Текст книги "Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?"

Атмосфера

В последнее время – с начала эры спутникового мониторинга – банк атмосферных данных пополняется регулярно и очень интенсивно. В первую очередь это касается нижних слоев атмосферы – тропосферы и стратосферы. Но если исторически сложившееся разделение Мирового океана на четыре (или пять) частей довольно естественно, то аналогичное разбиение вроде бы однородной атмосферы может вызвать недоуменные вопросы. Для того чтобы устранить эту неясность, посмотрим как изменяется температура воздуха с высотой: сначала она падает, на некотором уровне достигает своего минимума, а выше – уже растет.

Именно поведение температуры лежит в основе разделения атмосферы на высотные слои. Нижний слой, где температура с высотой убывает, – тропосфера, а тот, где ее убывание сменяется ростом, – стратосфера. Границу их раздела называют тропопаузой.

Высота тропопаузы неодинакова над различными областями земного шара: в тропиках и у полюсов она составляет примерно 15–17 и 8–10 км соответственно, а среднеглобальной величиной считается высота в 12 км. Характерные скорости перемещения воздушных масс выше, чем скорости в Мировом океане, и по динамичности атмосфера занимает первое место в климатической системе. Направления движения основных крупных воздушных потоков – движений планетарного масштаба – представлены на рис. 5 цв. вклейки.

Далее этот рисунок будет дополнен рассказом об основных атмосферных движениях меньшего масштаба (к таковым относятся, к примеру, местные движения воздуха, скажем, ветры, дующие с моря в прибрежных районах). Здесь лишь добавим, что перенос воздушных масс вдоль меридианов описывают обычно тремя ячейками – Хэдли (в тропиках), Феррела (в средних широтах) и полярной.

Что такое ячейки? Теплый воздух поднимается и одновременно движется от экватора к полюсам. На высоте он остывает, опускается в приземный слой, где снова нагревается, и опять устремляется вверх (продолжая переноситься к полюсам). Такой цикл повторяется трижды, это и есть три вышеуказанные ячейки. Таким образом, возникает вертикальный цикл движения воздушных масс, названный ячейкой атмосферной циркуляции.

Атмосфера находится под непрерывным контролем метеослужб и специальных научных экспедиций. По результатам измерений составляются специальные обзоры. Например, в обзоре Дж. Хансена с соавт.[4]4
  Hansen J., Ruedy R., Sato Mki. and K. Lo. 2010: Global surface temperature change. Rev. Geophys. 48. RG4004. doi:10.1029/2010RG000345.


[Закрыть] использованы и проанализированы данные сетей измерений приземного воздуха, состоящих примерно из 7 тыс. станций, расположенных на материках, островах и на кораблях, полученных в период с 1880 по июнь 2010 г. Произведены тщательный отбор и анализ данных при разных способах сочетания наземных и океанических результатов измерений. При этом специальным образом учитывался вклад измерений на станциях, расположенных в крупных городах или их окрестностях, где влияние «островов тепла» может исказить репрезентативность фоновых данных, ведь, как известно, температура в центральной части крупного города, как правило, на несколько градусов выше, чем вне его границ. Зимой это связано с обогревом зданий, работой заводов и фабрик и наличием подземных коммуникаций, которые до некоторой степени «обогревают» атмосферу, а также с тем, что энергия ветра, по мере приближения к центру города, все больше «гасится» зданиями. Таким образом, срабатывает локальный источник тепла, а распространение этого тепла от центра происходит относительно медленно (но все же происходит). Летом таким источником тепла может также служить, например, разогрев асфальта на солнцепеке. Отмечено, что при учете всех искажений и введении необходимых поправок получается достоверная картина среднегодовых отклонений температуры воздуха у поверхности (ΔT_S) в ХХ веке (от средней в период 1961–1990 гг.) с минимумом 0,3–0,4 К (в метеорологии принято использовать именно градусы Кельвина) в 1910 г., максимумом в 0,03 К в 1940–1945 гг., малыми изменениями – в 0,02 К в 1950–1975 гг. и последующим ростом до 0,6 К к 2010 г. Данные измерений на суше и в океане хорошо согласуются между собой, скорость роста усредненных значений ΔT_S остается примерно постоянной в последние 30 лет. В то же время в некоторых регионах отмечены кратковременные отклонения, часто связанные с явлениями ЭльНиньо – Ла-Ниньо, наиболее сильные в 1998 и 2010 гг.

