ЗА ИЗМЕНЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА В МАСШТАБАХ СОТЕН И ТЫСЯЧ ЛЕТ ОТВЕТСТВЕННО МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

 

 Гипотеза

С конца 2019-го года руководители европейских стран начали проявлять озабоченность относительно изменения климата. Не принимая во внимание, что антропогенные выбросы являются лишь одним из факторов, которые влияют на климат. Является ли он доминирующим – вопрос, в ответе на которых ученые (и даже политики – см. заявления полностью отрицающего такое влияние Президента США) расходятся. Но на протяжении не только сотен тысяч лет существования homo sapiens как рода и вида, но даже человеческой истории, о которой сохранились письменные свидетельства, климат менялся неоднократно. Изменения климат на несколько лет (можно объяснить объяснялось выбросами в атмосферу пепла при катастрофических извержениях вулканов. Однако физическая природа изменений климата в масштабах сотен и тысяч лет остается неясной. Между тем ее понимание исключительно важно. Человечество живущее в больших городах и деревнях, на экваторе и за полярным кругом, в степях и горах должно быть готово к изменениям климата независимо от причины, которая эти изменения вызвала.

Перечислим основые изменения климата начиная с каменного века до наших дней, которые антропоморфными факторами вызваны не были.

• Примерно 17 тысяч лет до нашей эры ледниковый период закончился, Льды арктики и антарктики начали таять, Гольфстрим восстановился. В Европе и Америке стали снова произрастать смешанные леса, а ближе к экватору тропики и субтропики. Примерно пять-десять тысяч лет после ледникового периода уровень моря продолжал подниматься.
• За 6200 лет до н.э. Северной Америке ледяные барьеры растаяли. Вода затопила громадные площади. Приток холодной воды в Атлантическом Океане охладил Гольфстрим, который перестал согревать Европу. Талая вода с Северной Америки вновь (как после ледникового периода) подняла поверхность воды более чем на сто метров. В результате глобального наводнения (вода поднялась на ~100 метров) оявились муссоны, орошавшие земли в сотнях километров от океана и моря.
• Субтропические муссоны В Африке дули “всего лишь” тысячи лет, после чего плодородная Саванна Сахара превратилась в пустыню. Примерно в то же время в Китае возникла пустыня Та́кла-Мака́н, вЮжной Африке на территориях современных  государств Ботсвана, ЮАР и Намибия  пустыня Калаха́ри.
• Сталагмиты и сталактины показывают, что в бронзовом веке климат вновь изменился, став более засушливым. Сокращение осадков, выпадавших в Средиземноморье, произошло примерно в 1200 году до н э. А результате стало сухо и холодно.
• Затем на несколько сот лет произошло глобальное потепление. Однако к началу Новой Эры от Р.Х. Гольфстрим снова остыл.
• Весной 536ого года извержение вулкана Илопанга на территории Сальвадора оставило после себя кратер диаметром 17 . Выброс шлаков и пыли в атмосферу вызвал похолодание во всем мире на полтора года.
• Новое потепление, из-за которого деревья снова стали расти на высоте более 2000 метров, а пшеницу можно было выращивать даже в горах, началось около тысячного года н.э. .
• Во второй половине 13 века в Европе опять наступило похолодание, которое было, возможно, порождено цепочкой извержений вулканов начиная с Тихоокеанского огненного кольца. Извержения начались в Индонезии, затем извергаться стал сицилийский вулкан Этна, а после них произошло извержение вулкана в Исландии.
• Всемирное похолодание сменилось потеплением, продолжавшимся несколько сот лет.
• В 1815 году в Индонезии начал извергаться вулкан Томбора. Пепел окутал планету густой пеленой, из-за которой на всех континентах началось очередное похолодание.  Однако спустя примерно 35 лет, началось потепление, совпавшее с промышленной революцией, но не определенное ею.

Как видим, на протяжении последних примерно десяти тысяч лет климат земли менялся неоднократо, и причиной этих изменений антропогенный фактор быть не мог. Однако что именно определяло изменения климата в масштабах сотет и тысяч лет, почему наступали ледниковые периоды и периоды таяния льдов, глобальное потепление и глобальное похолодание?

