CC BY
69
ПРИРОДНАЯ СРЕДА
Н. В. Ловелиус
О ВЛИЯНИИ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА ФАКТОРЫ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
(на примерах гидрометеорологических элементов и поголовья оленей Таймыра)
Рассматривается предположение о влиянии аномалий активности Солнца в регионах за полярным кругом в зоне циркумполярного геомагнитного кольца на ход природных процессов, что подтверждается изменением численности поголовья домашних северных оленей Таймыра в связи с максимумами и минимумами солнечной активности в 11-летнем цикле. Использованы данные по температуре воздуха в Дудинке, весенним паводкам на Енисее, численности поголовья домашних северных оленей на Таймыре, характеристики солнечной и геомагнитной активности, средние месячные числа Вольфа и повторяемость магнитных бурь.
Над решением проблемы выявления связей солнечной активности с изменениями природных процессов и явлений, начиная со времени ее постановки А. Л. Чижевским (1924 г.)1, работает огромное число специалистов различного профиля. А количество публикаций на эту тему в России и за рубежом не уменьшается. В задачу данной работы не входит анализ всех исследований в различных областях, так как они многократно предпринимались М. С. Эйгенсоном2; Г. К. Тушинским3; Т. В. Покровской4; В. Ф. Логиновым5; Б. И. Сазоновым6; Б. И. Сазоновым и В. Ф. Логиновым7; Б. И. Сазоновым, И. П. Дружининым и В. Н. Ягодинским8; Б. И. Сазоновым, Ю. И. Витинским и А. И. Олем9, а также А. А. Максимовым10 и В. Ф. Чистяковым11 и др. По моему мнению, исключительно важную работу по формированию современных взглядов на перспективность исследований А. Л. Чижевского многие годы выполнял его последователь Л. В. Голованов12. Полно представлен медико-биологический аспект вышеуказанной проблемы в монографии Э. Н. Чирковой13.
Среда обитания
Terra Humana
62
Таблица 1
Даты максимумов и минимумов чисел Вольфа в 11-летних циклах солнечной активности
№ п/п Дата максимума Интервал, лет № п/п Дата минимума Интервал, лет
1. 1905 12 1. 1901 12
2. 1917 11 2. 1913 10
3. 1928 9 3. 1923 10
4. 1937 10 4. 1933 11
5. 1947 10 5. 1944 10
6. 1957 11 6. 1954 10
7. 1968 11 7. 1964 12
8. 1979 10 8. 1976 10
9. 1989 11 9. 1986 10
10. 2000 10. 1996
Среднее 10,6 10,6
Рис. 1. Температура воздуха в Дудинке в теплую (а) и холодную (б) части года в эпоху минимума 11-летнего цикла солнечной активности. В анализе использованы данные 5 циклов за 7 лет до и 8 лет после прохождения «О» - года минимума. Цифрами у точек обозначены годы до дат максимума и минимума (с минусом)
Рис. 2. Индекс аа в эпохи максимума (а) и минимума (б) солнечной активности в ll-летнем цикле (в интегральном исчислении)
Рис. 3. Солнечная активность (числа Вольфа) в эпоху минимума 11-летнего цикла солнечной активности (а) и суммы средних месячных температур в теплую часть года (б) в Дудинке (в интегральном исчислении)
Рис. 4. Изменение индекса аа (а) и сумм отрицательных температур воздуха (б) в эпоху максимума солнечной активности в 11-летнем цикле (в интегральном исчислении)
Материалом для наших исследований послужили данные о температуре воздуха в Дудинке, весенних паводках на Енисее, численности поголовья домашних северных оленей на Таймыре14. Характеристики солнечной и геомагнитной активности заимствованны из «Каталога индексов солнечной и геомагнитной активности»15 и работы «Индексы солнечной и геомагнитной активности»16. Использованы также материалы, предоставленные доктором физико-математических наук В. А. Дергаче-вым. Средние месячные числа Вольфа и данные о повторяемости магнитных бурь взяты из содержательного издания «Современная геодинамика и гелиогеодинамика. 500-летняя хронология аномальных явлений в природе и социуме Сибири и Монголии»17. Основными источниками сведений о солнечной активности были монографии Ю. И. Витинского18 и Ю. И. Витинского, М. Копецкого, Г. В. Куклина19.
