Автор: Е. И. ДЕМИН

Кандидат технических наук Е. И. ДЕМИН, консультант-разработчик ТОО "Российское испытание автоматических средств"

По мнению синоптиков, на изменения климата влияют океаническое течение Эль-Ниньо, парниковый эффект, тепловой режим двух великих океанов Тихого и Атлантического. Между тем все чаще наблюдаются аномалии, не вписывающиеся в общепринятые модели климата. Возникает вопрос: нет ли в природе геофизических факторов, не регистрируемых современной метеоаппаратурой и потому оказавшихся вне поля зрения специалистов?

В последние десятилетия человечество оказалось заложником погодных катаклизмов: непредсказуемые жесточайшие засухи в одних регионах, интенсивные ливни и сильные наводнения в других приводят к многочисленным жертвам и наносят колоссальный материальный ущерб. Это сокрушительные торнадо в США, страшные ураганы в Индии, невероятные ливни во Франции, Перу, Венесуэле, ошеломляющий воображение беспрецедентный снегопад, обрушившийся на Канаду в январе 1998 г.

Участились погодные аномалии и в благополучных по метеоусловиям регионах. Так, в Москве только в 1998 - 2000 гг. обильный снегопад в середине апреля, чудовищной силы ночной ураган в июне, сокрушительный июльский град, когда падали градины с яйцо, ливень, сравнимый с петербургскими наводнениями, явились полной неожиданностью и буквально парализовали жизнедеятельность многомиллионного города.

ВОЛЖСКИЙ ФЕНОМЕН

В июне 1984 г. над акваторией реки Волги пронесся разрушительный смерч. Во время его зарождения, ранним утром, гравитационная аппаратура зафиксировала аномалию тяготения на пути его движения. Затем показания прибора вернулись к норме. Это привлекло внимание специалистов: случайно ли такое совпадение?

Известно, что атмосферное давление не постоянно. Многие факторы, в том числе и сила тяготения, определяют вес столба воздуха, силу его давления на поверхность Земли. Однако по данным гравиметрических карт, тяготение меняется от точки к точке местности довольно незначительно. Математические модели не рассматривают его потенциальное влияние на процессы в атмосфере, тем более что аномалия тяготения - явление редкое и независимо от причин возникновения зафиксировать его далеко не просто из-за непредсказуемости района проявления и сравнительной кратковременности действия.

Тем не менее в последние годы исследователи обратили внимание на зависимость атмосферных флуктуации от локальных характеристик поля тяготения. Так, ученые, которым удалось зарегистрировать указанную

Статьи данной рубрики отражают мнение автора (прим. ред.)

стр. 46

Солнечное излучение нагревает поверхность пустыни. Антициклон втягивает из тропосферы воздушные массы (1), которые, опускаясь, нагреваются, а затем растекаются по направлению ветра (2). Изменение давления от центра зоны высокого давления (3) к периферии показывают приземные изобары (4). Своеобразным катализатором этого процесса является эффект ГТИ.

выше аномалию тяготения, отмечали, что ей сопутствует аномалия атмосферного давления*.

Между областями с нормальным и аномальным значениями поля тяготения образуется разность барометрического давления. И чем она больше, тем выше скорость движущихся между ними фронтальных воздушных потоков. Соответственно масса воздуха из местности с аномальным тяготением, зарегистрированным приборами в начале смерча, перетекала туда, где оно было нормальным. Направление ветра к зоне зарождающегося мезоциклона усилило восходящие и нисходящие потоки воздуха и способствовало образованию сокрушительного смерча.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ

Возможность натурного наблюдения аномалии тяготения, как уже отмечалось, исключительно мала. Поэтому перспективное направление исследований - физическое моделирование в лабораторных условиях вихревых атмосферных процессов, позволяющее наблюдать качественную картину их формирования, что и было нами проведено при поддержке Московского общества испытателей природы при МГУ им. М. В. Ломоносова.

В экспериментах с использованием ламп накаливания для нагревания исследуемой поверхности наблюдалось увеличение показателей поля тяготения в зоне светового потока. Данные измерений с помощью специальной аппаратуры показали взаимосвязь теплового режима тел с их гравитационными характеристиками. Иными словами, при повышении температуры поверхности почвы сила притяжения возрастает, при понижении - уменьшается. Этот эффект мы назвали гравитационно-термодинамической инверсией (ГТИ). Ну а поскольку в естественных условиях температурный фон отдельно взятой местности постоянно меняется, то это "запускает" механизм ГТИ, вызывая суточные колебания гравитационного поля. Причем, поданным гравиметрических измерений, оно может оказаться разным не только для отдельных участков местности, крупных валунов, обломков скал, но даже для затемненных и освещенных мест этих тел.

