Методы исследования резких изменений климатических процессов на основе анализа хронологии физических процессов дальнего и ближнего космоса

ВВЕДЕНИЕ

В данном докладе с помощью спектрального метода максимальной энтропии проанализированы некоторые периодические физические события, произошедшие в пределах дальнего и ближнего космоса, которые связаны с процессами в нашей Галактике и вытекающими из этого общими закономерностями развития различных природных физических процессов на Земле и, в частности, климатических процессов. Вопросам эволюции различных физических процессов в дальнем и ближнем космосе посвящено достаточно много научных работ [1-12]. Но в первую очередь нас интересует – имеются ли какие-либо общие физические периодические закономерности, проявляющиеся в палеоклиматических, палеотемпературноых и некоторых других физических процессах на Земле и других планетах Солнечной системы?

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ИЗМЕНЕНИЯХ ГАЗОВОГО СОСТАВА В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ ПРИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ АСТРОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЯХ

Как известно, основные скопления масс вещества во Вселенной сосредоточены в галактиках, в виде звезд и межзвездной среды. В галактиках имеются ядра, которые находятся в центрах галактик. Ядра галактик, как это следует из экспериментальных исследований, являются источниками вещества в виде протонов, атомов водорода и всевозможных излучений [5-7]. Общее количество газа, испускаемого за год ядром нашей Галактики, колеблется по разным оценкам и составляет массу, примерно равную от одной массе Солнца – (1 mS) до 40 mS. Скорость межзвездного газа в радиальном направлении, испускаемого ядром нашей Галактики, составляет примерно Vя = 50 (км / сек). В окрестностях Солнечно-планетарной системы эта скорость уже уменьшается до Vs = 7 (км / сек) [6]. По последним экспериментальным данным в пределах нашей Галактики в различных физических полях (в оптическом диапазоне, в диапазоне гамма-излучений и инфракрасных излучений) прослеживается спиралевидная структура: скоплений облаков ионизированного водорода, относительно уплотненных полос космической пыли, а также межзвездного газа в радиодиапазоне электромагнитных волн.
Магнитное поле спиральных рукавов нашей Галактики было обнаружено впервые в работах [6] по данным наблюдений за поляризацией света. Эти спиралевидные структуры прослеживаются на протяжении многих оборотов нашей Галактики. Напряженность модуля вектора индукции магнитного поля спиралевидных рукавов Галактики составляет 10-25 мкГс [8-11]. Имеются различные гипотезы о происхождении магнитного поля спиралевидных рукавов нашей Галактики [12, 11]. Поскольку заметное магнитное поле солнечного ветра обнаружено не по всей нашей Галактике, а только в ее спиралевидных рукавах, то можно предположить, что плотность потока магнитного поля галактического ветра неравномерна в Галактике.
Земля, как часть Солнечно-планетарной системы находящейся в составе Галактики, также движется, по спиральной орбите, вокруг ядра Галактики. Земля, перемещаясь также относительно системы координат, связанной с отдаленными галактическими объектами. Орбитальная скорость Солнечно-планетарной системы по галактической орбите в настоящее время составляет V = 250 (км / сек), а расстояние от центра нашей Галактики в абсолютном измерении r = 10.2 килопарсек. Однако, когда СПС находилась на расстоянии r = 3 kpk от центра нашей Галактики ее орбитальная скорость (V) была от 170 до 210 (км / сек) по данным разных авторов. Солнечно-планетарная система перемещается в радиальном направлении, постепенно удаляется от ядра нашей Галактики, а ее орбитальная скорость может изменяться в дальнейшем по разным сценариям [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ И ПРИЧИНЫ ПЕРИОДИЧНОСТИ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Спиралевидные рукава галактик, в соответствии с волновой теорией строения Галактики [13], являются волнами плотности, а процесс их распространения представляет собой твердотельное вращение волн. Эта теория допускает наличие галактических ударных волн (ГУВ), которые представляют собой область сжатого газа, вдоль внутренней кромки спиралевидной волны. На основании этой теории галактических спиральных волн плотности предполагается, что орбита нашей Солнечно-планетарной системы, периодически пересекается со спиралевидными рукавами (волнами плотности). Пересечения орбиты Солнечно-планетарной системы со спиралевидными ветвями могут иметь три основных временных периода: 1) на поздней стадии развития нашей Галактики временной период, который был необходим, чтобы Солнечно-планетарная система прошла расстояние равное Галактическому году равняется 185±35 млн. лет; 2) средний временной период в 25±10 млн. лет, в течение которого Солнечно-планетарная система проходит внутри спиралевидных рукавов; 3) временной период в 3±1 млн. лет, в течение которого Солнечно-планетарная система проходит зону фронта галактической ударной волны (ГУВ) в краевых зонах галактических рукавов. Таким образом, исходя из результатов применения спектрального метода максимальной энтропии к данным о периодичности колебаний частоты геомагнитных инверсий, уровня вод Мирового океана, и, по-видимому, для Солнечно-планетарной системы в целом (по данным анализа пород Луны [14], могут быть выделены три основные периодически повторяющиеся временные периода: период (Т1) в 185±35 млн. лет, медленной эволюции всех физических (и климатических) процессов в Солнечно-планетарной системе, когда она движется вне спиралевидных волн плотности; другие эпохи с периодом (Т2) около 25±10 млн. лет, с относительно быстрой эволюцией всех физических (и климатических) процессов и наконец третий вид временных эпох со средним периодом (Т3) около 3±1 млн. лет, связанный с очень быстрыми эволюционными изменениями многих физических (и климатических) параметров в Солнечно-планетарной системе и на Земле, в частности.

