Из множества циклов и космических факторов наиболее значима для биосферы
цикличность солнечной деятельности.
Под солнечной активностью понимают совокупность всех физических изменений,
происходящих на Солнце и вызывающих на нем различные образования.
Родоначальниками этой области знаний принято считать Г. Галилея, И. Фабрициуса,
Х. Шейнера и Т. Гарриота. Все они независимо друг от друга в 1610—1611 гг.
обнаружили на поверхности светила темные пятна. До этого времени такие пятна
считались ошибками наблюдений.
Галилео Галилей твердо установил появление и исчезновение пятен, изменение
их величины, а также сумел вычислить период обращения Солнца вокруг оси по
времени прохождения видимых глазом солнечных образований. Эти наблюдения и
положили начало изучению физики Солнца.
Наука гелиофизика, следящая за изменениями солнечной деятельности, – это
своего рода врач, прослушивающий биение человеческого сердца. Как удары сердца
накладываются на ритм дыхания, так и мелкие возмущения Солнца представляют как
бы рябь на крупных волнах активности светила. Но в обоих случаях можно учитывать
лишь самые поверхностные симптомы состояния объекта. В середине XIX в. директор
Цюрихской обсерватории Р. Вольф уточнил, что основной период солнечной
деятельности составляет 11,1 года.
Развитию цикла от минимума до максимума соответствует ветвь роста, а от
максимума до минимума – ветвь спада. Однако эти изменения не строго периодичны,
поэтому правильнее говорить не о периоде, а о цикле солнечных пятен.
Установлено, что длина цикла меняется от 7 до 16 лет, составляя в среднем 11,1
года.
Существуют и другие солнечные циклы. Основными короткопериодическими циклами
считаются 27-дневные, связанные с обращением Солнца вокруг своей оси, когда
активные области то появляются, то исчезают на обращенной к Земле стороне
светила. От этих периодов зависит число магнитных бурь в околоземном
пространстве. Максимальное число бурь наблюдается в марте-апреле и
сентябре-октябре, поэтому принимается во внимание и полугодовая вариация
деятельности Солнца. Из крупномасштабных циклов на Солнце обнаружены 22-летние
изменения магнитной полярности пятен, а также 80-90-летние, 170-летние и другие
циклы солнечной активности. Пульсаций у Солнца действительно немало. Астрономы
убеждают нас, что Солнце – самая обыкновенная звезда, ничем особенно не
отличающаяся от тысяч и тысяч желтых карликов Млечного Пути. Спорить тут не
приходится, но все же этот карлик в 107 раз «толще» Земли – 1 390 тыс. км в
поперечнике! И несмотря на то, что на три четверти он состоит из самого легкого
на свете газа – водорода, весит он квинтиллион квинтиллионов тонн!
Более того, за секунду в виде разных излучений и частиц карлик теряет 4 млн
т своего вещества. Это сколько же за год? Кому хочется, может подсчитать, но
самое удивительное в том, что если все и дальше пойдет такими же темпами, Солнце
рассеется без остатка только через 1014лет. Если вы уже умножили 4 млн на 3 600,
потом на 24, а потом на 365, сообразите теперь, что значит десять в
четырнадцатой степени.
«Язык» небесных светил, мистически толкуемый астрологами, получает
логическое объяснение на основе изучения приливных явлений. Ведь если существует
гравитационное воздействие планет на газообразное тело Солнца, то положение
планет сказывается на солнечных процессах, а это опосредованно отражается и на
земных явлениях, связанных с солнечной деятельностью. Следовательно, в
прогнозировании земных природных событий по положению планет в принципе нет
ничего мистического.
С помощью космических аппаратов сейчас установлено существование так
называемого межпланетного магнитного поля. Многие биологические процессы, в том
числе сердечно-сосудистые и нервно-психические заболевания, протекают в ритме,
заданном солнечным ветром.
Невозмущенному Солнцу соответствуют сравнительно небольшие ветровые
скорости. На них накладываются более редкие потоки с высокими скоростями. Между
скоростью плазмы, ее направлением и концентрацией существуют определенные
зависимости. Главные из них связаны с эффектом так называемой архимедовой
спирали.