Определяя атмосферное давление как вес столба воздуха, а вес любого тела - как силу, с которой оно притягивается к Земле, можно допустить: периодическая вариация тяготения отдельных участков местности (наряду с плотностью, температурой воздуха и другими факторами) оказывает влияние на величину давления. А ведь в метеопрогнозах данный фактор во внимание не принимается. Более того, математические модели погоды разработаны для нашей планеты, как для сферы, внутреннее строение которой однородно, вещество равномерно распределено по всему объему и гравитационный фон приближенно равномерен, хотя на самом деле - это не так. Поэтому введение ГТИ в привычную схему должно внести необходимые поправки.

САХАРА - ОБЛАСТЬ ПОСТОЯННОГО АНТИЦИКЛОНА

Из метеорологических представлений вытекает: антициклоны, являясь центрами высокого давления, характеризуются ясной погодой. Классический пример - пустыня Сахара, температура которой благодаря солнечному излучению выше окружающей местности. Воздушные массы здесь втягиваются из верхних слоев атмосферы.

Невидимый участник этого процесса - ГТИ, механизм которой срабатывает автоматически: повышение температуры приводит к изменению силы тяготения. Локальные геофизические факторы - тепловой режим и солнечная радиация - способствуют тому, что сила притяжения воздушных масс накаленной почвой, направленная нормально к поверхности, возрастает. Значит,

* См.: И. П. Копылов, И. Н. Яницкий. Земля - электрическая машина? - Наука в России, 1995, N 3 (прим. ред.).

стр. 47

Типичное для пустыни Сахара изменение температуры с высотой. Заштрихованы два инверсионных слоя. Пунктирная линия показывает, какую температуру принимала бы воздушная масса при нормальных условиях.

ГТИ в области антициклона, формируя в верхних и средних слоях атмосферы нисходящий поток воздуха, является возмущающей гравитационной силой.

Общеизвестно: над нагретой поверхностью почвы возникают восходящие воздушные потоки. Однако в области высокого давления воздух как бы оседает, что концепция ГТИ интерпретирует как процесс, в котором газодинамика уступает место лидера тяготению. Особенно заметно ГТИ проявляется на границе между нагретыми песками и прилегающей прохладной местностью, где воздух движется под действием сил, направленных от области высокого давления к низкому.

Разумеется, вышеизложенное - упрощенная модель атмосферных процессов. Для полной картины необходимо учитывать и другие факторы, в частности, конвективное движение нижних слоев воздуха.

"ВОЗДУШНЫЕ КАЧЕЛИ"

ГТИ не только влияет на атмосферные процессы в какой-нибудь локальной области, но и оказывает корреляционное воздействие на регионы различных широт, тепловой режим которых полярен. Речь идет о формировании межрегиональных воздушных течений, типичный пример - "воздушные качели" между Исландией и Азорскими островами. Вот уже несколько десятилетий климатологи отслеживают влияние этого явления на погоду в Европе, особенно зимой. Определенная роль в развитии "воздушных качелей" принадлежит ГТИ.

Дело в том, что высокое давление над Азорами - прямое следствие влияния ГТИ на циркуляцию тут воздушных потоков, причем механизм аналогичен описанному для пустыни Сахары. ГТИ стимулирует здесь атмосферное давление, включая "зеленый свет" движению воздушных масс в область пониженного давления - на Европейский континент.

Менее заметна роль ГТИ в циклонической деятельности над Исландией, но и там при повышении давления значение ее возрастает: перед теплыми потоками воздуха на пути в Европу загорается "красный свет". Тогда холодный воздух из Арктики беспрепятственно проникает на континент, и трескучие морозы не заставляют себя ждать.

Приводной ремень "воздушных качелей" - разность атмосферного давления. Вес столба воздуха зависит от термодинамических параметров. Холодный воздух, опускаясь, нагревается поверхностью океана и суши, затем поднимается в верхние слои атмосферы, где вновь охлаждается. В горизонтальном направлении воздушные массы также переносятся на значительные расстояния.

Вместе с тем воздух реагирует даже на незначительное повышение или понижение температуры заметным расширением или сжатием и, следовательно, изменением плотности. Соответственно, более плотный опускается, менее плотный - поднимается. Если где-то этот параметр возрастает, то сопредельные слои воздуха под возмущенным воздействием ГТИ устремляются к этому участку. Условие, необходимое для осуществления данного процесса, - выраженный контраст температуры атмосферы над протяженными регионами.

