Природа квазирегулярности катастрофических изменений климата и их влияние на биоразнообразие Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Природа квазирегулярности катастрофических изменений климата и их влияние на биоразнообразие Земли

Косарев А.В., инженер, член АН “Векторной энергетики” (общественная организация)

Введение

История климата на Земле за более чем три миллиарда лет существования органического мира изобилует фактами, периодически наступающих, драматических изменений, которые для живого носили катастрофический характер.

Если исходить из внешних космических и внутренних Земных условий эта ситуация может показаться не понятной. Стационарность орбиты Солнечной системы и её почти идеальная окружность, что с учётом вращения периферийных областей Нашей галактики как единого целого, говорит о стационарности положения Солнечной системы как по отношению к центру так и окружающих объектов галактики. Стационарность вращения Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси с практически неизменными характеристиками. Большой объём воды на Земле, что способствует аккумуляции энергии и, из-за большой теплоёмкости воды, исключаются её резкие колебания. Стационарность океанических течений, перераспределяющих тепло между экваториальной областью и приполярными областями. Так вот, исходя из этого климат на Земле, должен быть очень стабильным в пределах сезонных и суточных колебаний. Факты же говорят об обратном.

Так что же становилось источником катастроф при, казалось бы, благоприятных внешних и внутренних условиях для живого?

Природа климатических катастроф

Рассмотрим возможные связи между совокупностью, казалось бы, далёких друг от друга фактов и явлений, достаточно надёжно установленных к настоящему времени. Исследуем их взаимное влияние и, в конечном итоге, влияние на климат Земли.

1. Причины первой величины (испытание огнём)

Исследование группы учёных из Калифорнийского университета, опубликованное в мартовском выпуске журнала Nature за 2005 год, проводивших “анализ остатков ископаемых свидетельствует о том, что циклический процесс массового исчезновения видов на Земле повторяются каждые 62 млн. лет с точностью плюс-минус 3 млн. лет. Последний раз событие этого ряда - гибель динозавров. “У нас не осталось сомнений в наличии данного цикла, говорит профессор Джеймс Кишнер, который уже много лет занимается этой проблемой. - Хуже всего то, что мы до сих пор не можем установить причину катастроф, которые в прошлом приводили к массовой гибели динозавров и тысяч иных видов животных. Совершённое открытие - удивительное, неожиданное и необъяснимое”. Ричард Мюллер и его ученик Роберт Роде, авторы опубликованной в Nature статьи, выдвигают следующие возможные гипотезы. Во-первых, полагают они, периодическое прохождение Солнечной системы через одно из облаков газа в Галактике может вызывать резкие климатические изменения на Земле, несовместимые с существованием некоторых видов, сформировавшихся в других условиях. Во-вторых, Ричард Мюллер ещё двадцать лет назад предположил, что у Солнца может существовать спутник - карликовая звезда, которой он дал имя «Немезида». Каждые 62 млн. лет она приближается к нам на расстояние, достаточное, чтобы возмутить орбиты комет во внешней части Солнечной системы, так называемом облаке Оорта, и направить их во внутренние области Солнечной системы, подвергая нашу планету настоящей «бомбардировке». Правда, здесь тоже возникает множество сомнений - расчёты показали, что существование двойной системы с таким большим орбитальным периодом будет нестабильным. Согласно третьей гипотезе возможно наличие геофизического механизма неизвестной пока природы, периодически порождающего всплеск вулканической активности на Земле. Массовый выброс пепла может вызвать резкое и длительное снижение температуры со всеми вытекающими отсюда последствиями.

В своём исследовании учёные использовали список морских ископаемых организмов объёмом 560 страниц, составленный 14 лет назад известным палеобиологом из Чикагского университета Дж. Джоном Сепкоски - младшим. В них сам Сепкоски полагал, что цикличность развития морских организмов повторяется с периодичностью 26 млн. лет. Мюллер и Роде показали, что цикл 62 млн. лет проявляется несравненно более чётко, хотя и они отметили признаки наличия циклов с периодичностью около 140 млн. лет.” [14].

Первая из предлагаемых выше гипотез не выдерживает критики по причине того, что Галактика (за исключением её центральной части) вращается как единое целое, все входящие в неё компоненты вращаются практически с одинаковой угловой скоростью и периодом обращения вокруг центра Галактики равным 240-250 миллионов лет. Чтобы эта гипотеза работала необходимо иметь или четыре покоящихся на орбите Солнца вредоносных облака или это облако должно вращаться по орбите Солнца со скоростью строго в четыре раза меньшей, чем у Солнца. Цифра четыре появилась не случайно: если умножить 62 млн. лет на четыре, то получим 248 млн. лет, т.е. как раз период обращения Солнца вокруг центра Галактики. Отметим напрашивающуюся связь между периодом рокового цикла (62 млн. лет) и периодом обращения Солнца вокруг центра Галактики (240-250 млн. лет).

Недостатки второй гипотезы описаны выше. Что касается третьей гипотезы, то она представляется достаточно правдоподобной, но здесь необходима увязка данного механизма с периодическим движением Солнца вокруг центра Галактики. Трудно представить такую поразительную согласованность независимых процессов на столь огромных промежутках времени. В связи с этим заметим, что ещё в конце 19-го века французским геологом М. Бертраном было обращено внимание на совпадение длительности крупно масштабных тектонических циклов со временем обращения Земли и всей Солнечной системы по галактической орбите.

Существует множество гипотез и публикаций на подобную тему, особенно в связи с таинственной причиной гибели динозавров.

“Мы обязаны рассмотреть все мыслимые объяснения, чтобы понять причину этого таинственного и рокового цикла расцвета жизни на планете и последующей её гибели, считает г-н Мюллер. - Пока что это нам не удалось. И это нужно сделать немедля - хотя и не впадая при этом в панику”. [14].

