Геологическая оболочка

Географическая оболочка и ее компоненты направленно развиваются  во времени. В этом процессе им свойственны  ритмические колебания, при которых  состояния геосистем периодически (с большей или меньшей правильностью в чередовании ритмов) повторяются.

Понятие о ритмах. Ритмическими колебаниями (ритмикой) называют повторяемость во времени комплекса  явлений, которые каждый раз развиваются  в одном направлении. Ритмика  – это всегда процесс, одна из закономерностей существования и развития природы, проявляющаяся в изменчивости всех географических объектов и явлений. Ритмика подразумевает волнообразное изменение их характерных параметров во времени – это колебательный процесс. Целесообразно различать два вида ритмических колебаний: периодические и циклические. Под периодами понимаются ритмы одинаковой длительности. Ритмы различной продолжительности именуются циклами. 

Геологические циклы.

Геологические циклы  – самая крупная единица установленной  ритмики. Они отразились в смене  режимов осадконакопления, вулканизма и магматизма; эпохах расчленения и выравнивания рельефа; периодах формирования кор выветривания и элювиальых образований; в чередовании морских трансгрессий регрессий; в изменении палеоклимата планеты исодержания основных газов атмосферы – CO2 и O2; в чередовании ледниковий  и межледниковий; в палеонтологических находках, изменении облика Земли.

Вя известная нам геологическая история Земли обнаруживает циклы в несколько сотен миллионов лет, служащие фоном для более коротких, в десятки миллионов, миллионы, сотни тысяч и т. д. лет, природа которых различна. Наиболее продолжительным астронмоическим периодом является галактический год – время между двумя последовательными прохождениями Солнца через одну и ту же точку галактической орбиты. Этот период составляет 180 – 200 млн лет, и с ним связывают эпохи тектонической активизации: каледонской, герцинской, тихоокеанской, альпийской. Колебательными движениями земной коры и обусловленным ими изменением распределения суши и моря определяется геологическая цикличность с ритмом порядка 35 – 45 млн лет, который положен в основу подразделения геологических эр – периодов. Указанные отрезки времени представляют собой своеобразные «сезоны» галактического (космического) года, к которому приурочены различные феномены функционирования планетной системы: крупные тектоно-магматические циклы, эпохи трансгрессий и регрессий, выравнивания или расчленения суши, возникновение глобальных ледниковых эпох и т.п. Существует также цикл продолжительностью 85 – 90 млн лет (космическое полугодие, или драконический период у астрономов), обусловленный сменой положения плоскости эклиптики Солнечной системы относительно такой же плоскости Вселенной. При анализе крупных деформаций земной коры и ее поверхности намечается периодичность порядка 500  570 млн лет (как бы утроенный галактический год), причина которого пока не ясна.

История развития Земли  за последние 670 млн лет делится на три этапа каледонский (кембрий, ордовик, силур), длительностью порядка 200 млн лет; герцинский (девон, карбон, пермь), длительностью 150 – 10 млн лет; альпийский (весь мезозой, кайнозой), длительностью около 240 млн лет. Последний ачсто разделяется на раннеальпийский (он е киммерийский, или тиихокеанскй) продолжительностью около 170 млн лет и позднеальпийский или собственно альпийский, начавшийся около 70 – 90 млн лет назад.

При некотором различии  в длительности эти этапы обладают общими чертами, которые позволяют  говорить о цикличности: начало каждого этапа ознаменовано общим опусканием земной коры, а завершение – ее поднятием. В эпоху опускания господствует морской режим и более однообразный климат, в эпоху поднятий широко распространены суша, мощные складкообразовательные и горообразовательные движения, дифференциация климата. Средняя продолжительность этих этапов в 170 – 190 млн лет примерно соответствует длительности галактического года. Естественно, что прямого отражения во времени быть не может, надо учитывать запаздывание воздействия на конкретный объект (метахронность). Существуют, в частности, предположения о , повторявшихся примерно через 150 – 110 млн лет.

Сложность проблемы геологических циклов не только в отыскании их причин, но и в степени достоверности их существования. Кроме того, отдаленные друг от друга регионы развиваются в тектоническом отношении по-разному. В частности, в некоторых областях Южной Сибири наступления складчатости в каледонскую эпоху были разновременны: основная складчатость в Туве была в раннем ордовике, в Западом Саяне – в середине силура, в Кузнецком Алатау – на границе среднего и позднего кембрия.

Механизм, управляющий ритмическими движениями земной коры, еще не выяснен: он может быть связан с внутренними особенностями развития Земли или обусловлен длительностью галактического года.

Сверхвековые ритмы.