Исследованиями природных процессов в горах и на Крайнем Севере автор занимается более 40 лет (1963-2005 гг.), они были связаны с определением реакции древесных растений на изменения температуры, осадков, солнечной активности. Итоги работ в различных регионах России и за ее пределами были подведены в многочисленных статьях, докладах (1966-2006) и монографиях20.
В данной работе основное внимание уделено изучению изменчивости температуры воздуха в теплую и холодную части года, весенним паводкам на Енисее и изменению численности домашних северных оленей в связи с максимумами и минимумами солнечной активности в 11-летнем цикле.
За период наблюдений с 1749 по 2002 гг. продолжительность 11-летних циклов изменялась в пределах от 7 до 15 лет. В последнем столетии наблюдалось 10 максимумов и 10 минимумов со средним интервалом между ними 10,6 года (табл. 1).
Перечисленные в таблице даты максимумов и минимумов послужили реперами для проведения расчетов методом наложенных эпох всех анализируемых элементов: температуры воздуха, высоты паводков, повторяемости магнитных бурь, численности домашних оленей на Таймыре, систематический учет которых проводится с 1930 года.
Анализ температуры воздуха проводился раздельно для теплой и холодной частей года (рис. 1), что позволило учесть сезонные особенности этих изменений. Представление данных в интегральном исчислении дает возможность определить направленность процесса и дату наступления смены знака. Так, в эпохи минимума солнечной активности («0» год) температура воздуха в теплую часть года увеличивается, и ее экстремальное значение наблюдается в первый год после прохождения минимума, а температура воздуха в холодную часть года имеет положительный экстремум в 6-й год. Анализ распределения сумм средних месячных положительных и отрицательных температур с высокой степенью определенности показывает их противоположные изменения в 11-летнем цикле. Аналогичная обработка в 11-летнем цикле была проведена для индекса геомагнитной возмущенности аа (рис. 2), что позволило увидеть противоположную картину его изменений в эпохи максимумов и минимумов солнечной активности.
Исключительный интерес представило сравнение хода летних температур с числами Вольфа (рис. 3), когда максимальные температуры на-
Среда обитания
Terra Humana
Таблица 224
Количество домашних северных оленей всех форм собственности на Таймыре
Годы Численность оленей по десятилетиям (в тыс. голов)
1920 19З0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
0 - 85,1 71,2 93,2 73,8 116,2 87,4 77,4 40,5
1 - 86,4 68,1 96,1 84,6 123,1 88,1 77,1 41
2 - 80,8 62,6 94,4 90,6 116,3 66,8 63,4 42
З - 72,5 66,6 106 98,5 103,2 71,1 59,5 43,4
4 - 71,3 72,8 112 105,2 105,8 73,2 56,2 -
5 - 77,З 74,1 111,9 116,2 92,6 75 53,4 -
6 - 80,2 7З,4 100,9 121,1 97,4 75,6 49,3 -
7 116,8 80,4 82,3 86,9 123,2 97,1 61,1 50,6 -
8 - 72,4 84,5 77,5 113 97,8 58,2 45,3 -
9 - 74,8 85,6 64,7 112,5 87,6 77,8 44,4 -
Таблица 3
Галактические космические лучи в Мирном в годы с количеством оленей > 110 % (+А) и < 96 % (-А); высоких (+Б) > 106 % и низких (-Б) < 95 % уровней паводков на Енисее в районе Дудинки
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII год н. т % О
А + 2,71 2,72 2,69 2,66 2,63 2,63 2,63 2,62 2,61 2,63 2,62 2,76 31,91
А - 2,86 2,85 2,91 2,86 2,85 2,83 2,87 2,83 2,87 2,87 2,84 2,86 34,3 93
Б + 2,66 2,66 2,65 2,64 2,64 2,57 2,59 2,55 2,59 2,63 2,63 2,75 31,56
Б - 2,93 2,94 3 2,9 2,87 2,88 2,86 2,86 2,86 2,86 2,86 2,85 34,67 91
Таблица 4
Коэффициенты корреляции рядов наблюдений за галактическими космическими лучами, числа Вольфа, индекс аа
№ п.п. Станции 1 2 з Числа Вольфа аа
1 Мурманск 0,97 0,97 -0,8 -0,6
2 Мирный 0,99 -0,8 -0,5
3 Москва -0,9 -0,6
блюдаются в первый год после даты минимума 11-летнего цикла солнечной активности, при абсолютном совпадении с минимумом чисел Вольфа (+ 1 год).
