750 году. Средняя продолжительность 11-летнего цикла считается равной 11,1 года. Однако длительность 11-летнего цикла существенно варьирует в реальности, причем при определении по эпохам минимумов, период циклов варьирует от 9,0 до 13,6 лет, а по эпохам максимумов, от 7,3 до 17,1 года (Ю.И. Витинский, 1976).

В то же время, если наличие 11-летних и 22-летних циклов солнечной активности признано многими исследователями, то циклы с более длительными периодами вызывают много споров. Это связано с ненадежностью данных наблюдений за солнечной активностью на глубину более чем 200 лет.

Д. Шове на основе анализа исторических сведений о наблюдениях солнечных пятен и полярных сияний приводит данные, позволяющие качественно судить об изменениях солнечной активности за последние 2000 лет (Ю.И. Витинский, 1973). Данные Д. Шове подтверждают реальность наличия в изменениях чисел Вольфа цикла с периодом 80-90 лет, а также позволяют выделить цикл со средней продолжительностью 554 года (Ю.И. Витинский, 1976).

Рис. 46. График изменения чисел Вольфа (W)
По данным Центра Анализа Данных (SIDC),
Королевской Обсерватории Бельгии.

Рис. 47. График изменения чисел Вольфа (W) с 2000 по май 2010 года
По данным Центра Анализа Данных (SIDC), Королевской Обсерватории Бельгии.
(http://sidc.oma.be/html/wolfjmms.html)

Попытка установить такую характеристику солнечной активности, в которой не преобладала бы 11-летняя цикличность, была сделана А. Стойко и Н. Стойко (1969). Ими были использованы для характеристики солнечной активности значения площади коротко живущих солнечных пятен W₁, изменения которых за время с 1900 по 1963 гг. были сопоставлены с вариациями суточного вращения Земли. Эти два явления коррелируются

К = (+08); (+09).

На рис.47 показаны изменения солнечной активности с 2000 года по май 2010 года.

5.4. Взаимосвязь солнечной активности с
геодинамическими процессами

В последние десятилетия стало очевидным, что значимость влияния Солнечной активности на земные процессы значительно обширнее и глубже, чем ранее представлялось. Так Б.М. Владимирский (2002) в своей работе пытается, на наш взгляд, вполне правомерно, увязать многие высокочувствительные физические и химические процессы на Земле с влиянием различных компонентов солнечной активности. Приводятся интересные примеры влияния гелиосферных параметров на техногенные процессы.

Вулканическая активность

Попытки выявления статистической связи между солнечной активностью и вулканическими проявлениями были сделаны многими учеными: А.И. Абдурахманов (1976); Н.К. Булин (1982); Я.А. Гаджиев (1985); Ш.Ф. Мехтиев, Э.Н. Халилов (1984, 1985); С.В. Цирель (2002); В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов (2008, 2009) и др.

Так, А.И. Абдурахманов, П.П. Фирстов и В.А. Широков высказали предположение о связи вулканических извержений с 11-летней цикличностью солнечной активности. По мнению авторов, годы, неблагоприятные для извержений вулканов, лежат в окрестности максимума солнечной активности, тогда как наиболее благоприятные для извержений годы лежат вблизи минимума солнечной активности, в основном, в середине и конце спада солнечных циклов (А.И. Абдурахманов, 1976).

В работах ряда исследователей (Ш.Ф. Мехтиев, Э.Н. Халилов, 1987г.; В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов, 2008, 2009 гг.) было показано, что солнечная активность не одинаково действует на землетрясения и извержения вулканов, размещенных в различных геодинамических зонах – в поясах сжатия и растяжения Земли. Они разделили все землетрясения и вулканы в зависимости от их приуроченности к поясам сжатия Земли (зоны субдукции и коллизии литосферных плит) и к поясам растяжения Земли (рифтовые зоны). Результаты исследований показали, что в периоды повышения солнечной активности повышается активность, преимущественно, землетрясений поясов сжатия Земли и снижается активность поясов растяжения Земли. Авторы пришли к выводу, что в результате не одновременности процессов растяжения и сжатия, Земля испытывает периодические деформации и изменения радиуса, что отражается в изменениях угловой скорости вращения Земли и вариациях уровня мирового океана (В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов, 2008, 2009).

