Главная                      Новости                     Статьи                      Документы               Мнения


Что же все-таки происходит с погодой…?

 

В средствах массовой информации все чаще встречаются сообщения о нарастающем количестве природных катаклизмов. Высказываются самые различные гипотезы и суждения. Авторы некоторых публикаций утверждают, что число природных катастроф увеличивается далеко не так существенно, как кажется – просто пресса уделяет таким событиям слишком большое внимание. Другие придерживаются противоположной точки зрения и даже склонны усматривать за увеличением статистики катастроф чьи-то целенаправленные действия. Так, неоднократно высказывались предположения, что отдельными странами уже давно осуществляется разработка и испытания метеорологического оружия.
Так это или нет, сказать трудно – слишком мало достоверных данных, тем более, что если исследования в области метеорологического оружия и ведутся, то они заведомо проходят под всеми мыслимыми грифами секретности. С куда большими основаниями можно утверждать, что «причуды погоды», обсуждаемые и в СМИ, и в сетевых ресурсах в значительной степени представляют результат человеческой деятельности.
Впрочем, необходимо подчеркнуть, что эти вопросы самым тесным образом связаны между собой – человек, строя предприятия, загрязняя атмосферу городов выхлопными газами автомобилей, влияет на среду своего обитания. Это очевидно. Намного менее очевидно другое – процессы в оболочках Земли тесно взаимосвязаны и результатом производственной деятельности может оказаться не просто увеличение температуры на доли градуса в пределах городской черты, а ураган или тайфун в отдаленной точке земного шара.
В этой статье рассказывается о том, как именно может реализоваться такое воздействие. Но сначала стоит сделать несколько замечаний общего характера.
 

Управление погодой и климатом уже давно перестало быть прерогативой научной фантастики. Разумеется, на сегодняшний день на практике осуществляется только сравнительно небольшое вмешательство в атмосферные процессы, как скажем, предотвращение осадков в дни торжеств, спортивных состязаний и т.д. Однако уже имеется необходимая научная база и для организации намного более масштабных активных воздействий.
 

Реальность именно такой постановки вопроса подтверждается многочисленными экспериментальными и теоретическими результатами, накопленными физикой солнечно-земных связей. В современной научной литературе часто употребляется термин «космическая погода». Он носит собирательный характер и отражает изменчивость процессов, протекающих в околоземном космическом пространстве. Основной причиной вариаций состояния околоземного космического пространства является изменчивость потока излучений, поступающих от Солнца, однако, достаточно заметный вклад вносят и космические лучи, приходящие из отделенных областей пространства.
Космическая погода – и это уже является твердо установленным фактом – оказывает заметное влияние на оболочки Земли, в частности, на атмосферу. Существуют неопровержимые свидетельства, показывающие, что, например, статистика ураганов и тайфунов в Северной Атлантике коррелирует с изменением параметров космической погоды. Наиболее известным ее проявлением, впрочем, остаются магнитные бури, прогноз которых регулярно публикуется средствами массовой информации.
 

С воздействием космической погоды на атмосферу связан определенный парадокс, который оказалось возможным разрешить только недавно. А именно, поток лучистой энергии, идущий от Солнца на Землю, остается с высокой степенью постоянным, меняясь во времени только на доли процента. Вариативная часть указанной энергии по порядку совпадает с мощностью, вырабатываемой отдельной крупной электростанцией. Для атмосферы в целом, это, конечно, является очень и очень малым показателем, особенно, если учесть, что данная энергия почти равномерно распределяется по всей поверхности планеты. Возникает вопрос – почему столь малое по энергии воздействие вообще способно оказать заметное влияние на атмосферу. Ответ на него был найден сравнительно недавно, когда стало ясным, что земная атмосфера может рассматриваться как своего рода усилитель воздействий, поступающих извне. При этом оценки показывают, что коэффициент усиления может достигать чудовищной величины (до 1011).
 

Природа возникновения столь высокого усиления сегодня во многом ясна – атмосфера нашей планеты представляет собой резко неравновесную систему, в которой, в том числе, могут развиваться и собственные неустойчивости (колебания, волны и т.д.). Поэтому для создания, скажем, искусственного урагана или сравнительно медленного перемещения воздушных масс в заданном направлении вовсе не обязательно использовать средства, обеспечивающие значительный энерговклад. Благодаря усилительным свойствам атмосферы можно использовать и намного менее емкие по энергии воздействия. Точнее, можно пытаться черпать необходимую энергию из самой неравновесной атмосферы. Подчеркнем еще раз, что такая постановка вопроса является вполне здравой, она вытекает из многочисленных результатов, полученных в области воздействия космической погоды на оболочки Земли.
 