Книга Экклесиаста констатирует: “Все реки текут в море, но море не переполняется: к тому месту, откуда реки текут, они возвращаются, чтобы опять течь.” Вопрос:  почему в природе имеет место гомеостазис, то есть поддержание динамического равновесия посредством саморегуляции, Экклесисастом не ставится. Он просто констатирует факт, причина которого абсолютно неясна. Что именно поддерживает в природе климат, меняющийся в течение года, но на протяжении десятков и сотен лет остающийся неизменным? Какие процессы определяют изменение климата на протяжении веков и-или тысячелетий? Вопросы не только фундаментальные, но ставшие актуальными. Ответы на которые для выживания человечества и стратегии его развития являющиеся крайне важны.

 

Стационарные решения дифференциальных уровнений в математике встречаютсе реже, чем нестационарные, включая и колебательные. Поэтому периодичность смены ледниковых периодов и периодов таяния льдов сама по себе удивления у физиков не вызывает. Скорее удивительна стационарность глобального климата в больших временных масштабах.

В Главе 41ой книги Бытия Иосиф говорит фараону: “В земле египетской наступают семь лет великого изобилия,  а за ними последуют семь лет голода”. Дело происходило во времена Среднего Царства Египта, в эпоху, память о времени, когда саванна Сахара превратилась в пустыню, была свежа, и изменения климата волновали примерно так же, как вдруг взволновали интернет и руководителей государств. Однако уже тогда понимали, что климат может измениться на несколько лет, после чего вернется на круги свои, а навсегда. О возможном изменении климата в масштабах столетий, скажем, если зы за ста плодородными годами последово пара веков засухи, в ветхозаветные времена даже не помышляли.

Предсказание Иофиса было основано на трактовании сна. За прошедшие с Библейских Времен три тысячи лет понимание причин изменения климата увеличились незначительно.

Какие физические процессы могут быть ответственны за изменения климата? В масштабах десятков миллионов и более лет таковыми безусловно являются движения материков. За изменения климата в масштабах нескольких лет могут быть ответственны изменения активности солнца и извержения вулканов. Причины изменений климата в масштабах веков остаются неведомы и неисследованы.

Никем не показано, что климат  в масштабах столетий должен быть стационарным. Чередование ледниковых периодов и периодов потеплений может являться частью  колебательного процесса, физику и геофизику которого необходимо понять.

Строгой периодичности в изменениях климата, если бы опеределяющее их решение соответствующих уравнений было бы колебательным, не наблюдается. Поэтому естестенно  обратиться поиску к физических процессов, которые ответственны за изменения климата,
Кандидатов не так уж много.

1 Изменение активности солнца в масштабах столетий и тысячелетий. Наиболее известен и лучше всего изучен солнечный цикл с длительностью около 11 лет («цикл Швабе»). Выделяют также удвоенный цикл Швабе длиной около 22 лет (так называемый «цикл Хейла»), имея в виду, что состояние глобального магнитного поля Солнца возвращается к исходному через два полных 11-летних цикла. То есть циклы Хейла и Швабе определяются магнитным полем Солнца. В поведении солнечной активности имеются также гораздо менее выраженные циклы большей длительности: например, «цикл Гляйсберга» с периодом около одного века, а также сверхдлинные циклы длиной в несколько тысяч лет. Таким образом, изменения климата на Земле в масштабах сотен лет в принципе могут определяться циклом солнечной активности. Однако такие циклы пока изучены недостаточно, чтобы делать научные выводы о их влиянии на земной климат. Пока это только одна из гипотез.

2 Изменение орбиты Земли. Земная орбита теоретически могла бы меняться под влиянием притяжения к другим планетам Солнечной Системы. Однако ни теоретических, ни экспериментальных данных о существенном изменении земной орбиты под влиянием тяготения –в настоящее время нет. Поэтому данную гипотезу можно рассматривать как чистую спекуляцию.

3 Прецессия земной оси. Прецессия процесс, который наблюдал каждый, вращая волчек. Полный цикл земной прецессии (согласно Википедии) составляет около 25 765 лет и ответственной за изменения климата в масштабах столетий прецессия земной Оси не может быть.Кроме того, в результате прецессии меняется освещенность северного и южного полушарий, когда льды таят на северном полюсе, они наращивались бы на юге, и наоборот. Однако ледниковые периоды и потепления проходили по всей земле.