Вспомним фонтан с подвижными струями, вращающимися вокруг оси. Струя воды из
такого фонтана изгибается по ходу движения. Так и в межпланетном пространстве
выбрасываемые Солнцем потоки корпускул и частиц влияют на состояние магнитных
полей и постоянно меняют форму. Пока радиально расширяющийся солнечный ветер,
вытягивающий силовые линии, проходит расстояние до Земли, солнечный шар успевает
повернуться на некоторое расстояние. В результате углового изменения гелиодолгот
силовые линии оказываются направлены либо от Солнца, либо к Солнцу, образуя
секторы положительной и отрицательной полярности. Так как Солнце вращается
вокруг своей оси, вся совокупность солнечных потоков также вращается с периодом
около 27 дней. При этом потоки с большими скоростями будут догонять медленные
потоки и сжижать плазму, чем и объясняется возрастание концентрации частиц при
нарастании скорости солнечного ветра.
Солнечный ветер играет исключительно важную роль в передаче к Земле
солнечной «информации». Земля представляет собой как бы огромный магнит, силовые
линии которого образуют вокруг нее своеобразную «обшивку», защищающую нас от
солнечного ветра. По силовым линиям магнитосферы корпускулы несутся к полюсам
Земли и, приближаясь к плотной воздушной оболочке, создают в ней сполохи –
полярные сияния, подобные свечению газа в лампах дневного света. Но причем здесь
биоритмы?
А дело в том, что колоссальные потоки материи и энергии от Солнца вращаются
радиально, подобно спицам гигантского колеса. Эти потоки-«спицы» периодически, с
разными временными интервалами – от нескольких часов, дней до недель и месяцев –
«бьются» о земную магнитосферу, влияя при этом на атмосферу, гидросферу и,
конечно, биосферу. Логично предположить, что это сказывается на самых различных
биологических процессах (фотосинтезе, урожайности, реакциях организма,
продуктивности животного мира).
Однако воздействие космоса на нашу планету не ограничивается только такими
солнечными факторами, как корпускулярное и электромагнитное излучение разного
диапазона волн. Существуют и иные явления.
В старинной книге «О деяниях Александра Великого» есть рассказ о посещении
кораблями Александра Македонского устья Инда.
Македонцы выбрали местом стоянки остров в середине могучей реки и
отправились на берег, оставив на судах лишь охрану. Начавшийся прилив привел
флот в состояние хаоса. А в результате последующего спада воды половина кораблей
оказалась на суше. Всюду ползали морские обитатели, оставленные отступившей
водой. Властелину пришлось принять решительные меры, чтобы подавить панику в
войске.
Откуда же, спрашивал летописец, появился этот огромный морской прилив? Куда
ушли воды при отливе?
На протяжении веков на эти вопросы отвечали по-разному. Но большинство
ученых склонялось к тому, что в колебаниях морской стихии повинна Луна. Вращаясь
вокруг Земли, Луна описывает эллипс. Меняет она свое положение и относительно
звезд, возвращаясь в одинаковое состояние через 27 суток. Такой отрезок времени
называют звездным месяцем. При этом мы каждый раз видим лишь часть освещенного
Солнцем полушария Луны (ее фазы – полные, ущербные). Фазы Луны повторяются через
29 суток. Этот промежуток времени называют синодическим месяцем.
Ответить на вопрос, как именно влияет Луна на морские приливы, удалось
великому ученому И. Ньютону. Сформулировав в 1687 г. закон всемирного тяготения,
он тогда же доказал, что морской прилив есть следствие этого закона. Вспомним:
две массы взаимно притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной
квадрату расстояния между ними. Из этого закона и вытекает физическое объяснение
приливов на Земле.
А далее развертывается сложная цепочка взаимосвязей жизненных явлений на
Земле с движением безжизненного тела Луны. Дело в том, что, кроме малых
приливов-отливов в течение суток, происходят еще колебания водных пространств с
периодом почти в месяц (около 27 дней), а также – около 9 и 18 лет («большой и
малый сарос»). Последние вызывают особенно мощные размахи колебаний уровня вод.