Таким образом, существуют малые воздействия, которые способны вызвать более чем заметный результат. Очевидно, что характер применения таких воздействий может быть самым различным. Это – не более чем инструмент и его можно использовать для разных целей. Как это часто бывало в истории, военное применение рассматривается далеко не в последнюю очередь, т.е. вопрос о создании метеорологического оружия давно перестал звучать как что-то из области фантастики.
 

Реализация метеорологического оружия, безусловно, потребует более глубокого понимания физики неравновесных процессов, чем имеющееся сегодня. Однако, физика атмосферы развивается стремительными темпами, в обозримом будущем наверняка появятся модели, которые позволят точно рассчитать какое именно воздействие следует оказать и в какой именно точке пространства, чтобы получить требуемый результат. Упрощая, можно сказать, что вопрос о создании военных или гражданских средств воздействия на погоду и климат сводится к поиску неких «болевых точек» в сложной системе, называемой атмосферой. Такие точки есть, но пока нет возможности предсказать в деталях какова будет реакция атмосферы, скажем, на вброс в такую точку того или иного количества химического реактива. (Последний, разумеется, также еще предстоит выбрать.)
 

Но и это еще далеко не все. Человек оказывает самые различные воздействия на атмосферу непрерывно. Реагенты самой различной химической природы поступают в окружающую среду в виде выбросов промышленных предприятий, выхлопных газов автомобилей и т.д. и т.п. Однако, все это только надводная часть айсберга. Гниющие свалки, терриконы, так называемые «хвосты» и отвалы предприятий горно-металлургического комплекса также вносят свой вклад в изменение состава атмосферы. Состав атмосферы зависит от температурного баланса между ней и земной поверхностью, поэтому изменение температуры (пусть даже и в пределах небольшой территории, например, мегаполиса) также вносит свой вклад в потоки реагентов, проникающих в различные атмосферные слои. Последнее уточнение весьма существенно – антропогенные примеси могут подниматься до высот порядка 100 км. В частности, именно этим фактором ряд авторов объясняет заметное продвижение зоны наблюдения серебристых облаков к югу (данные астрофизического института им. В.Г.Фесенкова).
 

Обратим внимание – выбросы в атмосферу имеют самую разную природу, можно сказать, что они, в сущности, происходят хаотично. Следовательно, не исключена ситуация, что в результате случайного совпадения неконтролируемых событий какая-то часть реагента окажется в той самой «болевой точке» атмосферы, о которой говорилось выше в связи с вопросом о метеорологическом оружии. В настоящее время с позиций строгой теории такое предположение нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Теория неустойчивостей атмосферы развита для этого недостаточно. Однако других предположений, позволяющих объяснить увеличение числа природных катастроф по всему земному шару за последние десятилетия, не существует. Этого вполне достаточно, чтобы вопрос о том, что с некоторой долей условности выше было названо «болевыми точками» не сбрасывался со счетов. Те воздействия, которые, по идее, могут быть положены в основу метеорологического оружия, человек применяет неосознанно, и к чему это может привести, пока сказать трудно.
 

Именно этот фактор заставляет приложить усилия к популяризации концепций, в рамках которых поучает подтверждение идея о «болевых точках». Общественность должна отчетливо представлять – атмосфера, к которой мы все привыкли относиться как к чему-то незыблемому и неподдающемуся искусственным воздействиям, в реальности весьма уязвима. Отчего это именно так, а не иначе, рассказывается далее.
Около 20 лет назад в экспериментах по распространению звука через некоторые неравновесные среды было обнаружено явление усиления звука. Данный эффект протекает за счет собственных свойств среды, т.е. эпитет «неравновесные» здесь является ключевым. Примером неравновесной среды является газоразрядная трубка, известная практически всем – газоразрядные лампы «дневного света» широко используются в быту. Неравновестность в данном случае обеспечивается непрерывным поступлением электрической энергии от источника питания, которая отчасти преобразуется в световую, отчасти в тепловую. 
 