Рис.1

Предлагаем вниманию читателя гипотезу, которая как, представляется автору, достаточно просто объясняет эту, казалось бы, мистическую цикличность. Гипотеза исходит из уже установленных фактов и закономерностей космологии, геофизики и метеорологии. Она основывается на факте ячеистой структуры Вселенной и теории тектоники литосферных плит. Суть идеи.

По современным представлениям вещество во Вселенной располагается не хаотично, а формируется в ячеистые структуры, подобие куба, ребро которого имеет величину порядка 100-300 миллионов световых лет. Причём всё вещество располагается в тонком (по космологическим меркам) слое граней ячейки. Внутри ячейки вещества нет, поэтому в английской литературе ячейки называются void - пустой. Подобная архитектура ячеек приводит через гравитационную конденсацию к образованию звёздных скоплений (сверхскоплений) трёх различных величин. Самые малые скопления (третьей величины) формируются в гранях ячеек. К одному из таких малых скоплений и относится наша Галактика. Факт зарождения жизни на краю малого скопления во многом связан с тем, что здесь существуют наиболее щадящие условия для жизни. Схема нашей ячейки, в плоскости грани которой, вращается в местном скоплении наша Галактика, изображена (без масштаба) на рисунке 1. На Рис.1 цифрами 1, 2, 3 и 4 отмечены скопления первой величины; латинскими буквами a, b, c, d отмечены скопления второй величины; 5 - центр нашей Галактики; 6 - Солнце; 7 - круговая орбита вращения Солнца вокруг центра Галактики; 8 - внешняя граница нашей Галактики. При вращении Солнца по орбите вокруг центра Галактики, Солнечная система четыре раза за оборот, с периодичностью в 62 миллиона лет, сближается со скоплениями первой величины и четыре раза со скоплениями второй величины, испытывая каждый раз усиление гравитационного воздействия звёздных скоплений.

Согласно базовой теории современной геофизики, теории тектоники литосферных плит, материки представляют собой огромные литосферные плиты способные под воздействием внешних сил совершать дрейф по Земной поверхности.

Так вот причиной рокового цикла Сепкоски - Мюллера - Роде являются приливные литосферные волны, возникающие под гравитационным воздействием звёздных скоплений, в период сближения. Точно также как возникают приливные волны в мировом океане под гравитационным воздействием Луны. [См. например, [13]].

Произведём обоснование и количественные оценки выше изложенного.

Рассчитаем величину силы, необходимую для того, что бы вызвать подвижки Земной поверхности при приближении Солнечной системы к звёздному скоплению. Предварительно напомним основные положения теории тектоники литосферных плит. “По астеносфере Земли перемещаются, как единый ансамбль, плиты литосферы - верхней, наиболее холодной, а поэтому твёрдой и хрупкой планетарной оболочки, включающей земную кору и часть мантии. Астеносфера - слой мантии, подстилающий литосферу и способный к вязкому или пластическому течению. Толщина литосферы меняется в широких пределах от единиц километров в рифтовых трещинах дна океана до 200 км и более под древними щитами и платформами материков. Крупных литосферных плит немного - всего 8 - 10. … Эти плиты все вместе занимают более 85% площади земной поверхности”. [16]. Для оценки величины силы, вызывающей подвижку литосферных плит, примем в рассматриваемой задаче наиболее жёсткие условия - сухое трение или трение скольжения. Для того, что бы литосферная плита пришла в движение, необходимо превышение силы притяжения плиты к скоплению над силой трения между литосферной плитой и подстилающей её мантией.

(1)

Силу притяжения определим из закона всемирного тяготения Ньютона:

(2)

В (2): [18] - гравитационная постоянная;- масса скопления 1-й величины, равная масс Солнца, [22];

Масса Солнца равна [18]; - масса литосферной плиты; - расстояние от скопления до Земли. Это расстояние определяем как расстояние от вершины до центра грани ячейки. Величину ребра ячейки принимаем в 200 млн. св. лет. Световой год равен [18].

Силу трения между плоскостью литосферной плиты и плоскостью подстилающей мантии определим по формуле:

(3). [17, формула 12.1].

В (3) - коэффициент трения. “Коэффициент трения, для умеренно жёстких поверхностей обычно меньший единицы.” [17]. Учитывая, что мы делаем оценки в рамках космологических масштабов и точности, то даже в случае изменений коэффициента трения в рамках от 0.1 до 10, значение =1 является хорошим усреднением; - нормальная сила, равная весу литосферной плиты. Вес литосферной плиты определяем по закону Ньютона:

(4).

В (4) - масса Земли [18]; - радиус Земли [18].

С учетом зависимостей (2), (3) и (4) запишем равенство (1). Равенство в (1) соответствует силе, с которой начинается подвижка литосферных плит.

(5).

Отметим тот факт, что в (5) масса литосферной плиты стоит в обеих частях равенства и сокращается. Это означает, что момент начала подвижки плит не зависит от массы плит. Этим и объясняется движение литосферных плит как единого ансамбля. Правда, это возможно при условии, что коэффициенты трения у всех плит одинаковы. Конечно, коэффициент трения локально по поверхности подошвы плиты может меняться в широких пределах, в зависимости от местных условий. Но с учётом больших размеров литосферных плит усреднение по поверхности выравнивает коэффициенты трения для больших плит.

Исходя из (5) вычислим значение коэффициента трения. Посмотрим, насколько вычисленное значение будет соответствовать условиям сухого трения, при которых коэффициент трения имеет значение близкое к единице.