В разных регионах происходят заметные отклонения от общего роста ΔT_S, чаще в океаническом Южном полушарии, где наблюдается отставание роста температуры поверхности T_S по сравнению с Северным полушарием. Величина тренда (скорости изменения) T_S в целом выше на станциях, расположенных внутри больших участков суши (материков) по сравнению с прибрежными или островными станциями. Причина этого понятна: бо́льшая теплоемкость воды по сравнению с воздухом и почвой суши, тоже «пронизанной» воздухом. Более теплоемкие части акватории отбирают тепло из воздуха и подстилающей поверхности и медленнее повышают свою температуру и температуру прилежащего воздуха.

Потепление климата в регионе часто выражается в увеличении числа и интенсивности «волн тепла» в летний период, а также в снижении числа и интенсивности «волн холода» в зимний период. Такая тенденция достаточно часто наблюдается в период глобального потепления. При этом летние «волны тепла» приводят к появлению большего числа смертей и ущерба, чем зимние «волны холода», – ситуация, идентичная с энергозатратами на кондиционирование и обогрев воздуха в помещениях.

В период глобального потепления наблюдаются сдвиги по широте некоторых атмосферных характеристик. Так, отмечается смещение на север путей циклонов, перемещающихся на Западную Европу и Европейскую Россию с Северной Атлантики. Это способствует усилению циклонической погоды в Северной Европе и в России в зимнее время и, как следствие, учащению теплых зим с обильными осадками. Циклоны несут в регионы России тепло и влагу с северной части Атлантики. Отмечено также смещение к полюсам границ тропической зоны (ее расширение). С начала систематических спутниковых слежений в 1979 г. до середины первого десятилетия XXI века зона субтропиков Северного полушария продвинулась на север на 5–8° широты. При этом сухая зона субтропиков, прилежащая к тропику Рака[5]5
  Северный тропик, или тропик Рака, – одна из пяти основных параллелей, отмечаемых на картах Земли. В настоящее время расположена на 23° 26′16″ к северу от экватора и определяет наиболее северную широту, на которой Солнце в полдень может подняться в зенит. Это происходит в момент летнего солнцестояния, когда угол падения солнечных лучей на поверхность Северного полушария, меняющийся в течение года из-за обращения наклоненной оси Земли вокруг Солнца, является максимальным. Южный эквивалент тропика Рака – тропик Козерога.


[Закрыть] с севера, сдвигается на южную часть сельскохозяйственной зоны средних широт, что наносит ей заметный ущерб.

Все эти тенденции еще более ярко проявляются в прогнозах климатических изменений к середине и к концу текущего века, сделанных с использованием глобальных климатических моделей. Одновременно отмечается увеличение высоты тропической тропопаузы, происходят изменения в динамике (переносе) атмосферного озона, регистрируемые мировой озонометрической сетью.

Суша и ледовый покров

Наиболее быстрые и заметные изменения на суше и в ледовом покрове океана происходили и происходят в высоких северных широтах. С начала XXI века ускорился процесс сокращения площади ледового покрова в Северном Ледовитом океане.

Недавно, 16 сентября 2012 г., было зафиксировано рекордно низкое значение площади арктического морского льда – 3,41 млн км² (пал предыдущий рекорд 2007 г., когда этот минимум составлял 4,17 млн км²). Для сравнения: среднее значение минимальной площади арктических льдов за период с 1979 по 2000 г. составляет 6,71 млн км².

Данное сокращение сопровождается еще более существенным уменьшением (на 10–20 %) доли многолетних льдов в их общей площади и является следствием как общего глобального потепления, так и отдельных факторов, воздействующих на арктический регион. В частности, увеличения выноса теплых пресных вод реками Евразии в океан и роста сажевого загрязнения снега и льда от сжигания топлива зимой, сильно снижающего их отражательную способность и усиливающего приток солнечной радиации в регион в полярный день. Это загрязнение способствует увеличению теплообмена между холодным полярным воздухом и поверхностными водами, имеющими небольшую положительную температуру, и тем самым еще более ускоряет таяние морских льдов. В более мелком и согреваемом выносом вод рек Евразии восточном секторе Северного Ледовитого океана такое таяние происходит значительно быстрее, чем в западном.