Время от времени океан как бы «разбухает».
Да что говорить о водной оболочке, когда даже литосфера – и та колышется под
влиянием гравитационных сил Луны! По расчетам астронома Ф. Зигеля, каждые сутки
под ногами москвичей пробегает твердая приливная волна высотой 30 см.
Действие приливных сил на Землю велико, оно создается не только Луной, но и
всеми другими космическими телами, и прежде всего Солнцем.
Но какое значение имеют лунные приливы для живых существ?
Зависимость жизнедеятельности морских животных от фазы Луны подметил еще
Аристотель, который описал набухание яичников у морских ежей в полнолуние и
связывал с фазой Луны появление у берегов устриц.
Приобретенные в процессе эволюции, эти свойства оказываются достаточно
стойкими и сохраняются вне естественной среды, например в аквариумах, где
никаких приливов не наблюдается. В то же время животные в какой-то мере
адаптируются (приспосабливаются) к новому месту обитания.
Ощущают геофизические изменения и другие обитатели моря, например краб ука,
который днем темнеет, а ночью светлеет. Во время отлива они опускаются на дно в
поисках пищи, в прилив же поднимаются к поверхности и отдыхают. В целом такие
животные живут по лунным суткам – 24 ч 50 мин. При «переезде» на другое
побережье крабы меняют свой суточный распорядок, приспосабливаясь к новым
условиям. Как мы убедились, «лунатики моря», строго говоря, не настоящие
лунатики: на их режим и поведение влияет не сама Луна, а чередование приливов и
отливов, связанное с обращением Луны.
Однако многие существа на Земле – среди них есть и представители рода
человеческого – в самом деле относятся в некоторой степени к разряду
«лунатиков»: они, похоже, способны ощущать воздействие лунного притяжения
непосредственно. Еще В. Шекспир подозревал Луну в весьма неблаговидных делах.
Например, в причастности к тем драматическим событиям, которые разыгрались в
пьесе «Отелло».
Влияние Солнца все мы испытываем постоянно. И это не только его свет и тепло
– от Солнца ощутимо зависят ритмы множества земных процессов.
Мы более склонны распространять на Вселенную земные законы, нежели в земном
и обыденном замечать проявления законов космоса. В свое время А. Чижевский с
горечью писал: «Как случается всегда, когда делается какое-либо серьезное
научное открытие… стали появляться многочисленные догадки и высказывания о тех
или иных воздействиях солнечных пятен на различные биологические явления… Тема о
влиянии солнечных пятен настолько опошлилась, что было время, когда даже
серьезные исследователи, подметив то или иное явление, связанное с влиянием
пятен, не решались выступать с его опубликованием, боясь быть поднятыми на
смех».
Сейчас уже всем ясно, что при планировании сельского и лесного хозяйства,
рыбного, охотничьего и целого ряда других промыслов важен долгосрочный прогноз
природных изменений, прежде всего колебаний погодных условий. Важнейший элемент
такого прогнозирования – расчет экстремальных изменений погоды, зависящий от
закономерностей циркуляции атмосферы в связи с солнечной активностью и другими
космическими и земными факторами (например, с состоянием океана).
Мы коснемся только одного природного фактора, обусловливающего цикличность
урожайных лет. Этот фактор – погодные, климатические условия, меняющиеся в
соответствии с циклами солнечной активности.
Роль солнечной активности в формировании условий для развития растений
несомненна. На материалах повторяемости жестоких засух в России известный
статистик Е. Е. Слуцкий еще в 1935 г. рассчитал, что пики кривой неурожайности в
Европейской России за 1801—1915 гг. близки к фазам минимума солнечной
активности. Вероятность такого типа распределения, по его данным, составляет
более 99,99 %.