Продолжительность сверхвековой ритмики заключена в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Примеров ее проявления достаточно много. Собенно хорошо выражен ритм продолжительностью 1800 – 1900 лет ( например, смена влажного и засушливо климата Сахары). Согласно А.В. Шнитникову, в каждом таком цикле длительностью 1850 лет есть три фазы: трансгрессивная (фаза прохладно-влажного климата), развивающаяся весьма быстро и энергично, но относительно короткая, в 300 – 500 лет; регрессивная (фаза сухого и теплого климата), продолжительностью 600 – 800 лет, которая протекает медленно и вяло; переходная, охватывающая промежуток в 700 – 800 лет. Переход от регрессии к трансгрессии – четкий и быстрый, а переход от трансгрессии к регрессии – сглаженный. В трансгрессивную фазу усиливается оледенение, увеличивается сток рек, повышается уровень озер; в регрессивную – ледники отступают, реки мелеют, уровень озер понижается. Помимо этого, в климатических рядах хорошо прослеживаются колебания с периодами 3500 0 4500 , представляющие собой как бы удвоенные ритмы А.В. Шнитникова.

В 1930 г. Югославский  геолог Милутин Миланкович установил, что Земля при своем обращении вокруг Солнца испытывает три глобальных колебания за счет: 1) качания оси вращения, способствующей прецессии (предварению равноденствия) и изменению положения географических полюсов; 2) изменения наклона земной оси от 22 до 24.5, происходящего каждые 41 тыс. лет; 3) пульсации эллиптичности (эксцентриситета) земной орбиты каждые 100 (точнее, 92) тыс. лет, которое влияет на общее количество поступающей на Землю солнечной радиации (в связи с изменением расстояния между Солнцем и Землей), и на продолжительность  сезона года. Эти циклы подтверждаются при анализе океанских осадков, показавших чередование донных отложений с периодичностью в 19, 23, 100 и 433 тыс. лет; в колебании климата (наиболее заметен по своим климатическим последствиям ритм продолжительностью 40 400 – 4 700 лет, потому что при перемене угла наклона эклиптики меняется положение тропиков и полярных кругов); при определении возраста льда.

Внутривековые ритмы.

Внутривековая ритмика (она же по разным термнологиям, межгодовая или многолетяя изменчивость) имеет непосредственное отношение к нашей повседневной деятельности. Потому не удивительно, что она изучена вполне удовлетворительно благодаря наличию накопленных временных рядов, способствующих пониманию природы внутривековой изменчивости. На сегодняшний день считается, что причины большинства наблюдаемых в природе внутривековых ритмов имеет космическое происхождение поскольку они обнаруживаются в функционирования Солнечной системы и отдельных небесных тел. Для межгодовых колебаний системы атмосфера – океан – суша обычен следующий набор близких к вековому периоду изменчивости циклов, каждый и которых имеет свою природу: 111 лет, 80 – 90 лет, 44 года, 35 – 40 лет, 2 года, 19 лет, 11 лет, 6 – 7  лет, 3 – 4 года, 2 года.

Причин у вышеназванных  периодичностей может быть несколько.

Солнечная активность ответственна, как полагается, за возникновения  в географической оболочке (через возмущения земного магнитного поля и циркуляции земной атмосферы) ритмов средней продолжительностью в 2 – 3 года, 5 -6 лет, 11 лет (наиболее известный), 22 года (комбинация четного и нечетного 11-летнего цикла), 44 года, 80 – 90 лет, а возможно, и более длительных. Они установлены по толщине годичных колец у деревьев, периодичности снегонакопления в Антарктиде, размножению саранчи, повторяемости магнитных бурь и полярных сияний, изменчивости гидрометеорологических параметров, урожайности зерновых культур. чередованию вспышек жизнедеятельности ряда организмов, заболеваемости людей, геологическим отложениям (глинах, торфах, кораллах) и др. 

В изменении интенсивности  проявления ряда природных процессов (осцилляции горных ледников, активизация  эруптивной деятельности вулканов и  сейсмической активности, катастрофические наводнения крупных равнинных рек  и др.) фиксируется ритм продолжительностью порядка 90 лет; полагают, что он также  связан с солнечной активностью  за счет усиления каждого восьмого 11-летнего солнечного цикла.

Установлены ритмы, обусловленные изменениями приливообразующей силы за счет разного положения Земли, Луны, Солнца. Наиболее известным из них является лунный деклинационный период продолжительностью 18,6 лет, который под названием В»Сарос известен с давних пор, а также плеяда других ритмов длительностью в 1,2 года; 8 – 9 лет; и более длительных – около 111 лет и порядка 1800 – 1900 лет.

