Диссертация (Воздействие солнечных и межпланетных факторов на атмосферу и климат Земли), страница 3

Этот подход позволяет приблизиться к пониманию физическихпроцессов в высокоширотной атмосфере и природы источников их вызывающих.Впервые в России по данным наземных измерений зафиксирован акустикогравитационный сигнал в диапазоне частот 0.0001 – 1 Гц с максимумом амплитудыP45 дн/см2 от взрыва в атмосфере Витимского болида 24 сентября 2002 г. нарасстоянии 4000 км от источника. Данное событие подтверждает полученные ранеефакты о том, что яркие болиды большой массы могут создать мощной импульсноеизлучение акустико-гравитационных волн в атмосфере Земли, которое может бытьзафиксировано микробарографами на расстоянии нескольких тысяч километров отисточника.Впервые выдвинута гипотеза, что 20-22–летняя периодичность, наблюдаемая ввариациях различных климатических параметров практически повсеместно, связана сувеличением количества космической пыли внутри солнечной системы вследствиеослабления величины магнитного поля Солнца при смене знака во время солнечныхмаксимумов.При обработке древесно-кольцевых хронологий Кольского п-ова также полученряд новых результатов.

Впервые в одном из труднодоступных районов Кольского п-ова(северо-восточная часть, р-н Кейвы) обнаружены реликтовые образцы можжевельника(Juniperus Sibirica), некоторые из них имеют возраст около 700 лет. Созданный намикомплекс для подсчета и измерения ширины годичных колец позволил использоватьнайденные образцы можжевельника для получения 677-летней древесно-кольцевойхронологии. Впервые получены самые длинные древесно-кольцевые хронологии пососне Pinus sylvestris для горного массива Хибины (448 лет) и для всего Кольского пова (561 год). Выявлена хорошая корреляция интенсивности прироста шириныгодичных колец можжевельника с климатическими вариациями в Европе и вариациямисолнечнойактивности:отчетливопроявилисьэффектыМаундеровского,12ШпереровскогоиДальтоновскогоминимумовсолнечнойактивностивсоответствующих депрессиях радиального прироста.

В результате спектрального ивейвлет-анализа дендрохронологических серий выявлены периодичности, близкие косновным циклам солнечной активности (11 лет, 22 года, 80-100 лет). Приисследовании обработанных древесно-кольцевых хронологий не обнаружено какоголибо значительного потепления климата в ХХ веке в данном регионе. Проведенныйанализ палеоклиматических данных позволил выявить региональные особенностиклиматических вариаций на протяжении последнего тысячелетия, а также их связь свариациямисолнечнойивулканическойактивности.Полученныерезультатыпозволяют оценить относительный вклад солнечной и антропогенной составляющей всовременные и будущие изменения глобального и регионального климата.Впервые выявлены особенности воздействия наиболее мощных (VEI≥5)вулканических извержений на региональный климат Мурманской области подендрохронологическим данным Кольского п-ова за период, превышающий 560 лет.Показано, что наблюдается существенное понижение древесного прироста, в среднем, втечение 8 лет после извержений вулканов в экваториальных областях, после чегопроисходит его восстановление до нормального уровня.

Полученный результатуказывает на то, что при разработке механизмов воздействия солнечной активности наатмосферу и климат следует учитывать, что мощные вулканические извержения,приводящие к значительным и длительным изменениям аэрозольной концентрации ватмосфере, также могут оказывать значительное воздействие на характер солнечноатмосферных связей.Впервые обнаружены новые эффекты воздействия межпланетных факторов наокружающую среду.