Оказалось, что характер солнечно-земных связей меняется в зависимости от
географической части страны. Засухи нередки и вблизи максимума солнечной
деятельности, а в некоторых районах они в этот период даже преобладают. Такое
положение связано с местными особенностями циркуляции атмосферы, влияющими на
распределение воздушных масс, температуры и влаги. Все это вместе взятое
приводит к периодическим изменениям состояния растительности и, следовательно,
урожайности в отдельных районах или на большей части территории нашей страны.
Один из важнейших резервов повышения надежности сельскохозяйственного
производства – это прогноз изменений урожайности на основе учета солнечной
активности и погодно-климатических условий.
Цикличность приростов урожая проявляется при наблюдениях не только за
зерновыми культурами – рожью, пшеницей, овсом, ячменем, но и за картофелем,
свеклой и даже за такими культурами, как лен, который выращивается в увлажненных
местностях, и хлопок, возделываемый при орошении. При рациональном использовании
имеющихся в распоряжении человека средств повышения урожайности влияние
стихийных сил природы уменьшается. Чтобы получить гарантированный урожай, нужно
знать прогноз природных циклов, чтобы своевременно перераспределить ресурсы.
Немалый урон земледелию наносят вредители сельского хозяйства. Можно ли
предвидеть периоды массового увеличения численности грызунов и, используя
заранее эффективные средства борьбы, предотвратить наносимый ими огромный ущерб
сельскому хозяйству? Да, можно. В основе такого долгосрочного прогноза лежит
прогноз солнечной активности. Дело в том, что нашествия грызунов совершаются
циклически и связаны с периодами изменений увлажненности территорий.
Периодам солнечной активности соответствуют массовые перелеты саранчи. В XIX
в. было девять саранчовых вспышек, в XX столетии за 60 лет саранча-шистоцерка 6
раз достигала границ Туркмении. В 1958 г. шистоцерку быстро ликвидировали
благодаря прогнозу.
В основе массового размножения саранчи лежат изменения климатических
факторов, связанных с солнечной активностью, в результате чего создаются
благоприятные для нее кормовые условия. В целом связь между поведением живых
организмов и процессами на Солнце весьма существенна.
В природе существуют как «собственная» ритмика вида, так и циклы,
обусловленные внешними причинами. В этом можно убедиться при сопоставлении
данных о размножении морских обитателей и о лунных приливах. Одной из внешних
причин колебаний численности рыб может быть и солнечная активность.
В эпохи максимумов солнечной активности на Амуре обычно наблюдаются
повышенные летние и часто очень низкие зимние температуры. Перегрев воды
вызывает у мигрирующих лососей ускоренное против обычного созревание гонад и
более быстрое сжигание накопленного в море энергетического запаса.
Преждевременно созревшие рыбы устремляются в низовые, нетрадиционные для многих
из них притоки Амура, а верхнеамурские нерестилища оказываются незаполненными.
Ускоренное истощение организма и нарушение кислородного обмена при повышенной
температуре воды приводит к массовой гибели готовых к нересту лососевых. В такие
годы можно наблюдать печальную картину: сотни и тысячи тушек уже безжизненной
рыбы, не отметавшей икры, плывут по течению рек.
Кроме того, массовое скопление рыбы в одном нерестилище влечет за собой
«перепахивание» уже заложенных нерестовых гнезд. Суровой зимой промерзание
нерестилищ ведет к гибели икры. Обсохших нерестовых гнезд бывает тем больше, чем
выше был уровень воды во время нереста. Горбуша же в основной своей массе мечет
икру в самый разгар летнего паводка. Чем больше разлив, тем больше икры уносится
водой и погибает.
Механизм солнечного влияния на размножение рыб в самой общей форме
выражается как следствие колебаний количества биомассы планктона, зависящего от
температурного режима океана. Чередование периодов потепления и похолодания моря
может служить основанием для заблаговременного предсказания естественных
изменений воспроизводства рыб.
Как видите, изучение солнечно-биологических связей важно для теории и
практики естествознания, для прогнозирования и, следовательно, своевременной
организации целенаправленных действий по оптимизации управления биологическими
процессами.
