Изучение возможности корректировки естественных циркуляций
реклама
НОУ СОШ «Образовательный центр ОАО «Газпром» Арсений Вячеславович Умановский Изучение возможности изменения и выбор методов корректировки естественных циркуляций воздушных масс в атмосфере Земли с целью гармонизации климата на планете Научный руководитель: Мирзабекянц Григорий Суренович, учитель физики. Консультанты: Ежова Светлана Ивановна, редактор школьного журнала «Факел» Губанова Анна Александровна, заместитель директора по научноэкспериментальной работе Москва, 2005 Аннотация Антропогенное воздействие человека, вызывающее глобальные изменения климата на планете достигло критического уровня. Одно из наиболее значимых воздействий на биосферу и ее подсистемы, связанных с антропогенной активностью, - глобальное потепление, проявляющееся в изменении климата и биоты. В то же время, по последним результатам моделирования климата Земли (NCAR, Боулдер, штат Колорадо) основной причиной пермо-триасовой биокатастрофы, повлекшей за собой массовое вымирание земной биоты, было резкое повышение средней температуры на нашей планете. В проекте изучаются возможности изменения темпов глобального потепления, прежде всего, в целях предотвращения образования разрушительных тропических ураганов. Предлагаемый метод может быть применим и для снижения некомфортно высокой температуры воздуха в летнее время в крупнейших мегаполисах, аномально высоких температур в отдельных странах, которые уже несколько лет подряд приводят к возникновению пожаров, засух. Кроме того, этот метод может задержать катастрофическое потепление в арктической тундре, гибель тропической биоты, которая не выдерживает даже минимальных температурных колебаний. Проект предполагает изучение антропогенного воздействия человека на климат, принципов климатообразования планеты, выработка собственной концепции гармонизации климата, в том числе предложений по организации эксперимента в космосе. Основная гипотеза проекта: частичное солнечное затемнение участков океана, где наиболее часто зарождаются тропические штормы и ураганы в период с июня по ноябрь позволит снизить температуру поверхностных вод ниже критической (26°С), что в свою очередь вызовет снижение количества и силы разрушительных тропических ураганов. Работа состоит из введения, основной части, заключения и приложений. При подготовке работы было изучено 47 информационных источников. 2 ОГЛАВЛЕНИЕ: ВВЕДЕНИЕ (К ПОСТАНОВКЕ ПРОБЛЕМЫ) .................................................................... 4 ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА ........................................................................................................ 4 ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ .............................................................................................. 7 МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА ................................................................ 9 ГЛОБАЛЬНОЕ ЗАТЕМНЕНИЕ ............................................................................................ 12 ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА АТМОСФЕРУ И ГИДРОСФЕРУ .... 12 ВОЗНИКНОВЕНИЕ УРАГАНОВ.......................................................................................... 16 УСЛОВИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ УРАГАНОВ........... 17 ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОРРЕКТИРОВКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЦИРКУЛЯЦИЙ ВОЗДУШНЫХ МАСС В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ ................................ 23 ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ........................................................ 25 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................................... 26 БИБЛИОГРАФИЯ .................................................................................................................... 28 ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................................ 30 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ .......................................... 30 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. НАВОДНЕНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ ................................................................ 33 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. HAARP (HIGH FREQUENCY ACTIVE AURORAL RESEARCH PROGRAM — АКТИВНАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ СЕВЕРНОГО СИЯНИЯ) ............ 34 3 Введение (к постановке проблемы) Антропогенное воздействие человека, вызывающее глобальные изменения климата на планете достигло критического уровня, требующего немедленного принятия адекватных мер. Гибель угрожает не только самой цивилизации и виду Homo sapiens, но и биосфере в целом. По мнению академика Э.М. Галимова, «мы входим в точку бифуркации биосферы как целостной системы… Подобно тому, как организм достигает предельного биологического возраста, жизнь на Земле в своем развитии, возможно, достигла предельного возраста». В биологическом плане человек достиг высшей точки собственного эволюционного тренда. С точки зрения синергетической парадигма любая остановка эволюционного процесса самоорганизующейся системы опасна для ее устойчивого существования. По мнению академика Л.В. Лескова с точки зрения экологического императива человек всего лишь паразит, потребляющий энергию и вещество. Его максимальная активность не совпадает с его оптимальной адаптацией к условиям окружающей среды. Если в процессе эволюции вид, паразитирующий на среде своего обитания, не сумеет адаптироваться к ней, то его неизбежно ждет гибель, возможно вместе с этой средой. Данный проект предполагает изучение антропогенного воздействия человека на климат, принципов климатообразования планеты, выработку собственной концепции гармонизации климата, в том числе предложений по организации эксперимента в космосе. Изменения климата Климат Земли определяется элементами окружающей среды глобального или климатического масштаба: океаном, атмосферой, сушей, солнечным излучением, снежноледниковым покровом, климат, в свою очередь, тоже влияет на эти элементы. Современные математические модели изменения климата показывают, что потепление в первой половине XX века было вызвано обычными природными причинами. Однако сегодняшний дрейф средних сезонных температур невоз4 можно объяснить, не включив в список причин потепления антропогенный фактор. Растущие мегаполисы представляют собой в буквальном смысле слова горячие точки планеты. В мегаполисах зеленые насаждения отступают под натиском асфальта и зданий, которые днем нагреваются, а ночью отдают тепло. Из-за этого образуются грозовые фронты. В связи с изменениями циркуляции атмосферы увеличивается вероятность мощных циклонов с сильными перепадами давления. Количество метеочувствительных людей все время растет с 30-х годов прошлого века, оно увеличилось почти вдвое, причины до конца не ясны. Ученые уверены: доставить ощутимые неприятности человеку могут не любые изменения погоды, а лишь те, при которых происходит резкая или необычная смена нескольких параметров (давление, температуры, влажности и пр.) В метеорологии есть понятие естественного синоптического периода. Это время, когда меняется знак барического поля. Циклон сменяется антициклоном или наоборот. Для человека такая смена атмосферного давления всегда является стрессом, но раньше этот период по времени занимал 5-6 дней, а сейчас изменения происходят за 3-4 дня. Таким образом, люди в настоящее время почти в два