ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2009, том 73, № 3, с. 434-436
УДК 524.1 + 523.6 + 551.5
ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ НА АТМОСФЕРУ И КЛИМАТ ЗЕМЛИ
© 2009 г. В. И. Ермаков1, В. П. Охлопков2, Ю. И. Стожков3
E-mail: stozhkov@fian.fiandns.mipt.ru
Кратко изложены результаты изучения потоков космических лучей в атмосфере и их влияния на атмосферное электричество, а также результаты изучения влияния поступающей в атмосферу из космоса пыли на климат Земли. Дан прогноз о похолодании климата в ближайшие полвека.
ВВЕДЕНИЕ
Из космоса в атмосферу Земли непрерывно поступают потоки материальных частиц, которыми являются космические лучи и космическая пыль (частицы с размерами от 0.001 мк до десятков-сотен микрон). В работе показано, что с космическими лучами связаны основные параметры атмосферного электричества, а с космической пылью -глобальные облачность, альбедо и климат Земли.
КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА АТМОСФЕРУ
Космические лучи (КЛ) - главный ионизатор атмосферы в диапазоне высот 0-60 км. При этом они производят так называемую колонную ионизацию, при которой ионы и электроны распределены вдоль следа, оставленного ионизующей частицей. Толщина следа в течение первых ~100 мкс не превышает 0.1 мм. С течением времени ионизованные колонны разрастаются в ширину и тем самым обеспечивают общую ионизацию воздуха.
Благодаря ионизации воздуха, КЛ играют одну из главных ролей в атмосферном электричестве. Они обеспечивают электропроводность атмосферы в диапазоне высот 0-60 км. Без них невозможны работа глобальной электрической токовой цепи и образование отрицательного электрического заряда на поверхности Земли величиной ~6 • 105 Кл.
Ионизуя атмосферу, КЛ играют одну из основных ролей в образовании грозовых облаков, а производя колонную ионизацию, они участвуют в образовании ступенчатых и стреловидных лидеров молний. Линейные молниевые разряды проходят преимущественно по ионизованным следам КЛ.
1 Центральная аэрологическая обсерватория Росгидромета, Долгопрудный, Московская область.
2 Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
3 Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва.
Некоторые результаты изучения КЛ в атмосфере Земли изложены в [1, 2]. В свою очередь результаты изучения роли КЛ в атмосферном электричестве и физике грозовых облаков изложены в [3-5].
Грозовые облака являются электрическим генератором глобальной токовой цепи. На земном шаре одновременно гремит около 2000 гроз. Они питают глобальную электрическую цепь током ~2000 ампер. Во время работы глобальной токовой цепи накапливаемый молниями на поверхности Земли отрицательный заряд частично нейтрализуется глобальным положительным током, текущим из атмосферы на поверхность Земли.
В [5] изложен физический механизм образования грозовых облаков, в котором одну из ключевых ролей играют КЛ. Обычно развитие грозового облака делят на три стадии: зарождение, развитие (зрелость) и распад. Стадия зарождения характеризуется наличием достаточно мощных восходящих потоков ионизованного теплого влажного воздуха и появлением первых молний. Молнии проходят преимущественно по ионизованным следам КЛ. Начала молниевых разрядов инициируют широкие атмосферные ливни КЛ (ШАЛ). В стадии развития усиливаются электрическая активность, восходящие потоки и влагосодержание облака, а в стадии распада наблюдаются затухание восходящих движений воздуха, уменьшение электрической активности и выпадение осадков.
КОСМИЧЕСКАЯ ПЫЛЬ
В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ
При годовом обращении вокруг Солнца Земля движется внутри зодиакального пылевого облака. Это облако расположено между Солнцем и орбитой Марса и сконцентрировано к плоскости эклиптики. Главный поставщик пыли в это облако - кометы. При приближении к Солнцу на расстояния менее 2 а.е. они образуют газовые хвосты, т.е. сбрасывают с себя намерзшие на них "шубы", состоящие из пыли и газа. Рассеянный на пылинках
ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ
435
солнечный свет носнт название зодиакального света.
При движении Земли в зодиакальном облаке, а также под действием силы тяготения в земную атмосферу поступает космическая пыль. Крупные пылинки при столкновении с атомами атмосферы разрушаются, образуя метеорные следы.
Поступающая в атмосферу космическая пыль с течением времени выпадает на поверхность Земли. По разным наблюдениям, количество выпадающей пыли лежит в пределах от 4 • 102 до 104 т в сутки.
В космических пылинках присутствуют в больших количествах такие элементы, как железо, магний, сера, алюминий, кальций и натрий. Пылинки, содержащие атомы магния, серы и натрия являются эффективными ядрами конденсации находящегося в атмосфере водяного пара. На них образуются облачные капельки.
Чем больше космической пыли поступает в атмосферу, тем больше образуется капелек и тем мощнее облачный покров Земли. Облака рассеивают обратно в космос идущую от Солнца радиацию. С увеличением количества поступающей в атмосферу космической пыли доходящий до поверхности Земли поток солнечной радиации уменьшается. Это приводит к похолоданию климата.