(долговременные глобальные циклы)
Провозвестником гипотезы расширения и пульсаций можно считать всеведущего
Леонардо да Винчи, который в одном из своих написанных зеркальным почерком
трактатов рассуждал о росте и дыхании Земли, рассматривая ее как своеобразный
организм. Но это было не строгое научное рассуждение, а некая романтическая
смесь натурфилософии и поэзии, характерная для подобных прозрений, к которым
принадлежат и атомы Левкина и Демокрита, изображенные как выход из логического
тупика, и пульсирующая Вселенная индийских эпосов «Махабхараты» и «Рамаяны», и
многое другое в том же роде. Научные рассуждения начались лет сто назад, когда
появились первые попытки объяснить расширение Земли, совпадение очертаний
континентов и было высказано предположение, что гравитация – это поток частиц,
льющихся из космоса на все небесные тела, отчего эти тела помаленьку
увеличиваются в объеме.
В этих предположениях мы видим зародыши двух направлений, по которым
развивались представления о расширении Земли. Очень долго эти представления
пребывали в разряде курьезов и причуд, пока в 30-40-е гг. XX столетия за их
разработку не взялись крупные ученые – геологи, геофизики, физики. Но должно
было пройти еще три десятка лет, прежде чем у сторонников расширения накопились
убедительные факты и к их голосу стал прислушиваться научный мир.
Когда геологи исследуют извлеченный из скважин материал, они часто
натыкаются у самой поверхности Земли на породу с таким составом и с такой
структурой, какие возникают только под очень высоким давлением. Столь высокое
давление царит лишь на глубине около 50 км. Как же эти породы поднялись к
поверхности с такой глубины?
Представить себе это можно, только допустив, что 3,5 млрд лет назад, когда
эти породы образовались (а именно таков их возраст), радиус Земли был в
полтора-два раза меньше нынешнего, а сила тяжести много больше. При таких
условиях давление, которое мы теперь обнаруживаем на глубине 50 км, могло
существовать и на десятикилометровой глубине, откуда по мере постепенного
разуплотнения Земли разные породы могли подняться кверху без особых хлопот.
Точно так же разгадывается и давнишняя загадка алмазоносных кимберлитовых
трубок. Заключенные в этих трубках алмазы могли возникнуть лишь при такой
температуре и при таком давлении, какие в наши дни найдешь только на глубине 200
км. Сами же трубки образовались на меньшей глубине, да еще и гораздо позже
алмазов. Содержимое старше оболочек – что это значит? Только то, что алмазы
рождались в недрах очень юной Земли, когда ее радиус был много меньше нынешнего,
и их колыбелью была самая верхняя часть мантии. А спустя сотни миллионов лет
алмазы обволокло и увлекло за собой вещество кимберлитовых трубок, выпиравшее из
недр в процессе расширения.
А циклы роста кораллов! Эти годичные циклы, как у деревьев, видны
невооруженным глазом, они всем давно известны. Но вот на кораллы взглянули в
электронный микроскоп и увидели суточные ритмы роста – по 365 ритмов в каждом
цикле. Однако что это? У кораллов, которым от роду 300 млн лет, число ритмов в
годовом цикле возрастает до 390, а у тех, которым 390 млн лет, их насчитывается
уже 400! Не говорит ли это о том, что ежегодное количество оборотов Земли вокруг
своей оси постепенно уменьшилось? За 390 млн лет Земля потеряла 35 оборотов.
Считается, что в этом виноват особый характер гравитационных связей между Землей
и Луной. Вполне возможно. Но и постепенное увеличение земного радиуса сбрасывать
со счетов нельзя. За последние 400 млн лет он увеличился на 4 %, отчего
поверхность земного шара расширилась на 8 %, объем его вырос еще больше, а
средняя плотность, наоборот, уменьшилась. Из-за уменьшения плотности и
замедлилось вращение Земли. Палеомагнитные измерения как будто подтверждают это.
Признаки расширения обнаруживаются на разных стадиях развития планеты. В
одни эпохи оно усиливалось, в другие – ослаблялось. Первое усиление произошло
3,5 млрд лет назад, потом от 1 до 1,5 млрд лет назад. Мы с вами живем в новую
эпоху усиления, начавшуюся «совсем недавно» – 250 млн лет назад. За это время
радиус Земли увеличился не более чем на 10 %. Не так уж мало. 10 % – это 637 км,
почти как расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга.
