4. ВЛИЯНИЕ ПРИЛИВНЫХ ВОЛН, ВЫЗВАННЫХ ЛУННОЙ ГРАВИТАЦИЕЙ, НА ЗЕМНЫЕ СФЕРЫ

: общая схема : : влияние на земную кору : : влияние на гидросферу : : влияние на атмосферу : : влияние на мантию и земное ядро : : влияние на ионосферу : : влияние на магнитосферу : : краткое резюме :

В данной главе даются обзорные сведения о влиянии гравитационных приливных волн, наведенных в теле Земли лунно-солнечной гравитацией, на земные сферы. Эти сведения необходимы для общего представления о возможных каналах воздействия Луны на живую природу. Более глубокий анализ эффектов, вызываемых Луной в земных сферах, будет приведен, при необходимости, в разделах, касающихся влияния Луны на биосферу, а также в приложениях или в отдельных публикациях.

 

В предыдущей главе было показано, что градиенты сил тяготения Луны и Солнца создают в теле Земли приливные волны с амплитудой на ее поверхности в несколько десятков сантиметров, и ведущая роль этом процессе принадлежит Луне. Сами по себе эти волны воздействовать на живые организмы не могут, однако, воздействуя на те или иные земные объекты - посредники, могут стимулировать в них процессы, которые могут создавать значимые воздействия на биосферу. Задачей данной главы является выявление такого рода посредников и их выходных «сигналов», которые потенциально (но не обязательно) могут быть восприняты живой природой.

В качестве земных объектов - трансформаторов воздействия приливных волн мы будем рассматривать земные сферы (геосферы) - глобальные концентрические структуры Земли, в первую очередь те, которые в той или иной степени взаимосвязаны с живой природой - земную кору, гидросферу, атмосферу, ионосферу и магнитосферу. Остальные сферы будут рассматриваться во взаимосвязи с указанными. Например, влияние приливных волн на ядро Земли будет рассматриваться в контексте его конечного опосредованного влияния на геомагнитное поле, влияние на литосферу - в контексте конечного влияния на земную кору и т.д. При этом надо иметь в виду, что деление на сферы до некоторой степени условно и зависит от исследуемого вопроса. Рассматриваемая схема влияния Луны на земные сферы посредством механизма приливных волн, наводимых ее гравитацией в теле Земли, иллюстрируется рис. 4.1.

Рис.4.1. Схема влияния Луны на земные сферы посредством механизма приливных волн, вызванных ее гравитацией

 

Обратите внимание - на схеме присутствует солнечная гравитация. Это связано с тем, что именно благодаря солнечной гравитации энергия приливных волн зависит от фазы Луны.

 

Земная кора является самой верхней частью твердой оболочки Земли - литосферы. Над ней расположены гидросфера в виде воды океанов и морей, а также атмосфера. Под ней находится нижний слой литосферы - верхняя мантия. Литосфера состоит из отдельных плит различного размера, самые крупные из которых достигают размеров континентов. Литосферные плиты постоянно находятся в движении, «плавая» в пластичном слое мантии - астеносфере, расположенном под ее верхним слоем. В процессе этого движения они могут сталкиваться, тонуть, всплывать, уходить одна под другую и т.д., результатом чего могут быть землетрясения, горообразование, появление разломов земной коры с выходом на поверхность магматических пород, изменение границ материков и другие тектонические явления. Описанная структура иллюстрируется рис. 4.2.

Рис.4.2. Место земной коры в структуре геосфер

 

Толщина континентальной коры - от 7 до 70-75 км, в среднем около 35-45 км. Толщина океанической коры 5-10 км, при этом ее состав и параметры существенно отличаются от состава и параметров континентальной коры. Суммарная толщина литосферы - 50-200 км.

Земная кора, как и литосфера в целом, под воздействием приливных волн в теле Земли постоянно подвергается деформациям: во время положительных полуволн - растяжению, а во время отрицательных - сжатию. В результате таких деформаций в породах, из которых складывается земная кора, возникают внутренние напряжения, воздействующие на их физические свойства, а также изменяется объем микропор, микротрещин и капилляров. Результатом являются следующие физические явления:

Изменение уровня подземных вод.

Изменения объемов микропор, капилляров и микротрещин влечет за собой изменение соотношения объемов поровой и гравитационной (свободной) воды в водоносных слоях (эффект губки), вследствие чего может изменяться уровень воды в колодцах и скважинах - понижаться при поднятии земной коры и повышаться при ее опускании. В зависимости от параметров водоносных слоев и скважин вариации уровня могут достигать величин от нескольких единиц до нескольких десятков сантиметров. Для примера на рис. 4.3. показан график изменения уровня воды в контрольной скважине Ала-Арчинского месторождения подземных вод в Киргизии.