Зато в локальной области со стабильным тепловым состоянием атмосферы роль ГТИ незначительна. Однако атмосфера - открытая термодинамическая система, и территориальная интеграция геофизических факторов (термодинамического режима атмосферы, тяготения и инсоляции) способствует прежде всего ориентации масштабных воздушных потоков в область низкого давления.

СМОГ

Иногда рельеф местности способствует наложению ГТИ на конвективные движения атмосферы. Когда остывшая почва быстро выхолаживает прилегающий к ней воздушный слой, экранирующий вышележащие теплые воздушные массы, над равнинными участками вблизи поверхности земли образуется неподвижный слой воздуха. В этом случае ГТИ блокирует восходящие и нисходящие потоки воздуха и создаются условия для образования устойчивого равновесного состояния атмосферы.

стр. 48

Инверсия температуры при смоге в крупных городах: слой теплого воздуха снизу "подпирает" более холодный. 1 - фактическое изменение температуры; 2 - изменение температуры при нормальных условиях; заштрихован слой теплого воздуха между зонами холодного.

Прослойка воздуха, плотность которой при охлаждении возрастает, испытывает дополнительное гравитационное притяжение, нормально направленное к поверхности, и здесь возникает застойная зона - смог, который может оставаться неподвижно несколько дней подряд. Чтобы сместить его, необходимо внешнее воздействие - к примеру, ветер.

Эффект ГТИ в данной ситуации не доминирует, а содействует процессу. С учетом этого независимо от других условий можно прогнозировать возникновение смога и пытаться его ликвидировать в населенных пунктах.

ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА...

Еще в XIX в. английский физик Д. Максвелл установил, что в вертикальном столбе газа из-за действия силы тяжести должен существовать перепад температур. Впоследствии к аналогичному заключению пришел К. Э. Циолковский. Великие ученые сделали вывод о потенциальной взаимосвязи тяготения с тепловыми процессами в определенном элементе объема газа. В 1889 г. российский ученый И. О. Ярковский опубликовал результаты наблюдений, показавших связь тяготения с климатообразующими условиями.

Сегодня отечественные исследователи прослеживают геодинамическое влияние стихийно возникающих гравитационных аномалий на сейсмические процессы, антропогенные аварии типа чернобыльской, навигационную ориентировку авиалайнеров и судов. Обобщают крупицы фактов, накапливают базу данных.

Прогнозы потепления атмосферы и его последствий в контексте ГТИ в основном совпадают с моделями климатологов, а иногда оказываются более пессимистичными. Так, численные оценки по гидродинамической компьютерной модели, разработанной в Принстонской лаборатории гидродинамики Научного центра атмосферных исследований (США) с учетом увеличения скорости ветра, частоты возникновения мощных ураганов, торнадо и наносимого ими ущерба, ниже показателей, полученных автором с учетом ГТИ.

Кроме того, поскольку взаимосвязь тяготения с термодинамическими параметрами атмосферы наиболее эффективно проявляется при резких перепадах температур, потепление инициирует влияние ГТИ на процессы дивергирования, что в итоге усилит разбалансировку планетарной "машины" погоды.

И еще. Геофизические условия, как известно, не являются монополией Земли. Большая часть планет Солнечной системы обладает газовой оболочкой. Поэтому для будущих космических полетов особое значение имеет мониторинг их атмосферы. Далее. Астрономические наблюдения выявили на Юпитере области с сильно выраженным контрастом температур. По-видимому, невообразимые по земным масштабам ураганы как на Юпитере, так и на Марсе - в какой-то мере следствие проявления ГТИ, и венерианская атмосфера также находится под ее влиянием.

Как следует из вышеизложенного, влияние ГТИ на метеообстановку особенно заметно в условиях регионального контраста температур. По мнению В. Н. Карнаухова (Институт биофизики клетки РАН), в случае экзотермического перепада между высокими и средними широтами в результате глобального потепления неизбежно возникновение крупномасштабного переноса воздушных потоков, что может привести к затоплению Сибири и других низменных территорий. А геофизики Лаборатории реактивного движения в Пассадене (США) установили: атмосферные возмущения, к примеру, перемещение мощных воздушных масс, способны вызвать чендлеровские колебания полюсов планеты. Налицо причинно-следственная связь технократического нагрева атмосферы с изменением геофизической обстановки на планете.

Стало быть, надо активнее развивать соответствующие исследования как на суше, так и в океанах.

Постоянный адрес данной публикации: