ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 147-160
УДК 523.7+523.165+551.583.556.5
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ, КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ И РЕКОНСТРУКЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗЕМЛИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДВА ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ. ЧАСТЬ 2. АНАЛИЗ СВЯЗИ ИЗМЕНЕНИЙ ГЛОБАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
С ЕСТЕСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
© 2015 г. В. А. Дергачев
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург e-mail: v.dergachev@mail.ioffe.ru Поступила в редакцию 09.06.2014 г.
Проведен анализ закономерностей долговременных изменений глобальных температур за последние два тысячелетия. Показано, что наиболее заметные периоды длительного возрастания и падения температур имели место в доиндустриальную эпоху. Анализ показывает, что проявление экстремумов в изменении глобальной температуры в первом и втором тысячелетиях соответствует долговременным повышениям и понижениям солнечной активности. Проведенный анализ реконструкций температуры различными методами, включая геотермальный, свидетельствует о том, что наблюдаемое изменение климата в последние два тысячелетия хорошо согласуется с данными по изменению концентрации кос-могенных изотопов 14С и 10Ве, модулируемых меняющейся во времени солнечной активностью.
DOI: 10.7868/S0016794015020030
1. ВВЕДЕНИЕ
Изменение климата — проблема, которая затрагивает все аспекты жизни на нашей планете. Известно, что центральной парадигмой Межправительственной Комиссии Организации Объединенных Наций по изменению климата является то, что современное потепление климата Земли обусловлено исключительно антропогенным воздействием. По данным последнего отчета этой комиссии [1РСС (МГЭИК), 2013] с 1880 г. по 2012 г. произошло повышение температуры приземного воздуха на континентах и океанах на 0.85°С (от 0.65°С до 1.06°С), а оценки увеличения температуры в XXI столетии колеблются от >2°С до 4.8°С. В то же время известно, что климат Земли существенно и непрерывно меняется в течение всей ее геологической истории. Прогресс в понимании многих сторон климатической изменчивости ограничен из-за отсутствия инструментальных наблюдений за достаточно долгие интервалы времени, и в особенности в южном полушарии. Инструментальные измерения температуры представлены главным образом северным полушарием и охватывают не более 150 последних лет. Анализ реконструкций температур последних двух тысячелетий рассмотрен в работе [Дергачев, 2015].
Прогнозирование будущих климатических изменений у сторонников антропогенной гипотезы основано на создании моделей взаимодействия атмосферы, океана и суши, счет которым уже идет на десятки. Сторонники антропогенной гипотезы не
учитывают естественные факторы, поскольку, по их утверждению, учет последних приводит к несоответствию результатов расчета наблюдаемого хода глобальной температуры. Конечно, наука еще не позволяет в полной мере понять ход всех естественных процессов, которые влияют на сложную климатическую систему Земли. Тем не менее, для объективной оценки прошлых и будущих климатических изменений требуется учитывать естественные факторы, влияющие на климат. В противном случае, в конечном результате сформируется неправильное представление о том, что мы знаем о климатической системе и факторах, влияющих на нее, а тем более о будущем изменении климата. Следует отметить, что в экспертных оценках факторов угрозы глобального потепления нет единства, даже в главных факторах парниковых газов: углекислый газ или водяной пар.
Ниже проведен анализ накопленной информации по связи изменений глобальной температуры последних двух тысячелетий с естественными факторами.
2. СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И ДРУГИЕ ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ГЛОБАЛЬНУЮ ТЕМПЕРАТУРУ
Поскольку солнечная энергия составляет более 99% общего энергетического притока в земную среду, и это серьезный аргумент, что Солнце
является потенциальной причиной изменения климата. И хотя возможные механизмы изменения климата, связанные с солнечной изменчивостью, покоятся на твердом физическом фундаменте, до сих пор не удается получить однозначного ответа, управляет ли солнечная изменчивость процессами в климатической системе или только стимулирует их.
С естественными причинами изменений климата на различных временных шкалах, кроме солнечной активности (СА), связаны изменения в орбитальных характеристиках Земли при ее движении вокруг Солнца, прохождение солнечной системы через облака межзвездной пыли, дрейф континентов и процессы горообразования, изменения в процессах теплообмена атмосфера-океан и изменение теплосодержания океанических вод, мощные вулканические извержения и др. Будущие риски, связанные с изменяющимся климатом, в значительной мере зависят от масштабов будущего изменения климата.
