Основные положения и новые результаты астрономической теории изменения климата

Табл. 1. Сравнение результатов трех методов интегрирования уравнений вращательного движения (8)-(9) за 200 прошедших тыс. лет: РГ-4 - метод Рунге-Кутты 4-ого порядка; ДП-8 - метод Рунге-Кутты 8-ого порядка в реализации Дорманда-Принса; Gal - координаты тел, входящих в уравнения (8)-(9) определяются по программе Galactica, а уравнения решаются методом ДП-8.

Полученные первоначальным методом на рис. 12 графики полностью повторились при решении задачи двумя последними методами. В табл. 1 приведены количественные сравнения периода прецессии Ppr, и минимального еmin и максимального еmax углов наклона с точностью по пятую значащую цифру. С этой точностью первые два метода полностью совпали. Результаты третьего метода, как видно из табл. 1, по периоду прецессии Ppr отличаются в 4-ом знаке, а по углу наклона е - в 5-ом. Так этот метод является боле точным, то последние величины являются уточнением результатов, полученных первыми двумя методами.

Итак, выполненные разнообразные тестирования и проверки первоначального метода решения задачи о вращении Земли, а также независимые от него решения этой задачи тремя другими методами подтвердили, что ось вращения Земли совершает колебания с амплитудой в 7 раз большей, нежели полученная в решениях наших предшественников.

Обратимся еще раз к новым решениям по инсоляции Земли. Как видно из рис. 12, как летняя инсоляция QS65N, так и инсоляция в эквивалентных широтах I по нашим расчетам (линия 1) уже на начальном участке 0 -50 тыс. лет существенно отличается от инсоляции по прежним теориям (линия 2). Согласно новым решениям ледниковый период мог быть в интервале 19 - 12 тыс. прошедших лет. Ему предшествовал очень теплый период 35 - 28 тыс. лет назад. Эти изменения климата подтверждаются исследованиями Архипова А.С. (1928-1998 гг.) по позднему плейстоцену Западной Сибири [42]. Автор пишет, что «Сартанский гляциокомплекс состоит из морен максимальной гыданской и двух рецессионных: ньяпанской и норильской стадий. Кульминация оледенений приходится на 20 - 18 тыс. лет назад, ньяпанская стадия на 15 - 13 и норильская - на 11.5 - 10.4 тыс. лет назад». А вышеотмеченный теплый период в этой же работе [42] подтверждается словами: «Каргинский межледниковый (мегастадиальный) горизонт имеет радиометрический возраст от 55 (50?) до 23 (22) тыс. лет назад и объединяет морские и аллювиальные, а также стадиальные лохподгортские ледниковые, озерно-ледниковые и субаэральные отложения …». Профессор Архипов А.С. известен обоснованностью своих выводов по палеоклимату. Поэтому приведенные выше его результаты заслуживают пристального внимания, несмотря на то, что они не согласуются с результатами прежней астрономической теории палеоклимата (см. 2 на рис. 12). Как уже отмечалось, на протяжении почти 100 лет палеоклиматологи вынуждены были ориентироваться на результаты прежней астрономической теории климата. Сейчас предстоит большая работа по переосмыслению всего массива данных по палеоклимату, в результате которой будет с большей достоверностью установлена история Земли.

Заключение

Астрономическая теория ледниковых периодов, как первоначально и предполагали ее создатели Л. Агасис, Ж. Адемар, Дж. Кроль, Р. Харгреаевес [43], М. Миланкович и другие исследователи, может объяснять наблюдавшиеся в прошлом наступления ледниковых периодов и смену их очень теплыми временами. Необходимо продолжать исследования в направлении ее дальнейшего развития. С одной стороны, должны быть продолжены решения задачи о вращении Земли за большие интервалы прошедшего времени. С другой стороны, необходимо в свете полученных колебаний инсоляции Земли проанализировать имеющиеся свидетельства палеоклиматических изменений на предмет их корреляции с колебаниями инсоляции Земли.

Представляет интерес также продолжение исследований по астрономической теории изменения климата Марса [13] и [36]. Космические исследования его поверхности [44] показывают о существовании на нем в прошлом русел рек, водоемов и других свидетельств более теплого климата по сравнению с настоящим временем. Вполне возможно, что одной из причин его изменения также были колебания оси вращения Марса и параметров его орбиты.

