Связь процессов на Земле и процессов на Солнце

Министерство образования и науки

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Реферат по экологии

на тему

“Связь процессов на Земле и процессов на Солнце”

Выполнил студент

факультета прикладной математики и

механики

гр. БМ - 08

Бессонова Наталья Александровна

Проверил доктор технических наук,

профессор

Халтурин Виктор Григорьевич

Содержание

1.         Введение

2.         История вопроса

3.         Общие сведения о Солнце

4.         Строение Солнца и солнечная активность.

5.         Влияние солнца на погоду.

6.         Влияние Солнца на растения.

7.         Влияние Солнца на животных.

8.         Влияние солнечной активности на пиковые урожайности зерновых.

9.         Влияние Солнечной активности на человека.

10.     Взаимосвязь между активностью Солнца, нервной системой человека и смертностью.

11.     Зависимость роста эпидемий от Солнца.

12.     Влияние Солнца на работу ученых.

13.     Солнечная активность и процесс развитие цивилизации.

14.     Влияние солнечной активности на  умственные способности людей.

15.     Заключение.

16.     Список литературы

Введение.

Природа Солнца и его значение для нашей жизни - неисчерпаемая тема. О его воздействии на Землю люди догадывались еще в глубокой древности, в результате чего рождались легенды и мифы, в которых Солнце играло главную роль. Оно обожествлялось во многих религиях. Исследование Солнца - особый раздел астрофизики со своей инструментальной базой, со своими методами. Роль получаемых результатов исключительна, как для астрофизики (понимание природы единственной звезды, находящейся так близко), так и для геофизики (основа огромного числа космических воздействий). Постоянный интерес к Солнцу проявляют астрономы, врачи, метеорологи, связисты, навигаторы и другие специалисты, профессиональная деятельность которых сильно зависит от степени активности нашего дневного светила, на котором "также бывают пятна".

Но зачем уделять так много внимания изучению активности Солнца? Ответ заключается в том, что наше дневное светило оказывает огромное влияние на землю и на земную жизнь. Увеличение интенсивности так называемого "солнечного ветра" - потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем, может вызвать не только прекрасные полярные сияния, но и возмущения в магнитосфере земли - магнитные бури - которые влияют не только на оборудование, что может привести к техногенным авариям, но и непосредственно на здоровье человека. Причем не только физическое, но и психическое. В периоды максимума, например, учащаются случаи самоубийств. Активность солнца влияет так же на урожайность, рождаемость и смертность, и многое другое.

Примечательно, что прогнозы солнечной активности с каждым годом становятся все более востребованными большим количеством компаний, так как в их распоряжении оказывается все больше высокоточной электроники, подверженной влиянию светила. Кроме того, все больше пользователей прибегают к использованию в бизнесе спутников, которые также будут подвержены солнечному воздействию. Так, согласно предварительным подсчетам, на сегодня суммарная стоимость спутников, находящихся на орбите, составляет около 200 млрд долларов.

Неясные, но все более зримо проявляющиеся тенденции нарастания активности Солнца опасны еще и неясностью характера их воздействия на все живое. Эмпирическая связь между активностью на Солнце и самыми разнообразными процессами, включая социальные, выявлена уже давно и была систематизирована выдающимся советским ученым Александром Чижевским, однако ее механизмы по-прежнему остаются неясными. Рост числа самоубийств, авиационные катастрофы и другие процессы каким-то образом связаны с солнечной активностью, и понимание природы таких воздействий становится насущной задачей современной науки.

На сегодняшний день ученые обозначили противоречие между уровнем развития цивилизации и влиянием Солнца на жизненные процессы. Отсюда возникает проблема отрицания зависимости происходящих на Земле событий от циклов Солнечной активности.

Интерес ученых к проблеме солнечно – земных связей вызван несколькими причинами. Прежде всего, по мере выяснения физических сторон влияния Солнца на Землю выявилось громадное прикладное значение этой проблемы для радиосвязи, магнитной навигации, безопасности космических полетов, прогнозирования погоды и так далее.

