Воздействие на гидросферу и литосферу

Влияние солнечной активности оказывается существенным не только для воздушной оболочки Земли — атмосферы, но и для водной и твердой оболочек — гидросферы и литосферы. Солнечно-гидросферные связи наиболее четко прослеживаются для длительных временных интервалов — порядка года и более. Накоплен богатый фактический материал о связи с солнечной активностью таких характеристик, как увлажненность местности, количество осадков, наводнения, величина стока рек, колебания уровней рек, озер и морей. Так, исследования многолетних колебаний осадков на территории СССР показали, что в этих колебаниях (амплитуда которых составляет более 15% от среднего значения) обнаруживаются циклы с периодами 5—6, 10—13 и 20—24 года, т. е. приблизительно равными полупериоду и целому периоду 11-летнего солнечного цикла, а также 22-летнему солнечному циклу. У колебаний стока рек отчетливо прослеживается 11-летняя цикличность. Это иллюстрирует рис., где для промежутка 50—60 лет представлены вариации годовых стоков некоторых рек Сибири. Для колебаний же уровней воды в морях характерным является вековой цикл, соответствующий 90-летнему циклу солнечной активности. Пример таких колебаний приведен на рис.

Рис. 7 — Числа Вольфа и вариации годового стока рек Западной Сибири

Рис. 8 Вековые изменения индекса геомагнитной активности

Главным связующим звеном в воздействии солнечной активности на гидросферу является атмосфера. Действительно, при таком воздействии из-за долгопериодных вариаций таких атмосферных параметров, как температура воздуха и интенсивность зональной и меридиональной циркуляции (т. е. интенсивности системы ветров «запад—восток», «север—юг»), должны испытывать соответствующие вариации влажность воздуха, количество осадков и, следовательно, величины стока рек, уровни рек и озер. Рис. 9 иллюстрирует влияние солнечной активности на температурный режим морского воздуха и воды в морях, во многом определяющего влажность воздуха. Заметим, что долгопериодное влияние солнечной активности на уровень открытых водных бассейнов (морей, океанов) можно связать также с изменениями климатических условий, приводящими к изменению режима таяния ледового панциря Гренландии и Антарктиды.

Обратимся теперь к твердой оболочке Земли. Земная кора (или литосфера) очень тонка. Глубина залегания ее нижней границы является как бы зеркальным отображением рельефа поверхности Земли (под высокогорными областями ~80 км, под равнинами ~30 км, под впадинами океана ~10 км), т. е. земная кора как бы плавает в более плотном, вязком веществе нижележащего слоя. Естественными при этом являются вертикальные колебания. Реальные же движения земной коры являются более сложными — они включают также и горизонтальные перемещения. В результате изгибаний пластов коры при таких движениях возникают препятствующие им упругие напряжения. Если же напряжения достигают предела прочности, наступает разрыв — землетрясение. Землетрясения происходят, как правило, в пределах сравнительно узких зон, охватывающих весь земной шар и находящихся по краям широких платформ. Приборы регистрируют в год несколько миллионов землетрясений, из них около 20 тысяч ощутимых, 20 — сильных, одно в два—четыре года — катастрофическое. Энергия упругой деформации расходуется непосредственно во время разрыва. Она может достигать огромных величин. Так, энергия землетрясения 4 января 1911 г. составила 1025 эрг, причем вся энергия выделилась за 1 с. Всего за год энергия, обусловленная землетрясениями, составляет в среднем 1026 эрг.

С литосферными процессами тесно связана и вулканическая деятельность. Энергия, выделяемая в среднем за год вулканами, составляет ~3 · 1025 эрг. Извержения вулканов часто сопровождаются землетрясениями и приводят к катастрофическим последствиям. Так, в результате извержения 21 марта 1902 г. вулкана Мон-Пеле на Мартинике (упоминавшегося ранее) был уничтожен город Сен-Пьер и погибло 30.000 человек.

В значительном числе публикаций четко прослеживается влияние солнечной активности на литосферу, на сейсмическую и вулканическую деятельность. В частности, А. Д. Сытинским было найдено, что годовые значения суммарной энергии землетрясений и годовые числа сильных землетрясений зависят от фазы 11-летнего солнечного цикла. Оказалось также, что время возникновения сильных землетрясений зависит от активных процессов на Солнце, коррелируя, например, с моментом прохождения активной области на Солнце через центральный солнечный меридиан.

Механизм воздействия солнечной активности на литосферу осуществляется через атмосферу. Сейчас установлена четкая статистическая связь между сильными землетрясениями и изменениями давления на уровне Земли как в глобальном масштабе (например, для среднего значения давления в Западном и Восточном полушариях), так и в различных районах вокруг эпицентра землетрясения. Например, сильные землетрясения в Курило-Камчатской зоне происходят при определенных перестройках атмосферного давления в районе Восточной Сибири и на западе Тихого океана. На рис. 10 приведен временной профиль перепадов давления Др между указанными районами, причем за нулевой момент времени взят день землетрясений. Данные получены методом наложенных эпох для периода времени 1956—1961 гг. На рис. 10 видно, что землетрясения происходят после быстрого (в течение суток) уменьшения Др. При этом оказалось, что большей величине изменения Др соответствуют более сильные землетрясения. Если вспомнить отмеченную в предыдущем разделе взаимосвязь быстрых изменений атмосферного давления с геомагнитными возмущениями, то в целом становится ясным и механизм влияния солнечной активности на литосферу.

Перепады атмосферного давления в окрестности сейсмически активной зоны приводят к изменению баланса сил, действующих на земную кору. При этом на площади, равной площади типичного циклона, изменение силы за счет изменения давления может составить ~ 1012 т, т. е. вес горы Эльбрус. Такое нарушение баланса сил приводит к дополнительным изгибам земной коры и может вызвать развитие неустойчивости, обусловленной накоплением потенциальной энергии упругой деформации. Так, солнечная активность, действуя через посредство атмосферы как своеобразный спусковой механизм, может вызвать землетрясение.

Отметим здесь же, что, как указывалось в некоторых публикациях, перестройка атмосферы (а значит и солнечная активность) может быть также причиной движения полюсов Земли и вариаций угловой скорости ее вращения.

Весьма интересным является открытый В. И. Красовским факт обратного влияния землетрясений и извержений вулканов на верхнюю атмосферу. Это воздействие осуществляется с помощью гравитационных волн, возникающих при землетрясениях, распространяющихся вверх и поглощающихся в верхней атмосфере, что приводит к интенсивному ИК-излучению верхней атмосферы. Таким образом, процессы, происходящие в верхней и нижней атмосфере, гидросфере и литосфере можно рассматривать раздельно лишь в некотором приближении. В конечном счете мы имеем дело со сложной нелинейной неустойчивой системой, объединяющей в один комплекс все указанные процессы.