Хорошо известна повторяемость климатических изменений. В 1890 г. Э,А, Брюкнер установил, что почти везде на земном шаре климат испытывает циклические колебания, средняя длительность одного цикла около 30 -35 лет (за это время серия влажных прохладных лет сменяется серией теплых и сухих). Наблюдения за уровнем озер, водоносностью рек, горными ледниками, ледовитостью, температурой воздуха и другими параметрами показывают, что продолжительность климатических ритмов колеблется от 20 до 45 лет.

Заметным климатическим  событием XX века стало начавшееся на Земле глобальное потепление, которое началось в з1920-х гг. на значительных пространствах земного шар. В конце 1930-х гг. заметно потеплел атлантический сектор Арктического бассейна (это событие получило название «потепление Арктики»): повысилась средняя температура зимы, уменьшилась ледовитость морей, опустился уровень многолетней мерзлоты, лоси распространились до побережий северных морей. Потепление не затронуло центральных районов Азии, севера Африки, Антарктиды, а в Австралии стало даже холодней. Причину этого феномена в те годы связали с изменениями интенсивнсти общей циркуляции атмосферы.

В 30-х гг. XX века В.Я. Вангенгеймом были начаты исследования общей циркуляции атмосферы Северного полушария путем расчленения непрерывного хода метеорологических процессов на элементарные синоптические процессы (ЭСП), обобщенные в трех формах атмосферной циркуляции: западной (W), восточной € и меридиональной (С). Было установлено, что преобразование форм атмосферной циркуляции обуславливает соответствующее перераспределение масс воздуха. Локальные атмосферные процессы определяются глобальной циркуляцией воздушных масс и степенью развитости глобальных атмосферных переносов, многолетняя изменчивость которых доказана. Развитие атмосферных макропроцессов проходит ряд стадий (эпох), отличающихся преобладающим атмосферным переносом, который А.А. Гирс схематически представил в виде; полагая, что развитие атмосферных процессов в эпохе определяется преобладанием соответствующей циркуляционной формы переноса.

Считается, что в  периоды повышения солнечной  активности в тропосфере начинают активизироваться меридиональные формы циркуляции (C) и ослабевает зональный перенос (W +C).

Эль-Ниньо – Южное  колебание – ЭНЮК (ENSO). Под данным феноменом, имеющим очевидное влияние на гидроклиматические условия, понимается аномальное продвижение теплых экваториальных вод от южной ветви Межпассатного противотечения далеко на юг вдоль побережья Южной Америки при ослаблении юго-восточного пассата. Такие вторжения теплых вод резко меняют океанологические и метеорологические условия в прибрежных районах Перу и Чили и приводят к массовой гибели холоднолюбивых промысловых рыб, обитающих в этих местах, катастрофическим ливням и штормам большей силы. Моменты наступления Эль-Ниньо, как и противоположной фазы неразвитости этого явления – Ла-Нинья, различны, но установлена некоторая периодичность повторяемости событий в 2, 4 – 5 и 8 лет.

При изучении этой проблемы совместно рассматриваются колебания  атмосферы, называемые Южным колебанием, колебания океана, регистрируемые по его теплым фазам Эль-Ниньо и холодным фазам – Ла-Нинья, и колебания Земли, проявляющиеся через изменения скорости ее вращения и нутацию географических полюсов. Отмеченные эффекты отражаются далеко за пределами Тихого океана и омываемых им территорий путем переноса энергий воздушными путями почти над всей поверхностью низких широт Земли. Исследователи находят связи между катастрофическими природными явлениям на разных материках и проявлениями фаз Эль-Ниньо и Ла-Нинья.

Нестабильность вращения Земли (изменеия скорости ее вращения и колебания земной оси) порождает в океане и атмосфере полюсной прилив, который, в свою очередь, влияет на движения атмосферы и океана и протекающие в них процессы. Его амплитуда в океане порядка 0,5 см и зависит от величины смещения полюса. В итого в системе атмосфера – океан – суша наблюдаются нелинейные колебания: атмосфера и океан раскачивают Землю, а Земля влияет на колебания атмосферы и океана, и нутационные движения Земли, атмосферы и океана упорядочиваются и усиливаются. Таким образом, вся система Земля – атмосфера – океан совершает согласованные колебания. По крайней мере два ритма объясняются нутацией полюсов Земли периодичностью в 3 и 6 лет.

Наблюдаемое движение полюсов включает, кроме 14-месячного чандлеровского движения мгновенного полюса вращения Земли. По мнению И.В. Максимова, 6-летний период движений полюса Земли является следствием наложения этих 14 и 12-месячных ритмов.

Внутригодовые ритмы.