Очень заметно потепление Арктики на арктических островах и берегах, сложенных в основном из мягких грунтов, пронизанных ледяными «линзами» и «островками» мерзлой почвы.

Таяние в таких грунтах приводит к обвалу в воду береговых участков на значительных площадях, нарушению устойчивости элементов хозяйственной инфраструктуры в арктических регионах. Этого нельзя не учитывать в преддверии ожидаемого хозяйственного освоения богатых месторождений ископаемых в регионе.

Изменение климата отмечается и в средних широтах, на территориях с интенсивным антропогенным освоением.

Мегаполисы, промышленные и сельскохозяйственные регионы, орошаемые территории, водохранилища – все они создают вокруг себя отдельный, отличный от регионального климат, в котором ныне живет большинство населения развитых стран.

Например, в сельскохозяйственном производстве орошаемых регионов используют пониженную температуру и повышенную влажность воздуха для улучшения урожайности и комфортности проживания. «Острова тепла» в больших городах особенно хорошо заметны в холодный период: в центре города термометры показывают температуру города на 2–3, а иногда и 5 градусов выше, чем на окраинах, ветер в центре города также слабее; летом, например, при температуре +20 °C, более высокая температура (т. е. +22–23 °C) в центре почти не ощущается, но зимой разница очень заметна, например, – 23 °C с сильными порывами ветра на окраине – совсем не то, что -20 °C при небольшом ветерке или его отсутствии в центре. Однако закономерности формирования таких «островов» и их взаимодействия с климатом окружающего региона в близком и отдаленном будущем пока плохо обеспечены данными наблюдений, и это обстоятельство затрудняет прогнозирование и анализ этого феномена в модельных исследованиях. Можно лишь предположить, что по мере развития городских и промышленных агломераций погодно-климатические условия в них будут больше зависеть от структуры выбросов энергии самими агломерациями и меньше – от их климатических условий регионов их размещения.

Итак, наблюдения за природной средой дают представления о том, каким изменениям (далеко не всегда желательным) подвергались отдельные элементы климатической системы в недавнем прошлом. Очевидно, что подобные изменения будут происходить и в дальнейшем. Едва ли их можно предотвратить, но противостоять им в меру современного научно-технического обеспечения людям вполне по силам. А значит, напрашивается вопрос: что, как и в какой мере сказывается на климате Земли? Начнем с главного…

Глава четвертая
Солнце – «наше все»

Единственный Бог, на которого с научной точки зрения следует молиться землянам, – это Солнце.

Неизвестный автор

Воздействие на климатическую систему земли извне

«Из всех искусств для нас важнейшим является кино» – такова расхожая, правда не совсем точная, цитата из наследия вождя мирового пролетариата. В переложении для темы нашего разговора она могла бы гласить: из всех факторов, определяющих климат Земли, важнейшим является Солнце. Причем, в отличие от кино, Солнце не имеет в этом качестве достойных конкурентов.

О ключевой роли светила в жизни нашей планеты люди догадывались еще на заре человечества. Догадки сменились обожествлением Солнца и природных стихий (cм. рис. 7 цв. вклейки). Вряд ли в истории отыщется народ, не возведший Бога Солнца в Пантеон. А в ряде случаев ему был придан статус Верховного Бога (самый известный пример тому – египетский Ра). Исключительность Солнца зиждилась на понимании того, что именно оно обеспечивает людям тепло, свет и пропитание, одним словом, – жизнь. «Дарующим жизнь» и называли древние греки проживающего в окружении времен года Гелиоса. И кому же, как не всемилостивейшему и могущественнейшему Богу, выступать судьей над грешными людьми. Древние римляне почитали бога Соля как блюстителя справедливости, а древние египтяне связывали летний зной с гневом Ра на людей. Велик был соблазн погреться в лучах такого могущества (и погреть на нем руки) у сильных Древнего мира. И вот уже, как на дрожжах, растут и множатся «сыновья» (с «дочерьми» в ту эпоху было напряженно) Богов Солнца, правящие за себя и за «того бога». Ну чем не «сыновья лейтенанта Шмидта»?! В последующие века накапливаемые знания (слава Богам!) мало-помалу вытесняют слепые верования.