Сравнение летних температур с изменениями солнечной активности не дало такой четкой согласованности их хода, которая обнаружилась при сравнении их с многолетним ходом индекса геомагнитной активности аа в эпохи максимума 11-летнего цикла (рис. 4). Такое распределение температур воздуха в холодную и теплую части года по-видимому связано с особенностями продолжительной ночи и короткого теплого полярного дня, который в три раза короче холодной части года.
Аномальными явлениями на Таймыре считаются весенние паводки на Енисее, которые в отдельные годы причиняют большой материальный ущерб Дудинскому морскому порту и городу21 и ранее никак не учитывавшийся урон домашнему оленеводству22. Представлялось определенно интересным проследить проявление аномалий солнечной активности в 11-летнем цикле в характеристиках паводков. На рисунке 5 приведен результат анализа уровней паводков на Енисее в 11-летнем цикле солнечной активности, позволяющий судить о наличии связи аномальных уровней паводков с экстремальными значениями чисел Вольфа. Четко выраженная противофаза в распределении максимумов и минимумов паводков в эпохи противоположных аномалий солнечной активности дает возможность утверждать, что сигнал аномалий достаточно определенно отражается на формировании паводков на Енисее. Известным полярным гидрологом А. Г. Кизимом было установлено23, что уровни паводков формируются в тесной связи с мощностью ледового покрова, последняя зависит от суммы отрицательных температур воздуха.
Аномальные изменения температурного режима и гелиофизических характеристик активности Солнца прямо или косвенно отражаются не только на природных процессах и явлениях, но также оказывают влияние на растительный и животный мир на Крайнем Севере со значительно большими последствиями их аномалий, чем в средних широтах, где не так остро проявляется закон минимума. Наблюдения автора за радиальным и линейным приростом деревьев на лесных границах и в других пессимальных условиях дали возможность проследить особенности их реакции на изменения температуры, осадков, геомагнитной и солнечной активности.
Гипотетическое предположение о том, что аномалии активности Солнца в регионах за Полярным кругом в зоне циркумполярного геомагнитного кольца должны иметь определенное отражение и в ходе природных процессов, было проверено на примере изменения численности поголовья домашних северных оленей Таймыра. Их систематический учет ведется здесь с 1930 по 2003 гг. (табл. 2), что дало возможность проследить колебания их численности в зависимости от внутривековых изменений температуры воздуха в теплую и холодную части года (рис. 6) и аномалий активности Солнца (рис. 7). Оказалось, что повышенные температуры воздуха в полярный день приводят к уменьшению поголовья оленей, а пониженные способствуют его увеличению. Это положение может быть объяснено более поздними паводками весной и меньшей активностью комаров, причиняющих большой вред животным.
Среда обитания
Terra Humana
Рис. 5. Измєнєнш у^ов'не^ паводков на Енисее в эпохи максимума (А) и минимyма (Б) солнечной а'^'^'ив'нос'^'и (в и:исчислении)
Рис. 7. Изменения поголовья домашнего ceвepнoгo олєня єсєх видов соб^веннос-mи в эшхи максимума (А) и минимума (Б) акmивнocmи солнца в 11-лєпнєм цикле на Таймыр (в
исчислении)
Рис. б. Сумма сс^^є^,^^:х мєсячньіх воздуха в Дудинке в menлyю чаопь года за 25 лem в годы до и послє максимального шголовья оленей на Таймыipe (l) и в годы до и послє минимального поголовья оленей (2). За «О» п^^'и'н^^^^і годы максимумов и минимумов поголовья
эпохи минимумов
л
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Рис. S. Пoвmopяємocmь маг^-^^пных б^^^ь в эпохи максимума (l) и минимума (2) солнечной а’^г^/ив,носг^'и в 11-лєпнєм цикле (1SS0-19S9 гг.)