(6)

Таким образом, в расчёте получена величина коэффициента трения в меньшая чем требуется по условиям задачи для обеспечения дрейфа литосферной плиты. Для того, чтобы получить коэффициент трения близким к единице необходимо в (6) принять массу скопления в большую чем принята сейчас по светимости звёзд в скоплении. Мы столкнулись с уже ставшей традиционной для космологии проблемой, проблемой скрытой массы (тёмной материи). Эта проблема возникает каждый раз, когда предпринимается попытка решения динамических задач на сверх больших расстояниях. Причём чем больше расстояние, тем разительнее разница между массой полученной по светимости звёзд и массой требуемой по динамическим уравнениям. Сошлёмся в этом вопросе на авторитет выдающегося астронома 20-го века Я.Э. Эйнасто и информацию, изложенную в [22]. Так для Солнечной системы, несмотря на продолжающиеся споры, убедительной разницы между видимой и скрытой массой не обнаружено. Для Галактик скрытая масса, полученная из динамических уравнений, в 10 раз превышает массу, полученную по светимости звёзд. Для звёздных скоплений это различие уже в 100 раз. Все попытки найти носителей скрытой массы, которые продолжаются в течение нескольких десятилетий, не дают результата. Для рассматриваемой нами задачи, в которой расстояния сравнимы уже с линейными размерами самых больших структур Вселенной, требуется скрытая масса в (в сто триллионов) раз большая, чем подсчитана по светимости звёзд. Поиск такой “скрытой” массы выходит за грань благоразумия.

“Но, может быть, нуждаются в уточнении законы физики? Именно такую возможность предложил рассмотреть американский астрофизик М. Милгром. Он предположил, что закон всемирного тяготения Ньютона справедлив лишь на “малых” расстояниях. Если расстояние между взаимодействующими массами достаточно велико, то сила взаимного притяжения будет обратно пропорциональна расстоянию не в квадрате, а в некоторой меньшей степени, которая при расстояниях, стремящихся к бесконечности, приближается к единице”. [22].

Вычислим выражение (6) для случая, когда расстояние в знаменателе будет в первой степени:

(6а)

На этот раз масса скопления оказалась в (в десять миллиардов) раз больше чем требуется по условиям задачи. Но в (6а) мы взяли формулу Милгрома для случая бесконечного расстояния. У нас же хоть и большое, но конечное расстояние. Согласно Милгрому в нашем случае расстояние в знаменателе (6а) должно быть в дробной степени, между двойкой и единицей. Найдём значение степени для расстояния в знаменателе (6), которое будет соответствовать условиям нашей задачи, то есть случаю, когда =1.

(7)

Прологарифмируем (7), определим из полученного логарифмического уравнения значение степени и вычислим: (8)

Отсюда уравнение Милгрома (закон всемирного тяготения), отвечающее условиям нашей задачи будет иметь вид:

(9)

В рассматриваемой задаче подход М. Милгрома с очевидностью предпочтителен.

Рис.2

Теперь, когда мы убедились, что на подходах М. Милгрома, рассматриваемая модель образования литосферных приливных волн может работать, рассмотрим процессы и события, которые ожидают Землю при приближении Солнечной системы к звёздному скоплению на критическое расстояние. Для звёздного скопления (сверхскопления) первой величины критическое расстояние на Рис.1 обозначено как , для скопления второй величины как . Схема, позволяющая уяснить эволюцию процессов и событий при приближении Земли к звёздному скоплению (сверхскоплению) на критическое расстояние, определяемое соотношением (1), изображена на Рис.2. Силы сдвига Земной поверхности, возникающие под действием сил притяжения звёздного скопления, стягивают литосферные плиты к единому полюсу. Назовём его литосферным полюсом. Литосферный полюс это точка на земной поверхности, через которую проходит линия, соединяющая центр Земли и сверхскопление. Сила сдвига в каждой точке земной поверхности определяется как проекция силы притяжения на касательную плоскость к поверхности Земли в данной точке.

(10).

В (10) определяется из (9); - угол между вектором силы притяжения к звёздному скоплению и касательной плоскостью в данной точке поверхности Земли. Сила сдвига меняется от нуля в литосферном полюсе и в диаметрально противоположной ему точке земной поверхности до максимального значения, в точках, где касательная совпадает с вектором силы притяжения. Совокупность точек земной поверхности, в которых силы сдвига имеют максимальное значение, назовём литосферным экватором. Это линия на поверхности земли, которая получается при пересечении плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно радиусу, соединяющему центр Земли и литосферный полюс. Литосферный экватор делит Земной шар на два полушария. Одно полушарие направлено в сторону звёздного скопления, другое, противоположное всегда направлено в сторону центра нашей Галактики.

Когда силы притяжения переходят некоторое критическое значение, происходит кольцевой разрыв литосферы в областях, примыкающих к литосферному экватору. Формируется мировая система рифтов и разломов, представляющая собой совокупность рифтовых долин срединно - океанических хребтов и внутри материковых рифтов, опоясывающих весь земной шар. (См. например, [3]). Рифты имеют линейно вытянутую (на несколько сотен и тысяч километров) щелевидную или ровообразную структуру растяжения земной коры, шириной от нескольких десятков до нескольких сотен километров, ограниченных разломами. Все литосферные плиты, охваченные кольцевым разрывом и обращённые к звёздному скоплению, стягиваются к литосферному полюсу. Этот полюс расположен в районе восточного Тибета. Наряду со стягиванием к Тибетскому литосферному полюсу, происходит на обратной стороне Земли, начиная от литосферного разрыва, сжатие Американского материкового пояса, в соответствии с закономерностями гравитационных приливных волн.