По данным дендрохронологического анализа впервые показано,что ускоренный рост деревьев, наблюдавшийся, как сообщалось ранее, после взрываТунгусского болида 30 июня 1908 г. в зоне катастрофы (около 2000 км2), на самом делеохватывает огромную территорию площадью около 2.5 млн.км.2 Данный результатсвидетельствует о том, что экологические последствия падения на Землю небесных тел(комет и астероидов) могут быть гораздо более значительными, чем считалось ранее.Полученныерезультатыоткрываютновыевозможностиприменениядендрохронологического метода для решения проблем палеоастрофизики, в частности,астероидно-кометной опасности (каталогизация событий, оценка траектории и зонывоздействия и др.), а также для изучения и оценки возможных побочных эффектовприменения некоторых методов геоинженерии, связанных с эмиссией аэрозолей ватмосферу.13В целом, полученные результаты позволяют наметить новые направления иметодынаучныхисследований,такие,например,какприменениедендрохронологического метода для решения некоторых проблем климатологии,геоинженерии и палеоастрофизики.Научная и практическая ценность работы состоит в получении большогоколичества новых фактов и закономерностей, способствующих решению важноймеждисциплинарной проблемы воздействия космофизических агентов на атмосферу,озоновый слой и климат Земли, выявлении во многих случаях определяющей роли этихфакторов, а также в разработке механизмов и количественных оценок такоговоздействия.

Особенности работы над решением данной научной проблемы состояли внеобходимости учета нелинейного характера многих рассматриваемых физическихпроцессов, а также в необходимости дополнения ряда имеющихся экспериментальныхданных собственными (в ряде случаев полевыми) измерениями.Отметим ряд результатов, полученных в работе, которые представляет научнуюи практическую ценность, а также позволяют наметить новые направления и методынаучных исследований.

А именно:1) Очевидную научную ценность представляет разработанная на основемеханизмаионнойнуклеациимодель,адекватноэкспериментуописывающаяобразование озоных «минидыр» в высокоширотной атмосфере во время событий СКЛ.В отличие от газофазных фотохимических теорий, применявшихся ранее, предлагаемаямодель позволяет не только учитывать высокоэнергичную часть спектров солнечныхпротонов, но также является концептуально новым подходом к решению крупнойнаучной проблемы количественного описания воздействия релятивистских солнечныхпротонов на озоновый слой в высоких широтах. Включение атмосферных эффектовСКЛ и ГКЛ позволит усовершенствовать и развить существующие численные моделиглобальной атмосферы и климата. Созданная модель может также быть использованапри прогнозе климатических изменений, а также в области геоинженерии при оценкепобочных эффектов контролируемого воздествия на климат, например, образованиеаэрозолей и понижений ОСО.

Данная модель, а также способность СКЛ приводить кувеличению сульфатных аэрозолей могут являться основанием для введения новойметодики определения вариаций СКЛ и ГКЛ в прошлом по индексу кислотностиполярногольда,которыйиспользовалсяранеетолькодляидентификациивулканических извержений в прошлом [Hammer et al., 1980]. Введение этой методикиможет явиться важным дополнением к уже существующему методу определения14характеристик различных астрофизических явлений в прошлом по содержаниюнитратов в полярных льдах [Гладышева, Дрешхофф, 1997; McCracken et al., 2001].2)Обнаруженныезакономерностивпространственномраспрелелениипонижений ОСО, связанных с событиями СКЛ позволят оценить вклад атмосферныхвысыпаний релятивистских солнечных протонов в современные и будущие измененияозонового слоя в полярных областях.