21
20.5 20
19.5 19
18.5 18
17.5 17
16.5
Рис. 9. Рас'^^еделе'^^е маг,^'^'^,^,^^:х бypь в годы декадной (за nєpиoд 1S70-19S9 гг.) и индекса аа (1S6S-199S гг.)
гкл
2,9
2,85
2,8
2,75
2,7
2,65
2,6
y = -0,0012x + 2,8661 R20,0391 =
y = -0,0037x + 2,683 I
5 7 9
месяцы
Рис. 10. Гала'к'^'^'чес'^'ие космические лучи в М^ном в годы с кoличєcmвoм оленей > 110 % - 1 (А) и < 9б % - 2 (А); высоких - 1 (Б) > 10б % и низких - 2 (-Б) < 95 % у^овне-й паводков на Енисее
23
22
21
20
19
18
Значение весенних паводков на Енисее было детально проанализировано в моей статье «Влияние природных и техногенных аномалий на изменчивость поголовья оленей Таймыра»25.
Таким образом, можно заключить, что при потеплении в Арктике условия для оленеводства будут менее благоприятными.
Анализ изменения численности домашних оленей в эпохи максимума (А) и минимума (Б) активности солнца в 11-летние циклы показал (рис. 7), что после прохождения минимума в -5-й год начинается фаза увеличения численности оленей, которая продолжается точно до даты максимума («0»). Снижение поголовья в эпоху максимума продолжается 5 лет. Несколько иная последовательность изменений численности происходит в эпоху минимума активности солнца в 11-летний цикл (Б). Здесь минимальное поголовье оленей наблюдается за 2 года до экстремального значения и только через 4-5 лет завершается фаза увеличения поголовья с последующим снижением к 8-му году. Такая четкая устойчивость изменения численности оленей в 11-летних циклах происходит независимо от ярко выраженной многолетней тенденции сокращения поголовья оленей на Таймыре (с 123,1 тыс. голов в 1971 г. до 43,4 тыс. - в 2003 г.) в связи с отрицательным воздействием Норильского металлургического комбината и ядерными испытаниями на Новой Земле. Этот результат позволяет показать высокую значимость аномалий солнечной активности в изменении поголовья животных в Субарктике.
Анализ повторяемости магнитных бурь, как и других элементов природной среды, был выполнен в эпохи максимума и минимума.
Результат анализа повторяемости магнитных бурь в эпохи максимумов и минимумов 11-летнего цикла (рис. 8) позволяет оценить прямую связь магнитных бурь с аномалиями солнечной активности. И, с определенной долей достоверности, распределение их экстремальных значений может быть использовано при оценке напряженности геофизической активности. Подтверждением этого положения может служить результат анализа повторяемости магнитных бурь и геомагнитного индекса аа в декадной матрице (рис. 9). Высокое согласие в ходе двух параметров (коэффициент корреляции 0,859) позволяет судить о достоверности варианта уплотнения информации, предложенной автором ранее26, при обработке данных по солнечной активности в декадной матрице и хронологии восточного («звериного») календаря.
Исключительный интерес для этой работы представляли данные о галактических космических лучах в годы высоких уровней весенних паводков на Енисее в районе Дудинки и изменения количества домашних северных оленей. Результаты выборок для двух групп (по 10 лет) с противоположными аномалиями уровней (А) и количества оленей (Б) приведены в таблице 3.