раза чаще испытывают "погодные перегрузки". Растет число дней, когда в воздухе содержание кислорода понижено (не только в жару, но например, перед снегопадом). Если в прошлые десятилетия доля таких дней составляла всего 11%, то в последнее время - 33%. Климатические тенденции, наблюдавшиеся в первой половине ХХ века, приобрели новое направление, особенно в районах Атлантики, граничащих с Арктикой. Здесь стало увеличиваться количество льда. В последние годы наблюдались и катастрофические засухи (60 млн. человек пострадало в 2000 году в странах Центральной и Южной Азии – Афганистан, Таджикистан, Пакистан, Иран; более 16 млн. человек пострадало в Эритрее, Эфиопии и других государствах Северной и Восточной Африки). Неясно, в какой мере связаны между собой эти явления. Во всяком случае, они говорят о том, как сильно могут изменяться погода и климат на протяжении месяцев, лет и десятилетий. По 5 сравнению с прежними веками уязвимость человечества к таким колебаниям возросла, так как ресурсы пищи и воды ограниченны, а население мира все растет, развивается и индустриализация. Изменяя свойства земной поверхности и состав атмосферы, выделяя в атмосферу и гидросферу тепло, человек все больше влияет на климат. Вмешательство человека в природные процессы достигло такого размаха, что, например, быстрое сведение лесов, особенно тропических, оказывается чрезвычайно опасным не только для тех районов, где оно проводится, но и для климата Земли. Промышленные предприятия, сбрасывающие тепловые отходы в воздух или водоемы, выбрасывающие в атмосферу жидкие, газообразные или твердые (пылевые) загрязнения, могут изменять местный климат. Сказывается на климате и сплошная застройка, ослабляющая или прекращающая циркуляцию воздуха, и отток местных скоплений холодного воздуха. Если загрязнения воздуха будут продолжать расти, они начнут сказываться и на глобальном климате (см. Приложение 1). Принимаемые человеком меры по изменению облика земной поверхности в зависимости от их масштабов и от того, в какой климатической зоне они проводятся, не только приводят к местным или региональным изменениям, но и затрагивают климат целых материков. К таким изменениям относятся, например, изменения землепользования, уничтожение или, наоборот, насаждение лесов, обводнение или осушение, распашка целины, создание новых водоемов - все то, что изменяет тепловой баланс, водное хозяйство и распределение ветров на обширных пространствах. Воздействие человека на поверхность земли началась не сегодня. За последние сто лет площадь культивированных земель утроилась. Уменьшение лесных площадей меняет в корне биохимический, водяной и энергетический циклы, приводит к осушению атмосферы. Важно не только то, что в результате вырубки и выжигания лесов увеличивается отражательная способность поверхности. Важно и другое: при этом параметр шероховатости поверхности уменьшается с 14,9 до 3 см. В результате поверхностное торможе6 ние уменьшится, угол отклонения ветра от изобар уменьшится. Значит, изменится и атмосферное давление, изменятся вертикальные потоки и, в конце концов, изменится циркуляция атмосферы в целом. Гидросфера, прежде всего Мировой океан, влияют на формирование климата. Тепло, масса и энергия движения предаются от атмосферы водам Мирового океана, и наоборот. Они соприкасаются друг с другом на 2/3 поверхности Земли. Оборот воды образуется за счет того, что с поверхности океана в атмосферу испаряется значительное количество воды. Поверхностные течения в океане формируются атмосферными ветрами, которые переносят большое количество тепла. Океан является гигантским аккумулятором тепла. Масса океанической воды в 258 раз больше массы атмосферного газа. Для того чтобы повысить температуру атмосферного газа на 1 градус Цельсия, океанической воде надо отдать то же количество тепловой энергии, в результате которого температура воды уменьшится всего на одну тысячную долю градуса. Глобальное потепление Одно из наиболее значимых воздействий на биосферу и ее подсистемы, связанных с антропогенной активностью, - глобальное потепление. Оно проявляется в изменении климата и биоты: продукционного процесса в экосистемах, сдвиге границ растительных формаций, изменении урожайности сельскохозяйственных культур. Особое значение эти воздействия имеют для высоких и средних широт Северного полушария. Эти регионы оказываются одними из главных источников и одновременно объектов подобных воздействий. Здесь глобальное потепление проявится особенно сильно: по расчетам, температура атмосферы наиболее значительно повысится именно в высоких и средних широтах. Кроме того, природа высоких широт особенно восприимчива к различным воздействиям и крайне медленно восстанавливается. С другой стороны, процессы в Арктике могут оказать заметное влияние на глобальные изменения. Это, например, динамика и оптические свойства снега и льда, участие вечной мерзлоты в биогеохимических циклах и пр. Оценка роли Арктики в формировании глобальных изменений должна учитывать взаимодействия следующих 7 факторов: биота и глобальный цикл диоксида углерода, гидрологический режим, вечная мерзлота, снежный покров и ледники, прибрежные процессы, циркуляция океана и структура донных вод, динамика, тепловой баланс и состав атмосферы, солнечные и геомагнитные воздействия. В связи с этим, особое значение приобретает математическое моделирование климата и крупномасштабных процессов в экосистемах высоких и средних широт Северного полушария. Экологи предполагают, что последствия глобального потепления будут самыми тяжелыми в высоких широтах, где таяние ледников уже вызывает тревогу. Так, исследователи из Американского геофизического союза утверждают, что повышение среднегодовой температуры в арктическом регионе способствует бурному росту растительности, которая, в свою очередь, еще больше влияет на потепление климата. Темные листья и стебли арктических кустарников притягивают больше солнечных лучей, поэтому в тех районах тундры, где изобилует кустарник, снег начинает таять на несколько недель раньше, чем в остальных. Между тем ученые из Университета Вашингтона пришли к выводу, что над тропиками нависла еще более серьезная опасность Согласно представленным 19 августа 2005 года результатам их работы, живые организмы тропиков практически не переносят даже минимальных температурных колебаний. Ведь в отличие от обитателей, скажем Аляски, они никогда не испытывали сезонного колебания температур и не привыкли к смене температурных режимов. Кроме того, по исследованиям Джеффри Дьюкса (Jeffrey Dukes), биолога из Университета Массачусета, следует, что ранее ученые ошибались в оценке способности некоторых экосистем поглощать углерод. В ходе эксперимента луга в Калифорнии подвергались воздействию избыточного количества СО2 и прочих, связанных с глобальным потеплением факторов. Оказалось, что избыток углекислого газа луга практически не усваивают. 8 Моделирование изменения климата В последние десятилетия созданы различные модели, с помощью которых можно оценить влияние на климат изменений состава атмосферы, это способствовало пониманию механизмов предстоящих изменений климата. Для расчетов в таких моделях необходимо вычислять перенос солнечного и теплового (длинноволнового) излучения в атмосфере при различных соотношениях ее компонентов. Наряду с этим требуется описать обмен энергией между радиационно-активной турбулентной атмосферой и неоднородными поверхностями суши, океана и криосферы. Система взаимодействующих элементов очень сложна, и до сих пор не существует моделей, которые могли бы полностью учесть всю совокупность естественных процессов переноса в атмосфере и у поверхности Земли. Самыми сложными оказываются климатические модели, учитывающие общую циркуляцию атмосферы и океана. Кроме того, нужны модели, отражающие эволюцию морского льда и различные процессы на суше (образование и изменение снежного покрова, содержание влаги в почве и ее испарение растительностью). Модель климата, разработанная в Вычислительном центре РАН, включает блок, описывающий процессы в атмосфере с пространственным разрешением 4 х 5°, и океанский блок, представляющий собой интегральную модель деятельного слоя океана с заданным распределением течений. Moдель удовлетворительно описывает основные сезонные и географические характеристики глобального климата. В этой модели рассчитаны, в частности, распределения по высоте изменений температуры воздуха у поверхности Земли при удвоении содержания СО 2 в атмосфере. Максимальное потепление составит 4°С, сильнее скажется над материками, а наиболее сильно проявится зимой в Азии. Это связано с неизбежным сдвигом границы снежного покрова к северу. Изменение количества осадков имеет "пятнистую" структуру. Увеличение количества осадков обусловлено более интенсивным испарением с поверхности океана и последующим выпадением на суше. Однако существуют области, где осадков станет меньше. 9 Качество таких прогнозов будет неуклонно повышаться, появятся более подробные модели, компьютеры будут мощнее. Спутники нового поколения помогут заполнить лакуны, которые сегодня искажают прогнозы. Планируется, что в декабре 2005 года заработает совместная американско-тайваньская система Formosat-3/cosmic, которая будет зондировать атмосферу с помощью радиосигналов спутников Глобальной системы позиционирования (GPS). Шесть орбитальных спутников будут принимать сигналы, прошедшие сквозь атмосферу и вернувшиеся в космос. Анализируя воздействие температуры и влажности воздуха на скорость прохождения через него радиоволн, система будет создавать глобальную карту этих свойств атмосферы. Другие спутники будут зондировать атмосферу с помощью лидаров. Они действуют по тому же принципу, что и радары, но только вместо радиоволн используют лучи лазера. Анализируя отражение лучей от молекул воздуха и пылинок, лидар определяет скорость ветра. Оборудованный лидаром спутник сможет следить за ветрами, дующими над океанами, где наблюдения ведутся фрагментарно, но именно там зарождаются ураганы и циклоны. Американские ученые из национального центра исследований атмосферы (NCAR, Боулдер, штат Колорадо) представили новейшие результаты моделирования климата Земли на границе между пермским и триасовым периодами. Именно тогда, примерно 250 млн. лет назад, произошло крупнейшее массовое исчезновение биоорганизмов в истории Земли. В результате этого мегакризиса, по современным оценкам, Земля потеряла почти 95% морской и около 70% сухопутной фауны и флоры. Проведенные Джеффри Килем и его коллегами расчеты стали очередным весомым аргументом в пользу популярной гипотезы об эндогенном характере пермо-триасовой биокатастрофы. Согласно этой гипотезе, основной причиной, повлекшей за собой массовое вымирание земной биоты, было резкое повышение средней температуры на нашей планете, а вовсе не падение инородных небесных тел (астероидов, комет и т. п.). В свою очередь, это быстрое глобальное потепление, по всей видимости, произошло благодаря выбросу в земную атмосферу большого 10 количества парниковых газов, прежде всего сернистого ангидрита (SO2) и углекислоты (СО2). Источником этих газов были внезапно проснувшиеся вулканы, в первую очередь мощная вулканическая группировка в районе нынешней Центральной Сибири, проявлявшая повышенную активность на протяжении нескольких сотен тысяч лет подряд. Подробный анализ проделанной группой Киля работы опубликован в выпуске специализированного журнале Geology (сентябрь 2005 г.). По словам авторов исследования, «полученные результаты подтверждают жесткую причинно-следственную зависимость между подъемом температуры земной атмосферы и резким изменением циркуляции океанических потоков, повлекшим за собой быстрый уход кислорода из верхних слоев воды в нижние и вымирание подавляющего большинства морских обитателей». Для оценки предположительных последствий совокупного воздействия резких изменений температуры и всплеска вулканической активности 250 млн. лет назад на климат и биоту Земли американскими учеными была впервые использована Интегрированная модель климатической системы (CCSM), специализированный инструмент комплексного анализа атмосферных и океанических процессов. Моделирование показало, что в исследуемый период средняя температура высоких широт на 10-30° С превышала нынешние величины. В быстро прогревшемся до глубины 4 км океане была полностью нарушена нормальная циркуляция водных потоков — холодные слои перестали опускаться на дно и доставлять глубоководной биоте кислород и прочие питательные вещества. Этот сбой, в свою очередь, привел к еще большему повышению температуры Земли, поскольку морские организмы практически прекратили поглощать углекислоту из атмосферы. Прогрессирующий рост содержания СО2 в земной атмосфере, по заключению авторов статьи в журнале Geology, оказался более чем достаточной причиной для быстрой гибели морской жизни, а чрезмерно высокая температура земной поверхности повлекла за собой масштабное вымирание обитателей суши. 11 Глобальное затемнение Явление, названное глобальным затемнением, может защитить население Земли от глобального потепления. Так считают американские, канадские и австралийские геофизики. О глобальном затемнении научному сообществу известно с конца 1950-х: из-за возрастающего количества различных частиц в атмосфере и облаков до нашей планеты доходит все меньше солнечного света и радиации. Согласно расчетам ученых, доходящее до нас солнечное излучение каждое десятилетие сокращается на 2-4%. Однако предыдущие исследования были ограничены северным полушарием, поэтому некоторые ученые засомневались в глобальности эффекта и его существовании вообще. Теперь сторонники теории имеют доказательства, которые должны убедить скептиков: затемнение зафиксировано к югу от экватора. Европейские климатологи во главе с Питером Коксом считают, что поступление в атмосферу диоксида серы, отражающего солнечный свет, почти уравновешивает парниковый эффект. Майкл Родерик из Австралийского Национального университета солидарен с европейскими учеными и предполагает, что глобальное затемнение позволяет атмосфере самой себя регулировать. В результате сжигания ископаемого топлива не только увеличивается количество углекислого газа в атмосфере, но и происходит насыщение воздуха крошечными частицами. В то же время, более высокие температуры увеличивают количество облаков. Облака и частицы помогают блокировать солнечные лучи и рассеивают свет, что фактически повышает потребление растениями углекислого газа. Все это создает устойчивый баланс и защищает планету от глобального потепления. Об этом сообщает MEMBRANA.Ru со ссылкой на Nature. Влияние солнечной активности на атмосферу и гидросферу Если в одном месте воздух будет нагрет больше, чем в другом, то его давление также изменится соответствующим образом: где больше температура газа, там больше и его давление. Давление – это сила. Она толкает массы воздуха 12 в те места, где давление меньше. В результате происходит такое движение газа, которое стремится выровнять образовавшийся дисбаланс. Экваториальная часть атмосферы сильно нагрета солнечным излучением. Приполюсные области нагреты значительно меньше. Поэтому между полюсами и экватором