Оказалось, что газоразрядная плазма способна преобразовывать энергию источника питания не только в свет или тепло, но и в звук. Точнее, если направить звуковую волну на плазму газового разряда, то ее амплитуда будет увеличивать, причем тем больше, чем больший путь пройдет волна по плазме. Механизм этого явления уже достаточно хорошо исследован, развита последовательная теория, подтверждающаяся данными многочисленных экспериментов. В упрощенной форме усиление звука в плазме можно пояснить так. Звуковая волна представляет собой чередующиеся области уплотненного и разряженного газа. Энергия, которую получает плазма от внешнего источника питания, зависит от плотности газа. Механизм преобразования энергии достаточно прост: электроны ускоряются в электрическом поле, создаваемом двумя электродами (например, катодами газоразрядной трубки), затем они теряют энергию в столкновениях с атомами или молекулами газа. Следовательно, энергия, которая «закачивается» в определенный объем газа, непосредственно зависит от его плотности. При прочих равных условиях, чем плотнее газ (точнее, плазма), тем больше энергии вкладывается в него. Соответственно, плотные участки газа, образующиеся при распространении звуковой волны, получают большую энергию, а разряженные - меньшую. В звуковой волне колебания температуры и плотности происходят практически синфазно, поэтому неоднородный разогрев, обеспечиваемый неоднородностью плотности газа, приводит к ее усилению.
 

Далее, любой, кто помнит школьный курс электротехники, знает, что на основе усилителя всегда можно собрать генератор. Для этого достаточно использовать положительную обратную связь, подав сигнал с выхода устройства на его вход. Другими словами, используя плазму можно собрать автогенератор звуковых волн без помощи дополнительных устройств. Подчеркнем, что в таком генераторе постоянный по амплитуде поток энергии, подводимой от внешнего источника, преобразуется в волну, в колебательный процесс.
Нечто подобное происходит и в атмосфере, в ней также существуют природные акустически активные слои, в которых может усиливаться и звук, и некоторые другие колебания, природа которых будет рассматриваться позже. Такие слои также преобразуют энергию постоянного источника (Солнца) в колебания и волны различной амплитуды и частоты. Механизм усиления звука остается тем же самым, изменяется только причина возникновения неравновесности – в одном случае это электрическое поле, а в другом солнечный свет. Солнечная радиация, очевидно, сильнее нагревает поле плотные участки газа и менее – разряженные.
 

Для дальнейшего важно, что механизм разогрева атмосферы под воздействием потока солнечных лучей очень сильно зависит от ее химического состава, который, вообще говоря, не одинаков на различных высотах. Одним из наиболее эффективных механизмов разогрева является так называемая трехчастичная рекомбинация, протекающая на высотах слоя атмосферного озона. Сначала, кванты солнечной энергии затрачиваются на то, чтобы расщепить двухатомную молекулу кислорода на отдельные атомы. Обратная реакция – рекомбинация – протекает только с участием некоторой третьей частицы, которая и забирает избыточную энергию, нагревая газ. По такому же механизму протекает и реакция образования озона, участие третьей частицы в реакции между атомом и двухатомной молекулой кислорода, в которой и образуется озон, обязательно.
 

Разумеется, пример с кислородом далеко не единственный, но он, так или иначе, известен достаточно многим, так как проблематика озонового слоя и «озонных дыр» уже много лет остается в центре внимания СМИ. Обратим также внимание, что разогрев атмосферы, приводящий к самопроизвольной генерации волн, обеспечивается химической реакцией образования озона. Эта реакция, как теперь широко известно, может катализироваться (т.е. ускоряться или замедляться) самыми различными химическими соединениями. Именно каталитическая роль продуктов распада фреонов на соответствующих высотах служила основным аргументом в пользу запрета на их массовое производство и использование. И хотя, сама проблематика «озонных дыр» все же представляется далеко не очевидной, результаты, свидетельствующие о каталитической активности антропогенных компонент, не вызывают сомнений.
 

Таким образом, выбросы в атмосферу могут служить – и служат – катализаторами, регулирующими характеристики природных акустически активных сред. Иначе говоря, с их помощью можно регулировать коэффициент усиления звуковых волн в атмосфере.
На первый взгляд может показаться, что звук – это довольно безобидное явление и его усиление вряд ли может кому-то осложнить жизнь. Это не совсем так. Если говорить упрошено, в атмосфере могут развиваться волны нескольких типов. Наряду со звуковыми хорошо известны также и гравитационные волны, которые иногда также называют волнами плавучести. Оба термина не слишком удачны, но они уже укоренились в литературе. Гравитационные волны в контексте проблем физики атмосферы ничего общего не имеют с теорией тяготения; так называются колебания воздушных масс, протекающих под воздействием силы тяжести. Ближайшим аналогом таких волн являются обычные колебания на поверхности воды – моря, лужи и т.д. Для колебаний поверхности воды такие волны наблюдаются вполне отчетливо, а вот по отношению к атмосфере о них можно говорить только в определенном приближении. Более корректно говорить о так называемых акустико-гравитационных волнах, представляющих собой смешанный тип колебаний. Такие колебания могут происходить в очень широком диапазоне длин волн, 100 и 1000 метров являются для них вполне разумными показателями.
 