Расположение литосферного полюса между 30-й и 40-й параллелями обусловлено наклоном Земной оси к направлению действия силы притяжения звёздного скопления, стало быть к плоскости солнечной орбиты и плоскости Галактики. Причём по мере сближения с любым из 8-ми скоплений (см. Рис. 1), литосферный полюс всегда ориентирован на звёздное скопление. Положения литосферного полюса между параллелями может измениться только с изменением пространственной ориентации оси вращения Земли. Литосферный полюс в принципе мог бы сформироваться на любом меридиане между 30-й и 40-й параллелями. То, что он закрепился в районе восточного Тибета, носит случайный характер и вызвано характером распределения литосферных масс в начальный период формирования литосферы более 4-х миллиардов лет назад. Когда Земля давным давно начала остывать (а воздействие скоплений было и тогда), то возникали неравномерности в размерах островков остывшей и кристаллизовавшейся массы. Были и есть неравномерности и в вязкости подстилающего слоя. Всё это и привело к разности воздействий и обособлению литосферы в разных полушариях. Если за этот период менялось положение Земной оси, то это приводило к изменению положения литосферного полюса и по параллели и по меридиану, а Тибетский литосферный полюс имеет меньший возраст.

Стягивание литосферных плит к тибетскому полюсу вызывает явление спрединга (расширение ложа океанов) в рифтах и субдукцию (затягивание) холодных, а потому более тяжёлых океанических плит под континентальные литосферные плиты. Это приводит к сдавливанию внутренних областей мантии, что сопровождается выходом магмы в рифтовых трещинах и вызывает вулканическую активность в зонах субдукции. Время жизни океанических плит не превышает 100 - 200 миллионов лет, так как они погружаются и растворяются в континентальной мантии. Континенты, хотя и растут и меняют свою форму, но существуют на поверхности Земли на протяжении 3 - 4 миллиардов лет. Таким образом, примерно за один галактический год литосферное ложе океанов сменяется полностью. Если мы посмотрим на горные системы Евразии, то они имеют ясно выраженную тенденцию кольцевыми дугами опоясывать Тибет. Такую же картину даёт карта напряжений земной коры [5].

Сейсмические пояса восточного полушария охватывают Тибетский полюс. С востока Китайский сейсмический пояс и далее Российский дальний восток, обусловлены притяжением тихоокеанской литосферной плиты. Сейсмический пояс Юго-восточной и Южной Азии вызван движением Индо-австралийской плиты. Западный сейсмический пояс Южной Европы и Кавказа - притяжением к литосферному центру Африки. Северный сейсмический пояс Средней Азии и юга Сибири вызван притяжением северных литосферных масс Евразии к Тибету. Необходимо отметить, что напряжения в литосфере суммируются и нарастают в направлении к литосферному полюсу, что и вызвало общее горное поднятие в этой области Земли и сформировало сейсмические пояса. Суммированное напряжение, в области сейсмических поясов начинает превосходить предел прочности литосферных плит, что и приводит к землетрясению. По мере приближения к звёздному скоплению не исключена ситуация, когда после определённого порога начнётся общая непрерывная подвижка литосферных плит.

Необходимо обратить внимание на периодический (с периодом земных суток) характер воздействия сил тяготения звёздных скоплений, который вызван вращением Земли вокруг своей оси. С одной стороны этот факт вроде бы снижает силовое воздействие, с другой периодические нагрузки могут способствовать снижению коэффициента трения и тем самым усиливать воздействие. Может возникнуть вопрос, а почему Солнце и центр Галактики оказывающие на Землю гораздо более сильное гравитационное воздействие не вызывают подвижки земной поверхности? Ответ достаточно прост. Эти воздействия уравновешиваются центробежными силами, вызванными круговым вращением и Земля испытывает по отношению к Солнцу и центру Галактики невесомость, так же как космонавт на орбите Земли. Так же как Луна, вызывая приливные океанические волны на Земле, сама по отношению к Земле находится в невесомости. По отношению к звёздному скоплению ни Галактика, ни Солнечная система, ни Земля не совершают кругового движения и поэтому воздействие скоплений не скомпенсировано. Мы уже отмечали, что всего при движении по орбите Солнца Солнечная система за один оборот испытывает 4-е воздействия скоплений 1-ой величины с периодичностью в 62 миллиона лет и 4-е сверхскопления 2-й величины, которые протекают в промежутках между первыми. Так, что Сепкоски тоже прав, указывая на более частую периодичность катастроф.

Отметим один аномальный момент в форме кольцевой мировой линии рифтов наблюдаемый возле Северного полюса. (См. Рис.2 или [3]). Казалось бы, что рифтовая трещина должна проходить не с Российской стороны полюса, а с другой стороны, со стороны Канады. Это можно объяснить воздействием центробежных сил, вызванных вращением Земли вокруг оси. Центробежные силы ослабляют притяжение скоплений и силы сдвига на Канадской стороне и усиливают на Российской.

Обратим также внимание на различие в воздействии сил скоплений в восточном и западном (условно) положении литосферной плиты при вращении Земли. На западе вектор силового воздействия совпадает с вращением, а на востоке обратно направлен. В результате воздействие на востоке на разрыв подстилающего слоя больше чем на западе. Этим можно объяснить значительное различие в величине ложа Тихого и Атлантического океанов. Это также способствует к сбиванию литосферных плит в группу.

Предложенная модель подвижки литосферных плит позволяет объяснить возникновение аморфной астеносферы в теле кристаллической мантии и подтверждает предположение о природе магматических процессов, вызванных плавлением вскипанием кристаллического мантийного вещества при возникновении трещин в теле мантии под воздействием напряжения и как следствие резком снижении пластового давления в трещинах. Астеносфера, из-за суточных возвратно-поступательных силовых воздействий звёздных скоплений (по причине вращения Земли), постоянно находится с состоянии образования в её теле трещин и вскипания (магмообразования). Этот процесс и приводит к вязкости и аморфности вещества астеносферы. Астеносфера видимо не только по физическому состоянию, но и по химическому составу отличается от верхних и нижних соседних слоёв мантии. Плавятся и вскипают при падении пластового давления в трещинах в первую очередь породы из легкоплавких элементов. Они с повышенным процентным соотношением и должны присутствовать в астеносфере.