Рис.4.3. Изменение уровня воды в контрольной скважине в результате приливного воздействия на земную кору гравитации Луны и Солнца

 

На графике отчетливо просматриваются суточные колебания с периодом ~ 12,5 часов (половина лунных суток), вызванные лунными приливами, и наложенные на них колебания, вызванные солнечными приливами. Кроме того, просматривается изменение среднего уровня с периодом 14-15 суток, что соответствует половине синодического месяца (см. Мандычев А., Мандычев Б., Шабунин А. Солнечно-лунные приливы в земной коре по данным мониторинга уровня подземных вод в Чуйском бассейне Кыргызстана).

Изменение электропроводности пород.

По одной из гипотез предполагается, что при сжатии земной коры вследствие эффекта губки степень взаимосвязи микрообъемов водных флюидов в породах увеличивается, что приводит к снижению их удельного сопротивления. При расширении же, соответственно, должен происходить противоположный процесс и удельное сопротивление пород должно повышаться. Эта гипотеза подтверждается экспериментами. Для примера на рис. 4.4. показан график изменения удельного сопротивления коры на полигоне в районе Кольского полуострова (см. А.К. Сараев, М.И. Пертель, З.М. Малкин. Проявление деформаций земной коры, вызванных приливами, в изменениях импеданса электромагнитного поля СНЧ-радиоустановки. Вопросы геофизики, выпуск 35. СПб, 1998 г.)

Рис.4.4. Изменение удельного сопротивления земной коры под воздействием приливных деформаций (см. рис.5 по ссылке на приведенную работу).

 

Как видно, степень корреляции между значениями вертикальной деформации коры dH и кажущегося удельного сопротивления Pkс достаточно высока (коэффициент корреляции для сглаженных значений до 0,95).

Само по себе изменение электропроводности коры не является фактором, который мог бы непосредственно воздействовать на биосферу, однако это изменение может вызывать модуляцию естественных и искусственных электромагнитных полей в приповерхностных участках земной коры и в приземном слое атмосферы. Эксперименты показали, что такая модуляция может присутствовать, хотя даже для мощных искусственных источников ее амплитуда мала по сравнению с суточной модуляцией электромагнитного фона ионосферы (см., например, Терещенко Е.Д., Сидоренко А.Е., Григорьев В.Ф. Приливные вариации электромагнитного поля искусственного СНЧ-излучателя. ).

Пьезо- и тектономагнитный эффекты.

Кроме изменения электропроводности при деформациях пород земной коры возникают и другие эффекты, способные вызвать изменения электрического и магнитного полей, в частности пьезоэлектрический, пьезомагнитный и тектономагнитный. В данном трактате мы не будем подробно останавливаться на этих эффектах в силу их специфичности и сложности выделения их составляющих в общем электромагнитном фоне. Более подробно интегральное влияние приливных волн на электрические, магнитные и электромагнитные поля будут рассмотрены в других параграфах, разделах и публикациях.

Эманация газов

Под эманацией газов в геофизике понимается эффект проникновения газов из глубинных пород земной коры через микропоры и микротрещины в приповерхностные слои почвы и в атмосферу. В группу эманирующих газов входят водород, кислород, углекислый газ, пары воды, различные углеводороды, а также радон, в частности его радиоактивный изотоп ²²²Rn. Концентрация последнего в общем объеме весьма мала, но именно он является главным стимулятором побочных эффектов и индикатором интенсивности эманации в силу его радиоактивности.

Эманация газов резко возрастает в районах геофизических разломов. Она также растет при растяжении пород и, соответственно, коррелирует с приливами в земной коре. На рис. 4.5. показан график временных вариаций объемной активности подпочвенного радона в сравнении с графиком вертикальной компоненты силы лунно-солнечного прилива (см. В.В.Адушкин, А.А.Спивак и др. Инструментальные наблюдения за геофизичекими полями Тункинской рифтовой зоны. Институт динамики геосфер РАН, г.Москва)

Рис.4.5. Временные вариации активности R подпочвенного радона и силы F лунно-солнечного прилива (см. рис.9 по ссылке на приведенную работу).

 

Радиационная активность радона уже сама по себе может являться фактором, прямо воздействующим на объекты биосферы. Кроме того, она является источником вторичных эффектов в атмосфере, которые будут рассмотрены ниже.

Модуляция сейсмических шумов

В 1983 г. было обнаружено явление модуляции выскочастотных сейсмических шумов (сейсмических колебаний земной коры с частотами 10-60 гц и амплитудой 10^-9 - 10^-12 м) приливными силами (см. Л.А. Кугаенко, В.А. Салтыков. Лунно-солнечные приливы в вариациях сейсмоакустоэмиссионных процессов.). Модуляция имеет нестабильный характер и резко усиливается в зоне возрастании напряжений в земной коре. Учитывая чувствительность многих организмов к сейсмическим колебаниям, нельзя исключить, что данная модуляция может служить для них не только индикатором приближающегося катаклизма, но и сигналом синхронизации жизнедеятельности с приливными процессами.

 

 

 

 

Следствием приливных волн в теле Земли является такое общеизвестное явление, как морские и океанические приливы и отливы. Мы не будем здесь подробно останавливаться на них. Отметим лишь, что объяснение их природы не следствием приливных волн в теле Земли, а «притяжением» воды луной, как это делается во многих популярных публикациях, некорректно. В то же время морские и океанические приливы и отливы не являются простым «продолжением» приливных волн в теле Земли - на исходную картину земных приливов накладываются всевозможные колебательные процессы, обусловленные большой подвижностью гидросферы, замысловатостью ее топологии и подводного рельефа, взаимодействием с атмосферой, течениями и прочими факторами. В связи с этим уровни приливов и отливов и их периодичность в разных акваториях могут быть различными.

Физика приливных явлений в гидросфере весьма сложна и требует учета очень большого числа факторов. В настоящее время единой модели и законченной теории этого явления не существует.

Наличие прямого воздействия приливов и отливов на биосферу морей и океанов, особенно в прибрежной зоне, вполне очевидно. Нельзя также исключать и возможное наличие генетической «палеопамяти» о приливах и отливах у континентальной биосферы.

В последнее время высказываются предположения, что приливные явления в гидросфере могут быть источником возмущений геомагнитного поля, однако они пока остаются на уровне гипотез.

 

Приливная волна на земной поверхности непосредственно воздействует на атмосферу, вызывая в ней реакцию в виде изменений атмосферного давления. Однако эти изменения весьма малы - не более 6 Па, что примерно в 1000 раз меньше изменений от солнечной радиации, и они не обнаруживаются обычными метеоролгическими инструментами. Это объясняется малой вязкостью и малой удельной массой атмосферы по сравнению с корой и гидросферой, наличием сложной интерференционной картины и влиянием более весомых климатических факторов. В большей степени, нежели приливные колебания поверхности, на атмосферу могут влиять вторичные приливные процессы. Показательным примером такого влияния могут служить явления в атмосфере, вызванные вариациями эманации подпочвенного радона ²²²Rn, о которой говорилось выше. Механизм данного влияния иллюстрируется схемой рис. 4.6.

Рис.4.6. Механизм влияния эманации подпочвенного радона на атмосферу

 

В процессе распада ²²²Rn испускает альфа-частицы, которые ионизируют молекулы воздуха. Образовавшиеся ионы, претерпевая изменения в процессе плазмохимических реакций, становятся центрами конденсации атмосферного водяного пара. В результате конденсации паров воды уменьшается влажность воздуха, в атмосферу выделяется тепло и возникает вертикальный градиент температур, который вызывает конвективные потоки, приводящие к образованию теплового пятна на высоте 10-12 км. Кроме того, данные конвективные потоки выносят образовавшиеся ионы наверх, изменяя концентрацию и распределение зарядов в пограничном слое, что приводит к изменению атмосферного электрического поля. Далее процесс распространяется в ионосферу и магнитосферу. Т.о. вариации эманации радона, вызванные приливными явлениями, могут вызывать вариации влажности, температуры и электрических полей. Данные эффекты надежно фиксируются вдоль границ разломных зон, а также в предверии землетрясений. В остальных случаях они в значительной степени маскируются вариациями, вызванными более мощными факторам - сезонными климатическими изменениями, погодой, природными катаклизмами, а также факторами, связанными с человеческой деятельностью.

Долгосрочное интегральное влияние приливных процессов на атмосферу и климат обнаруживается на уровне длительных статистических наблюдений за климатическими и погодными факторами. В частности, исследованиями Гидрометцентра РФ установлено, что изменения климата синхронизированы не только с циклом солнечного года, но и с циклом лунного года. В результате сложения этих двух колебаний с периодами 365,24 и 355 суток порождаются биения с периодом около 35 лет, в течение которых происходит циклическое изменение аномальных значений метеорологических факторов - температуры, давления, облачности и других, при этом первичным фактором является изменение облачности (см. Н.С. Сидоренков, К.А. Сумерова. Геодинамические причины декадных изменений климата. Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации).

