Новейшая смена солнечно-планетных циклов по данным с таймырского севера Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

штогоишнш

глобальный экологическии кризис:

мифы и реальность

УДК 551 ББК 22.3

Н.В. Ловелиус, А.Ю. Ретеюм

новейшая смена солнечно-планетных циклов по данным с таймырского севера*

Рассмотрены большие циклы длительностью от 179 до 11440 лет, представляющие собой результат движений в Солнечной системе. Показано, что новейший переход этих циклов совершился в апреле 1990 г., что имело многообразные последствия для природы Таймыра. На основании выявленных закономерностей изменения космической среды и развития лиственничного редколесья в последнюю тысячу лет сделан вывод о предстоящем снижении солнечной активности и его негативных последствиях.

Ключевые слова:

большие циклы, изменения климата, рост леса, солнечная активность, Таймыр.

Ловелиус Н.В., Ретеюм А.Ю. Новейшая смена солнечно-планетных циклов по данным с Таймырского севера // // Общество. Среда. Развитие. - 2017, № 3. - С. 79-85.

© Ловелиус Николай Владимирович - доктор биологических наук, профессор, Российский государственный педагогический

университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург; e-mail: lovelius@mail.ru © Ретеюм Алексей Юрьевич - доктор географических наук, профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва; e-mail: lovelius@mail.ru

Данная работа посвящена уникальному событию в истории послеледниковой и позднечетвертичной биосферы - смене больших солнечно-планетных циклов, которая произошла в 1990 г. С того момента Земля вступила в следующую за голоценом 11440-летнюю эпоху и, очевидно, начался новый период Миланковича длительностью около 92 тыс. лет. Процессы переходного периода рассмотрены на примере Таймырского региона, что объясняется тремя обстоятельствами. Первое: он расположен в Арктике, отличающейся исключительно высокой чувствительностью к изменениям внешних условий. И дело не только в дефиците тепла. Важную роль играет водородная дегазация недр, резко усиливающаяся при движениях ядра планеты в северном направлении. Явление эндогенного воздействия на атмосферу можно обнаружить при сопоставлении температуры воздуха на двух удаленных друг от друга метеостанциях в период с февраля по май, когда Солнце перемещается от Южного по-

лушария к Северному. Соответствующий эффект теоретически должен наблюдаться после весеннего равноденствия. Как показывает мысленный эксперимент, так оно и есть в действительности (рис. 1). Другого объяснения, кроме действия внутренней энергии, подобрать нельзя.

а ь

н &

5 8 =

Рис. 1. Связь между средними суточными температурами воздуха до и после весеннего равноденствия на метеостанциях Игарка и Хатанга в период 1936-2013 гг. Источник: расчет по

данным European Climate Assessment and Dataset.

* Работа поддержана грантом РФФИ, проект № 15-05-06468.

О

Рис. 2. Два последних 179-летних цикла в движении Солнца относительно барицентра Солнечной системы в течение. Источник: расчет по программе EPOS.

mill v1viii1iim

pi II Т 1 (l т 1Т И 1 1 I Г

Рис. 3. Типичный 179-летний цикл солнечной

активности. Источник: по данным World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspots number.

Вторая причина выбора Таймыра для анализа исторических сдвигов в природе заключается в том, что благодаря самому северному в мире обитанию древесных растений здесь открывается возможность реконструкции климата методом дендро-индикации. Наконец, предпосылкой служит хорошая изученность места.

Большие циклы Солнечной системы

В своем движении вокруг барицентра (центра тяжести) Солнечной системы наша звезда совершает 179-летний (округленно) путь между точками наибольшего сближения (рис. 2). Движение Солнца преломляется в его активности (рис. 3).

Согласно астрономическим расчетам, в Солнечной системе существуют еще два многовековых цикла: 1430-летний (рис. 4а) и 2860-летний (рис. 4б).