Когда Солнечная система приближается к звёздному скоплению на кратчайшее расстояние и силовое воздействие гравитационного поля скопления становится максимальным, то для обитателей Земли наступает период самых суровых условий для существования. Происходит практически непрерывная серия сильных разрушительных землетрясений, горообразования и активная вулканическая деятельность, сопровождающаяся выбросом огромных масс пепла и газов. Рифтовые трещины океанов раскрываются до огромных площадей. Обнажившееся раскалённое внутреннее вещество Земли вызывает разогрев океанов до высоких температур, несовместимых с жизнью (за исключением, быть может, термальных бактерий) на огромных площадях океанов. Перегрев воды вызывает, с одной стороны, таяние ледников и затопление огромных площадей суши, с другой приведёт к интенсивному испарению воды и вызовет непрерывные ливни, которые будут вызывать постоянные наводнения и оползни, смоют плодородный почвенный слой. Напряжения и деформации земных недр вызовут выброс на поверхность Земли огромных масс природного газа и нефти. Это приведёт к их неизбежному возгоранию. Наряду с интенсивной вулканической деятельностью, это может вызвать критические изменения в составе атмосферы, в том числе приводящие к парниковому эффекту. С учётом того, что этот период будет достаточно длительным (возможно сотни тысяч, а то и миллионы лет), то по совокупности воздействий создаются условия не совместимые с органической жизнью.

Но это ещё не все испытания, которые выпадают на долю органического мира в этот период. С периодами тектонической активности совпадают импактные события, т.е. метеоритно-астероидно-кометные бомбардировки поверхности Земли. Американские исследователи Д. Эбботт и Э. Айсли провели статистический анализ распространения во времени как импактных событий так и проявлений тектонической и вулканической активности. Авторы получили коэффициент корелляции между этими явлениями, равный 0,9, и между наиболее интенсивными явлениями - 0,97. Отсюда следует, что временную связь между этими феноменами можно теперь считать доказанной. Эбботт и Айсли показали, что для последних 250 млн. лет периодичность метиоритно-астероидно-кометных бомбардировок Земли и кореллирующей с ними тектонической активности составляет 32-36 млн. лет, т. е. она отвечает циклам Штиле. Но каковы их причинно-следственные соотношения? [19]. Существует гипотеза А.А. Баренбаума. “Согласно ей, наша Солнечная система при своём обращении по галактической орбите периодически пересекает струйные потоки кометного вещества, исторгаемые из центра галактики. Всё это, разумеется, весьма гипотетично, но пока ничего лучшего не придумано”.[19].

В свете выше изложенного о механизме и периодичности тектоники литосферы, гипотеза Баренбаума о периодичности импактных событий и выявленная Эбботт и Айсли корелляция между этими явлениями, достаточно просто объясняются. Оба эти явления вызываются гравитационным притяжением сверхскоплений при приближении к ним Солнечной системы, что и объясняет корелляцию. Механизм тектонической активности был объяснён ранее. Объясним механизм импактных событий.

Самыми многочисленными макроскопическими объектами галактики являются метеориты, астероиды и кометы. Мириады их движутся вокруг своих центров притяжения. Многие из них являются слабосвязанными системами, движущимися по вытянутым эллиптическим орбитам. Под каким - либо дополнительным силовым воздействием эти тела ещё более удлиняют эллипсы своих орбит или даже отрываются от своих первоначальных центров связи и переходят на гиперболические орбиты в связи с законами небесной механики. Наибольшее стороннее силовое воздействие на эти тела возникает, когда они в своём вращении сближаются со сверхскоплениями. Таких зон сближения восемь по числу сверхскоплений.

В этих зонах и формируются постоянные струйные течения Баренбаума. На Рис.1 зоны струйных течений отмечены тёмными полосами. В этих зонах метеориты, астероиды и кометы, находящиеся во внутренних по отношению к Солнечной орбите областях галактики, начинают вытягиваться за пределы Солнечной орбиты или даже свободно двигаться в сторону сверхскопления по траекториям гипербол различной формы. Повторяю, в этих зонах существуют постоянные потоки метеоритного, астероидного и кометного вещества. И когда Солнечная система при своём круговом движении вокруг центра галактики входит в одну из зон потоков Баренбаума, то на Земле и других телах Солнечной системы резко возрастают импактные события. Происходит это восемь раз за галактический год, т.е. через 31 - 32 млн. лет. Синхронно с тектонической активностью. Сейчас на Земле открыто более 150 кратеров от падения астероидов диаметром от 300 до 600 км. Однако это видимо малая толика от реальной картины.

Большая часть поверхности Земли покрыта океанами, на суше атмосферные явления и живая природа так же скрывают со временем следы импактных событий. Но реальную картину воздействия на Землю импактных событий можно оценить, если посмотреть на снимки поверхности Луны. Поверхность Луны за миллиарды лет испещрена импактными воздействиями. Плотность этих воздействий на поверхность Земли сопоставима с лунной картиной. Наиболее плотными являются четыре потока Баренбаума, в сторону сверхскоплений первой величины.

Совместное воздействие тектонической, вулканической и импактной активности создают непреодолимые трудности для большинства видов органической жизни.