развивается циркуляция воздуха, которая стремится выровнять распределение температуры в глобальном масштабе. Но при движении воздух меняет свои качества. Так, приземный воздух в экваториальном поясе не только теплый, но и более влажный. Будучи горячим, он поднимается вверх и движется в направлении полюсов. Но, поднявшись, он теряет влагу (сбрасывает ее в виде осадков). Превратившись в «сухой» воздух, он движется в направлении полюсов, но, не доходя до них, пройдя примерно треть своего пути. Он опускается и создает здесь зону повышенного атмосферного давления. Естественно, что такая зона имеется в каждом полушарии. От зоны повышенного давления воздух должен устремляться в места, где давление меньше, то есть к экватору и полюсу. Поэтому воздух от зон на широтах +30 движется к экватору и к полюсу, в этих зонах сухого горячего воздуха, где атмосферное давление всегда повышено, находятся практически почти все большие пустыни мира. Воздух, движущийся обратно к экватору, есть не что иное, как ветры – пассаты. За счет того, что Земля вращается вокруг своей оси, на движущиеся массы воздуха действует сила Кориолиса. Она заставляет движущийся к экватору воздух смещать направление своего движения к западу, а ветры, направленные к полюсу, смещают свое направление к востоку, то есть становятся юго-западными. В южном полушарии направления ветров симметричны относительно направлений в северном полушарии. Вокруг каждого полюса имеется область тяжелого холодного воздуха. Форма и размеры этой области зависят и от подстилающей поверхности. Этот холодный воздух постоянно атакуется теплым сухим воздухом, который идет с юго-запада. Между ними образуется граница, которая как будто гофрирована. Образуется своего рода «юбка», которая быстро вращается вокруг полюсов. 13 Дело в том, что ветер зависит от подстилающей поверхности и от формы суши. Цепи гор мешают движению воздуха. Поэтому он подходит к приполярной холодной области не одинаково со всех направлений, а струями, волнами, тем интенсивнее, чем больше перепад температуры между экватором и полюсами. Приполюсные вихри холодного воздуха оказывают большое влияние на атмосферную циркуляцию, то есть на формирование погоды в разных местах. Воздух движется не только в приземном слое, но и на высотах всей тропосферы. Образуются ячейки, в которых вверху воздух движется в направлении, которое противоположно тому, куда движется воздух внизу, земли. Но и в горизонтальной плоскости движение воздуха является вихревым. Движущийся воздух представляет собой большие вихри, размеры которых примерно 1000 км. В одних из вихрей, которые называются циклонами1, воздух закручивается в том же направлении, в каком вращается Земля. Таким образом, атмосферная циркуляция определяется неравномерным нагревом атмосферы, вращения Земли, подстилающей поверхностью и наличием гор, циклонической деятельностью. На атмосферную циркуляцию существенное влияние оказывают солнечная активность и другие космические факторы. Зная причину этих изменений, можно прогнозировать их развитие на ближнее и отдаленное будущее. Значение таких достоверных прогнозов для жизни человека очевидно. Исследования связи атмосферной циркуляции с солнечной активностью были выполнены под руководством Э. Р. Мустеля. Использовались данные многих метеорологических станций. Главным параметром, определяющим характер атмосферной циркуляции, является давление. Именно перепады в давлении заставляют воздух двигаться туда, где давление меньше. Для исследований были выбраны конкретные периоды, когда Землю с ее магнитосферой окутал поток заряженных солнечных частиц. Магнитосфера 1 Циклоны – это области пониженного атмосферного давления, они несут с собой ветреную, ненастную погоду, холодную летом и теплую зимой. Воздушные вихри с противоположным направлением вращения воздушной массы являются областями повышенного атмосферного давления и называются антициклонами, с ними связана сухая ясная погода. 14 Земли под давлением потока заряженных частиц возмущается, происходит магнитная буря. Одним из признаков бури в магнитосфере является возмущение магнитного поля Земли. Именно по степени возмущенности магнитного поля и отбирались периоды, за которые анализировалось изменение атмосферного давления. Поскольку во время магнитосферных бурь часть энергии заряженных частиц передается в атмосферу, то можно ожидать, что вызванные выносом этой энергии процессы изменят распределение атмосферного давления. Анализ проводился дифференцированно, то есть раздельно для разных сезонов и разных метеостанций. Было показано, что спустя некоторое время после начала магнитной бури атмосферное давление действительно меняется: в одних регионах увеличивается, в других – уменьшается. Величина (амплитуда) колебания давления, которое можно уверенно связать с магнитной бурей, намного меньше того размаха изменения давления, которое сопровождается ураганами и штормами. Анализ показал, что на востоке РФ, в Северной Атлантике и на Канадском архипелаге после начала магнитной бури атмосферное давление уменьшается, в это же время в Европе, Западной Сибири и в окрестностях Карского моря атмосферное давление увеличивается. Наиболее эффективно и быстро энергия солнечных заряженных частиц вносится в атмосферу в высоких широтах, в овале полярных сияний, на широтах вблизи 70. Поэтому уже через двое суток в высокоширотных районах меняется атмосферное давление. Чем дальше в сторону экватора от овала полярных сияний, тем больше надо времени, чтобы энергия солнечных потоков попала в атмосферу и вызвала там изменение атмосферного давления. При этом с увеличением широты уменьшается амплитуда изменения атмосферного давления. Ветровой режим атмосферы на высотах 6-120 км также зависит от солнечной активности. Исследования, проведенные В.Ф. Логиновым по данным станций ракетного и аэрологического зондирования атмосферы в 1962-1970 гг. над Тихим океаном и Северной Америкой показывают, что при увеличении солнечной активности ослабляется циркуляция атмосферы в поясе с широтами 15 меньше 40 с. ш. Далее, по данным о торможении искусственных спутников в атмосфере Земли, известно, что с ростом солнечной активности увеличивается плотность атмосферного газа в верхней атмосфере (где летали спутники). До сих пор, рассматривая глобальную циркуляцию атмосферы, говорили только о зоне максимального ее нагрева, которая находится в экваториальном поясе. Вторая зона, где происходит большой нагрев атмосферного газа, – овал полярных сияний (65-75 с. ш.). Именно в этой зоне чаще всего наблюдаются антициклоны большой силы, происходят частые нарушения установившейся атмосферной циркуляции. Возникновение ураганов Фотографии, полученные из космоса, позволяют получить научное представление об основных характеристиках урагана, а также о процессах, которые происходят при его зарождении. Считается доказанным, что ураган в своем развитии проходит 4 этапа: тропический циклон, барическая депрессия, шторм, интенсивный ураган. На первом этапе, благодаря пассатам, в месте наблюдения существует слабая циркуляция атмосферы и поверхностного слоя океана с незамкнутыми изобарами вокруг центра низкого давления окружающего воздуха. При перемещении в любом направлении от центра, давление увеличивается. Ветры дуют против часовой стрелки вокруг центра низкого давления в Северном Полушарии и по часовой стрелке - в Южном Полушарии. Этот этап часто сопровождается облаками и осадками. На следующих этапах скорость ветра вдоль поверхности океана увеличивается, от 20 до 34 узлов, и образуются замкнутые изобары, внутри которых падает давление по направлению к центру шторма. Во время шторма скорость ветра вблизи поверхности возрастает в пределах от 35 до 64 узлов, и шторм становится более организованным. По мере того как поверхностное давление продолжает падать, шторм становится ураганом2, а скорость ветра начинает превышать 64 узла. Вокруг центра урагана об- 2 До стадии урагана развивается не более 10% тропических циклонов, остальные бесследно исчезают. 