Представляет интерес первичный анализ возможной корреляционной взаимосвязи солнечной активности с вулканической активностью Земли. В качестве основного параметра солнечной активности нами был взят график солнечной постоянной. Именно этот параметр, на наш взгляд, наиболее полно отражает объективное поступление солнечной энергии в космическое пространство, в том числе на Землю. На рис.48 приведено сравнение графиков солнечной постоянной и чисел извержений вулканов, сглаженных 5-ти летними скользящими средними. Оба рисунка идентичны и различаются только графическим стилем для удобства восприятия. Можно заметить определенную корреляцию между 11-летними циклами солнечной активности и циклами вулканической активности. Наибольшее совпадение наблюдается в 14, 16, 17, 18, 20, 22 и 23 циклах солнечной активности. Но самым интересным, на наш взгляд, является полное совпадение общего характера прямолинейных трендов солнечной и вулканической активности. Примерно, в 1950 году угол прямолинейных трендов в обоих процессах резко уменьшается, то есть рост вулканической активности становится менее интенсивным. Этот факт может быть еще одним свидетельством возможного влияния солнечной активности на геодинамическую активность Земли.

Рис. 48. Сравнение графика солнечной активности (солнечной постоянной)
и чисел извержений вулканов, сглаженных 5-летними скользящими средними
(Составил Халилов Э.Н., 2010 г.)
Красным – Солнечная активность (Солнечная постоянная); синим и голубым – график
числа извержений вулканов, сглаженный 5-ти летними средними; зеленным, желтым и
белым – линии, отражающие общий характер в изменениях параметров на
всех графиках.

Установление статистической связи между временем активизации вулканов и солнечной активностью позволяет предположить наличие подобной связи и между солнечной активностью и сейсмичностью Земли. Предпосылкой к такому предположению является общеизвестный факт наличия геодинамической и корреляционной связи между вулканизмом и сейсмичностью.

Сейсмическая активность

Изучению статистических связей между параметрами солнечной и сейсмической активности посвящено ряд работ: А.Д. Сытинский (1963-1998); П.М. Сычев (1964); John F. Simpson (1968); О.В. Лусманашвили (1972, 1973); Ф.А. Макадов (1973); Ю.Д. Калинин (1973, 1974); Грибин (1974); Г.Я. Васильева (1975); P. Velinov (1975); H. Kanamori (1977); В.Д. Талалаев (1980); N. V. Kulanin (1984); Ю.Д. Буланже (1984); Ш.Ф. Мехтиев, Э.Н. Халилов (1984, 1985); Jakubcova and M. Pick (1987); A.D. Sytinskii (1989); R.M.C Lopes, S.R.C. Malin, A. Mazzarella (1990); O.A. Khachay (1994);

L.N. Makarova, Gui-Qing Zhang(1998); A.V. Shirochkov(1999); X. Wu, W. Mao, Y.Huang (2001); И.В. Ананьин, А.О. Фадеев (2002); K. Schulenberg (2006); S.D. Odintsov, G.S. Ivanov-Kholodnyiand K. Georgieva (2007); В.Е. Хаин, Э.Н. Халилов (2008, 2009) и др.

Г.Я. Васильева и В.И. Кожанчиков на основании исследования около 2000 землетрясений различных регионов Земли за период одного цикла солнечной активности с 1962 по 1973 гг. пришли к выводу, что число поверхностных землетрясений увеличивается с усилением солнечной активности, а число глубокофокусных – уменьшается в эпоху максимума солнечной активности. Сейсмическая активность для всех землетрясений, как в годы максимума, так и минимума солнечной активности на 10-30% выше, когда планета пересекает проекцию галактического магнитного поля на плоскость эклиптики. Утверждается, что землетрясения имеют электромагнитную природу и связаны со структурой магнитосферы Г.Я. Васильева (1975). В работе Ю.Д. Буланже (1984) сопоставляется число землетрясений в сейсмоактивных зонах СССР с солнечной активностью, на основе чего также предполагается наличие связи между этими явлениями. Ю.Д. Калинин, сопоставляя данные о землетрясениях за периоды 1897-1958 гг. и 1963-1968 гг. с солнечной активностью, отмечает, что области повышенной сейсмической активности последовательно появляются внутри 11-летнего солнечного цикла на географических широтах, все более удаленных от северного полюса. Предполагается влияние на сейсмическую активность солнечного ветра Ю.Д. Калинин (1973).

В последующей работе Ю.Д. Калинин (1974), развивая предложенную гипотезу, указывает, что изменения солнечной активности обусловливают нерегулярные колебания угловой скорости вращения Земли, что в свою очередь влияет на сейсмическую активность.