Благодарности

Эта работа была начата в 1995 г. и на разных ее этапах мне помогали: П.А. Апасев, Н.Ю. Апохин, А.В. Байдин, И.В. Бинеев, В.С. Ботвина, Е.А. Коврижкина, О.И. Кротов, Е.Н. Невидимова, А.А. Павлова, М.Л. Панова, М.А. Пономарев, Е.Ф. Сафина, К.Е. Сеченов, Л.И. Смульский, Я.И. Смульский, И.К. Филатов, М.Э. Чикмарева, И.А. Шаболина. Задачи считались на суперкомпьютерах Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (г. Москва) и Сибирского суперкомпьютерного центра СО РАН (г. Новосибирск). Работа выполнялась при поддержке грантов губернатора Тюменской области 2003 и 2004 г.г. и интеграционной программы Президиума РАН № 13 и ОНЗ-11 в 2004 - 2011 гг. На всем протяжении настоящую работу поддерживал директор Института, академик В.П. Мельников. Перечисленным коллегам и коллективам выражаю свою признательность.

Литература

1. Джон Б., Дербишир Э., Янг Г., Фейрбрдж Р., Эндрюс Дж. Зимы нашей планеты: Пер. с англ. / Под ред. Б. Джона. - М.: Мир, 1982. - 336 с.

2. Имбри Дж., Имбри К.П. Тайны ледниковых эпох: Пер. с англ. / Под ред. Г.А. Авсюка .- М.: Прогресс, 1988. - 264 с.

3. Agassiz, L. Etudes sur les glaciers, Neuchatel, 1840.

4. Adhemar J.A. Revolutions de la mer: Deluges Periodiques, Carilian-Goeury et V. Dalmont. Paris, 1842.

5. Croll J. On the physical cause of the change of climate during geological epochs // Philosophical Magazine. 1864, V. 28. P. 121-137.

6. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. - М.-Л.: ГОНТИ, 1939. - 207 с.

7. Большаков В.А., Капица А.П. Уроки развития орбитальной теории палеоклимата // Вестник Российской Академии Наук, 2011, т. 81, № 7, с. 603-612.

8. Brauwer D., Van Woerkom A.J.J. The secular variation of the orbital elements of the principal planets // Astron. Pap. - 1950, Vol. 13, P. 2.

9. Вурком А. Астрономическая теория изменения климата/В кн. Изменение климата. М.: ИИЛ. - 1958.

10. Шараф Ш. Г. и Будникова Н. А. Вековые изменения элементов орбиты Земли и астрономическая теория колебаний климата // Тр. Инст. теоретич. астрономии. - Вып. XIV. - Л.: Наука, 1969 г. - С. 48-109.

11. Berger A. and Loutre M. F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quaternary Science Reviews. 1991. № 10. Р. 297-317.

12. Laskar J., Robutel P., Joutel F., Gastineau M., Correia A.C.M., and Levrard B. A Long-term numerical solution for the Earth // Icarus 170, 2004. Iss. 2: 343-364.

13. Edvardsson S., Karlsson K.G. and Engholm M. Accurate Spin Axes and Solar System Dynamics: Climatic Variations for the Earth and Mars // Astronomy &Astrophysics, 384, 2002, 689-701. http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361:20020029

14. Adem J. Numerical Experiments on Ice Ages climates // Climatic change. 1981, 3. P. 155-171.

15. CLIMAP Project Members: “The Surface of the Ice-Age Earth” // Science, 1976, 191. P. 1131-1137.

16. Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene Stack of 57 globally distributed benthic д18O records // Paleocenography, 2005, 20. P. 1-17.

17. Смульский И.И. Анализ уроков развития астрономической теории палеоклимата // Вестник Российской Академии Наук, 2013. Т. 83. № 1. С. 31-39. http://elibrary.ru/item.asp?id=18448265.

doi:10.7868/S0869587313010118

18. Смульский И.И. Теория взаимодействия. - Новосибирск: Из-во Новосиб. ун-та, НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1999 г. - 294 с. http://www.ikz.ru/~smulski/TVfulA5_2.pdf.

19. Смульский И.И., Кротов О.И. Новый алгоритм расчета инсоляции Земли / Институт криосферы Земли СО РАН. - Тюмень, 2013. - 38 с. - Деп. в ВИНИТИ 08.04.2013 № 103-В2013. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/NwAlClI2c.pdf.

20. Smulsky J.J. and Krotov O.I. New Computing Algorithm of the Earth's Insolation // Applied Physics Research, Vol. 6, No. 4; 2014, p. 56-82. http://dx.doi.org/10.5539/apr.v6n4p56.

21. Смульский И.И. Математическая модель Солнечной системы / В сб. Теоретические и прикладные задачи нелинейного анализа. Российская Академия Наук: ВЦ им. А.А. Дородницына. М.: ВЦ РАН А.А. Дородницына, 2007. - С. 119-138.

http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/MatMdSS5.pdf.

22. Смульский И.И. Программа расчета инсоляции Земли в среде MathCad. / Институт криосферы Земли СО РАН. - Тюмень, 2013. http://www.ikz.ru/~smulski//Data/Insol/.

23. Smulsky J.J. Galactica Software for Solving Gravitational Interaction Problems // Applied Physics Research, 2012, Vol. 4, No. 2. P. 110-123. http://dx.doi.org/10.5539/apr.v4n2p110.