В частности, возможно их использование дляразделения естественных и антропогенных факторов при образовании резкихпонижений озона в высоких широтах, без чего невозможен никакой более или менеедостоверный прогноз развития озонной «дыры» в Антарктиде, а также планированиехозяйственной деятельности человека в полярных областяхю3)Применениеинтегрированныхметодовнаблюденийможетбытьиспользовано для выделения и идентификации различных источников возмущенияфизическихпараметроватмосферы(атмосферноеэлектрическоеполе,электропроводность воздуха, атмосферные волны), как относящихся к экстремальнымфакторам «космической погоды» (солнечные вспышки, корональные выбросы массы,события СКЛ, Форбуш-понижения ГКЛ), так и носящих метеорологический характер.4)Разработанныйполуавтоматическийизмерительныйкомплексссоответствующим программным обеспечением может быть использован для подсчета иизмерения ширины годичных колец с целью получения палеоклиматическойинформации.5)Полученныерегиональныепалеоклиматическиеданныемогутбытьиспользованы для восстановления климатических вариаций в Евро-Арктическомрегионе за последние 700 лет, а также для оценки относительного вклада солнечной иантропогенной составляющей в современные и будущие изменения глобального ирегионального климата.6) Палеоклиматические хронологии Кольского п-ова могут быть использованыдля каталогизации мощных вулканических извержений в прошлом, исследованиярегиональных климатических и экологических последствий мощных вулканическихизвержений в этом стратегически важном для России в хозяйственно-экономическомотношении регионе, а также для оценки эффективности и возможных побочныхэффектов контролируемого воздействия на климат за счет стратосферных эмиссийсульфатных аэрозолей.7) Результат о последствиях Тунгусской катастрофы впервые показал, что зонавоздействия на лесные экосистемы охватывает огромную территорию площадью около2.5 млн.

км.2 (в 1000 раз большую, чем считалось ранее). В связи с этим, полученный15результат открывает новые возможности применения дендрохронологического методадля изучения климатических и экологических последствий падения на Землю небесныхтел (комет и метеоритов), а также для решения других проблем астероидно-кометнойопасности (каталогизация событий, оценка траектории и зоны воздействия и др.).Реализациярезультатов.Полученныерезультатыиспользовалисьпривыполнении работ по следующим темам НИР: ПГИ КНЦ РАН «Воздействиегелиогеофизичеких факторов на атмосферу и климат высоких широт» (№ ГР 01.200.212243);ИППЭСКНЦРАН«Воздействиевнешнихгелиогеофизическихиантропогенных факторов на климат и биосферу высоких и средних широт» (№ ГР0120.050 1084).На защиту выносятся следующие положения:1.Закономерностивобразованииипространственномраспределенииобнаруженных впервые озонных «минидыр», вызванных солнечными протонамирелятивистских энергий: установлено, что озонные «минидыры», сопровождающиесобытия СКЛ, образуются местной весной и сосредоточены в кольцевых зонах,окружающих полярные шапки.

Обнаруженный эффект не связан с явлением североюжной асимметрии в проникновении солнечных протонов в полярные шапки двухполушарий и обусловлен метеорологическими факторами сезонного характера.Расчеты, выполненные с использованием фотохимической модели, показали, чтообразование озонных “минидыр” во время протонных событий типа GLE нельзяобъяснить в рамках обычной гомогенной фотохимической теории.2. Модель, позволяющая на основе процессов ионизации, ионной нуклеации игетерогеннойхимиирассчитыватьобразованиедополнительногоколичествасульфатных аэрозолей при вторжении в атмосферу релятивистских солнечныхпротонов, адекватно эксперименту описывающая образование открытых нами озонных«минидыр» во время событий СКЛ. Адекватность разработанной модели экспериментупоказана на примере нескольких событий GLE. При сопоставлении модельныхрасчетов с результатами экспериментальных измерений показано, что толькопротонные события типа GLE средней мощности могут приводить к значительнымувеличениям аэрозольной концентрации и, как следствие, образованию озонных«минидыр» в высоких широтах.3.

Создание банка палеоклиматических (дендрохронологических) данных поКольскому п-ову для изучения цикличности климатических вариаций в Евро-16Арктическом регионе. Банк включает несколько самых длинных хронологий: 677летняя хронология по реликтовым (возрастом около 600 лет) образцам можжевельникасибирского (Juniperus sibirica), самая продолжительная (561 год) серия по сосне (Pinussylvestris) для Кольского п-ова, самая длинная (448 лет) древесно-кольцевая хронологияпо сосне для Хибинских гор.