4 Изменения магнитного поля земли. При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами, и стрелка компаса начинает показывать противоположное направление. Предположительно, последний раз инверсия магнитных полюсов произошла около 780 тысяч лет назад, и ответственной за изменения климата за время существования homo sapiens она не могла быть.

Недавно, при исследовании истории магнитного поля новейшими методами, обнаружилось, что после последнего временного сдвига оси, который произошел около 40 тысяч лет назад, северная стрелка компаса еще несколько тысячелетий указывала на современный южный полюс. А глобально полюса менялись местами примерно 780 тысяч лет назад. Такое запаздывание (подобный эффекту гистерезиса) с точки зрения физики земли интересно. Однако, поскольку оно происходит не чаще, чем раз в сотни тысяч лет, ответственным за изменения климата в масштабах десятилетий и столетий оно быть не может.

 

Однако возможен и более мягкий процесс. Когда изменения магнитного поля Земли как по его напряженности, так и в географическом положении полюсов, происходят на сравнительно небольшую величину, без смены северного магнитного полюса на южный магнитный, а южного на северный. Оба эти процесса детектированы в последнее время.  

Показано, что за последние несколько сотен лет напряженность магнитного поля Земли плавно, но довольно заметно снизилась, а положение северного и южного магнитных полюсов значительно изменилось. Как было отмечено руководителем этих исследований доктором Ливермором, ученых уже давно интересует, почему северный магнитный полюс, который ранее располагался в окрестностях островов Элсмир в канадской Арктике, в последние два десятилетия перемещается на север, сдвигаясь в сторону России примерно на 50-55 километров каждый год. Смотри? например статью в Nature  "Earth’s magnetic field is acting up and geologists don’t know why"

 

Ливермор и его команда пытаются найти ответ этот вопрос с ноября 2013 года — с тех пор, как Европейское космическое агентство запустило миссию Swarm, нацеленную на изучение магнитного поля Земли. Три года назад исследователи заметили, что магнитное поле в северных приполярных районах сильно и быстро меняется, так что получалась своеобразная "ромашка" из чередующихся зон с аномально слабым и аномально сильным магнитным полем. Иногда напряженность поля в "лепестках" всего за сезон менялась на значение, равное половине общей силы магнитного поля планеты.  https://www.nature.com/articles/d41586-019-00007-1

Как предполагают ученые, в последнюю треть прошлого века такой "лепесток", расположенный под Канадой, резко поменял форму. Его границы сильно расширились, из-за чего сила его воздействия на магнитное поле Земли упала, а движение полюса в сторону России резко ускорилось.

В результате, отмечает Ливермор, два года назад северный магнитный полюс пересек линию перемены дат и официально оказался в Восточном полушарии. По последним прогнозам геофизиков, скорость и траектория его движения в ближайшие годы не изменятся, так что магнитный полюс сдвинется еще на 390-660 километров к югу, но северных берегов Евразии не достигнет.

 

Причиной изменения напряженности магнитного поля и его положения могут быть струи расплавленного метала, двигающиеся с большой скоростью по близким к круговым орбитам под северным полюсом планеты, увидеть которые стало возможным благодаря Спутникам

Может ли изменение а) напряженности и б) географического положения магнитных полюсов Земли быть ответственным за изменения климата в масштабах веков и десятилетий? Теоретически, ответ на этот вопрос безусловно является положительным.

1 Изменение положения магнитных полюсов планеты и напряженности магнитного поля могут влиять на интенсивность и направление океанических течений подобных Гольфстриму. Вспомним, что вода является электролитом.  Так, как для чистой воды [H⁺] = [OH⁻]=10^-7. Другими словами, в ионизинованном состоянии находится одна десятимиллионая часть массы воды. Величина как будто бы небольшая, но если речь идет о движениях громадных масс, масса ионов воды в них воистину колоссальна. Так Гольфстрим (протяженностью тысячи километров и шириной того же порядка) движет десятки или более тысяч кубических километров воды, а значит в ионизированном состоянии находится порядка миллиарда кубометров катионов ионов водорода [H⁺]  и  анионов гидроксида [OH⁻]. Под действием постоянно действующих на ионы воды сил в направлениях океанских течений могут происходить изменения. Само собой разумеется, для оценки влияния изменения напряженности магнитного поля земли на течения типа Гольфстрима требуется проведение математического моделирования. Но из рассмотрения проблемы на качественном физическом уровне ясно, что такое влияние может быть очень серьезным, вплоть до изменения направления океанских течений.