Эти факты имеют принципиальное значение для понимания временной упорядоченности ближнего космоса. 1430-летний цикл состоит из 8 циклов длительностью по 179 лет, а 179 лет примерно равны умноженной на восемь величине цикла Хей-ла (22-летнего). Возникает идея о восьмеричной метрике солнечного времени. Проверка ее рисует следующую картину: 1430 лет х 8 = 11 440 лет, что в точности дает длительность эпохи голоцена от начала до наших дней, 11440 лет х 8 = 91 520 лет, что совпадает с длительностью эксцентриситетного цикла Миланковича, а 91 520 лет х 8 = 732 000 лет - время, прошедшее с момента последней инверсии магнитного поля Земли.

Перед нами, кроме того, закономерные структурные подобия: короткий 22-летний цикл образован двумя 11-летними циклами. и длинный 2860-летний цикл

г^-о

О

б;

г 1.5

Время, годы

Время, годы

Рис. 4. Многовековые циклы в движении Солнца относительно барицентра Солнечной системы. а - 1430-летний цикл, б - 2860-летний цикл. Источник: расчет по программе EPOS.

EsHËSEEEeeiiSasSiiiSa

Рис. 5. Часть последнего 358-летнего цикла солнечной активности. Середина цикла показана стрелкой. Источник: по данным World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspots number.

Oi-CJenH-Lnmr-COŒiO^ÎNin^t-LniOr-tnO^OJfnil-LniOr-tD □ ^^nti.'ïiûi'-cojjT-fNCTf I-- к a)

Рис. 6. Часть последнего 715-летнего цикла солнечной активности. Середина цикла показана стрелкой. Источник: по данным World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspots number и Главной астрономической обсерватории с поправками авторов.

также имеет две половины по 1430 лет. Принимая во внимание найденные соотношения, следует думать, что должны быть найдены 358-летние (179 лет х 2) и 715-летние (258 х 2) циклы. Результаты анализа данных непосредственных измерений площади солнечных пятен и их восстановления по косвенным признакам полностью подтверждают это предположение (рис. 5 и 6). Интересен феномен общей симметрии этих хрон: аналогично 22-летнему циклу их части разделены периодом минимума солнечной активности, причем глубокого.

14 апреля 1990 г. одновременно совершилась смена циклов всех размеров, перечисленных выше [1]. На это указывает возникновение комплексов суточных, месячных, сезонных, годичных и многолетних аномалий на Солнце и Земле. Среди

а) Апрель

б)

Рис. 7. Аномалии индекса арктического колебания (АО) в 1990 г. а - суточные величины, б - месячные величины, в - годичные величины. Источник: по данным National Oceanic and Atmospheric Administration.

нескольких десятков изученных показателей отклонений наиболее информативен в северном контексте индекс арктического колебания (Arctic oscillation index), отра-я жающий реакцию атмосферы при разных уровнях осреднения (рис. 7, а-в). ^

Обратимся к характеристике ситу- о ации циклического перехода в районе § Таймыра. Q

Рис. 8. Метеорологические аномалии 15 апреля 1990 г. по наблюдениям на станции Хатанга. а - температура воздуха, б - атмосферные осадки. Источник: по данным European Climate

Assessment and Dataset.

t— о

Рис. 9. Средние температуры воздуха в летние месяцы по наблюдениям на станции Хатанга. Источник: расчет по данным Гидрометслужбы РФ.

о

Рис. 10. Динамика суточных величин высоты снежного покрова в апреле по наблюдениям на станции Хатанга. Источник: по данным European Climate Assessment and Dataset.

Таймырский отклик

О последствиях образования солнечно-планетной аномалии 1990 г. для геосистем Таймыра можно судить главным образом по материалам гидрометеорологического мониторинга, дендрологическим сведениям и сельскохозяйственной статистике. В предыдущих работах [2-6] сообщалось о многочисленных признаках значительных изменениях в природной обстановке Арктики, очевидно, имеющих космическое происхождение. В дополнение приведем ряд фактов, конкретизирующих и развивающих это предположение.