Самый спокойный период для обитателей Земли от геологических потрясений наступает на участке Солнечной орбиты между звёздными скоплениями. После ослабления силового воздействия скоплений, некоторый видимо также достаточно длительный период ещё происходят подвижки литосферных плит в обратную сторону, от тибетского полюса к литосферному экватору. Это тоже особенно на ранних стадиях, неспокойный период. Об этом мы скажем во второй части ниже. Затем всё успокаивается и происходит новый расцвет жизни. Но до этого нам ещё далеко. Учитывая, что океаническая плита полностью затягивается примерно за 200 миллионов лет, то есть за семь периодов притяжения и при этом перемещается на многие тысячи километров, учитывая, что основные подвижки происходят при прохождении скоплений 1-й величины, а на периоде отхода от скопления имеет место обратная подвижка и длительный период покоя, то факт раскрытия сегодняшних рифтов на десятки и сотни километров, говорит о том, что мы только входим в стадию нарастания литосферной подвижности. И в ближайшее по геологическим масштабам время нужно ожидать только усиления этих процессов, в том числе импактов. Уже сейчас отмечается увеличение скорости подвижки литосферных плит и усиление тектонической активности. Будет нарастать частота землетрясений, а магнитуда землетрясений видимо не будет превосходить тех максимумов, что наблюдались до настоящего времени. Максимальная величина магнитуды определяется пределом прочности литосферных плит, а он ограничен и нет оснований говорить о его возрастании. К тому же говоря о нарастании частоты землетрясений мы должны иметь в виду, что это геологические процессы и масштаб времени соответствующий, при котором 100 лет величина пренебрежимо малая. Настораживает ещё такое обстоятельство. Во время одной из самых разрушительных катастроф, катастрофы пермского периода (около 250 млн. лет назад) с лица Земли исчезло более 85% всего живого. [19]. 250 млн. лет это период обращения Солнца вокруг центра Галактики и мы сейчас приближаемся как раз к тому месту на орбите, которое соответствует пермскому периоду. Чем можно объяснить, что именно положению пермского периода на галактической орбите Солнца соответствуют наибольшие потрясения? Видимо, наша Галактика расположена на периферии местного скопления, не симметрично по отношению к звёздным скоплениям нашей ячейки. То скопление, которое ближе всего к нашей Галактике и вызывает пермский период.

Для человечества наступающее явление уникально, так как мы его встречаем впервые. Для планеты Земля, у которой древнейшие горные породы насчитывают возраст порядка 4-х млрд. лет и для Солнечной системы в целом это явление происходило более сотни раз. А для нашей Галактики это рядовое космическое явление. При вращении Галактики, 4-е её сектора постоянно испытывают воздействие скоплений 1-й величины и 4-е сектора испытывают воздействие скоплений 2-й величины. Это постоянно бегущие по нашей Галактике волны силового воздействия при её вращении. (См. Рис.1). Надо заметить, что это явление универсально для космологии, так как протекает во всех гранях ячеек, образующих Вселенную.

2. Причины второй величины (из огня да в полымя)

Выше мы описали события, которые по характеру воздействия на живое можно образно охарактеризовать, как испытание огнём. Теперь попытаемся объяснить причины периодических похолоданий в промежутках между зонами силового воздействия сверхскоплений.

Прежде всего отметим, что несмотря на мощное силовое воздействие, способное сдвигать континенты и изменять орбиты космических тел, непосредственное энергетическое воздействие сверхскоплений на Землю слабо, чтобы изменить климат. Кинетическая энергия подвижек литосферы для этого слишком слаба. Достаточно мощное выделение энергии при импактном событии, тоже не вызовет перегрев атмосферы, потому что эти явления относительно редки и атмосфера после каждого события достаточно быстро восстановит свои прежние характеристики. Возможный перегрев атмосферы здесь связан с геофизическими явлениями: выделение тепла мантии при вулканической активности и при раскрытии кольцевой системы рифтов. Возможен также перегрев, связанный с парниковым эффектом при интенсивной вулканической деятельности. Солнечная активность видимо слабо зависит от силового воздействия сверхскоплений.

Солнечный термоядерный реактор работает в условиях мощного гравитационного сжатия Солнечной массы, которое просто не сопоставимо с притяжением сверхскоплений. Тем более, что сейчас мы рассматриваем климатическую ситуацию на Земле в период между воздействием сверхскоплений. В этот период весь поток энергии, влияющий на климат Земли, поступает от Солнца. Этот поток практически постоянен во времени. Интенсивность солнечного излучения постоянна (для климатических задач), Земля имеет форму шара и движется практически по круговой орбите. Есть суточные и сезонные колебания температуры, связанные с вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, но общий поток тепла, получаемый Землёй, от этого не меняется. Тогда что же приводит к периодическим похолоданиям?

В [7] описан механизм формирования стационарной картины океанических течений, играющих решающую роль в переносе экваториального тепла в полярные широты. Если поток солнечной энергии на Землю постоянен, то периодические похолодания, надвигающиеся из полярных широт, должны быть связаны с периодическим характером механизма переноса тепла из экваториальной области в полярные широты.

В [7] так же высказано предположение о влиянии волн Россби на меандрирование струйных потоков и, в конечном счёте, на интенсивность переноса к полюсам экваториального тепла. Остановимся на этом подробнее. Сначала о формировании волн Россби. Мы связываем возникновение волн Россби с явлением, относящимся к суточному вращению Земли, с явлением нутации Земной оси, периодическим отклонением оси вращения от оси симметрии. В [4] отмечается, что “кроме медленного прецессионного движения ось вращения Земли испытывает и периодические колебания, нутацию с гармониками, основные из которых имеют периоды 13,7 суток, 27,6 суток, 6 месяцев, 1 год, 18,6 лет. Гармоника с периодом 18,6 лет имеет максимальную амплитуду 9". Остальные нутационные гармоники имеют меньшие амплитуды. В результате нутационного движения ось вращения описывает сложные петли в пространстве”.