Наиболее отчетливо прослеживаются различия в изменении галактических космических лучей в межгодовом и внутригодовом их распределении при определении количества домашних оленей (рис. 10). Изучение реакции биологических объектов на галактические космические лучи заслуживает особого исследования, т. к. наблюдения на трех станциях -Мурманск, Мирный, Москва - отличаются исключительным единством в многолетнем ходе. Экстремальные значения по максимумам в 1965, 1977,
Среда обитания
Terra Humana
1987 и по минимумам в 1970, 1981, 1990 годах имеют интервал от 9 до 12 лет. Этот шаг в повторяемости эстремальных значений близок к 11-летнему циклу солнечной активности.
Анализ согласованности рядов наблюдений по трем станциям за галактическими космическими лучами, числа Вольфа и геомагнитный индекс аа (табл. 4) показывают, что между рядами галактических космических лучей нет различий. Кроме того, достоверные связи солнечной активности за один и тот же отрезок времени (1958-1996 гг.) (ограниченный наличием у автора данных по галактическим космическим лучам) с числами Вольфа показывают статистически значимую обратную связь. Коэффициент корреляции галактических космических лучей с геомагнитным индексом аа тоже отрицательный, но имеет меньшие значения. Есть все основания предположить, что черты единства в реакции анализируемых элементов среды и поголовья оленей задаются изменениями солнечной и геомагнитной активности на фоне местных особенностей региона исследований.
Результаты анализа временной и пространственной изменчивости природных процессов и изменения поголовья домашних оленей на Таймыре согласуются с теоретическими и экспериментальными положениями профессора А. Л. Чижевского27 о неразрывной связи живых организмов с процессами, происходящими в космическом пространстве, и циклическими колебаниями «солнцедеятельности». В них в полной мере раскрывается провидение А. Л. Чижевского о единстве природных процессов и явлений, о которых он писал: «Теперь мы можем сказать, что в науках о природе идеи о единстве и связанности всех явлений (астрономических и биологических) в мире и чувство мира как неделимого целого никогда не достигало той ясности и глубины, какой они мало-помалу достигают в наши дни»28. В основе его гипотетических, а затем и практических решений была убежденность в том, что «как солнечные излучения, так и космические являются главнейшими источниками энергии, оживляющей поверхностные слои земного шара»29.
Представленные результаты в определенной мере раскрывают возможные подходы к объяснению теории активных свойств времени профессора Н. А. Козырева «Активные свойства времени - его течение и плотность - связывают весь Мир в единое целое и могут осуществлять воздействие друг на друга явлений, между которыми нет прямых материальных связей, что может объяснить факты взаимодействия биологических объектов, находящихся на большом удалении или изолированных друг от друга»30.
С расширением наблюдений за элементами земных и космических факторов окружающей среды появляется возможность более широких комплексных исследований и обобщений при решении проблемы солнечно-земных и космических связей с использованием разнообразия объектов литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы.
1 Чижевский, А. Л. Физические факторы исторического процесса. - Калуга, 1924.
2 Эйгенсон, М. С. Солнце, погода и климат. - Л., 1963.
3 Тушинский, Г. К. Космос и ритмы природы Земли. - М., 1966.
4 Покровская, Т. В. Синоптико-климатические и гелиогеофизические долгосрочные прогнозы погоды. - Л., 1969. Покровская, Т. В. Солнечно-тропосферные связи: обзор. -
Обнинск, 1974. Покровская, Т. В. О циркуляционных характеристиках засух // Труды ГГО. - 1981. - Вып. 458. - С. 72-76.
5 Логинов, В. Ф. Характер солнечно-атмосферных связей. - Л., 1973. Логинов, В. Ф. Вулканические извержения и климат. - Л., 1984. Логинов, В. Ф. Причины и следствия климатических изменений. - Минск, 1992.
6 Сазонов, Б. И. Космос у нашего порога. - Л., 1964. Сазонов, Б. И. Космос у наших дверей. - Л., 1966. Сазонов, Б. И. Суровые зимы и засухи. - Б. м., 1991.
7 Сазонов, Б. И., Логинов, В. Ф. Солнечно-тропосферные связи. - Л., 1969.
8 Сазонов, Б. И., Дружинин, И. П., Ягодинский, В. Н. Космос-Земля: Прогнозы. - М., 1974.