Изменение положения магнитных полюсов планеты и напряженности магнитного поля при взаимодействия с ионизированной атмосферой Земли могут влиять на интенсивность муссонов и их направление.  В верхних слоях атмосферы ионы возникают под действием коротковолнового солнечного излучения. В нижних слоях атмосферы  ионизаторами нейтральных атомов и молекул являются главным образом радиоактивное излучение и космические лучи. Взаимодействие магнитного поля Земли с ионами воздуха в нижних слоях атмосферы (тропосфере и стратосфере) и в верхних слоях атмосферы (мезосфере и термосфере)  имеет разную физическую природу и различается по порядку величины. Однако взаимодействие ионов воздуха с магнитным полем Земли и в том, и в другом случае существенно влияет на муссоны (ветры, возникающающие на границе суши и океана), на хамсины (изнуряюще жаркие ветры в Африке и на Ближнем Востоке), а также на частоту, интенсивность и направление ураганов. Изменение магнитного поля Земли может существенно изменить направление и интенсивность муссонов, хамсинов и ураганов, а значит влиять на климат как в региональных масштабах, так и в масштабе Планеты. 

2 Другим результатом изменения магнитного поля земли является наложение на прецессию, определяемую вращением Земли вокруг солнца и магнитным полем солнца в орбите Земли, прецессии, определяемой изменением магнитного поля самой Земли. Прецессия хорошо знакома каждому, наблюдавшему вращающийся волчек перед тем, как он упадет. Земля это своего рода волчек, который вращается не вокруг постоянной в пространстве оси, а вокруг вращающейся вокруг солнца орбиты планеты. По современным данным, полный цикл земной прецессии (прецессионный тур) составляет около 25 765 лет, что соответствует частоте прецессии 1,23 пикогерц. В случае взаимодействия изменения магнитного поля Земли с прецессией определяемой вращением земли вокруг Солнца, может иметь место прецессия прецессии, имеющая частоту, определяемую движением магнитного поля Земли и изменением его интенсивности. Если для простоты предположить, что обнаруженная Ливерпором с соавторами движение северного магнитного полюса в действительности является круговым, то прецессия прецессии земли по форме напоминает эпициклы (круговое движение вокруг двигающейся по кругу орбиты), впервые введенные две тысячи лет назад Клавдием Птолемеем для объяснения движения планет с учетом гравитации не только солнца, но и других небесных тел. С тех пор стало понятно, что, поскольку движения любых масс определяются Законом Всемирного Тяготения, теория эпициклов Птолемея неверна. Однако в случае прецессии прецессии магнитного поля земли эпициклы этой прецессии, возможно, являются правильным ее описанием в неплохом приближении.

Эпициклы прецессии вращения Земли, а не траектория движения Земли, возможно являются правильным описанием в достаточно неплохом приближении происходящих изменений оси магнитного поля Земли. Которое в свою очередь может оказаться ответственным за изменения климата в масштабах тысячелетий, столетий и десятилетий.

Если изменение магнитного поля происходит периодически, перемещаясь по эллипсам, прецессия прецессии магнитного поля будет двигаться по эпиэллипсам (то есть эллипсам, двигающимся вдоль точки двигающейся по окружности) - термин, в науке, кажется, до сих по не использовавшийся за ненадобностью.

Прецессия прецессии Земли безусловно может отвечать за изменение климата в масштабах десятков, сотен и тысяч лет, природа причины которого остается загадочной. Однако приведенные в данной статье соображения представляются полезными на пути выяснения причин изменения климата в масштабах столетий и десятилетий, которые происходили без антропного влияния цивилизации и будут происходить в будущем.

 

Человечеству нужно готовиться к любым изменениям климата, неважно по какой причине они происходят. Если учесть, что в том случае, если меры по спасению человеческой цивилизации от стихийных бедствий и изменения климата независимо от их причины не будут предприняты, человечества (всего или значительной части оного) просто не будет.

 

Юрий Магаршак

30 декабря 2019

Нью-Йорк Нью-Йорк