лнечного ультрафиолетового излучения. Это значит, что часть ультрафиолетового излучения, пришедшего от Солнца, поглощается. Это равноценно тому, что уменьшилось бы ультрафиолетовое излучение на Солнце. В конце концов для климатических элементов не важно, где теряется солнечная энергия. Важно, сколько энергии доходит до атмосферы. Специалисты эту измененную за счет атмосферных процессов солнечную постоянную называют метеорологической солнечной постоянной.
Солнечная энергия рассредоточена на разных частотах (разных длинах волн). При изменении солнечной активности энергия на разных частотах меняется по-разному. На некоторых длинах волн (например, 0,18 мкм) амплитуда изменения достигала 37,6 %. А это не может не сказаться на процессах в атмосфере.
На атмосферу действуют и космические лучи, которые выбрасываются из Солнца после хромосферной вспышки. Собственно, это не лучи, а потоки высокоэнергичных заряженных частиц. Они практически беспрепятственно проскакивают верхнюю ионосферу и застревают в атмосфере в основном ниже 90 км. Там эти солнечные частицы производят ионизацию. Собственно, именно они создают самую нижнюю ионосферу. С изменением погоды и климата это связано следующим образом. При воздействии солнечных заряженных частиц происходит не только ионизация атомов и молекул, но и запускаются химические реакции с образованием окислов азота. Это в свою очередь меняет характер поглощения солнечного излучения атмосферой. Другими словами, меняется величина метеорологической солнечной постоянной. Но описанный эффект зависит от широты, поскольку движение заряженных частиц направляется магнитным полем Земли. Чем ближе к магнитному полюсу, тем легче заряженные частицы проникают в атмосферу.
Время от времени на Солнце происходят особые вспышки, во время которых выбрасываются потоки высокоэнергичных протонов. Эти вспышки так и называются — протонными. Высокоэнергичные солнечные протоны проникают в области, окружающие магнитные полюса, — в полярные шапки. Эти протоны производят ионизацию атомов и молекул на высотах нижней ионосферы. Кроме того, они нагревают атмосферный газ, то есть их энергия преобразуется в энергию теплового движения частиц атмосферного газа. Этот эффект был назван «выпучиванием» атмосферы в полярных областях. Некоторые специалисты считают, что именно в результате этого нагревания происходит углубление Исландского минимума и усиление движения атмосферного газа в направлении восток — запад, то есть усиление западно-восточного переноса.
В атмосферу Земли проникают не только солнечные заряженные частицы. Сюда приходят заряженные частицы, выбрасываемые из других звезд галактики. Потоки этих заряженных частиц называют галактическими космическими лучами. Эти заряженные частицы вызывают в атмосфере те же эффекты. Но поскольку они приходят в нашу планетную систему извне, их интенсивность зависит от условий в межпланетном пространстве. При высокой солнечной активности пространство вокруг Солнца (гелиосфера) заполнено заряженными частицами. Поэтому пробиться через него к Земле галактическим космическим лучам труднее. Поэтому при максимальной солнечной активности интенсивность приходящих к Земле галактических космических лучей в этот период минимальна. Их интенсивность зависит от геомагнитной широты, поскольку их движение направляется магнитным полем Земли. Все межпланетное пространство пронизано магнитным полем, источником которого является Солнце. Интенсивность галактических космических лучей зависит и от межпланетного магнитного поля.
При изменении солнечной активности от минимальной до максимальной интенсивность галактических космических лучей может меняться на 20 % и более. Основная их энергия застревает в атмосфере на высоте 12–20 км. Она расходуется как на нагревание атмосферного газа, так и на ионизацию атомов и молекул.
Мы уже упоминали, что изменение солнечной активности приводит к изменению концентрации озона. Это происходит даже в том случае, если солнечная постоянная не меняется. Просто меняется количество энергии волнового излучения Солнца с теми длинами волн, которые эффективно поглощаются молекулами озона. Их так и называют — полосами поглощения озона. Чем больше молекулы озона в стратосфере поглощают солнечной энергии, тем больше стратосфера нагревается. Это и обеспечивает прямую связь солнечной активности с нагревом атмосферы, или, другими словами, с изменением погоды и климата. Поглощение дополнительной солнечной энергии озоном в стратосфере способно увеличить температуру атмосферы на высоте стратосферы даже на десятки градусов. Это тепло дойдет до поверхности Земли не целиком. Температура воздуха у поверхности Земли при этом повысится примерно на один градус.
Поглощает солнечную энергию не только озон. Ее поглощают и другие малые составляющие атмосферы. Когда происходит ионизация заряженными частицами, то NO соединяется с молекулой азота и при этом образуется NO2. Далее NO2 соединяется с атомом кислорода, образуя NO. В этих двух реакциях исчезает как озон, так и атомарный кислород. Но это не все потери. Образовавшиеся окислы азота поглощают ультрафиолетовое солнечное излучение. Значит, солнечная энергия, приходящая к Земле, будет уменьшаться (уменьшается метеорологическая солнечная постоянная). Можно не сомневаться, что солнечные и галактические космические лучи за счет изменения их интенсивности во времени могут ощутимо изменять климат.
