Разнообразие ритмических явлений в географической оболочке

В Америке, в горах  Калифорнии, растут гиганты мамонтовые деревья, возраст которых достигает 4-5 тысяч лет. Исследования толщины древесных слоев у дерева, прожившего 3200 лет, подтвердили такую же закономерность чередования засушливых и влажных периодов. Таким образом, дерево самой своей жизнью, ростом и развитием отмечает условия, в которых оно прожило тот или иной год, а влияет на жизнь дерева, в основном, температура и влажность. Значит, в развитии деревьев в разных местах земного шара отмечается периодичность около 11 лет.

Коралловые полипы, живущие в океане, строят целые коралловые острова и покрывают дно моря в течение тысячелетий пластами огромной толщины. Маленькие полипы, живя колониями, создают свои жилища то в виде ветвящихся кустов и деревьев, то различной величины полушарообразных образований и множества других форм. Исследование внутреннего строения этих коралловых сооружений, позволило установить в них наличие своеобразной ярусности, приблизительно совпадающей с 3-, 6- и 11-летней периодичностью, начиная от наших дней до минувших геологических эпох.

Но почему же оказывается  периодичность в росте и приросте коралловых построек? Потому что на неё влияет изменение температуры  морской воды. Изучение развития кораллов показало, что в морях с разными  температурами и в океане под  разными широтами кораллы растут быстрее при более высокой температуре.

Значит, температура мирового океана периодически колеблется, то повышаясь, то несколько опускаясь, а коралловые полипы от этого то ускоряют свой рост и отложения, то уменьшают их, как  и растительность на поверхности Земли. Таких примеров можно было бы привести ещё немало.

Выясняя, почему на Земле  могут происходить такие колебания  температуры и влажности, от которых  возникает периодичность в ускорении  и замедлении роста деревьев и  кораллов, уменьшении и увеличении толщины донных отложений в озёрах, ученые естественно предполагали, что эти изменения могут зависеть от самого источника жизни на Земле - от Солнца. Если в нём самом совершаются процессы, имеющие определённую периодичность, и если они влияют на изменение количества тепла, излучаемого Солнцем, то значит, они и влияют на ход развития земных явлений в природе.

Исторические документы, летописи, описания, сделанные в  древности учёными, дают нам ценные материалы, по которым мы можем судить о больших изменениях климата Земли за минувшие тысячелетия. Даже 1800-летний период, о котором говорилось выше, был дважды прослежен в истории человечества, а именно в 360 году до нашей эры и в 1433 году.

Исторические документы  говорят о том, что в XIII веке нашей эры, после длительного тепла, когда Северный Ледовитый океан до высоких арктических широт был свободен ото льда и норвежские мореплаватели свободно совершали плавания к берегам Гренландии, где были их колонии и домашний скот, наступило резкое и сильное похолодание. В 1261 году весь остров Исландия был окружён и скован льдами на многие годы. Гренландия вновь покрылась толщами льдов. Суровые зимы стояли во всей Европе.

1.2 Ритмы, имеющие астрономическую природу

Причиной ритмов, имеющих  астрономическую природу, могут быть изменения движения Земли по орбите и под влиянием других планет, например изменение наклона земной оси к плоскости орбиты. Эти возмущения влияют на интенсивность облучения Земли Солнцем и на климат. С ритмами такого рода (их продолжительность 21 тыс., 41 тыс., 90 тыс. и 370 тыс. лет) связывают многие события на Земле в четвертичном периоде (последние 1,8 млн. лет), прежде всего развитие оледенений. Астрономическую природу имеют и самые короткие ритмы - суточный и годовой - и ритмы, обусловленные взаимным перемещением тел в системе Земля - Солнце - Луна. В результате перемещения Солнца и планет в системе возникают неравенство сил тяготения и изменение приливообразующих сил.

1.2.1 1850-летний  ритм общей увлажненности

А.В. Шнитниковым установлено, что горные ледники с момента максимума последней ледниковой эпохи, именуемой вюрмом, повсеместно сокращались и отступали все выше и выше в горы. Это сокращение было не постепенным, а носило стадиальный возвратно-поступательный характер по принципу: «два шага назад - шаг вперед - два шага назад и т. д.». В периоды стабилизации концов ледников образовывались стадиальные конечные морены. Стадиальность горных ледников обусловлена 1850-летним ритмом общей увлажненности, который, в свою очередь, связан с изменчивостью приливообразующих сил Луны и Солнца, открытой шведским ученым О. Петтерссоном в начале века.