Еще в Древней Греции обратили внимание на то, что климат каждой территории прежде всего определяется средней высотой Солнца днем над горизонтом: на севере оно располагается ниже, на юге – выше. Интересно, что само слово «климат» происходит от греческого klima – наклон Солнца.

Греки делили Землю на широтные полосы – климаты. Сначала климатов было пять: северный холодный, северный умеренный, жаркий (где «кипит океан»), южный умеренный и южный холодный. Затем их число возросло: Гиппарх (ок. 180 или 190–125 гг. до н. э., к слову, тот самый, который ввел географические координаты) предложил рассматривать 12, а чуть позже Посидоний (ок. 135–51 гг. до н. э.) – 13 климатов. Однако все это «дела давно минувших дней, преданья старины глубокой».

Сегодня всестороннее теоретическое изучение процессов, происходящих на Солнце, и их влияния на климатическую систему Земли, подкрепляемое регулярными комплексными наблюдениями, идет полным ходом. Но, несмотря на безусловный и значительный прогресс в исследованиях солнечно-земных связей, неясностей, в том числе даже в основополагающих их принципах и механизмах, еще достаточно много. Показательно, что в вышедшем в 1997 г. в Великобритании учебнике климатологии[6]6
  Linacre E. and Geerts B. Climate and Weather Explained, Routledge. London, 1997.


[Закрыть] авторы называют «до сих пор не понятным чудом» способ транспортировки энергии Солнца через космическое пространство к атмосфере Земли. Нельзя не сказать об объективных сложностях, возникающих у специалистов при изучении как Солнца, так и климата нашей планеты. Дело в том, что эти специалисты (в отличие, скажем, от химиков) лишены возможности проводить исследования с помощью лабораторных экспериментов и вынуждены ограничиваться лишь натурными наблюдениями. Следовательно, крупные прорывы в этих областях знаний могут произойти или при накоплении большой базы данных и последующем ее анализе (диалектический закон перехода количества в качество), или в результате гениального озарения (помните известный конфликт между яблоком и головой Исаака Ньютона?). Базы данных сейчас пополняются постоянно и интенсивно, осталось дождаться, когда их «масса» превзойдет «критическую». Что же касается второго пути, то тут, понятно, что-либо предсказать невозможно, остается только надеяться… Может, таким открывателем окажется кто-то из наших читателей, увлеченный романтикой научного поиска.

И все же давайте вернемся к объекту повествования – Солнцу. Дабы показать масштабы зависимости от Солнца всего происходящего на Земле, приведем два факта. Дадим слово Г. Кинсу, представляющему фонд Desertec[7]7
  Desertec – план превращения солнечного тепла пустынь Северной Африки и Ближнего Востока в электричество для нужд арабского мира, а в будущем, возможно, и Европы.


[Закрыть]: «За 6 часов пустыня Сахара получает больше энергии от Солнца, чем человечество тратит за год». Площадь Сахары составляет примерно 7 млн км². Для сравнения: площадь поверхности Земли около 509,5 млн км², т. е. Сахара занимает всего лишь примерно 1,4 % земной поверхности.

Вдумайтесь: для обеспечения годовой потребности в электроэнергии человечество прилагает титанические усилия, сопровождаемые колоссальными материальными затратами, ухудшением состояния природной среды и даже людскими потерями. А результат этих усилий соизмерим с энергией, получаемой относительно небольшим кусочком Земли за четверть суток!

Оговоримся, приведенное здесь сопоставление площадей не совсем корректно, так как не ко всем областям Земли Солнце одинаково щедро: на экваториальную зону приходится максимум энергии светила, а в качестве «бедных родственников» выступают полярные регионы (см. рис. 2 цв. вклейки). И все равно факт, согласитесь, впечатляет.