История вопроса.

Еще в XVIII веке, когда появились достаточно мощные телескопы, астрономы обратили внимание на то, что количество пятен на Солнце увеличивается и уменьшается с определенной периодичностью. Это явление назвали циклами солнечной активности. Выяснили и среднюю их продолжительность - 11 лет (цикл Швабе - Вольфа). Позднее были открыты и более продолжительные циклы: 22-летний (цикл Хейла), связанный с переменой полярности солнечного магнитного поля, "вековой" цикл Гляйссберга длительностью около 80-90 лет, а также 200-летний (цикл Зюсса). Предполагают, что существует даже цикл продолжительностью в 2400 лет.

Галилей проводил свои наблюдения в 1610–1611 гг., и с этого периода регистрация пятен то проводилась, то прекращалась, то возобновлялась вновь.

К 1843 г. Генрих Швабе аптекарь и астроном-любитель из Дессау (Германия) собрал достаточно много данных для того, чтобы подтвердить долгое время существовавшее предположение о регулярных флуктуациях числа солнечных пятен. Швабе показал, что число пятен на диске меняется циклически, достигая максимума примерно через каждые одиннадцать лет.

Следующим, кто внес существенный вклад в исследование солнечных пятен, был Рудольф Вольф, швейцарский астроном, который в середине XIX столетия собрал все, какие только мог, данные о пятнах и привел их к удобному виду. Он установил, что средний период цикла равен 11,1 года.

Выполненные в ХХ веке основоположником гелиобиологии Александром Чижевским статистические исследования показали, что солнечная активность непосредственно сказывается на разных процессах на Земле - меняется частота эпидемий и эпизоотий, количество наводнений и засух.

Солнечная активность переменна и приблизительно описывается одиннадцатилетнем циклом, на протяжении которого она повышается, а потом снова снижается.

Но ученые, изучив кольца на спилах деревьев, ленточную глины, сталактитам, залежам ископаемых, раковинам моллюсков и другие признаки, предположили существование и более продолжительных циклов, длительностью около 110, 210, 420 лет. А так же и так называемые вековые продолжительностью и сверхвековые циклы 2400, 35000, 100 000 и, даже, 200 - 300 миллионов лет.

У разных 11-летних циклов может существенно отличаться высота в максимумах. Измерять ее принято в относительных числах Вольфа. Этот индекс был введен швейцарским исследователем Рудольфом Вольфом в 1848 году. По словам доктора физико-математических наук Бориса Шерстюкова, обычно солнечные пятна появляются не по одному, а группами. Для определения числа Вольфа берется число групп пятен, одновременно наблюдаемых на диске Солнца, и умножается на 10. К тому, что получилось, прибавляется общее число всех наблюдаемых солнечных пятен во всех группах. Результат умножается на коэффициент, близкий к единице. Так и определяется индекс, являющийся на сегодня самым репрезентативным среди прочих показателей солнечной активности. Чаще всего используются среднемесячные значения числа Вольфа. Самый высокий индекс на максимуме активности звезды за все годы наблюдений был зафиксирован в 19-м цикле на отметке 201 единица. Минимум же составлял порядка сорока.

Общие сведения о Солнце.

   Солнце - центральная и единственная звезда нашей Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеориты, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99,8 % от суммарной массы всей Солнечной системы.

Солнце состоит из водорода (~73 % от массы и ~92 % от объёма), гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма) и следующих, входящих в его состав в малых концентрациях, элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок.

В нашей галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллионов звёзд класса G2. При этом 85 % звёзд нашей галактики - это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём это красные карлики, находящиеся в конце своего цикла эволюции). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза.

Излучение Солнца - основной источник энергии на Земле. Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения с помощью фотосинтеза перерабатывают её в химическую форму (кислород и органические соединения). Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефти и других видах ископаемого топлива.

Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептические свойства, позволяющие использовать его для дезинфекции воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты - например, стимулирует производство в организме витамина D. Воздействие ультрафиолетовой части солнечного спектра сильно ослабляется озоновым слоем в земной атмосфере, поэтому интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли сильно меняется с широтой.

Солнце - магнитно активная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем, и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы, вызывая у людей головную боль и плохое самочувствие (у людей, чувствительных к магнитным бурям). Предполагается, что солнечная активность играет большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной внешней атмосферы.

Строение Солнца и солнечная активность.

Комплекс явлений, вызванных генерацией сильных магнитных полей на Солнце, называют солнечной активностью. Эти поля проявляются в фотосфере как солнечные пятна и вызывают такие явления, как солнечные вспышки, генерацию потоков ускоренных частиц, изменения в уровнях электромагнитного излучения Солнца в различных диапазонах, корональные извержения массы, возмущения солнечного ветра и т. д.

С солнечной активностью связаны также вариации геомагнитной активности, которые являются следствием достигающих Земли возмущений межпланетной среды, вызванных, в свою очередь, активными явлениями на Солнце.

Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150 000 километров, в которой идут термоядерные реакции, называется солнечным ядром. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³ (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого тяжёлого металла на Земле - иридия), а температура в центре ядра - более 14 миллионов градусов. Анализ данных, проведённый миссией SOHO, показал, что в ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности. В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4. При этом каждую секунду в энергию превращаются 4,26 миллиона тонн вещества, однако эта величина ничтожна по сравнению с массой Солнца - 2·1027 тонн.

Над ядром, на расстояниях около 0,2-0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса, в которой отсутствуют макроскопические движения, энергия переносится с помощью переизлучения фотонов.

Ближе к поверхности Солнца возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности совершается преимущественно движениями самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца, толщиной примерно 200 000 км, где она происходит - конвективной зоной. По современным данным, её роль в физике солнечных процессов исключительно велика, так как именно в ней зарождаются разнообразные движения солнечного вещества и магнитные поля.

Фотосфера (слой, излучающий свет) достигает толщины 320 км и образует видимую поверхность Солнца. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца, излучение же из более глубоких слоёв до неё уже не доходит. Температура в фотосфере достигает в среднем 5800 К. Фотосфера образует видимую поверхность Солнца, от которой определяются размеры Солнца, расстояние от поверхности Солнца и т. д.

Хромосфера (от др.-греч. χρομα — цвет, σφαίρα — шар, сфера) - внешняя оболочка Солнца толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу. Происхождение названия этой части солнечной атмосферы связано с её красноватым цветом, вызванным тем, что в её видимом спектре доминирует красная H-альфа линия излучения водорода. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами (из-за этого в конце XIX века итальянский астроном Секки, наблюдая хромосферу в телескоп, сравнил её с горящими прериями). Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4 000 до 15 000 градусов.

Плотность хромосферы невелика, поэтому яркость её недостаточна, чтобы наблюдать её в обычных условиях. Но при полном солнечном затмении, когда Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой и светится красным цветом. Её можно также наблюдать в любое время с помощью специальных узкополосных оптических фильтров.

Корона - последняя внешняя оболочка Солнца. Несмотря на её очень высокую температуру, от 600 000 до 5 000 000 градусов, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость. Необычайно интенсивный нагрев этого слоя вызван, по-видимому, магнитным эффектом и воздействием ударных волн. Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она имеет округлую форму, а в минимуме - вытянута вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень велика, она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эти излучения не проходят сквозь земную атмосферу, но в последнее время появилась возможность изучать их с помощью космических аппаратов. Излучение в разных областях короны происходит неравномерно. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с относительно невысокой температурой в 600 000 градусов, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Такая («открытая») магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается в основном из корональных дыр.

Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер — поток ионизированных частиц (в основном протонов, электронов и α-частиц), имеющий скорость 300—1200 км/с и распространяющийся, с постепенным уменьшением своей плотности, до границ гелиосферы.