 

Мантия и земное ядро так же, как и литосфера, подвергаются приливным деформациям. В соответствии с современными представлениями деформации мантии не сопровождаются какими-либо синхронными эффектами на поверхности Земли. Иначе обстоит дело с ядром, которое, как считается, является одним из генераторов магнитного поля Земли, и, следовательно, приливные деформации земного ядра могут являться источником вариаций геомагнитного поля. А последнее, как известно, прямо воздействует на биологические объекты. По одной из гипотез (см. Шереметьева О.В., Кролевец А.Н. Приливные компоненты геомагнитных вариаций.) величина этих вариаций равна примерно 10^-4 нТл, что существенно меньше величины вариаций, вызванных приливными явлениями в магнитосфере, и они могут обнаруживаться только на уровне статистической обработки измерений.

 

Еще в 40-х - 50-х годах прошлого века австралийским физиком Д.Ф. Мартином и его последователями было обнаружено, что в вариациях параметров ионосферы присутствуют составляющие, коррелирующие с лунными циклами. Для примера на рис. 4.6 приведены диаграммы изменения высоты Hmax и критической частоты Fo слоя F2, в т.ч. слева - приведенные в работе Дункана Р.А. (см. Dunkan R.A. Lunar variation in the ionosphere.), а справа - полученные Я.Л. Альпертом путем обработки таблиц Д.Ф. Мартина и его последователей (см. Я.Л. Альперт. Современное состояние вопроса об исследованиях ионосферы. Успехи физических наук т. XXXVIII вып.3. 1949 г.).

Рис.4.7. Вариации параметров ионосферного слоя F2

 

Механизм данных вариаций до настоящего времени полностью не изучен. Первоначально предполагалось, что они являются прямым следствием приливных колебаний атмосферного давления, о которых говорилось выше. Однако впоследствии стали появляться и другие гипотезы, в т.ч. связанные с влиянием вариаций геомагнитного поля и взаимодействием с магнитосферой.

Сами по себе параметры ионосферных слоев не могут влиять на биосферу, для такого влияния требуются дополнительные промежуточные эффекты. Наиболее подходящим в качестве такового является резонанс Шумана, заключающий в возбуждении грозовыми разрядами электромагнитных колебаний с крайне низкими частотами (единицы и десятки герц) в волноводе, образованном поверхностью Земли и ионосферой. Теоретически можно предположить, что вариации параметров ионосферы, являющейся основой данного волновода, должны вызывать и изменение параметров Шумановских колебаний. По этой причине во многих источниках указывается, что параметры Шумановского резонанса зависят от фаз Луны, но более подробные сведения на этот счет не приводятся. Частоты же этих колебаний лежат в диапазоне альфа и бета ритмов головного мозга человека, что наводит на мысль о возможности их влияния на нервную деятельность. Шумановский резонанс, в т.ч. как потенциальный канал возможного влияния Луны на биосферу мы рассмотрим детально в отдельной публикации.

 

В настоящее время лунная составляющая приливных эффектов в магнитосфере изучена недостаточно. Предполагается, что она содержит несколько компонент, в т.ч. упомянутую выше компоненту, обусловленную деформацией земного ядра, компоненту, связанную с деформацией кольцевых токов в магнитосфере (см. упомянутую в п. 4.5 работу), а также компоненту, связанную с возмущениями, вносимыми Луной в поток частиц солнечного ветра (см. например, Л.А. Акимов, Н.П. Дятел. Влияние Луны на магнитосферу Земли на разных фазах солнечной активности. В сб. Кинематика и физика небесных тел, т.28, N1 2012). Конечным эффектом может быть вариация магнитного поля Земли, которое прямо воздействует на биологические объекты (вспомним влияние магнитных бурь на самочувствие). Кроме того, вследствие наведенных Луной возмущений в магнитосфере не исключено изменение радиационного фона, обусловленного, кроме эффекта эманации радона 222, также и вариациями космического излучения.

 

Проведенный обзор современных представлений о влиянии Лунной гравитации на земные сферы свидетельствует о том, что имеется достаточно большое количество каналов трансформации гравитационного воздействия Луны на Землю в конечные результирующие воздействия, которые могут быть восприняты биологическими объектами. К ним относятся:

• уровень грунтовых вод;
• эманация газов в приповерхностные слои почвы и в атмосферу;
• радиационный фон;
• сейсмические шумы;
• морские и океанические приливы;
• атмосферные электрические поля;
• геомагнитное поле;
• низкочастотные электромагнитные поля.

Дальнейшим направлением нашего исследования будет рассмотрение механизмов влияния данных результирующих воздействий на живые организмы. Наибольший интерес для нас будут представлять электрические, магнитные и электромагнитные поля, поэтому мы уделим им особое внимание. Но сначала мы, для полноты картины, рассмотрим еще и другие каналы воздействия Луны на земные сферы, не связанные с гравитационными приливными явлениями.

* * * * *

 

 

Опубликовано 29.09.2015. Последнее изменение - нет.

© Janto 2015 Все права защищены