Второй факт можно условно назвать «украденное Солнце» (помните такое стихотворение К. И. Чуковского?). Лет 10–15 назад американские исследователи задались вопросом, как долго будет продолжаться циркуляция воздуха и океана на Земле, если Солнце вдруг «потухнет». Разница в потоках солнечной энергии к экватору и полюсам порождает различную степень нагрева там обеих субстанций – воздуха и воды. В соответствии с физическими законами для газов и жидкостей, давление в них на экваторе и полюсах оказывается неодинаковым, что вызывает перенос обеих субстанций, стремящийся это давление выровнять. Образуется система ветров и течений, другими словами, возникает циркуляция. Если же Солнце «выключить», приток энергии, естественно, станет всюду равным нулю, но энергозапас – инерция, в первую очередь океана – не позволит циркуляции немедленно прекратиться. Такую гипотетическую ситуацию и исследовали американцы, заложив соответствующие установки в климатическую модель. Согласно их расчетам, циркуляция климатической системы «продержалась на внутренних резервах» около трех месяцев, после чего остановилась. Вот такой запас прочности имеет наша климатическая система. К разговору об альтернативных источниках энергии (главным образом, электрической), равно как и о модельных исследованиях климата, мы еще вернемся. А пока…

Как мы уже знаем, климат местности напрямую зависит от того, сколько солнечной энергии достигает земной поверхности. В соответствии с законами физики, Земля, являясь серым телом[8]8
  Серое тело – тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны излучения и абсолютной температуры. Такое определение справедливо практически для всех объектов, так как абсолютно черного тела с коэффициентом поглощения, равным единице, в природе не существует.


[Закрыть], как поглощает энергию, так и излучает ее, и эти процессы определяют температуру подстилающей поверхности, а также земной атмосферы. Напомним, что Земля поглощает солнечное (часто именуемое коротковолновым) излучение с длиной волны (λ), не превышающей 4 мкм[9]9
  1 мкм – микрометр = 1·10^-6 м.


[Закрыть], а излучает радиацию с длинами волн, большими 4 мкм. В среднем на каждый квадратный метр приходится поток солнечной энергии, равный 1370 Вт[10]10
  Вт – ватты. 1 Вт = 1 Дж / 1с. 1 Вт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за 1 секунду, или когда груз массой 100 г поднимают на высоту 1 м за 1 секунду.


[Закрыть], эту величину называют солнечной постоянной. Если же мысленно построить сферу, проходящую по верхней границе атмосферы, то на 1 м² ее поверхности попадает приблизительно 343 Вт солнечной энергии. Примерно 31 % этого потока отражается атмосферой и подстилающей поверхностью и лишь около половины достигает поверхности Земли и поглощается ею (остальные 19 % поглощаются в атмосфере, главным образом, облаками). В свою очередь, земная поверхность испускает в атмосферу длинноволновое (тепловое) излучение. Если бы все это тепловое излучение беспрепятственно покидало атмосферу, то среднегодовая среднеглобальная температура воздуха у поверхности Земли была бы -19 °C, однако в действительности она составляет +14 °C! Комфортную добавку в 33 °C обеспечивает нам сопровождаемая выделением тепла способность атмосферы, точнее – ее некоторых газов и облаков, задерживать и поглощать уходящую длинноволновую радиацию (с длиной волны λ > 4 мкм). В свете сказанного обратим особое внимание на двоякую роль облаков в радиационном режиме системы «Земля – атмосфера»: с одной стороны, они сокращают приток солнечной радиации, отражая ее, с другой, благодаря поглощению ими солнечного и особенно длинноволнового излучения, столь существенен нагрев атмосферы. Преобладание одного из этих процессов над другим зависит от типа облаков, их плотности и высоты расположения.

Несложно сообразить, что в среднем за год количество энергии, полученной и отданной системой «Земля – атмосфера», примерно одинаково: ведь в противном случае среднегодовая среднеглобальная температура воздуха у подстилающей поверхности имела бы сохраняющуюся тысячелетиями тенденцию либо к регулярному увеличению, либо к регулярному уменьшению. Но с началом ХХ в. приборы стали фиксировать устойчивое возрастание средней температуры от десятилетия к десятилетию…

Какие же причины способны вызвать нарушение сложившегося веками баланса? Первое подозрение, очевидно, падает на нашего героя – Солнце или, говоря строго, на изменение потока солнечного излучения.

Солнце – гигантский (даром, что по астрономической градации – карлик), раскаленный, плазменный шар с эффективной температурой поверхности, равной 5770 К (напомним, что градус Кельвина – К равен более привычному нам градусу Цельсия, но шкала Кельвина сдвинута на 273,15 К, т. е. 273,15 К соответствуют 0 °C). Лишь ничтожная доля (около 5·10^-8 %) излучаемой им энергии достается Земле. Вещество Солнца находится в постоянном движении, на его теле регулярно возникают неоднородности – пятна, факелы, протуберанцы, случаются вспышки и т. д. Именно с неоднородностями, в первую очередь с пятнами, связана солнечная активность – изменение потока его излучения.