На станции Хатанга 15 апреля 1990 г. были зафиксированы рекордно высокая температура воздуха и рекордно большие осадки (рис. 8). Апрель 1990 г. стал самым теплым и снежным с 1947 г. Не случайно именно с этого года началось повышение средней температуры воздуха (рис. 9). Что касается осадков, их количество в холодное время года повысилось, а изменчивость выросла во все сезоны, особенности зимой (рис. 10)

Климатическая аномалия вызвала увеличение стока рек (рис. 11).

Рис. 11. Сток реки Пясины. Источник: по данным Гидрометслужбы РФ.

Рис. 12. Современные изменения годичного прироста лиственниц в районе Ары Мас. Источник: собственные данные.

рубежи циклов в прошлом

Цикличность состояний окружающей среды в Арктике особенно рельефно выражена тогда, когда мы обращаемся к данным о приросте деревьев в далеком прошлом. Дендрологические исследования на Таймыре позволяют восстановить с достаточной точностью развитие лиственниц на границах шести 179-летних циклов. Последний переход циклов, датируемый 1811 г., отмечен масштабным снижением прироста (рис. 14).

В жизни лиственничников, а, значит, и в климатическом режиме переходных периодов обнаруживаются общие тренды (рис. 15). Они дают ключ к разработке прогноза на ближайшие десятилетия (если не принимать во внимание сигналы, указывающие на современные тенденции

83

Рис. 13. Численность домашних оленей на Таймыре. Источник: по данным Статкомитета Красноярского края.

С 1989 г. в атмосфере азиатской части Арктики усилился западный перенос, что привело, в частности, к ветровому перемещению из моря Лаптевых в Восточно-Сибирское море опресненных вод речного происхождения [7]. Последствием дрейфа поверхностного слоя стало осолонение океана к северу от полуострова Таймыр.

Изменение погодных условий в переходный период между циклами в основном негативно отразилось на росте лиственничного редколесья (рис. 12). На первый взгляд, ситуация парадоксальна: тепла стало больше, а растения испытали угнетение. Причина в недостатке продуктивной почвенной влаги, запасы которой зависят преимущественно от нерегулярных летних осадков.

Статистическую информацию о численности оленей на Таймыре сложно связать с нарушениями среды обитания, тем не менее, вклад изменений климата у границы между старыми и новыми циклами достаточно очевиден (рис. 13).

Рис. 14. Прирост лиственниц на временной границе двух 179-лентних циклов. Источник: расчет по данным R.D'Arrigo, R.Wilson and G.Jakobi (Tree Ring, National Oceanic and Atmospheric Administration).

Рис. 15. Вероятность прироста лиственниц ниже среднего уровня около временной границы шести 179-летних циклов. Источник: расчет по данным R.D'Arrigo, R.Wilson and G.Jakobi (Tree Ring, National Oceanic and Atmospheric Administration).

о

r^-o

о

Рис. 16. Прирост лиственниц при экстремально низкой и экстремально высокой солнечной активности в период 1700-1995 гг. Различия значимы

по непараметрическому U-критерию Манна-Уитни. Источник: расчет по данным R.D'Arrigo, R.Wilson and G.Jakobi (Tree Ring, National Oceanic and Atmospheric Administration) и World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspots number.

О причинах циклических перемен

По сведениям о восстановленных величинах полного излучения Солнца [8], приход солнечной энергии на Землю менялся за последние 9 тыс. лет не более, чем на ±0,3%. Такие изменения сами по себе, вероятно, не должны были произвести эффект типа Малого ледникового периода в умеренных широтах. Среди других сил, определяющих энергетический баланс планеты, главная роль, очевидно, принадлежит вариациям скорости вращения Земли. На это указывают результаты сопоставлений (рис. 18).

Скорость вращения Земли, в свою очередь, обусловлена положением Солнца по отношению к барицентру Солнечной системы (рис. 19). Быстрое вращение усиливает меридиональные потоки воздуха и, кроме того, активизирует дегазацию недр.

12,5.