Изучение физических процессов и явлений, протекающих в околоземном космическом пространстве, непосредственно связано со средней и нижней атмосферой Земли, и активно ведется с 20-го столетия, и, в особенности, с начала космической эры. Это крайне важно для решения многих проблем метеорологии, климатологии, геофизики, астрофизики, физики космических лучей и др. Ближний космос, атмосфера и ионосфера являются очень важными компонентами среды обитания человека, влияющими на климат, погоду, радиосвязь, продуктивность сельского хозяйства, возникновение ряда катастрофических явлений (наводнение, землетрясение и т.д.), а также непосредственно на здоровье людей.
В работе [Шумилов, 2002] представлены результаты исследований автора по воздействиям гелиогеофизических агентов различных типов на всевозможные слои околоземного пространства: магнитосферу, ионосферу, атмосферу (озоносфе-ру), а также на климат Земли и на биологические объекты. В качестве агентов (входных сигналов), воздействующих на озоносферу и климат Земли, рассмотрены потоки электронов. Авроральные высыпания всех типов, в частности, влияют на вариации электрического поля в окрестности Земли. В качестве корпускулярных агентов рассматриваются также потоки солнечных и галактических космических лучей, имеющих большую проникающую способность (последние проникают прямо до поверхности Земли). Солнце, в свою очередь, модулирует потоки галактических космических лучей изменяющимися во времени "вмороженными" в солнечный ветер магнитными полями. Межпланетное магнитное поле существенным образом влияет на магнитосферные электрические поля, а через них — на энергетику
вторгающихся в ионосферу и нижние слои атмосферы частиц. Как показано в этой работе, воздействие естественных факторов на околоземное космическое пространство может быть сравнимо с антропогненным и не может быть игнорировано.
Космические лучи являются основным источником ионизации в атмосфере на высотах от ~3 до ~50 км. Этим обусловлена роль космического излучения в атмосферных процессах, в первую очередь, в формировании глобальной электрической цепи и, возможно, в формировании облачного покрова. Потоки заряженных частиц в атмосфере Земли усиливают или ослабляют процесс образования облачности. В стратосфере при вторжении энергичных солнечных частиц и высыпаниях магнитосферных электронов дополнительная ионизация приводит к заметным вариациям температуры и озонового слоя.
В последние десятилетия активно исследуются земные проявления долговременной солнечной изменчивости. Имеется немало достаточно убедительных свидетельств о реальности влияния как кратковременных (не более нескольких суток), так и долгопериодных (десятки—сотни лет и более) вариаций СА на соответствующие изменения глобального и регионального климата Земли. Важнейшей проблемой солнечно-земной физики является выяснение механизмов, связывающих СА с земным климатом. Все большее число исследователей приходит к выводам, что главную роль в обеспечении связи СА с климатом играют потоки космических энергичных частиц, эффективно модулируемых Солнцем [Огурцов, 2011]. Следует отметить, что надежный и долговременный прогноз изменения климата возможен только при наличии детальной информации об изменении климата в прошлом и понимании сущности процессов, происходящих в атмосфере под действием фактором земного, солнечного и космофизического характера.
В работах [Дергачев и др., 2008, 2009] был проведен анализ климатических характеристик и СА на временной шкале, покрывающей последние несколько сотен лет, в свете глобального потепления 20-го века. Были сопоставлены данные по изменению СА, определенной из реконструкций солнечных пятен и уровня радиоуглерода, отражающего солнечную изменчивость, с изменениями климатических характеристик. Было показано, что холодные периоды соответствуют пониженным, а теплые — повышенным периодам СА. Учитывая, что почти половину последнего тысячелетия Солнце находится на ветви подъема его активности в 2400-летнем цикле [Дергачев, 1996], а также тренд, обусловленный орбитальным движением Солнца, это нельзя не принимать во внимание при рассмотрении перспективы будущих климатических изменений.
3. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ ПАЛЕОТЕМПЕРАТУР ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДВА ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ
Чтобы понять закономерности естественной климатической изменчивости и роль антропогенного воздействия на климат на шкалах от десятилетий до столетий, Moberg et al. [2005] провели реконструкцию температуры северного полушария для последних 2000 лет, комбинируя косвенные данные низкого разрешения (озерные отложения, пыльца растений, сталагмиты, раковины моллюсков и др.) с данными по кольцам деревьев. Данные низкого разрешения, такие как озерные и океанические отложения, могут давать климатическую информацию о крупномасштабной климатической изменчивости в масштабах столетий и более, что может быть не захвачено кольцами деревьев. Используя вейвлет-преобразование, авторы разделили веса косвенных данных на различных временных шкалах и установили большую климатическую изменчивость в масштабах нескольких столетий. Анализ проведенных оценок изменений средней температуры северного полушария и результаты моделирования приведены на рис. 1. Усреднение данных низкого разрешения позволило выявить тренды, согласующиеся с результатами геотермальной термометрии [Pollack and Smerdon, 2004], временной ход которых существенно отли
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.