Наличие на Солнце пятен было замечено людьми очень давно: авторы, освещающие эту проблему, обожают приводить выдержку из древнерусских хроник о том, как «сквозь дым лесных пожаров люди видели “темные пятна, аки гвозди”», считавшиеся дурным предзнаменованием. В начале XVII в. Г. Галилей впервые направил на Солнце свое изобретение – телескоп, положив начало наблюдениям за Солнцем, а с середины XIX в. такие наблюдения ведутся на ежедневной основе. Еще раньше (с 1749 г.) приступили к регулярным наблюдениям солнечных пятен в Цюрихской обсерватории, благодаря чему сегодня имеется ряд измерений солнечных пятен длиной в 260 лет.

С целью охарактеризовать текущее состояние светила, швейцарский астроном Р. Вольф (1816–1896) предложил использовать относительное число солнечных пятен, получившее впоследствии его имя. Число Вольфа определяется как сумма удесятеренного числа групп пятен и общего количества пятен во всех группах на одном полушарии Солнца (второе остается невидимым). Число Вольфа – не единственный, но, пожалуй, наиболее популярный индекс солнечной активности у специалистов. И это при том, что едва ли кто-то из них в состоянии объяснить физический смысл этого индекса.

Тем не менее связь между числом Вольфа и интенсивностью ультрафиолетовой солнечной радиации считается установленным научным фактом. Замечено, что с увеличением числа Вольфа (т. е. количества пятен на Солнце), – а происходит это периодически, – возрастает интенсивность излучения в ультрафиолетовой области спектра.

Периодичность эта – особая: согласно данным Цюрихской обсерватории, интервалы колебались от 7 до 17 лет между годами максимумов чисел Вольфа и от 9 до 14 лет – между их минимумами. В среднем же такой солнечный цикл длится около 11 лет, вследствие чего он и получил свое широко распространенное название – 11-летний (рис. 7).

Как видно на рис. 8, 11-летние циклы различаются еще и по количеству пятен, т. е. по интенсивности. Рекорд здесь принадлежит максимуму 1957 г., когда среднегодовое число Вольфа достигало 190. Наименьшие значения в максимумах приходятся на первую четверть XIX в. – в этот период они едва «переваливали» через отметку 40. Однако в анналах цюрихских наблюдений присутствует еще один временной интервал – с 1645 по 1715 г., характеризуемый малым числом солнечных пятен и ослаблением солнечной активности, получивший название «маундеровского минимума» (по имени давшего его описание английского исследователя Е. Маундера). Нумерация 11-летних циклов берет отсчет с 1775 г., таким образом, сейчас идет 24-й цикл.

Рис. 7. Кривая среднегодичных цюрихских относительных чисел солнечных пятен (W, чисел Вольфа) за 1755–1980 гг. В кружке – максимальное значение за весь период наблюдений

В несколько «облагороженном» виде схема 11-летнего цикла представлена на рис. 8.

Рис. 8. Схема кривой 11-летнего цикла солнечной активности

Процессы на Солнце также подвержены изменениям в пределах 22-летнего и 80–90-летнего циклов. Первый из них вовсе не «сумма» двух последовательных 11-летних циклов, хотя его природа тоже связана с солнечными пятнами. Гелиофизики говорят, что под действием мощного магнитного поля в среднем каждые 22 года меняется полярность пятен. И если с наличием 22-летнего цикла сегодня согласны большинство специалистов, то к существованию 80–90-летнего цикла многие относятся скептически. Понятно, что делать далеко идущие выводы, имея под рукой один-единственный ряд наблюдений длиной всего в три таких цикла, весьма опрометчиво. Не будучи специалистами в области гелиофизики, воздержимся от комментариев по данному вопросу, ограничась только нижеприведенной иллюстрацией (рис. 9).