В работе О.В. Лусманашвили (1972), отмечается возможность влияния активности Солнца на распределение землетрясений Кавказа. Рассматривая землетрясения Кавказа с 1900 по 1970 гг., О.В. Лурсманашвили приходит к выводу, что существует тесная связь, с одной стороны, между сейсмической активностью Кавказа и колебанием уровня Каспийского моря и, с другой стороны, между изменением уровня моря и активностью Солнца. Сравнение спектров активности Солнца и повторяемости сильных землетрясений Кавказа показало их высокое сходство (О.В. Лусманашвили, 1972, 1973).

А.Д. Сытинский в ряде работ (1963- 1998), П.М. Сычев (1964), В.Д. Талалаев (1980) так же пытаются установить связь сейсмичности Земли с солнечной активностью. Ими, в частности, отмечается, что общая сейсмичность Земли, выраженная через суммарную энергию землетрясений и число катастрофических землетрясений за год, зависит от фазы 11-летнего солнечного цикла. Наиболее высокая сейсмическая активность соответствует эпохам максимума и минимума 11-летнего солнечного цикла. Указано также, что землетрясения главным образом происходят через 2-3 дня после прохождения активной области через центральный солнечный меридиан. В работе А.Д. Сытинского (1973) отмечено, что связь сейсмичности с солнечной активностью осуществляется через общепланетарные атмосферные процессы. Механизм зависимости состоит в том, что в связи с усилением солнечной активности происходит возмущение квазистационарного состояния атмосферы, приводящее к перераспределению массы атмосферы по земному шару, т.е. к перемещению центра тяжести системы Земля – атмосфера, и, следовательно, к нарушению фигуры Земли.

Так, А.Д. Сытинский (1998) отмечает, что полученная им ранее зависимость сейсмичности от 11-летнего цикла была проверена и подтверждена опытным прогнозированием общей сейсмичности Земли и отдельных ее регионов. Были предсказаны максимумы сейсмической активности Земли за период с 1963 по 1995 гг. В своих работах И.В. Ананьин и А.О. Фаддеев (2002) приходят к выводу о наличии корреляционной связи между вариациями сейсмической активности, средними годовыми температурами на поверхности Земли и солнечной активностью. Между тем, они рассматривают эту связь, как возможное обоснование влияния солнечной активности, как на среднегодовые температуры, так и на сейсмическую активность.

Так, в работе И.К. Грибина (1974) рассматриваются причины возникновения разрушительного землетрясения в районе разлома Сан-Андреас в Калифорнии в 1982 году. В качестве причин, которые являются его спусковым механизмом, отмечается противостояние основных планет Солнечной системы и увеличение солнечной активности с периодом в 11 лет. О влиянии 11-летнего цикла солнечной активности на сейсмичность Земли отмечено также в работе Ф.А. Макадов (1973). В работе И.Ф. Симпсон (1968) солнечная активность рассматривается в качестве спускового механизма к разрядке напряжений в недрах Земли.

В работе В.М. Лятхера отмечено, что ход изменений среднего интервала между сильными землетрясениями согласуется с изменениями длины солнечного цикла. В частности отмечается, что в вариациях солнечной активности наблюдается квазипериодическая компонента с периодом, примерно 60-100 лет. Обнаруженная корреляция между солнечной активностью и частотой сильных землетрясений позволяет утверждать, что и локальные характеристики сейсмичности, определяемые на ограниченном во времени статистическом материале, могут изменяться во времени примерно с той же периодичностью, что и сглаженные длины солнечных циклов.

John F. Simpson (1968) считает, что солнечные вспышки являются спусковым механизмом для сильных землетрясений в тех областях, где механические напряжения дошли до критических величин. Между тем, он отмечает, что солнечные вспышки нельзя рассматривать в качестве фактора, вызывающего землетрясения.

Необходимо отметить, что существуют также работы, в которых не выявлено четкой связи сейсмичности Земли с солнечной активностью. Так, Ван-Жиль, проведя анализ более чем 20000 слабых землетрясений, произошедших с 1910 по 1945 годы, отметил отсутствие связи между солнечной активностью и слабой сейсмичностью.

Китайский ученый Gui-Qing Zhang (1998) пришел к выводу, что землетрясения часто происходят в окрестностях минимальных лет солнечной активности. В годы пиковых значений солнечной активности, число землетрясений относительно меньше, чем в окрестностях пиков.