24. Смульский И.И. Система Galactica. Институт криосферы Земли СО РАН. - Тюмень, 2012. http://www.ikz.ru/~smulski/GalactcW/.

25. Смульский И.И. Оптимизация пассивной орбиты с помощью гравиманевра // Космические Исследования, 2008, том 46, No 5. - С. 484-492. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/KOS0484.pdf.

26. Мельников В. П., Смульский И.И., Смульский Я.И. Составная модель вращения Земли и возможный механизм взаимодействия континентов // Геология и Геофизика, 2008, No 11. - С. 1129-1138. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/RGGRu190.pdf.

27. Smulsky J.J. New Components of the Mercury's Perihelion Precession // Natural Science. Vol. 3, No.4, 268-274 (2011). doi:10.4236/ns.2011.34034. http://www.scirp.org/journal/ns или http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/NCmMePNSc.pdf.

28. Смульский И. И. Многослойные кольцевые структуры // Письма в ЭЧАЯ. 2011. Т. 8, No. 5(168). - C. 737-743. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/MnsKoStr4c.pdf.

29. Smulsky J.J. and Smulsky Ya.J. Dynamic Problems of the Planets and Asteroids, and Their Discussion // International Journal of Astronomy and Astrophysics, 2012, 2, 129-155. doi:10.4236/ijaa.2012.23018. http://www.scirp.org/journal/PaperDownload.aspx?paperID=23224.

30. Newcomb S. The elements of the four inner planets and the fundamental constants of astronomy. Washington: Government printing office. 1895. - 202 p.

31. Simon J.L., Bretagnon P., Chapront J. et. al. Numerical Expression for Precession Formulae and Mean Elements for the Moon and the Planets // Astron. and Astrophys, 1994, vol. 282. P. 663-683.

32. Мельников В.П., Смульский И.И. Астрономическая теория ледниковых периодов: Новые приближения. Решенные и нерешенные проблемы. - Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 2009. - 98 с. Книга на двух языках. С обратной стороны: Melnikov V.P., Smulsky J.J. Astronomical theory of ice ages: New approximations. Solutions and challenges. - Novosibirsk: Academic Publishing House “GEO”, 2009. - 84 p.

http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/AsThAnR.pdf

33. Смульский И.И. Расчет взаимодействий в Солнечной системе за 50 млн. лет для изучения эволюции климата / «Большая Медведица». Журнал проблем защиты Земли. - Межрегиональный общественный фонд им. Ломоносова. Новосибирск, Россия, 2005 г., No. 1, с. 44-56. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/RasVSS2c.pdf.

34. Гребеников Е.А., Смульский И.И. Эволюция орбиты Марса на интервале времени в сто миллионов лет / Сообщения по прикладной математике. Российская Академия Наук: ВЦ им. А.А. Дородницына. М.: ВЦ РАН А.А. Дородницына. - 2007. - 63 с. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/EvMa100m4t2.pdf.

35. Morbidelli A. Modern Interactions of Solar System Dynamics // Annul Rev. Earth planet. Sci. 2002, 30. P. 89-112.

36. Laskar J., Correia A. C. M., Gastineau M., Joutel F., Levrard B. and Robutel P. Long term evolution and chaotic diffusion of the insolation quantities of Mars // Astron. and Astrophys, 2004, vol. 428. P. 261-285.

37. Laskar J. Large-scale chaos in the solar system // Astron. and Astrophys, 1994: L9 - L12.

38. Смульский И.И., Сеченов К.Е. Уравнения вращательного движения Земли и их решения при воздействии Солнца и планет / Институт криосферы Земли СО РАН. - Тюмень, 2007. - 35 с. -Деп. в ВИНИТИ 02.05.07 г. № 492-В2007.

http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/UVrVzSPc.pdf.

39. Smulsky J.J. The Influence of the Planets, Sun and Moon on the Evolution of the Earth's Axis // International Journal of Astronomy and Astrophysics, 2011, 1, 117-134. doi:10.4236/ijaa.2011.13017. http://www.SciRP.org/journal/ijaa.

40. Хайрер Э., Нёрсетт С.П., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. - М.: Мир, 1990. - 513 с.

41. Крутько П.Д., Максимов А.И., Скворцов Л.М. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем - М.: Радио и связь, 1988. - 298 с.

42. Архипов С.А. Хронология геологических событий позднего плейстоцена Западной Сибири. Геология и геофизика, 1997, т. 38, № 12. - С. 1863-1884.

43. Hargreaeves R. Distribution of Solar Radiation on the surface of the earth and its dependence on astronomical elements. Trans. Cambr. Phil. Soc. 16, 1896.

44. Комаров И.А., Исаев В.С. Криология Марса и других планет Солнечной системы. - М.: Научный мир, 2010. - 232 с.

Размещено на Allbest.ru