16 разуются спиральные полосы выпадения осадков, закручивающиеся вокруг глаза урагана3. Рис.1. Карта мест зарождения и распространения ураганов. Цифры, представленные на рис.1, показывают число ураганов, зафиксированных в одном десятилетии двадцатого века. В среднем, исходя из этих данных, на планете может рождаться 30 и более ураганов в год. На карте крайние линии относительно экватора показывают, что места зарождения всех ураганов сосредоточены в приэкваториальной зоне планеты, где имеются самые теплые течения Мирового океана. Возле самого экватора в полосе широт 5 по обе стороны мощные вихри не образуются. Эта сравнительно узкая полоса широт также показана на карте линиями. Данный факт объясняется тем, что на экваторе горизонтальная составляющая силы Кориолиса равна нулю. Условия, определяющие зарождение и развитие ураганов Определяющими условиями зарождения ураганов в океанах являются следующие факторы: повышение температуры воды в поверхностных точках океана, уменьшение атмосферного давления, жаркое тропическое солнце и благо- Глаз урагана - сравнительно спокойный участок в центре, в котором наблюдается безоблачная штилевая погода. Диаметр глаза равен в среднем 24 км, но иногда достигает 60 км. Считается также, что температура воздуха над глазом урагана на 5-15С выше, чем за его пределами. 3 17 приятные температурные условия для парообразования на границе океанатмосфера, уносящие в атмосферу огромное количество скрытой энергии. На рис. 2 показано распределение температуры в мировом океане в зависимости от широты и глубины. Из рисунка видно, что самая высокая температура воды (25 С и более) находится в диапазоне географических широт от 20 с.ш. до 10 ю.ш., как раз в той зоне, где зарождаются ураганы. Такая температура верхних слоёв океана может распространяться на глубину до 250 метров. Координаты зоны самых теплых слоев мирового океана на карте выделены красными линиями. В этой зоне находятся и самые теплые экваториальные течения и противотечения мирового океана. Заметим, что подводная часть антарктических айсбергов во время будущих транспортировок будет находиться в районе расположения центральных слоев теплых течений. Рис.2. Распределение температуры в Мировом океане. Перегревание определенной части поверхности океана ведет к образованию более теплого и более легкого воздушного столба, а в результате к снижению атмосферного давления над этой частью океана. Холодные воздушные массы из периферии начинают двигаться к центру зарождения урагана. Здесь холодные массы воздуха нагреваются, превращаются в мощные потоки теплого воздуха и вместе с парами поднимаются на многокилометровую высоту, неся с собой огромное количество скрытой энергии. После достижения определенной высоты воздух охлаждается и начинается процесс конденсации. При этом выделяется такое же количество (скрытой) энергии, какое солнце отдало океану 18 для испарения воды. Вслед за этим, образуются густые облака и вся, поднявшаяся и прошедшая конденсацию, влага изливается на Землю. Из-за понижения давления над перегретой частью океана возникает мощное движение воздушных масс, скорость которых тем выше, чем ниже давление. На движущие к центру зарождения урагана воздушные массы огромное влияние оказывают силы, связанные с вращением Земли. Характерным признаком зарождения урагана является образование спирали воздушных масс в приводном слое атмосферы, направленной к центру штормовой системы. Облака вблизи центра скручиваются в сходящиеся спиральные полосы и порождают “глаз бури” с вращающейся воронкой. По мере усиления ветра и падения давления возрастает испарение. Воздушные массы, поднимаясь кверху, охлаждаются, а захваченные водяные пары, конденсируясь, выделяют латентное тепло. Разогрев центральной области бури приводит к ее интенсификации - дальнейшему усилению ветра на поверхности и активному испарению влаги. Такой самоподдерживающийся процесс урагана продолжается пока тепловая энергия испарения не уравновесится охлаждением океана, связанным с перемешиванием его вод. Итак, сформировавшийся циклон или ураган - это атмосферная система с низким давлением, обычно образующаяся над тропической или субтропической акваторией океана и обладающая “организованной” конвекцией и циклонической циркуляцией. При оценке процессов, связанных с зарождением и развитием ураганов, важную роль играет информация о взаимодействии поверхностного слоя океана и атмосферных масс. Ключевым условием зарождения тропического шторма является: достижение поверхностной температуры воды в океане значения равного не менее 26°С. На ход развития процессов имеют влияние и другие факторы, но причины, по которым одни факторы усиливают ураган, а другие - нет, пока неясны. Число мощных ураганов, во время которых скорость ветра превышает 50 м/с, составляют не более 20% всех выходящих на сушу. Ежегодно, в среднем, 45 тропических циклонов достигают тех скоростей ветра, при которых 19 их по праву можно называть ураганами. Из них около 30% случаются в северозападной акватории Тихого океана. Резкий рост числа ураганных бурь сопровождается подъемом уровня моря. Это происходит в результате глобального потепления, причиной которого, по мнению большинства специалистов, стала отчасти и человеческая деятельность. По результатам недавних исследований с использованием современных компьютерных моделей можно предположить, что в конце XXI века нагрев поверхности океана в тропических широтах приведет к дальнейшему усилению ураганных ветров и увеличению количества осадков. Уже сейчас многие ученые уверены в том, что рост числа ураганов – это одно из проявлений природного цикла, в течение которого каждые шестьдесятсемьдесят лет изменяется скорость океанических течений, перераспределяющих тепло по земному шару. Сейчас цикл изменений скорости морских течений, названный Атлантическим междекадным колебанием (АМК), проходит этап ускорения. В этот период и температура поверхностных вод, и циркуляция ветров в Атлантическом океане способствует возникновению мощных штормов. Через десять, а может быть, тридцать лет наступит противоположный этап, во время которого количество ураганных бурь должно сократиться. В центре внимания Томаса Делуорта из Лаборатории геофизической гидродинамики NOAA (Национальная администрация океанических и атмосферных исследований) термохалинная циркуляция4, которая определяет конвейерное течение в Атлантике и характеризуется тем, что поверхностные воды непрерывно перемещаются от тропических широт Атлантического океана (Карибский регион, Центральная Америка и часть Южной Америки) к Северному полюсу. Там вода охлаждается, погружается (так как плотность холодной воды выше, чем теплой, и, следовательно, она тяжелее) и возвращается в южную часть Мирового океана глубоководными течениями. 