Обладая смешанной природой, такие волны могут усиливаться через тот же самый механизм, по которому усиливается звуковая волна в обычной газоразрядной трубке. Усиливаться могут, в том числе, и малые флюктуации, что обуславливает неустойчивость акустически активных слоев атмосферы, выражающуюся в самопроизвольной генерации волн в широком диапазоне частот.
 

Далее, раз генерация является самопроизвольной, то и форма фронта волны диктуется случайными процессами. Фронты заведомо отличаются от идеально плоского, а, следовательно, у них есть точки фокусировки, в которых концентрируется энергия. Появление таких точек уже определяется локальными неоднородностями атмосферы. Скажем, область, в которой присутствует избыточное количество паров воды, может играть роль линзы, фокусирующей акустико-гравитационные волны. Такого рода линзу можно создать, в том числе и регулируя плотность катализатора, который изменяет свойства акустически активного слоя. Возможностей очень много, более того, именно наличие акустически активных слоев в атмосфере позволяет понять как именно слабое воздействие, привносимое, скажем, космическими лучами, может вызывать зримые катаклизмы и катастрофические явления.
 

Небольшого изменения характеристик среды созданного «в нужное время в нужном месте» достаточно, чтобы вызвать появление точки фокусировки волнового фронта. Необходимо, однако, отметить, что указанные точки могут быть разными; они отличаются друг от друга так называемой «кратностью вырождения». Чем выше этот показатель, тем большая энергия концентрируется в фокальной точке волнового фронта. Самопроизвольное возникновение фокальной точки высокого вырождения – достаточно редкое, по счастью, событие, но только если его не обеспечивать целенаправленно, слегка корректируя форму волнового фронта, который и так уже возник естественным путем. Ну а дальше – логика становится вполне прозрачной; энергия, концентрирующая в сравнительно малой области пространства, выливается в различного рода катаклизмы. Конкретный механизм их возникновения ясен не до конца, но энергетически соображения однозначно свидетельствуют, что он существует.
 

Таким образом, земная атмосфера действительно представляет собой нечто не столь устойчивое, как кажется. Воздействие на нее не требует значительных затрат энергии, ее природные запасы и так велики. Катаклизмы возникают не из-за того, что кто-то или что-то привносит в атмосферу дополнительные количества энергии, речь идет не более чем о перераспределении уже имеющихся потоков. И этому имеются многочисленные экспериментальные доказательства – иначе просто невозможно объяснить существование воздействия космической погоды на оболочки Земли.
 

Таким образом, современные представления физики атмосферы позволяют сформулировать немаловажный вывод. Изменение химического состава атмосферы на высотах акустически активных слоев (наиболее известным из них является слой озона) приводит к созданию предпосылок для неконтролируемых вариаций параметров среды. В свою очередь, они могут выливаться в природные катаклизмы различного рода. С этой точки зрения нет ничего удивительного в том, что реагент, поступивший в атмосферу в одной географической точке, вызовет неконтролируемый изменения погоды совсем в другом месте. Можно сказать, что человечество ежедневно испытывает нечто сильно напоминающее метеорологическое оружие, каждый день, только хаотически и бессистемно.
 

Приятного в этом, конечно, мало. Во-первых, формирование предпосылок для катастрофических событий идет по плохо исследованным механизмам, и неизвестно где, как и когда может произойти следующий эпизод, превышающийся в кошмар для тех, кому не посчастливилось оказаться в точке с соответствующими географическими координатами. Во-вторых, сбор экспериментального материала, который продолжает идти по всему миру рано или поздно позволит создать необходимую теоретическую базу для расчета параметров воздействий, являющихся метеорологическим оружием в полном смысле этого слова.
 

Его особенности очевидны – существует возможность для скрытного применения, причем, вообще говоря, при грамотном подходе к делу проблематичным становится и само доказательство факта его применения – мало ли, какие именно реагенты ушли в атмосферу в результате крушения перевозящего их поезда, или аварии на предприятии.
 

Есть все основания утверждать, что ситуация, сложившаяся в области антропогенного воздействия на климат, отражает общее положение дел: мир, пронизанный тысячами взаимных связей, становится все более нестабильным. И понимать это нужно всем.

И.Э. Сулейменов

Выскажите свое мнение на форуме

 

         Назад