3

11.5

11

£ н

9.5

• •

• * / •

• • • % • . *

* * + •

• r * • * • * •

» •• •

•

Рис. 17. Зависимость прироста лиственниц от солнечной активности в период 1090-1995 гг. Источник: расчет по данным R.D'Arrigo, R.Wilson

and G.Jakobi (Tree Ring, National Oceanic and Atmospheric Administration), World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspots number и Главной астрономической обсерватории с поправками авторов.

геологического масштаба, например, учащение катастрофических землетрясений).

Среди факторов среды обитания, контролировавших развитие таймырской биоты в прошлом, доступно для изучения единственно состояние Солнца. Значение ее колебаний в последние три столетия выявляется при сравнении противоположных ситуаций (рис. 16).

При рассмотрении тысячелетнего периода видны последствия усиления солнечной активности от минимума к максимуму (рис. 17).

Чиста Випьфа

Рис. 18. Температура воздуха в июле на 60-70° с.ш. и солнечная активность в период 1962-2014 гг. Коэффициент корреляции 0,01. Источник: расчет по данным NCEP Reanalysis и World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspots number.

Рис. 19. Температура воздуха в июле на 60-70° с.ш. и скорость вращения Земли в период 1962-2014 гг. Коэффициент корреляции 0,70. Источник: Источник:расчет по данным NCEP Reanalysis и International Earth Rotation and Reference Systems Service.

заключение

Выполненное эмпирическое обобщение показывает на примере репрезентативной части Арктики сложную временную организацию биосферы, создаваемую движениями Солнечной системы. Современный период ее существования ознаменован сменой целой серии больших циклов. Редкость со-

бытия порождает трудности предвидения дальнейших перемен в природе и обществе. Однако с известной долей осторожности на основе реконструкции событий в последнюю тысячу лет можно предполагать, что ожидается снижение солнечной активности и неблагоприятные изменения окружающей среды на Севере.

85

список литературы:

[1] Дьяконов К. Н., Ретеюм А. Ю. Астрогеография природных аномалий // Известия Российской академии наук. Серия географическая. - 2016, № 6. - С. 108-115. - D0I:10.15356/0373-2444-2016-6-108-115

[2] Ловелиус Н.В. Изменения радиального прироста Larix Gmelinii на Ары-Масе, температуры и осадков в Хатанге // Исследования природы Таймыра. Труды государственного биосферного заповедника «Таймырский». Выпуск 1. - Красноярск: Восточно-Сибирский филиал международного института леса, 2001. - С. 85-97.

[3] Ловелиус Н.В. О влиянии солнечной активности на факторы среды обитания (на примерах гидрометеорологических элементов и поголовья оленей Таймыра) // Общество. Среда. Развитие. - 2006, № 1. - С. 61-69.

[4] Ловелиус Н.В. Метеорологические условия, рост лиственницы на Таймыре и причины их изменчивости // Природное и культурное наследие Арктики. - СПб.: РГПУ им А.И. Герцена, 2016. - С. 44-51.

[5] Ловелиус Н.В., Ретеюм А.Ю. Колебания роста лиственницы в редколесье северной тайги и в самом северном лесном острове «Ары-Мас» // Общество. Среда. Развитие. - 2011, № 1. - С. 239-243.

[6] Jacoby G.C., Lovelius N.V. , Shumilov O.I., Raspopov O.M. Long-term temperature trends and tree growth in the Taymir region of Northern Siberia // Quaternary Research. V. 53. - 2000, № 3. - P. 312-318.

[7] Johnson M.A., Polyakov I.V.The Laptev sea as a source for recent Arctic ocean salinity changes // Geophisical research letters. Vol. 28. - 2001, № 10. - P. 2017-2020.

[8] Shapiro A.I., Schmutz W., Rozanov E., Schoell M., Haberreiter M., Shapiro A.V., Neyki S. A new approach to long-term reconstruction of the solar irradiance leads to large historical solar forcing // Astronomy & Astrophisics, 2011, vol. 529. - DOI https://doi.org/10.1051/0004-6361/201016173

О