Каждый 1850-летний ритм подразделяется на две фазы: теплую и сухую длинную (около 1200 лет), холодную и влажную  короткую (около 400 лет) - и переходные этапы. Каждый такой цикл начинается с прохладной влажной фазы, затем следует усиление оледенения, увеличение стока, повышение уровня озер, цикл завершается сухой теплой фазой, во время которой ледники отступают, реки и озера мелеют. Движение Солнца, Земли и Луны в пространстве создает сложную и меняющуюся во времени картину взаимодействия приливообразующих сил на Земле. Когда приливообразующие силы Луны и Солнца суммируются, то высота прилива на Земле возрастает и происходит более значительное перемешивание вод океана. На поверхности оказываются холодные глубинные воды, и климат становится более прохладным и более влажным. Горные ледники на фоне их общего сокращения активизируются, продвигаются вниз и откладывают конечные морены. Между этими короткими и энергичными этапами приливообразующие силы Луны и Солнца ослабляют друг друга. Перемешивание вод океана становится менее значительным, и на Земле устанавливаются более теплые и более сухие условия. Эти ритмы вызывают смещение природных зон на 2-3° по широте.

Давно известно, что Луна и Солнце вызывают приливы в водной, воздушной и твердой оболочках  Земли. Ярче всего проявляются приливы  в гидросфере, вызванные действием  Луны. В течение лунных суток наблюдаются  два подъема уровня Океана (приливы) и два опускания (отливы). В литосфере размах колебаний приливной волны на экваторе достигает 50 см, а на широте Москвы — 40 см. Атмосферные приливные явления оказывают существенное влияние на общую циркуляцию атмосферы. Солнце также вызывает все виды приливов, но приливообразующая сила Солнца составляет всего 0,46 приливообразующей силы Луны. В зависимости от взаимного положения Земли, Луны и Солнца приливы, вызванные одновременным действием Луны и Солнца, либо усиливают, либо ослабляют друг друга. [6]

1.2.2 40700-летний ритм

Характеристики земной орбиты периодически меняются, хотя изменения  эти в целом незначительны. Так, наклон земной оси к плоскости  земной орбиты, или наклон эклиптики, меняется с периодом 40700 лет в  пределах 2,5 (между 22 и 24,5). Например, в 1950 г. наклон эклиптики был равен 23°26′45′′ и с тех пор ежегодно уменьшается на 0,47′′. Когда наклон оси уменьшается, сокращаются теплый и холодный климатический пояса и расширяются области умеренного климата; при увеличении наклона оси картина будет обратной. Эксцентриситет земной орбиты меняется с периодом 92000 лет, амплитуда колебаний заключается между 0 и 0,068. Это значит, что орбита Земли изменяется от круговой до эллиптической.

Если эксцентриситет увеличивается и одновременно летние месяцы совпадают с малым расстоянием между Землей и Солнцем, то лето в Северном полушарии становится теплее. Если же эксцентриситет увеличивается, но летние месяцы приходятся на большее расстояние между Землей и Солнцем, то лето будет холоднее. Наконец, момент весеннего равноденствия обегает всю орбиту за 21000 лет (прецессия равноденствий), при этом летние месяцы могут совпадать с большим и малым расстояниями Земли от Солнца.

М. Миланкович математически  суммировал все три эффекта: наклон эклиптики, эксцентриситет орбиты и прецессию равноденствия и установил, что ритмические колебания в облучении Земли, связанные с орбитальными неравенствами, осуществлялись параллельно пульсациям Земли и Солнца, а значит, и параллельно изменениям палеогеографической обстановки. 1850-летний ритм общей увлажненности через 40700-летний ритм связан с орбитальным ритмом Миланковича.

1.2.3 Галактический ритм

Это положение закладывает, по мнению Миланковича, основы теории возникновения Земли. Средний интервал между вспышками ядра Галактики  составляет 40 млн. лет, а между переломными моментами геологического ритма – 41 млн. лет. Среднее отклонение одних от других ±15 млн. лет.

Сказанное дает основание  предполагать, что переломные моменты  геологического ритма контролируются вспышками ядра Галактики - это одно из самых замечательных открытий в области геологии, сделанное в XX в. Суть этого открытия заключается в том, что в геологической истории регулярно имели место эпохи радиоактивного заражения, в которые накапливались отложения, обогащенные органическим веществом, осадочным ураном и фосфором. Периодичность этих эпох 31-32 млн. лет. По теории С.Г. Неручева, осадки, обогащенные органическим веществом, фосфором и ураном, накапливались в этапы значительной активизации рифтовых систем, которые были связаны с эпохами пульсационного расширения Земли. Понимать это можно однозначно: радиоактивное вещество поступало из недр Земли.