9 Сазонов, Б. И., Витинский, Ю. И., Оль, А. И. Солнце и атмосфера Земли. - Л., 1976.
10 Максимов, А. А. Природные циклы. Причины повторяемости экологических процессов. - Л., 1989.
11 Чистяков, В. Ф. Циклическая деятельность Солнца. - Владивосток, 1973. Чистяков, В. Ф. Солнечные циклы и колебания климата. - Владивосток, 1997.
12 Голованов, Л. В. Космический детерминизм Чижевского // Космический пульс жизни. Земля в объятьях Солнца. Гелиотараксия. - М., 1995. - С. 5-27. Голованов, Л. В. Созвучье полное в природе. - М., 1997. Голованов, Л. В. Коперниканская революция в науках о жизни и обществе // Космос и мировая история: материалы междунар. науч. конф. - М., 2002. - С. 13-24.
13 Чиркова, Э. Н. Современная гелиобиология. - М., 2005.
14 Ловелиус, Н. В. Метеорологические и климатические условия в Дудинке и сопредельных районах // Таймыр: материалы междунар. науч.-практ. конф. - СПб., 2003. - С. 9-20. Ловелиус, Н. В. Особенности природных условий и население Таймыра // Таймыр: документы учредит. съезда оленеводов и материалы науч.-практ. конф. - Дудинка: СПб., 2004. - С. 11-16.
15 Каталог индексов солнечной и геомагнитной активности. - Обнинск, 1979.
16 Индексы солнечной и геомагнитной активности. - Обнинск, 1981.
17 Современная геодинамика и гелиогеодинамика. 500-летняя хронология аномальных явлений в природе и социуме Сибири и Монголии. Кн. 2. - Иркутск, 2003.
18 Витинский, Ю. И. Цикличность и прогнозы солнечной активности. - Л., 1973.
19 Витинский, Ю. И., Копецкий М., Куклин Г. В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. - М., 1986.
20 Ловелиус, Н. В. Изменения прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. - Л., 1979. Ловелиус, Н. В. Метеорологические условия Хатанги и сопредельных территорий // Таймыр. Малочисленные народы. Природные условия. - СПб., 2001. - С. 69-85.
21 Соловьев, П. А. История Дудинского порта. - Красноярск, 2004.
22 Ловелиус, Н. В. Влияние природных и техногенных аномалий на изменчивость поголовья оленей Таймыра // Герценовские чтения. Факультет географии: краткое содержание докладов. - СПб., 2005. - С. 32-38.
23 Кизим, А. Г. Устное сообщение, 2003.
24 Составлена по материалам кандидатской диссертации Г. Р. Попова (Попов, Г. Р. Таймырский национальный округ (экономико-географическая характеристика): дисс. ... к. геогр. н. - Л., 1951), публикациям: Мухачев, А. Д., Колпащиков, Л. А., Лайшев, К. А. Мясная продукция северных оленей. - Новосибирск, 2001. Мухачев, А. Д., Колпащиков, Л. А. Северный олень и коренные, малочисленные народы Таймыра // Таймыр : документы учредит. съезда оленеводов и материалы науч.-практ. конф. - Дудинка; СПб., 2004. - С. 91-107.
25 Ловелиус, Н. В. Влияние природных и техногенных аномалий на изменчивость поголовья оленей Таймыра // Герценовские чтения. Факультет географии: краткое содержание докладов. - СПб., 2005. - С. 32-38.
26 Lovelius, N. V. Dendroindication of Natural process and antropogenic influences. - St. Petersburg, 1997.
27 Чижевский, А. Л. Физические факторы исторического процесса. - Калуга, 1924. Чижевский, А. Л. Земное эхо солнечных бурь. - М., 1976. Чижевский, А. Л. Космический пульс жизни. Земля в объятьях Солнца. - М., 1995.
28 Чижевский, А. Л. Земное эхо солнечных бурь. - М., 1976. - С. 24.
29 Там же. - С. 29.
30 Козырев, Н. А. Избранные труды. - Л., 1981. - С. 146.
Среда обитания