В работе группы ученых (S.D. Odintsov, G.S. Ivanov-Kholodnyiand K. Georgieva, 2007) было показано, что максимум сейсмической энергии, выделенной землетрясениями в течение 11-летнего цикла солнечной активности, наблюдается во время фазы снижения цикла и до наступления солнечного максимума цикла. Ими было установлено, что максимум в числе землетрясений непосредственно коррелирует с моментом внезапного увеличения скорости солнечного ветра.

Определенный интерес представляет, по нашему мнению, работа K. Schulenberg (2006,http://theraproject.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/WPGMpresentation.pdf), в которой рассмотрен не стандартный подход к возможному влиянию Солнца на землетрясения. Им установлена достаточно убедительная статистическая связь между периодами предшествующими восходу Солнца и после заката Солнца и сильными землетрясениями на территории Китая. Физический механизм воздействия Солнца перед восходом и после заката на ионосферу и литосферу, по мнению автора, отличаются. Солнце, как бы запускает триггерный механизм разрядки напряжений в земной коре в виде землетрясений.

На рис.49 показано сравнение графиков солнечной активности (чисел Вольфа) и числа погибших при сильных землетрясениях с 1900 по май 2010 годы. Даже при поверхностном взгляде на графики можно заметить высокую корреляцию. При более детальном анализе можно отметить, что кроме 21 и 23 циклов солнечной активности, остальные циклы приходятся на повышенные значения числа погибших. Очень высокий максимум числа погибших в 1977 году приходится на начало 21 цикла, максимум которого наблюдался в 1980 году. Максимум числа погибших в 2004 году приходится на конец 23 цикла солнечной активности.

Рис. 49. Сравнение графика динамики числа погибших при сильных
землетрясениях (белый) с графиком солнечной активности (синий).
(Составил Э.Н. Халилов, 2010 г.)

Очевидно, что наличие корреляции между числом погибших при сильных землетрясениях и солнечной активностью предполагает наличие аналогичной связи между сильными землетрясениями и солнечной активностью.

На рис.50 приведено сравнение графиков числа сильных землетрясений с М>8 и солнечной активности за период с 1900 по май 2010 г. График сильных землетрясений составлен путем осреднения 5-ти летними скользящими средними.

Даже при первичном визуальном анализе можно заметить высокую корреляцию между двумя графиками. Из рассмотренных десяти 11-летних циклов солнечной активности, только два не совпадают с циклами повышенного числа сильных землетрясений – 16 и 17 циклы солнечной активности.

Рис. 50. Сравнение графика числа сильных землетрясений с M>8
(красный) с графиком солнечной активности (синий).
(Составил Э.Н. Халилов, 2010 г.)

В некоторых случаях можно говорить о незначительном смещении циклов солнечной и сейсмической активности. Например, цикл сейсмической активности смещен на 2 года ближе к концу 19-го цикла солнечной активности. Однако, в целом, картина высокой корреляции этих двух процессов впечатляет

Цунами

Рис. 51. Сравнение графика числа сильных цунами
(желтый) с графиком солнечной сктивности (синий).
(Составил Э.Н.Халилов, 2010 г.)

С сильными землетрясениями, как известно, тесно связаны цунами, которые являются, обычно, следствием сильных землетрясений в водной среде. На рис.51 показано сравнение графиков солнечной активности и сильных цунами. Как видно из сравнения, большинство сильных цунами произошло в периоды циклов повышенной солнечной активности – во время 16, 18, 19, 21, 22 и 23-го циклов солнечной активности.

ВЫВОДЫ

– С 1980 года по настоящее время скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась более, чем на 500%. Это может отражать начало повышения геодинамической активности Земли, так как магнитное поле Земли формируется в результате сложных энергетических процессов в ее внутреннем и внешнем ядре;

– Обнаружено, что вариации угловой скорости вращения Земли имеют корреляцию с трендом солнечной постоянной;

– Установлена корреляционная связь между трендами солнечной и вулканической активности;

– Установлена прямая корреляционная связь между солнечной активностью (11-летними циклами) и числом сильных землетрясений, числом погибших при сильных землетрясениях и числом цунами.

Настоящие выводы являются промежуточными и предназначены для лучшего понимания результатов исследований, приведенных в последующих разделах.

ГЛАВА 6.
«ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СКАЧОК»

<14 15 161718 19 20 >

Дата добавления: 2014-12-22; просмотров: 3644;