Солнечно-земные связи - Влияние космофизических факторов на биосферу

С тех пор, как А. Л.Чижевский возродил интерес к проблеме влияния Солнца на биосферу, появилось большое количество работ, подтверждающих два основных его тезиса: солнечный магнитный частота

    1. глобальные изменения "солнечной погоды" вызывают глобальные изменения в биосфере и ноосфере, 2. небольшие всплески солнечной активности приводят к мелкомасштабным отклонениям от нормального функционирования биообъектов (кратковременное увеличение случаев заболеваний, аварий, изменений на уровне клетки и т. п.).

Статистических данных накопилось много, но теоретические обоснования указанных связей недалеко ушли от качественных объяснений, данных еще Чижевским. Происходит это по нескольким причинам. Во-первых, биообъекты - чрезвычайно сложные нелинейные системы. Мы не можем целиком просчитать, как будет реагировать на какое-либо изменение внешней среды даже простая амеба. Что уж говорить о существах с высшей нервной деятельностью! А ведь в конечном итоге нас больше всего интересует реакция человека. Во-вторых, поначалу вообще было не вполне понятно, - а что может действовать на биосферу и как? Как информация о резких изменениях на Солнце может передаваться к Земле?

Начнем с того, что Солнце и Земля - это не два шарика, летящие в космическом пространстве, между которыми ничего нет. Землю окружает несколько оболочек: сначала нейтральная атмосфера, дальше - ионосфера, еще дальше - магнитосфера. Магнитосфера - оболочка, заключающая в себе магнитное поле Земли. Линии магнитного поля входят в Землю на севере и выходят на юге (кстати, так было не всегда, приблизительно раз в 20 тысяч лет происходит инверсия магнитного поля Земли: северный и южный полюс меняются местами). Земное магнитное поле похоже на поле диполя только вблизи планеты. Из-за того, что Землю обдувает солнечный ветер, линии магнитного поля в направлении на Солнце оказываются приплюснутыми, а со стороны противоположной Солнцу - вытянутыми. Земля находится в гигантской оболочке - магнитосфере, которая защищает ее от солнечного ветра. С одной стороны на границу магнитосферы давит магнитное поле Земли, а с другой - частицы солнечного ветра и равенство этих воздействий удерживает эту границу в равновесии. Так что Земля в каком-то смысле похожа на комету с хвостом из магнитных линий, которые вытянуты от Солнца.

Но даже за магнитосферой не начинается полный вакуум. Там дует солнечный ветер. Дело в том, что у Солнца есть два типа излучения: электромагнитное и корпускулярное. Электромагнитное излучение - это рентгеновское, ультрафиолетовое, видимый свет, радиоизлучение и т. п. Корпускулярное излучение - это частицы: та самая нейтральная плазма солнечного ветра (набор, в основном, положительных ионов и отрицательных электронов) и солнечные космические лучи (частицы с энергией большей эВ, которые генерируются во время солнечных вспышек). Солнечный ветер - это ни что иное, как расширяющаяся корона Солнца. Частицы, бывшие когда-то самим Солнцем, улетают от него со скоростью порядка 300 км/с, закручиваясь в гигантскую спираль. "Каркас" этой спирали держится на линиях магнитного поля Солнца, и частицы не могут от него оторваться. Линии магнитного поля "вморожены" в плазму и по свойствам похожи на резинку с прикрепленными на ней бусинками-плазмой: потянешь за резинку - потянутся бусинки, дернешь за бусинку - потянется резинка. Все возмущения солнечной поверхности передаются в плазму солнечного ветра и уносятся в космическое пространство.

Если, например, на Солнце произошла вспышка, то резко увеличивается интенсивность коротковолновой части электромагнитного излучения, к Земле летят космические лучи и высокоскоростной поток частиц плазмы, впереди которого бежит ударная волна. Электромагнитное излучение распространяется со скоростью света и добегает до орбиты Земли за 8 минут. Через несколько часов доходят космические лучи и только через пару суток Земля встречается с возмущенным солнечным ветром - высокоскоростным потоком (он бежит со скоростью до 600 км/c), рожденным солнечной вспышкой.

Но до поверхности Земли доходят только отголоски солнечных бурь: коротковолновое излучение не проникает внутрь атмосферы, зато влияет на ее внешнюю часть, а поскольку все взаимосвязано, - изменения в верхней части могут вызывать изменения и в нижней. Космические лучи тоже сильно поглощаются в атмосфере, но меняют ее физические характеристики. Все изменения в солнечном ветре остаются за барьером магнитосферы. Она - наш щит, который не подпускает к Земле возмущенные потоки плазмы. Однако этот щит из линий магнитного поля Земли дрожит, принимая на себя удар. И при некоторых условиях поджатие поверхности магнитосферы может привести к развитию магнитной бури - резким изменениям в собственном магнитном поле Земли. То есть сам солнечный ветер до Земли не доходит, но изменения в нем заставляют меняться земное магнитное поле.

Магнитная буря может начаться после того, как Земля встретится с высокоскоростным потоком от Солнца. Такие потоки или выбрасываются Солнцем после вспышек, или "выдуваются", как мыльные пузыри из особых областей на Солнце - корональных дыр (рекуррентные потоки). Последние могут жить несколько оборотов Солнца вокруг его оси, а значит один и тот же поток способен вызвать несколько магнитных бурь. Чаще всего бури начинаются, если Земля находится в секторе с полем, направленным от Солнца. Высокоскоростные потоки бегут в плазме солнечного ветра быстрее, чем распространяется звук в этой среде. Поэтому впереди любого такого потока бежит ударная волна, подобно ударной волне впереди самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью. Когда ударная волна набегает на магнитосферу, та поджимается. Поджатие магнитосферы регистрируется наземными приборами, измеряющими магнитное поле - магнитометрами, как резкий скачок поля. Этот скачок называют внезапным началом магнитной бури. Затем следует начальная фаза магнитной бури, когда поле остается увеличенным от 10 минут до нескольких часов из-за усиления токов, текущих по поверхности магнитосферы. Наконец, само тело высокоскоростного потока достигает Земли и начинается главная фаза магнитной бури. Во время этой фазы магнитосфера то сжимается, то расширяется (магнитное поле Земли то увеличивается, то уменьшается на фоне общего понижения магнитного поля). Кольцевой ток, текущий внутри магнитосферы, создает собственное магнитное поле, которое стремится "отжать" границу магнитосферы на прежние позиции. Через несколько часов кольцевой ток все же уменьшается и начинается фаза восстановления - магнитное поле Земли возвращается к нормальным значениям. Земля миновала еще один высокоскоростной поток, битва разыграна и магнитосфера успокаивается до следующей встречи с проявлениями бурной деятельности Солнца.

Похожие статьи




Солнечно-земные связи - Влияние космофизических факторов на биосферу

Предыдущая | Следующая