В [11] приводится такая информация: “… период нутации равен примерно 440 дням, что обусловлено, по-видимому, неабсолютной жёсткостью Земли. Максимальное расстояние точки земной поверхности, через которую проходит ось вращения, от точки через которую проходит ось симметрии, на северном полюсе не превышает 5 метров”. Периодические колебания Земной оси вызывают раскачку воды в морях и океанах, которая проявляется в виде стоячих волн Россби. Нутационные колебания Земли с выше отмеченными частотами - это колебания вынуждающей силы по отношению к водной подсистеме, имеющей собственный спектр колебаний.

Этот собственный спектр зависит от многих причин: глубины и протяжённости водного пространства, рельефа дна и береговых линий, плотности, температуры и т.п. Так вот на собственных частотах, резонирующих с колебаниями Земной оси, происходит накачка нутационной энергии в колебательную энергию стоячих волн Россби. Отличительной особенностью стоячих волн является их большая устойчивость в сравнении с бегущими волнами, т.е. меньшее рассеяние плотности накопленной энергии.

Отметим, что накопление энергии стоячими волнами Россби связано с теми же свойствами воды, что и накопление гидростатической энергии в меридиональной береговой полосе океанов. Это свойства относительной автономности от земной коры, большая инертность (масса), большая текучесть и упругость. Именно эти свойства убеждают нас в том, что волны Россби являются стоячими, а не бегущими волнами. Бегущие волны с длиной волны в 400 км. должны обладать огромной энергией, а значит и амплитудой, чтобы существовать длительное время. При наблюдаемых амплитудах волн Россби, бегущие волны рассеялись бы очень быстро. Стоячие волны могут колебаться с любой амплитудой.

На основе стоячей природы волн Россби легко объясняется меандрирование струйного потока и квазипериодическая пульсация его скорости. Когда на пути струйного потока возникает холм (полуволна) волны Россби, то поток замедляется и скатывается влево или вправо от своей оси, огибая полуволну - холм. При огибании и возникает меандрирование. В дальнейшем, когда струйный поток попадает во впадину волны Россби он ускоряется. Учитывая, что скорость струйного потока и характеристики стоячей волны (длина волны, амплитуда, положение волны по отношению к направлению скорости потока) носят случайный характер и приводит к квазипериодической пульсации скорости потока и непредсказуемости характера меандр.

Исходя из связи меандрирования Гольфстрима (и других струйных течений океанов) с интенсивностью волн Россби, можно высказать такое предположение о причине периодических похолоданий на Земле. Земля периодически проходит через такие нутационные полосы частот своего вращательного движения, при которых создаются условия для формирования особо интенсивных волн Россби. Это приводит к формированию большого количества меандр на пути потока Гольфстрима и тем самым удлиняется его путь и снижается интенсивность поступления экваториального тепла в северные широты. Наступает похолодание. После прохождения определённой полосы частот, климат теплеет. Приведём такой численный пример. Рассмотрим один килограмм воды, который перемещается от экватора к Европе со скоростью 2,5 м/сек., (максимальная скорость Гольфстрима). При этом он имеет на экваторе температуру в 30 градусов по Цельсию, а у берегов Европы охлаждается до 10-ти градусов, передавая тепло атмосфере. Внутренняя тепловая энергия, переданная за счёт охлаждения, составит величину: . Кинетическая энергия 1-го килограммы воды, при движении как единое целое составит: ; Мы видим, что кинетическая энергия общего переноса почти в 10000 раз меньше тепловой энергии, которая переносится за счёт переноса массы воды. Основное поступление энергии, связанное с течением Гольфстрима и определяющее климат Европы, обеспечивается массовым перебросом тепловой энергии от экваториальной области к Европе. Если за счёт увеличения меандрирования Гольфстрима протяжённость течения увеличится, скажем, в два раза, то в два раза уменьшится и массовый переброс тепловой энергии во времени. Это приведёт к похолоданию.

Отчего же зависит нутация Земной оси и что способствует периодичности нутационных изменений. Сошлёмся на статью С.М. Тарга из [18]. “Нутация - происходящее одновременно с прецессией движение твёрдого тела, при котором изменяется угол между осью собственного вращения тела и осью, вокруг которой происходит прецессия. Этот угол называется углом нутации. У гироскопа (волчка), движущегося под действием силы тяжести P, нутация представляет собой колебания оси гироскопа, амплитуда и период которых тем меньше, а частота тем больше, чем больше угловая скорость его собственного вращения . При больших амплитуда и период нутации приближённо равны:

, ;

где и - пределы изменения угла нутации , - расстояние от неподвижной точки до центра тяжести, - момент инерции гироскопа относительно его оси симметрии, - момент инерции относительно оси, перпендикулярной к оси симметрии и проходящей через неподвижную точку. Под нутацией гироскопической системы (механической системы, содержащей гироскоп) понимают то периодическое изменение углов, определяющих положение системы, которое происходит с малыми амплидудами и большими частотами. Из-за наличия сопротивлений (трения) нутационные колебания довольно быстро затухают, после чего гироскоп (или гироскопическая система) совершает чисто прецессионное движение”.

Земля при своём суточном вращении представляет собой гироскоп и в первом приближении может описываться выше написанными формулами для гироскопа. В формулах: - угловая скорость суточного вращения, P- суммарное гравитационное воздействие тел солнечной системы на Землю. Неподвижным является южный полюс, северный полюс оси вращения совершает прецессионное и нутационное движение. Из зависимостей, описывающих нутацию гироскопа видно, что амплитуда нутации () и частота нутации () зависят от нескольких переменных величин:

а) - угловая скорость суточного вращения Земли постоянно снижается. Это принято объяснять влиянием приливных волн, возникающих под гравитационным воздействием Луны;

б) P - суммарное гравитационное воздействие на Землю. Зависит от взаимного расположения планет при их орбитальном движении, от равномерного распределения до парада планет. Причём картина расположения планет носит периодический характер;

в) Моментов инерции Земли, которые зависят от положения литосферных плит.