4 океанические течения, обусловленные различиями в температурах и содержании солей 20 Поскольку скорость конвейерного течения Атлантики увеличивается, поверхностные воды тропических широт быстрее достигают севера. Температура в северной части тропиков Атлантического океана уже поднялась на один градус по Цельсию, что способствует образованию ураганов. «Ураган, по существу, двигатель, работающий от тепла, - говорит Крис Лендси, специалист по метеорологии, сотрудник отдела исследования ураганов NOAA в Майами. – Чем выше температура поверхностных вод (для зарождения урагана она должна быть не ниже 26,5 С) и чем более теплый и влажный воздух над океаном, тем более мощный ураган может образоваться». Мощные штормы возникают как воздушные спирали в насыщенной теплым влажным воздухом зоне низкого давления над более теплыми поверхностными водами. Ветры сходятся к центру такой зоны, в результате чего образуются восходящие воздушные потоки и формируются мощные кучево-дождевые облака. Атмосферное давление продолжает понижаться. Ветры с еще большей скоростью устремляются к центру зарождающегося циклона, который начинает круговое движение благодаря вращению Земли, если он удален от экватора не менее чем на 10-12. Водяной пар в поднимающихся облаках конденсируется и выпадает в виде дождя, при этом высвобождается количество тепловой энергии, значительно превышающее электрическую энергию, потребляемую во всем мире в течение суток. Эта энергия нагревает центр циклона, еще больше понижая его давление, что в свою очередь, усиливает мощность будущего шторма. Циклон будет набирать силу, если атмосферный поток понесет его над теплыми водами и его не разрушит вертикальный сдвиг ветра – разность между векторами скорости воздушных потоков у поверхности океана и на высоте. Но на данном этапе АМК (этапе ускорения течений) прослеживается тенденция к уменьшению сдвига ветра. Изменения, происходящие в АМК и в Атлантическом конвейерном течении, привели к драматическим последствиям: число циклонов в Карибском море резко возросло – до 400%. В Атлантическом бассейне количество мощных 21 ураганов, во время которых скорость устойчивого ветра достигает 178 км/час и выше, выросло на 150%. Доказательством увеличения частоты и мощности тропических циклонов может служить само появление столь сильных ураганов, как «Иван», в котором скорость ветра иногда превышала 249 км/час. Он пронесся над Ямайкой и обрушился на прибрежную полосу возле Пенсаколы (штаты Флорида и Алабама). В опубликованном 2 августа 2005 года скорректированном отчете подведомственного министерству торговли США Национального атмосферноокеанического управления (National Oceanic & atmospheric Administration, NOAA) было особо отмечено, что 2005 год может стать одним из самых опасных для Атлантического побережья Северной Америки за всю историю инструментальных наблюдений и девятым за последние 11 лет сезоном повышенной ураганной активности. NOAA спрогнозировало, что по итогам сезона-2005 можно ожидать от 18 до 21 тропического циклона, в том числе 9-11 ураганов и 5-7 сильных ураганов. Ураганная активность в Атлантике обычно наблюдается в период с 1 июня по 30 ноября. По подсчетам американских метеорологов, среднестатистический сезон в этом регионе производит десять тропических штормов, из которых шесть перерастают в ураганы, а два – в сильные ураганы. Самым активным сезоном в XX веке был 1933 год (21 шторм), а самым обильным на сильные ураганы (8) был 1950 год. По мнению специалистов NOAA «в течение ближайшего десятилетия или даже чуть большего срока в Атлантике следует ожидать продолжения повышенной циклонической активности». Профессор Керри Эммануэль из Массачусетского технологического института, один из крупнейших в мире специалистов по термодинамике тропических циклонов на основании исторического анализа данных по глобальной динамике циклонов пришел к выводу, что за последние три десятилетия их разрушительная сила в среднем выросла по сравнению с предшествующим периодом на 70-80% (журнал Nature, август 2005г.). И по его мнению этот резкий 22 скачок прямо коррелирует с ростом поверхностной температуры тропических морей за тот же временной период. Изучение возможности корректировки естественных циркуляций воздушных масс в атмосфере Земли Важным фактором изменения естественных циркуляций воздушных масс в атмосфере Земли являются мелкодисперсные аэрозоли, поскольку рассеивают коротковолновое солнечное излучение, а значит, уменьшает солнечную энергию, приходящую к Земле и к тропосфере. Атмосфера при этом должна охлаждаться, что ведет к похолоданию климата. Все дело в том, что мелкодисперсные аэрозоли не только рассеивают коротковолновое солнечное излучение, тем самым, уменьшая солнечную энергию, но и поглощают его. При поглощении энергия солнечного излучения идет на нагрев атмосферы, поэтому данный способ не является оптимальным. Атмосферу Земли можно сравнить с бурно кипящей кастрюлей воды: если на несколько градусов ослабить ее нагрев, уменьшив влияние солнечной активности, кипение станет более спокойным. Поэтому оптимальным способом считаем размещение на орбитальном спутнике с геостационарной орбитой аппаратуру, дающую частичное затемнение тех участков океанов, где наиболее часто зарождаются штормы и ураганы. Отличие данного воздействия (частичного затемнения) от ранее предлагаемых методов: Воздействие на значительную площадь. Искусственные меры, адекватные и аналогичные явлениям, происходящим в природе (облака, затмения, снижение величины солнечной активности, достигающей поверхности Земли из-за атмосферных аэрозолей). Предлагаемый метод не нарушает и не видоизменяет естественных процессов, происходящих в атмосфере и Мировом океане, в отличие от методов, предлагающих транспортировку айсбергов в тропики, гашение ураганов методами и устройствами, «закручивающими» их в обратную сторону, или создание на поверхности воды пленок, препятствующих испарению воды. 23 Таким образом, преимуществами предлагаемого эксперимента являются «мягкое», экологичное воздействие на элементы климатической системы Земли и снижение частоты и силы экстремальных для жизни людей погодных условий и катаклизмов, не нарушая при этом сложившийся глобальный механизм климатообразования на нашей планете. В качестве защищающего от избыточного солнечного излучения зонтика, расположенного на геостационарной орбите, предлагаются: полотно из нанотрубок (прототип полотна появится в 2006 г.), ледяное покрывало, состоящее из шаров (или пустотелых сфер) замороженной воды или сухого льда, щит с использованием космического мусора. В ходе исследования была выявлена следующая проблема. Чтобы изучить возможность влияния частичного затенения на снижение температуры океанской воды и атмосферы над ней необходимо затенить часть океана в тропических широтах, где наиболее часто зарождаются циклоны. В то же время эксперимент должен охватывать достаточно большую площадь для того, чтобы результаты его воздействий могли быть достаточно значительными (поддающимися измерению и отличающимися от размеров погрешности). Таким образом, площадь затеняющего зонтика (b2) должна быть достаточно велика, чтоб создать достаточную тень (b1)5. Площадь например Мексиканского залива 1602 тыс. км2, что составляет 0.00000443 % от площади Мирового океана. Таким образом, эксперимент планируется провести на незначительной площади Мирового океана и он не должен вызвать глобальных изменений. 