Может быть, причину разуплотнения вещества следует искать не во Вселенной, а
в самой Земле – в непрекращающихся ни на миг процессах преобразования вещества
планеты и непрерывного смещения границ всех ее слоев? Слои эти в постоянной
перестройке: легкие элементы всплывают, тяжелые тонут, из пучин подымаются газы,
идет образование воды. Прямо какая-то реторта, а не «небесное тело»! Вполне
возможно, что при таком безостановочном бурлении плотность Земли уменьшается.
Вот уже более четырех миллиардов лет существует наша планета, а ее тектоническая
и магматическая активность все не затихает. Поистине это самая живая из всех
планет земной группы, и неспроста расширение мы находим прежде всего у нее, а не
у Марса или Меркурия.
Силикатно-окисное вещество мантии испытывает в глубине такие фазовые
превращения, которые просто не могут не заставить Землю расшириться. Ядро
планеты состоит из гидридов металлов и из металлов с растворенным водородом.
Водород выходит из ядра, но от этого увеличивается в объеме и вся Земля.
Расширение продолжается и поныне, но, как и прежде, оно протекает циклично:
время от времени замедляется и даже чередуется со сжатием.
Вот мы и дошли до пульсаций.
Без пульсаций не обойдешься. В самом деле, чем, кроме пульсаций, объяснишь
цикличность вулканизма! То вся планета извергает лаву, то вулканы покрываются
коркой, умолкают на века, и у их подножий расцветают беспечные Помпеи и
Геркуланумы. То же и с океанами: в одни эпохи они наступают на сушу, в другие –
отступают. То же и с накоплением осадков. Да всех циклических явлений и не
перечислишь.
Любопытная закономерность: вулканы оживают в одни и те же периоды – в эпохи
растяжения коры. В эпохи ее сжатия они замирают. У пульсаций океана тот же ритм.
В эпохи сжатия кора коробится, емкость океанских впадин увеличивается, в них
собираются гигантские массы воды, океаны как бы отступают от суши. В эпохи же
расширения неровности сглаживаются, емкость впадин уменьшается, вода растекается
по поверхности Земли – океан наступает на сушу.
Но ярче всего пульсация проявляется в зонах рифтов – гигантских узких
расщелин, где из недр выпирает юная кора, и в зонах геосинклиналей – обширных и
вытянутых участков коры, испытывающих, как говорят геологи, длительное глубокое
погружение. Приходит время, и в коре начинаются сильные поперечные сжатия. В
геосинклинальных областях образуются тогда складчатые структуры, и блоки коры
надвигаются друг на друга, как торосы во льдах полярных морей. Через многие
тысячелетия сжатия прекращаются, и по всей планете начинают образовываться новые
или оживают старые рифты. Это вступают в игру силы противоположного знака – силы
растяжения коры. Зоны рифтов более восприимчивы к действию сил растяжения, а
зоны геосинклиналей – к действию сил сжатия. Увеличивается объем планеты –
растут рифты, уменьшается объем – сужаются геосинклинали. Циклы образования
складок строго чередуются с циклами развития рифтов.
Что все-таки заставляет сокращаться и увеличиваться земной радиус? Циклы от
нескольких миллионов до сотен миллионов лет обязаны своим происхождением, по
всей вероятности, неравномерному выделению тепловой энергии, поднимающейся от
ядра к поверхности Земли как бы волнами. А что лежит в основе других циклов?
Имеют ли отношение к пульсациям Земли колебания гравитационной постоянной, если,
конечно, они существуют? А сложные ритмы всей Солнечной системы? Окончательных
ответов на все эти вопросы пока нет, но они, бесспорно, будут найдены, и, по
единодушному мнению геологов, произойдет это тогда, когда человек начнет
обживать космос, направит из него на Землю глаза и уши приборов и внимательно
понаблюдает за ней.
|