В период сближения со сверхскоплением форма Земли сильно искажается в сравнении с обычной формой, что приводит к изменению моментов инерции. Не исключено, что после прохождения периода силового воздействия сверхскопления, на Земле возникает сильная болтанка из-за повышенной нутации, связанной с изменением формы. Это разрушает стационарную картину океанических течений и конвейер по переносу экваториального тепла в арктические широты. Видимо, с этим связаны великие похолодания, когда ледники приближаются к экваториальным широтам. При этом снижается ещё и тепловосприятие Солнечного тепла, так как ледники отражают Солнечный свет. Самые великие похолодания отвечают точке Солнечной орбиты, соответствующей пермскому периоду, т.е имеют периодичность галактического года.

В промежутках между великими похолоданиями возникают менее губительные похолодания, вызванные периодически изменяющимся гравитационным воздействием планет Солнечной системы. Длительность ледниковых периодов зависит в периоды великих похолоданий в первую очередь от восстановления формы Земли. Периоды промежуточных похолоданий зависят от скорости затухания нутаций. Так как тормозящее воздействие связано с трением поверхности Земной коры с водой и воздухом, то оно достаточно слабое. Это и способствует длительности ледниковых периодов. После затухания нутаций восстанавливается интенсивность переноса тепла в полярные широты струйными течениями и наступает потепление. Можно предположить, что периодическое гравитационное воздействие планет Солнечной системы приводит за тёплый период к постепенному накоплению нутационной энергии до определённого барьера, после которого энергия торможения нутации начинает превышать энергию накачки. Это приводит к снижению нутационной энергии и волн Россби. Соотношения накачки и затухания и вызывают периодичность и длительность периодов похолодания и потепления.

Видимо наиболее сильное воздействие на меридиональное перемещение масс воды Гольфстрима (и других струйных течений) и соответственно тепла, на их торможение оказывают более короткие длины волн Россби и соответственно с большей частотой.

жизнь тектоника сверхскопление вселенная

Заключение

Цикличность подвижки литосферных плит и цикличность импактных событий, а также цикличность энергетической активности волн Россби, приводят к квазирегулярной картине климатических катастроф на Земле от перегрева среды обитания до вымерзания всего живого.

Амплитуда и частота нутации (а значит и амплитуда и частота волн Россби, как отклик на нутацию Земной оси) есть функция частоты вращения Земли вокруг своей оси, прецессии Земной оси, от парада планет, определяющих колебания силового воздействия на Землю, от моментов инерции Земли, зависящих от формы Земли и распределения масс. Совокупность этих периодических факторов приводит к квазипериодическим изменениям амплитуды и частоты нутации. Это в свою очередь порождает энергетическую активность волн Россби, которые блокируют поступление экваториального тепла, переносимого океаническими течениями, в полярные широты.

Вода, колыбель жизни, в тоже время предъявляет жёсткие требования к живым организмам, формируя непреодолимые барьеры для слабых и не вписывающихся в конечную цель биологической эволюции.

Литература

1. Бондаренко А.Л. Гольфстрим: мифы и реальность. (Материал с сайта “Морской Интернет-клуб”).

2. Борисов П.М. Может ли человек изменить климат. - М.: “Наука”, 1970г., 192с.

3. Географический энциклопедический словарь. М.:Советская энциклопедия, 1989г.- 592с.

4. Жаров В.Е. Нутация неупругой Земли.

5. Короновский Н.В. Напряжённое состояние земной коры. // Соросовский образовательный журнал, №1, 1997г., с. 50 - 56.

6. Косарев А.В. Эффект вырождения результирующего импульса - ключ к пониманию динамики кооперативных потоков.

7. Косарев А.В. Океанические течения - следствие суточного вращения Земли.

8. Косарев А.В. Ячеистая структура Вселенной, её происхождение, роль в формировании звёздных скоплений, влияние на планету Земля.

9. Косарев А.В. Природа рокового цикла Сепкоски-Мюллера-Роде.

10. Косарев А.В., Косарев Н.А. Гипотеза о происхождении ячеистой структуры Вселенной и формирование звёздных скоплений. Научные труды 9 Межвузовской Российской научной конференции “Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах”, Балаково, Из-во СООО “АН ВЭ”, 2007г., с. 123-132.

11. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. - М.: “Оникс 21 век”, “Мир и Образование”, 2003г., 432с.

12. Пантелеев В.Л. Теория фигуры Земли. Курс лекций. МГУ, физический факультет. Москва, 2000г.

13. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 1, Механика. М.: Наука, 1979г., 520с.

14. Скорую гибель человечеству пророчат окаменелости? Новости Cnews, от 17.03.05г.

15. Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1989г. - 1632с.

16. Ушаков С.А. Тектоника литосферных плит: от гипотезы к фундаментальной геологической теории. Международный ежегодник “Будущее науки”, выпуск 19. - М.: “Знание”, 1986г., с. 166 -181.

17. Фейнман Р. И др. Фейнмановские лекции по физике. Т-1 и 2.- М.: Мир, 1977г. - 440с.

18. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983г. - 945с.

19. Хаин В.Е. Разгадка, возможно, близка. О причинах великих вымираний и обновлений органического мира. // Природа, №6, 2004г.

20. Харитонов Д.Г. Основные океанические течения.

21. Шимбалёв А.А. Атлас звёздного неба. Под ред. И.А. Малевича. - М.: АСТ, Мн.: Харвест, 2006г. - 320с.

22. Эйнасто Я.Э., Яанисте Я.А. Сказание о “скрытой массе”. Международный ежегодник “Будущее науки”, выпуск 19. - М.: “Знание”, 1986г. с. 151 - 165.

Размещено на Allbest.ru