Радиоактивное заражение  среды способствовало пышному расцвету фитопланктона и отложению сапропелевых илов, с одной стороны, и угнетению наземной растительности - с другой. Существенное повышение концентрации урана усиливало мутационный процесс, видообразование и вымирание. В итоге с этими эпохами связано образование сапропелевых сланцев, крупнейших нефтяных месторождений, ураноносных сланцев, фосфоритов, месторождений осадочного урана и т. п.

Можно привести следующие  обоснования выше сказанному. Оболочки, сбрасываемые ядром Галактики, в  первом приближении рассматриваются  как круглые (точнее, сферические). Сбрасывание  их происходит в среднем через 40-41 млн. лет (четыре раза за ритм продолжительностью 160 млн. лет). Если бы орбита Солнечной системы по отношению к ядру Галактики была круговой, то Земля через каждые 40 млн. лет попадала бы в сферу действия очередной оболочки. Соответственно, радиоактивное заражение Земли осуществлялось бы с интервалом в 40 млн. лет (а не 31-32 млн. лет, как у С. Г. Неручева).

Земля вместе с Солнечной  системой обращается по эллиптической  орбите вокруг ядра Галактики с периодом обращения, именуемый галактическим годом (чаще всего определяется в 180-200 млн. лет). За галактический год должно произойти пять (или около пяти) вспышек ядра. При условии эллиптичности орбиты оболочка, достигнув солнечной орбиты по направлению малой оси эллипса, повторно достигнет ее по направлению большой оси.

За галактический год  подобная ситуация повторится дважды с интервалом примерно в половину галактического года. Понять это можно  так. При эллиптичности орбиты Земля  дважды за галактический год будет  находиться на коротком расстоянии от ядра Галактики. Оболочка, настигающая Землю в это время, неизбежно настигнет ее второй раз тогда, когда Земля переместится на длинное расстояние от ядра. Следовательно, за галактический год должно произойти пять вспышек ядра Галактики (и пять этапов горообразования на Земле). Радиоактивных эпох за это время будет не пять, а семь – через каждые 31-32 млн. лет (именно так, как у С.Г. Неручева).

1.2.4 Годовая ритмика

Годовая ритмика - результат  движения Земли по орбите вокруг Солнца. Это смена времен года, изменения  в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонные особенности в развитии растительности и хозяйственной деятельности человека. Интересно, что разные ландшафты планеты обладают различной суточной и годовой ритмикой. Так, годовая ритмика лучше всего выражена в умеренных широтах и очень слабо - в экваториальном поясе.

В целом, летописных данных для построения теории геологических ритмов очевидно недостаточно. Солнце и Земля – лишь часть Космоса, и естественно предположить, что глобальные космические циклы также влияют на природные ритмы. Современные ученые пытаются обобщить все, что известно о ритмических явлениях, и, несмотря на это, в современной ритмологии многое еще находится на уровне гипотез. Разумеется, в первую очередь внимание уделяется активности Солнца.

1.3. Геологические ритмы

Геологические ритмы - самые  продолжительные из известных. Природа  их еще недостаточно изучена, но, по-видимому, она также связана с астрономическими факторами. Эти ритмы проявляются прежде всего в геологических процессах. Примером геологического ритма могут служить тектонические циклы, сопоставимые с так называемым галактическим годом - временем полного оборота Солнечной системы вокруг ее галактической оси. Выделяют четыре основных тектонических цикла: каледонский (первая половина палеозоя), герцинский (вторая половина палеозоя), мезозойский и альпийский. В начале каждого такого цикла происходили морские трансгрессии, климат был относительно однообразным; завершение цикла знаменовалось крупными горообразовательными движениями, расширением суши, усилением климатических контрастов, большими преобразованиями в органическом мире.

На основании изучения докембрия выделен самый крупный цикл - 1,1 млрд. лет. В докембрии Балтийского щита установлено пять циклов со средней продолжительностью - 500-600 млн. лет. Фанерозой (палеозой и мезозой) является первой прогрессивной половиной седьмого гигацикла. Вторую, завершающую стадию этого цикла Земли ещё предстоит пройти.

Внутри гигацикла (500-600 млн. лет) выделяют мегациклы длительностью 150-200 млн. лет. Это время тектонических  циклов - каледонского, герцинского, тихоокеанского, альпийского, выделяемых в пределах палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр. Мегациклы сопоставляются с галактическим или космическим годом (176 млн. лет). Наша Галактика вращается вокруг центра, находящегося на линии, мысленно проведённой в направлении созвездия Стрельца, с периодом около 200 млн. лет. Это время (среднее 176 млн. лет) и называется космическим или галактическим годом и объясняется возмущающим действием со стороны ядра Галактики или пересечением Солнечной системой каких-то галактических силовых линий.