5 b2 h 1 b1 D3 2 h3 GM 3T3 R3 4 2 радиус Земли D3= 15 * 1010 радиус Земли R3 = 6,4 * 106 G = 6,67 * 10-24 масса Земли M3= 6*1024 период обращения Земли вокруг своей оси T3= 87840 24 Выводы и практические рекомендации На наш взгляд, совершенно необходимо разработать межгосударственную глобальную программу природопользования, заключить международные соглашения и договоры, запрещающие отдельным странам принимать радикальные меры, влияющие на атмосферу планеты (например, американская программа HAARP - High frequency Active Auroral Research Program). И, наконец, осознать, что невозможно выживание отдельных стран и народов, что благополучие отдельного человека уже давно находится в тесной взаимосвязи с благополучием всего человечества. Необходимо проводить глобальные восстановительные работы в рамках природопользования (очистка засоренных водоемов, насаждение новых лесов вместо вырубленных, решение вопроса утилизации и переработки отходов производств и человеческой жизнедеятельности и пр.). Разработка и ратификация всемирного договора, по которому каждая страна примет обязательства не менее 5% государственного бюджета (с увеличением через каждые 10 лет) расходовать на решение экологических проблем. Турбина, вращаемая ветром, может забирать воду из океана и преобразовывать ее в пар. Распыление этого пара в атмосфере запустит образование облаков, и долгожданный дождь польет пески в пустынных районах. Профессору Эдинбургского университета Стивену Солтеру выделили на подобный проект, предполагающий сконструировать 61-метровую турбину, которую можно установить на катамаране у побережья страны, покрытой пустынями, значительный грант. Мегаполисы стали буквально горячими точками нашей планеты. Города бурно разрастаются, зеленые насаждения отступают под натиском асфальта и зданий, которые днем нагреваются, а ночью отдают тепло. Из-за этого образуются грозовые фронты. Этот эффект могут уменьшить крыши, отражающие свет. Подобную практику проводят на высокогорных склонах Альп, укрывая ледники светоотражающей пленкой. 25 Уже сегодня многие страны корректируют погоду в одном «отдельно взятом государстве». В Израиле, например, внимательно наблюдают за облаками. При появлении «потенциально дождевых» в небо поднимаются самолеты с реагентами. Но поскольку территория государства не велика, как минимум 30% искусственно вызванных дождей проливается на территорию соседней Палестинs. В России существует практика «разгона туч» над объектами, где проходят важные государственные мероприятия. После чего как минимум несколько дней в окрестностях объекта идут дожди. Такую практику следует признать устаревшей, необходимо создать межгосударственную организацию, координирующую подобные действия. Организация эксперимента в космосе по частичному затемнению земной поверхности с целью предотвращения образования разрушительных тропических ураганов может положить начало эры управления погодой. Подобный метод применим и для снижения некомфортно высокой температуры воздуха в летнее время в крупнейших мегаполисах Земли (Москва, Париж, Буэнос-Айрес, Дели) и аномально высоких температур в отдельных странах, которые уже несколько лет подряд приводят к возникновению пожаров (Франция, Испания). Кроме того, этот метод может задержать катастрофическое потепление в арктической тундре, гибель тропической биоты, которая не выдерживает даже минимальных температурных колебаний. Таким образом, необходимо установить на орбитальный спутник с геостационарной орбитой аппаратуру, дающую частичное затемнение тех участков океана, где наиболее часто зарождаются штормы и ураганы, формируется Гольфстрим. Снижение температуры поверхностных вод ниже критической (26°С) в период с июня по ноябрь позволит снизить число и силу разрушительных тропических ураганов и, уменьшив испаряемость, снизить соленость вод Гольфстрима, что позволит постепенно восстановить его объем у берегов Западной Европы. Заключение Постиндустриальная трансформация мира, писал основоположник постиндустриальной теории американский философ Д. Белл, дает обществу изменение 26 социальной структуры, продвижение в жизнь более современной технологии и более тесное взаимодействие науки с прикладными исследованиями, но оставляет общество «без высшей идеи, дающей людям ощущение цели, без точек опоры, придающих обществу стабильность и наполняющих смыслом человеческое существование». С точки зрения синергетики будущее не предопределено, развитие происходит в пространстве альтернативных виртуальных сценариев. Переход к одному из этих сценариев определяется многими факторами. Среди них не последнее место занимает свободная воля и свободный выбор самого человека. Совершенно очевидно, что именно сейчас население Земли должно переосмыслить и коренным образом изменить свое отношение к своей планете. 27 Библиография 1. Алексеенко В.А. Алексеенко Л.П. Биосфера и жизнедеятельность. М., 2002. 2. Бялко А.В. Наша планета – Земля. М, библиотечка «Квант», 1983 3. Вайсберг Дж. Погода на Земле. Метеорология. Ленинград, 1980. 4. Галимов Э.М. Эволюция жизни. М., 2001. 5. Кульский Л.А., Даль В.В., Ленчина Л.Г. Вода знакомая и загадочная. Издательство "Радянська школа", 1982 6. Лесков Л.В. Нелинейная вселенная: новый дом для человечества. М, 2003. 7. Мизун Ю.В., Мизун Ю.Г. Неведомый пульс Земли, М., 2003. 8. Миркина З., Померанц Г. Великие религии мира, 1995. 9. Пудовкин М.И. Основы физики Солнца. СПб, 2001 Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomy today. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002 10.Тоффлер Э. Шок будущего, М., 2004. 11."Экология и жизнь", А.А. Мочалов, В.П. Пархоменко, А.М. Тарко. Вычислительный центр РАН (4, 1999) 12.Истомина М.Н., Кочарян А.Г.,Лебедева И.П. (Институт водных проблем РАН, Москва) // Секция 2. С.27—29. На форуме гидрологов:оценки, эксперименты, прогнозы. 13.Наводнения и их последствия, Природа, № 6, 2005 г. 14.National Geographic, июнь 2005, Хаос в небе, 128 стр. 15.National Geographic, август 2005, Год ураганов, 100 стр. Ресурсы сети ИНТЕРНЕТ: 1. http://ciencia.nasa.gov/ 2. http://www.friends-partners.org/partners/rpiac/econews/ 3. http://pulse.webservis.ru/ANDmitriev/Books/TechOnNature/ 4. www.paraglide.ru/book/pnebo/pnebo1.shtml 5. www.pogoda.ru/nauka/ 6. http://www.aif.ru/online/moskva/573/05_01 28 7. www.argolis-yacht.ru/School/Proctor/Proctor_10_11.htm 8. www.haarp.alaska.edu. 9. http://www.vremyamn.ru/cgi-bin/2000/881/6/2 10.http://radioelbook.qrz.ru/issues/html/issue212.htm 11.www.dartmouth.edu/floods/ 12.http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/vol4/russian/pdf/annex.pdf. 13.http://news.izvestia.ru/tech/news83545 14.http://news.izvestia.ru/tech/news84013 15.www.rol.ru/news/misc/news/02/08/08_039.htm 16.http://www.nasa.gov 17.http://www.ksc.nasa.gov/ 18.http://www.space.hobby.ru/ 19.http://www.stsci.edu/pubinfo/Pictures.html 20. http://www.zabor.com/launch/eng/login.asp 21.http://www.planetarium.pl.ru 22. http://spaceres.cjb.net http://space.kursknet.ru/cosmos/russian/main.sht 23. http://liftoff.msfc.nasa.gov/rsa/rsa.html 24.http://www.chat.ru/~fireangel2000/index.html 25.http://www.eso.org/ 26.http://webhead.com/WWWVL/Astronomy/astroweb/yp_telescope.html 27. http://www.planetarium.ru 28.http://space.hobby.ru/firsts/index.html 29.http://webhead.com/WWWVL/Astronomy/observatories-optical.html 30.http://www.scipionus/com 31.hosted.ap/org/specials/neworleanssatellite 32.http://www.esa.int 29 Приложения Приложение 1. Загрязнение атмосферы и его последствия Важнейшие климатические и экологические особенности Земли в решающей степени определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки - атмосферы. Как и другие оболочки планеты, эта природная система оформилась не сразу, а в ходе длительной эволюции Земли. Считается, что первичная система возникла примерно 4,5 млрд. лет тому назад в ходе дегазации Земли в результате сложных химических и фотохимических реакций, происходивших под действием солнечной радиации. Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озонному слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле. Современное соотношение газов в атмосфере Земли не есть нечто первозданное. Его значительные, но чрезвычайно медленные изменения происходили и до появления техносферы. Лишь 100-150 лет назад определенные коррективы в естественные тенденции развития атмосферы начал вносить человек. Колоссальные запасы воздуха и кажущаяся беспредельность атмосферы породили убежденность в неисчерпаемости воздушного бассейна. Современные размеры вмешательства человека в атмосферные процессы измеряются астрономическими величинами. Естественные и техногенные процессы в атмосфере становятся угрожающе сопоставимыми. Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. К первым относятся извержения пепла и газов вулканами, лесные и степные пожары, насыщенные солями морские брызги и туманы, пыль с эродированных почв и тонкий песок пустынь, растительная пыльца, микроорганизмы, выделения животных, а также космическая пыль. 30 В последние годы отмечается сильное загрязнение воздуха, связанное с расширением очагов промышленности, с технизацией многих областей нашей жизни. Действие вредных веществ, попадающих в воздух, может усиливаться их взаимными реакциями между собой, накоплением в крупных городах, большой длительностью их нахождения в воздухе, особыми метеоусловиями и другими факторами. В районах, где отмечаются высокая плотность населения, скопление заводов и фабрик, большая насыщенность транспортными средствами, загрязнение воздуха особенно быстро возрастает. К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, окись углерода, окислы серы, окислы азота и малые газовые составляющие, способные оказать влияние на температурный режим тропосферы: окись азота N2O, галогенуглероды (фреоны), метан (СН2) и тропосферный озон (О3). Первостепенное значение среди составляющих атмосферу соединений отводится углекислому газу. В атмосферном воздухе его содержится 0,03%. Значительная часть углекислого газа поступает в атмосферу из естественных источников в результате дегазации верхней мантии и за счет вулканических выбросов, а также при сжигании угля, нефти и газа, то есть на тепловых электростанциях и котельных. Небольшие его количества безопасны, но в очень больших дозах он приводит к потере сознания и смерти. За последние сто лет содержание двуокиси углерода в воздухе выросло примерно на 14%, что связано со все увеличивающимися количествами сжигаемых угля и нефти, а также с вырубкой лесов, особенно тропических, которые извлекали часть СО2 из атмосферы. Продолжающийся рост содержания углекислого газа в воздухе может привести через какое-то время к повышению температуры на Земле, т.к. «одеяло» из углекислого газа не будет пропускать в космос тепло, излучаемое Землей. Это так называемый парниковый эффект. Опасаются, что температура на нашей планете может повыситься на 1,5-3°С. Окись углерода (СО) - неощутимый, бесцветный и не имеющий запаха ядовитый газ, возникающий при неполном сгорании органических соединений. На воздухе он сравнительно быстро превращается в двуокись углерода. Высо31 кие концентрации СО, возникающие в воздухе, загрязненном автомобильными выхлопами в часы пик или при погоде, способствующей смогу, особенно опасны для людей, страдающих болезнями сердца и сосудов. Основные источники этого газа - отопительные системы домов, автомобильные выхлопные газы и на третьем месте - промышленность. Экологические последствия загрязнений атмосферы выбросами SO2 весьма велики. Проблема “кислотных дождей” переросла в глобальную проблему. Выпадающие “кислотные дожди” и продукты их превращений сказываются на состоянии поверхностных вод, почвенного и растительного покрова, вызывают ускоренную коррозию металлов, приводят к обесцвечиванию красок и т.д. Выпадающие “кислотные дожди” вызывают закисление водоемов, отрицательно влияют на почвенный и растительный покров. В озерах южной Скандинавии закисление воды вызвало понижение значений водородного показателя (рН). Закисление озер отмечено также в других промышленно развитых странах. Снижение показателя рН стимулировало развитие процессов выщелачивания тяжелых металлов из горных пород. Однако наиболее тяжелые последствия закисления испытывают водные экосистемы, в особенности ихтиофауна. Сокращается численность фито- и зоопланктона. В первую очередь погибают саламандры и лягушки. Причиной гибели рыб служит нарушение ионного и кислотно-щелочного равновесия в жабрах, которое наступает при уменьшении значения рН от 5 до 4. Биологическая продуктивность многих озерных водоемов резко сократилась. Особую опасность для озонного слоя создают фреоны, которые используются в промышленности в качестве охладителей, а также в многочисленных аэрозольных баллонах. Повреждение озонному слою наносит также закись азота N2O, выделяющаяся в атмосферу в ходе минеральных удобрений. 32 Приложение 2. Наводнения и их последствия Результаты обработки и анализа фактических данных по речным наводнениям за 1998—2003 гг. (www.dartmouth.edu/floods/) показывают, что на всех континентах земного шара за это время было зафиксировано 1119 наводнений. Наибольшее их количество было отмечено в Азии — от 40 до 50% от суммарного годового количества. Максимальное число наводнений пришлось на июнь—август — 34%, минимальное на февраль—апрель — 20%. 70% наводнений имели продолжительность от 1 до 7 дней, 14% — до 14 дней и 16% — более двух недель, в том числе 7% — свыше месяца. Свыше 90% речных наводнений были обусловлены прохождением дождей различной интенсивности и продолжительности. Что касается социально-экономических потерь, то по приблизительной оценке за 1998—2003 гг. в мире погибло 53 тыс. чел. Из мест постоянного проживания было временно эвакуировано 150 млн. чел. Общий ущерб от наводнений превысил 135 млрд. долл. 33 Приложение 3. HAARP (High frequency Active Auroral Research Program — Активная высокочастотная программа исследований северного сияния) Известно, что в конце 70-х лет США и СССР заключили соглашение, по которому был наложен запрет на разработки в области геофизики для использования в военных целях. Одновременно все разработки в этой области оказались засекреченными. Но де-факто такие разработки, несмотря на заключенное соглашение, продолжались или под видом научных исследований, или разработки технологий двойного назначения (ТДН), а содержание и назначения таких разработок были окутаны туманом недомолвок, научных спекуляций, даже мистики. Именно такой разработкой, по мнению многих ученых и специалистов, является специальная американская программа HAARP. Крестным отцом программы является американский ученый Бернард Дж. Истлунд, который еще в 80-х годах получил патент на метод и прибор для изменения слоев земной атмосферы, ионосферы и/или магнитосферы. Известно, что США (… но возможно не только они) уже построили якобы исследовательские высокочастотные излучатели, которые способны разогревать путем энергетической накачки ионов окружающую земную среду до состояния плазмы, которой можно управлять в пространстве, что может кардинальным способом повлиять на ход процессов в атмосфере, ионосфере и магнитосфере Земли. Высокочастотные излучатели, построенные по специальной программе HAARP, уже существуют. Они расположены в Норвегии (г. Тромсе) и на Аляске (военная база Гакхона). Для специалистов и ученых более детальные сведения об указанной программе (краткое описание программы, фото антенных полей и их отдельных элементов) можно найти на официальном сайте www.haarp.alaska.edu. После введения в строй третьего, наиболее мощного излучателя в Гренландии, геофизическое оружие будет в состоянии накрыть своим влиянием всю Евразию от Атлантического до Тихого океана. 34