Годы
Рис. 1. Прогноз изменения климата Земли на ближайшие полвека: среднемесячные значения изменений глобальной приземной температуры, гладкая кривая -сумма основных (четырех) гармоник, рассчитанная до 2050 г.
АГГ, °С
Годы
ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ НА КЛИМАТ ЗЕМЛИ
Количество поступающей в атмосферу космической пыли зависит от взаимного расположения планет, которые своим гравитационным полем оказывают управляющее действие на движение комет. В зависимости от их расположения число комет, попадающих в ту часть зодиакального облака, через которую проходит орбита Земли, с течением времени изменяется, поэтому в вариациях концентрации космической пыли и соответственно климата Земли должны наблюдаться периодичности, наблюдаемые в расположениях планет.
Периодичности в расположениях различных пар планет точно рассчитываются. Для определения временных периодичностей, присутствующих в изменениях глобального климата Земли, нами были использованы температурные данные глобальной сети метеорологических станций за период 1880-2007 гг. Спектральный анализ этих данных показал, что их спектр линейчатый, а главными в нем являются периоды 195.9; 64.5; 33.1 и 21.0 года. Им соответствуют периоды в расположениях следующих пар планет: 197.9 г. (Нептун-Плутон); 62.7 г. (Уран-Плутон); 33.4 г. (Сатурн-Плутон); 20.7 г. (Юпитер-Уран). Расхождения между периодами, рассчитанными из температурных данных и по парам планет, составляют 1-3%.
Найденные в температурных данных периодичности были использованы нами для прогноза изме-
Рис. 2. Вариации среднемесячных значений глобальной приземной температуры в последние годы. Гладкая кривая - сглаженные данные скользящим полиномом второй степени по 150 точкам.
нения глобального климата Земли на ближайшие полвека. Этот прогноз представлен на рис. 1, где изображены среднемесячные температурные данные глобальной сети метеорологических данных за период 1880-2007 гг., и гладкой кривой - сумма названных выше четырех спектральных линий, найденных в этих данных. Суммирование этих линий проводилось с учетом значений их амплитуд, периодов и фаз. Гладкая кривая продлена вперед на время ~50 лет. Из рис. 1 видно, что в ближайшие полвека должно произойти похолодание глобального климата. Этот вывод противоречит прогнозам об антропогенном потеплении климата в будущем, в соответствии с которым Земле грозит глобальное потепление.
Наблюдения показывают, что с 1998 г. потепление прекратилось, рост температуры остановился и наблюдается незначительное похолодание. На рис. 2 показаны изменения климата, происходившие в последние десятилетия. Из него видно, что в этот период времени потепление климата прекратилось.
Работы о влиянии космической пыли на климат Земли опубликованы в [6-8].
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 73 № 3 2009
436
ЕРМАКОВ и др.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Поступающие в атмосферу Земли из космоса космические лучи и космическая пыль влияют не только на атмосферные процессы, но и на всю жизнь на Земле. С ними связаны как медленные изменения глобального климата Земли, так и кратковременные аномальные явления, в первую очередь грозы, которые всегда сопровождают ураганы, штормы, тайфуны.
В ближайшие полвека должно происходить похолодание глобального климата, а не потепление, как это следует из антропогенной гипотезы о климате.
Для прогнозирования изменения погоды и климата целесообразно проводить мониторинг метеорных потоков и зодиакального света.
Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (гранты № 07-02-01019, 08-02-10018к) и программы Президиума РАН "Нейтринная физика".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чарахчьян А.И., Базилевская Г.А., Стожков Ю.И, Чарахчьян Т.И. Космические лучи в стратосфере и околоземном пространстве в период 19-го и 20-го циклов солнечной активности: Тр. ФИАН. М.: Наука, 1976. Т. 88. С. 3.
2. Стожков Ю.И., Свиржевский И.С., Базилев-ская Г.А. и др. // Арктика и Антарктика. М.: Наука, 2004. Вып. 3(37). С. 114.
3. Ermakov V.I. // Proc. 9th Int. Conf. Atmospheric Electricity, St.-Petersburg, 1992. P. 485.
4. Ермаков В.И. // Наука и жизнь. 1993. № 7. С. 92.
5. Ермаков В.И., Стожков Ю.И. Физика грозовых облаков: Препринт М.: ФИАН, 2004. № 2. С. 38 (http://ellphi.lebedev / ru / 6 /).
6. Ермаков В.И., Охлопков В.П., Стожков Ю.И. // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2006. № 3. С. 41.
7. Ермаков В.И., Охлопков В.П., Стожков Ю.И. // Вестн. МГУ, Серия 3. Физика, астрономия. 2007. № 5. С. 41; http://www.phys.msu.su/rus/research/vmu-phys / archive/
8. LambertF.,DelmonteB., Petit JR. et al. // Nature. 2008. V. 452. Issue 7187.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 73 < 3 2009
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.