Рис. 9. Усредненная кривая изменения максимальных среднегодовых чисел Вольфа Wm за весь период измерений. По оси абсцисс – номера 11-летних циклов согласно цюрихским данным

Важно отметить, что основной «удар» солнечной активности принимают на себя верхние слои атмосферы, но его «отголоски» чувствуются и в ее нижних слоях, и у земной поверхности. Наиболее существенным последствием пертурбаций в верхней атмосфере является изменение циркуляции воздушных масс в ее нижних слоях. Есть основания полагать, что во время максимумов 11-летнего цикла имеет место усиление циклонов и антициклонов.

Данные ряда исследований свидетельствуют о наличии зависимости засух от фаз 11– и 22-летних циклов солнечной активности, причем среднеазиатские засухи коррелируют (т. е. имеют большой коэффициент корреляции) с 11-летним циклом, в то время как североамериканские – с 22-летним. Горячих защитников 80–90-летний цикл солнечной активности нашел в лице дендрологов, утверждающих, что он отчетливо прослеживается при изучении годовых колец деревьев-долгожителей.

Здесь необходимо маленькое отступление. Когда нужно подтвердить или опровергнуть связь между какими-либо явлениями, нередко прибегают к поиску коэффициента корреляции. Коэффициент этот, широко используемый в математической статистике, может изменяться по абсолютной величине от нуля до единицы. Он характеризует степень зависимости между явлениями: чем ближе его значение к единице, тем теснее эта связь. Такой вот универсальный критерий. Но в его определении есть важный нюанс: коэффициент корреляции выполняет возложенную на него миссию лишь в том случае, если достоверно известно, что такая зависимость существует. Иными словами, если вам вздумалось оценить с помощью коэффициента корреляции связь, к примеру, между ежемесячным ростом успеваемости группы школьников после прихода в их класс талантливого учителя и увеличением в тот же период поголовья бегемотов в Африке (вследствие создавшейся особо благоприятной для этого обстановки), то вышеозначенный коэффициент, вероятно, окажется очень высоким, но… Как часто исследователь, умилившись полученным большим значением коэффициента корреляции, не удосуживается привести хоть какие-нибудь резоны в обоснование наличия исследуемой связи. Сказанное, отнюдь, не отрицает применимость коэффициента корреляции, а только служит напоминанием об осторожности в выводах, которая нужна при его использовании.

Выше говорилось о том, что в ходе 11-летнего цикла изменения затрагивают в основном ультрафиолетовую часть спектра. Сколь значительны эти изменения, показано на рис. 10. Ультрафиолетовый участок спектра приблизительно соответствует длинам волн 170 < λ < 320 нм[11]11
  1 нм (нанометр) = 1·10^-9 м.


[Закрыть]. Однако только для длин волн λ < 205 нм интенсивность излучения в максимуме солнечной активности превосходит на 5–17 % ее в минимуме 11-летнего цикла, на бо́льших же длинах волн они почти равны. Следить за такими незначительными изменениями на верхней границе атмосферы очень трудно, это стало возможным только в последние 20–30 лет с появлением искусственных спутников Земли.

Рис. 10. Соотношение интенсивности солнечного излучения на верхней границе атмосферы в максимальной (I_max) и минимальной (I_min) фазах 11-летнего цикла на разных длинах волн по данным измерений

Изменения такого масштаба практически никак не сказываются на солнечной постоянной: спутниковая аппаратура зафиксировала лишь незначительные ее колебания – с амплитудой 0,1 % – в ходе 11-летнего цикла солнечной активности. Косвенные данные указывают на значительно бо́льшие ее изменения (десятые доли процента) в XVII в. Многие исследователи тем не менее полагают, что небольшой рост солнечной постоянной имел место с середины XVIII в. по настоящее время. Однако его трудно выделить и оценить, так как спутниковых измерений тогда не было, а точность наземных измерений, которым мешали и облачность, и недостаточная прозрачность атмосферы, не позволяет достаточно определенно судить о ее росте за последние 250 лет. Но даже изменения на десятую долю процента очень существенно отражаются на эффективности химических превращений в атмосфере, порождая эволюцию содержания газов в составе атмосферного воздуха, в том числе – парниковых газов, подробный разговор о которых еще впереди.

Итак, вышеупомянутый рост температуры в течение ХХ века едва ли обусловлен увеличением потока солнечного излучения. Похоже, здесь у Солнца – надежное алиби. Более того, считается, что и прежде, в том числе и в далеком прошлом, потоки солнечной энергии не подвергались заметным колебаниям. Однако колебания климата в истории Земли случались…