Имеется еще одна (не последняя) возможность влияния солнечной активности на климат. Она связана с высокоэнергичными солнечными частицами, которые проникают глубоко в атмосферу. На этих высотах (ниже ионосферы) солнечные частицы вызывают ионизацию атомов и молекул воздуха. Эти ионы могут выполнять роль ядер кристаллизации. На этих ядрах собирается (сублимируется) водяной пар из окружающего воздуха. В результате образуются облака. Весь этот процесс происходит потому, что упругость насыщения водяного пара надо льдом отличается от таковой над водой. Такие условия можно создать в специальных камерах в лабораторных условиях. Специалисты подметили, что при высокой солнечной активности создается больше перистых облаков, чем при минимальной солнечной активности. На основании анализа большого массива наблюдательных данных было показано, что после резкого увеличения (всплеска) интенсивности рентгеновского излучения на Солнце в земной атмосфере увеличивается облачность в обеих полушариях. Это увеличение составляет 0,25 — 0,5 балла. Много это или мало? Такое увеличение облачности может привести к уменьшению радиационного баланса в среднем на 1–2 %. В приполярных районах после интенсивных вспышек рентгеновских лучей облачность увеличивается значительно сильнее, она возрастает на 2–3 балла. В результате радиационный баланс меняется на 10–20 %. Это составляет примерно 12 Вт/м2. В результате этого температура воздуха в приполярных районах уменьшается примерно на 3 °C. В средних широтах уменьшение температуры воздуха из-за данного эффекта меньше — порядка одного градуса. Но для метеорологов и эта величина весьма существенна. Специалисты рассчитали, как будут меняться отдельные климатические показатели из-за действия описанного механизма, и достоверно показали, что «климатический эффект влияния перистой облачности весьма заметен».
ВЛИЯНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВНА ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА
Совершенно очевидно, что для изменения климата важно не только то количество энергии, которое приходит к атмосфере Земли и впоследствии поглощается на разных уровнях, но и свойства той среды, в которой эта энергия поглощается. Это и свойства атмосферы, и свойства гидросферы, и многое другое, вплоть до размеров Земли, ее массы, строения, процессов в ее недрах, свойств земной поверхности, скорости вращения Земли вокруг своей оси, гравитационного и магнитного полей внутренних источников тепла и т. д. Важно и то, как менялся состав атмосферного газа в процессе эволюции Земли и ее атмосферы.
Масса и размеры Земли в данном случае важны потому, что ими определяется гравитационное поле, а оно определяет способность планеты удержать свою атмосферу при себе. У Луны и масса и размеры недостаточны для того, чтобы удержать свою атмосферу, поэтому она безжизненна. Масса и размеры планеты оказывают влияние и на состав атмосферного газа этой планеты.
Гравитационное поле планеты зависит и от скорости ее вращения, поскольку вращение создает центробежные силы, которые в некоторой степени уменьшают гравитационное поле. Этот эффект зависит от широты. Чем ближе к экватору, тем он больше. Если на полюсе эта поправка равна нулю, то на экваторе она достигает максимальной величины порядка 0,35 %. Именно по этой причине ускорение силы тяжести у полюсов больше (9,83 см/с2), чем у экватора (9,78 см/с2). Чем больше масса планеты, тем сильнее она притягивает к себе атмосферу, которая при этом вынуждена уплотняться и ужиматься, прижимаясь к планете. Если бы масса Земли была больше, то ее атмосфера была бы плотнее и тоньше. Динамика атмосферного газа в такой атмосфере существенно отличалась бы от современной, то есть погода и климат были бы другими.
Циркуляция атмосферы зависит от угловой скорости вращения Земли. То же относится и к водам Мирового океана. То, что Земля вместе с атмосферой и водами Мирового океана вращается, кардинально влияет на движения как в атмосфере, так и в Мировом океане. Атмосферный газ приходит в движение прежде всего потому, что он в разных местах нагрет по-разному. В экваториальном поясе он нагрет больше всего. При нагревании газ расширяется и становится легче. Поэтому в экваториальном поясе он поднимается вверх. Отсюда поднятый нагретый атмосферный газ, постепенно охлаждаясь, будет двигаться в направлении северного и южного полюсов, где, естественно, холоднее. Так из-за неравномерного нагрева атмосферного газа создаются его движения в меридиональном направлении — от экватора по направлению к полюсам. На это движение газа действует вращение Земли (сила Кориолиса), из-за чего поток газа уже не движется строго вдоль меридиана, а отклоняется вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Поэтому атмосферный газ движется наискосок, то есть продвигаясь на север, он одновременно значительно смещается к востоку, а про