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ДАЛЬНЕГО КОСМОСА НА ЭВОЛЮЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ СОЛНЕЧНО-ПЛАНЕТАРНОЙ СИСТЕМЫ

Земля, в процессе своего эволюционного развития, вместе с Солнечно-планетарной системой, движущейся по орбите нашей Галактики, периодически пересекала струйные потоки вещества и ее электромагнитные рукава. Солнечно-планетарная система существует примерно 5.5 миллиардов лет [19]. Возраст Земли составляет около 4.6 миллиардов лет. За период времени эволюционного развития Земли около 3.5 миллиардов лет имеются некоторые геофизические и палеоклиматические данные [19, 17, 10]. Из них можно проследить периоды глобальных палеоклиматических изменений в ее внешних геосферах: атмосфере и гидросфере.Видно, что в начальной стадии эволюционного развития Земли ее атмосфера была значительно более плотной и парциальное давление СО2 составляло около 10 бар, которое было рассчитано по данным геохимического анализа разновозрастных образцов горных пород. К настоящему моменту времени оно составляет всего 10 - 4 бар. То есть парциальное давление имело постоянный тренд к падению с небольшими периодическими изменениями. Можно посчитать, что периодичность изменения величины парциального давления СО2 в атмосфере Земли составляет около Т1=0.74±0.10 миллиарда лет (Т1=740±100 миллионов лет).
При этом количество кислорода в атмосфере Земли плавно увеличивалось в процессе ее эволюционного развития. Однако, начиная с периода около 350 миллионов лет назад количество кислорода в атмосфере Земли резко возросло и затем стало периодически немного изменяться с периодом Т=185±35 [19].
Проведенный теоретический анализ палеоклиматических [10], эвстатических (колебаний уровня вод Мирового океана) [18] и палеомагнитных данных [19] позволяет сказать, что при определенных параметрах движения Земли по орбите, вместе со всей Солнечно-планетарной системой, вокруг центра Галактики, происходят достаточно резкие изменения уровня вод Мирового океана (трасгрессия или регрессия эвстатического уровня вод Мирового океана), количества геомагнитных инверсий, изменение процессов разогрева мантии (литосферы) Земли, вызывающих массовый вулканизм, приводящий к нарушению прозрачности атмосферы в результате задымления, изменения климата (потепление или оледенение). По полученным данным можно видеть, что начиная примерно с момента около 3 миллиардов лет тому назад, на Земле начались периодические изменения средней температуры (колебания температуры мантии примерно ±100 градусов Цельсия) и вязкости пород мантии (литосферы) Земли и теплового потока из нее. Можно рассчитать, что периодичность этих колебаний составляет примерно Т1=740±100 миллионов лет.
По данным изменений климата (потепление или оледенение), произошедших за последние 800 миллионов лет можно просчитать среднюю периодичность оледенений, которая составила около Т=185±35 миллионов лет.
Для подтверждения теории ГУВ были проанализированы глобальные климатические изменения, эвстатические колебания уровня вод Мирового океана, а также изменения частоты геомагнитных инверсий. Так например, большинство активных циклов продолжается около 25±10 млн. лет, что сопоставимо по времени с прохождением Солнечно-планетарной системой (вместе с Землей) зоны внутри галактического спиралевидного рукава. Так фазы эвстатических колебаний уровня вод Мирового океана (в гидросфере Земли), показывают, что спокойные гидросферные циклы между интенсивными аномалиями колебаний III порядка также имеют средний период около 25±10 млн. лет. Средние периоды, соответствующие относительно небольшому количеству инверсий магнитного поля Земли между аномалиями, с более чем 5-ю инверсиями в течение 1 млн. лет, также имеют продолжительность около 25±10 млн. лет. При этом сам период аномалии резкого увеличения инверсий геомагнитного поля или резкого изменения уровня вод Мирового океана колеблется в пределах 2-5 млн. лет, что соответствует времени прохождения Землей фронта галактической ударной волны.
Другая основная периодичность в климатических изменениях на Земле связана с длительностью галактического года и кратных ему периодов. В качестве подтверждения рассмотрим периодичность холодных климатических периодов, произоше дших в процессе эволюционного развития Земли. Например, часто упоминаемая пермо-триасовая климатическая катастрофа, начавшаяся в период 290 млн. лет назад является одной из многих, которые перечислены ниже. В период пересечения Землей (805, 620, 435, 290, 65 млн. лет назад) галактических спиралевидных ветвей плотности происходили крупномасштабные оледенения поверхности Земли (Вендское, Всемирное, Африканское, Гондванское-Пермо-Триасовое, Позднемеловое), изменения химического состава атмосферы (скачкообразное возрастание кислорода и углекислого газа - СО2).

ВЫВОДЫ

1.В результате спектрального анализа палеоклиматических данных выделено несколько основных периодичностей, соответствующих длительным климатическим ритмам Т1=740±100, Т2=370±50, Т3=185±35, Т4=25±10, Т5=3±1 млн. лет, проявляющиеся в различных атмосферных и гидросферных процессах.
2.На основании проведенного совместного анализа изменений во времени различных физических процессов, произошедших в пределах дальнего и ближнего космоса и геофизических (палеоклиматических, палеогидросферных, палеотемпературных, палеомагнитных) параметров можно предположить, что существует некоторая взаимосвязь изменений параметров галактического магнитного поля, изменяющегося при пересечении спиральных рукавов нашей Галактики и изменений процессов генерации магнитного поля в ядре Земли и связанных с ним климатических и некоторых других геофизических процессов.