Ю. Колесник - Современное состояние биосферы и экологическая политика

Приведем один из современных сценариев, объясняющий замедление СВЗ (Колесник, 2001, с. 52–56) и несколько уточненный позже (Колесник, 2006, с. 139–141).

Пусть в какой-то момент времени t происходит смещение склонения Луны по отношению к Земле в северном направлении.

Выразим в приближенной форме момент вращения (М ВР) Земли или момент импульса (L) (Шебалин, 1981, с. 62–65).

(17)

где М З, г 2и – соответственно масса, радиус Земли и ее угловая скорость. Выбрав за начало координат центр Земли и направив ось OX к центру Луны, определим центр масс Земля – Луна (X C), как (Шебалин, 1981, с. 4546):

(18)

где Х С, М Л, М Зи R – координаты центра масс, массы Луны и Земли и расстояние между ними.

Сопоставим формулы (17)и(18)по массе Земли, после ряда преобразований найдем уравнение изменения угловой скорости вращения планеты в зависимости от центра масс (Колесник, 2002):

(19)

где r 2– радиус Земли и 0– стационарная угловая скорость вращения Земли.

В формуле (19), в правой части равенства (в числителе) присутствует выражение, имеющее размерность кгм/с (аналог единицы мощности), а в знаменателе – кгм (аналог единицы работы) (Зельдович, 1968, с. 487488). Следовательно, при неизменном положении центра масс угловая скорость равна мощности, деленной на работу и имеющей размерность t - 1. Однако при смещении склонения Луны между новым положением оси OX центр масс будет располагаться ближе к оси вращения Земли (в силу уменьшение радиуса Земли). Следовательно, угловая скорость вращения планеты должна уменьшиться. Пусть искомая закономерность имеет вид X 0cos(ft), где ƒ – частота колебания центра масс (2П/18,6 = 0,33), t – время и Х 0– расстояние от центра Земли до центра масс. Подействуем на оператором d/dt. Имеем:

(20)

где – угловая скорость вращения Земли.

Предположим, что момент внешних сил, воздействующих на вращение Земли, остается без возмущений. Решение (20) с использованием математического пакета Maple имеет вид (рис. 1):

Рис.1. Изменение скорости вращения Земли за 18 лет

Расчеты подтверждают предположение о том, что угловая скорость вращения планеты не остается постоянной и для нее присущи, как и для многих других природных явлений, циклические колебания. Так как эти колебания порождаются внешними условиями (изменение склонения Луны, а, следовательно, и перераспределение пары сил Солнце-Луна и т. д.), то аналогичные колебания многих природных явлений (цикличность в океанологических и синоптических процессах, биоты) на Земле являются проявлением данных внешних сил – фактора, влияющего на вибрацию всей климатической и биотической систем нашей планеты. Естественно, что для полного понимания влияния Луны на СВЗ необходимо решать задачу с учетом обращений системы «Земля – Луна» около общего барицентра, а также нашего спутника вокруг Земли и т. д. Решение подобной задачи в общем виде имеет более сложную природу и требует отдельного анализа.

Подводя итог, необходимо подчеркнуть следующее.

1. Существует весьма обширная литература, где можно найти необходимые сведения о природе и периодичности колебаний многих явлений, показатели которых близки к космическим.

2. Описанные черты многолетней изменчивости атмосферных явлений и гидрологического режима не могут не сказаться на функционировании экосистем и в конечном счете на воспроизводстве биоресурсов каждого региона, а значит и на их приспособительных (внутрипопуляционных), экосистемных перестройках. Это выводит исследования проблемы на новый, более актуальный уровень.

3. Узловыми вопросами солнечно-земных связей следует считать поиски механизмов, порождающих солнечную активность, а также способов воспроизведения ее сигналов (сообщений) природными явлениями, совпадающих с ходом чисел Вольфа или индексов Кр и др.

К настоящему времени специалистами проведен достаточно подробный анализ имеющихся материалов о действии различных факторов на колебание численности популяций животных, фитомассы трав и сельскохозяйственных культур.

Согласно опубликованным данным, среди экологов нет пока единого мнения о природе многолетних циклических колебаний биоресурсов, а также о той роли, которую играют гелиогеофизические факторы в формировании этого явления. И это понятно, ибо с начала исследования цикличности закономерно возник вопрос: генерируются ли волны жизни самими популяциями и особенностями взаимодействия их друг с другом, представляющим тем самым автоколебательные системы, или они, волны, являются следствием влияния импульсов, постоянно поступающих из внешней среды.

По существу, речь идет об эндогенности и экзогенности популяционных циклов.

Так, например, имеется мнение (Уатт, 1971, с. 96–98), что у нестабильных (флуктуирующих популяций) видов рыб (калифорнийская сардина, анчоус и др.) изменение численности обусловлено в основном внешними факторами, а для высокоустойчивых видов (камбала Северного моря и др.) внешние факторы играют второстепенную роль в их многолетних колебаниях численности. На основании анализа многочисленной литературы Г. В. Никольский (1974, с. 293–307) пришел к выводу, что влияние погодных и других внешних условий на состояние численности популяций рыб реализуется в изменении условий воспроизводства и обеспеченности пищей особей, что, в свою очередь, предопределяет увеличение выживаемости поколений, особенно на ранних стадиях роста. Следует заметить, что механизм формирования многолетних изменений численности популяций животных сложен и крайне неопределен. Поэтому были предприняты попытки отыскания универсального генератора цикличности биоресурсов – солнечной активности.

Имеется мнение (Юзбашев и др., 1982, с. 56–64), что солнечная активность влияет, например, не на процесс прогрессивного повышения урожайности сельскохозяйственных культур и других видов биоресурсов, а только на ее колебания, т. е. на отклонения урожайности от главной тенденции. Этот же автор выдвинул ряд предпосылок влияния СА на растения. Например, воздействие СА на растения может быть прямым – за счет излучения на само растение, и косвенным – через влияние на атмосферную циркуляцию и микробиологические процессы в почве. В годы минимума на Солнце становится меньше активных очагов, но их воздействие на биосферу Земли повышается, благодаря смещению очагов к солнечному экватору, что обеспечивает наилучшие условия проникновения корпускулярных потоков в глубь атмосферы Земли.