Многие природные явления на Земле связаны с возмущениями в солнечном ветре, в том числе геомагнитные бури и полярные сияния.

Рис.1 Строение Солнца.

Влияние солнца на погоду.

Стоит отметить, что до сих пор ученые так и не пришли к общему мнению, каким образом солнечная активность влияет на земной климат. Существуют разные гипотезы. Наиболее обоснованными выглядят две. Первая связывает перемены климата с изменением общего потока солнечного излучения. Вторая использует для объяснения эффект изменения величины облачности в земной атмосфере (а следовательно, и ее отражательной способности для падающего излучения). При этом работает так называемый кондиционный механизм. За счет поступающих заряженных частиц в ионосфере Земли на высоте 10 километров происходит дополнительная ионизация. Это приводит к конденсации водяного пара. Меняются облачность, направление воздушных потоков, а следовательно, и климат.

Подобное развитие событий и вызвало тревогу в среде астрономов. "Дело в том, что более длительные циклы, например вековые, модулируя амплитуду 11-летнего цикла, приводят к возникновению грандиозных минимумов", - рассказал Юрий Наговицын. Таковых современной науке известно несколько: минимум Вольфа (начало XIV века), минимум Шперера (вторая половина XV века) и минимум Маундера (вторая половина XVII века).

Ученые предположили: конец 23-го цикла, по всей вероятности, совпадает с окончанием векового цикла солнечной активности, максимум которого был в 1957 году. Об этом, в частности, свидетельствует и кривая относительных чисел Вольфа, приблизившаяся к минимальной отметке в последние годы. Косвенным свидетельством суперпозиции является и затягивание 11-летнего. Сопоставив факты, ученые поняли, что, судя по всему, совокупность факторов свидетельствует о приближающемся грандиозном минимуме. Поэтому если в 23-м цикле активность Солнца составила около 120 относительных чисел Вольфа, то в следующем она должна быть около 90-100 единиц, предполагают астрофизики. Далее активность снизится еще сильнее.

Какие же последствия ждут Землю? Оказывается, именно во время грандиозных максимумов и минимумов солнечной активности на Земле наблюдались крупные температурные аномалии. Ученые не склонны сводить климатические изменения исключительно к какому-то одному фактору, будь то солнечная активность или концентрация в атмосфере парниковых газов. "Климатообразующая система Земли весьма сложна и включает в себя атмосферу, литосферу (подстилающую поверхность), гидросферу (Мировой океан), криосферу (ледники) и биосферу. Климат определяется взаимодействием этих факторов, различным в разных регионах, причем с множеством обратных связей. Вклад же изменений солнечной активности в эту систему, по нашим оценкам, не превышает в среднем 20 процентов, хотя и достигает 50 процентов для вариаций, определяющих картину грандиозных максимумов и минимумов", - рассказал Юрий Наговицын.

Цикл активности солнечных пятен имеет прямое отношение к климату на Земле. У некоторых деревьев, например, толщина годовых колец тоже имеет 11-летний цикл. Между 1650–1715 гг. пятен на Солнце практически не было (минимум Маундера), солнечный цикл как будто совсем исчез. Это соответствует периоду исключительно холодной погоды в Европе. Объяснения минимума Маундера — одна из проблем современной астрофизики.

Рис. 2 Ежегодное среднее число солнечных пятен за период 1610-2000 гг.

Чтобы проверить воздействие 11-летнего солнечного цикла на наш климат, на спутнике был установлен специальный прибор, который измерял количество энергии, произведенной Солнцем за период 1980–1989 гг. Каждый раз, когда на Солнце появлялось большое пятно, количество энергии, излучаемое Солнцем, падало.

Рис. 3 Числа Вольфа

На этом графике представлены осредненные за месяц числа Вольфа W, соединенные тонкой  линией. Черные точки — среднегодовые значения. Черная линия — прогноз. Фаза роста 3,5 г. Спада — 6 лет. Между двумя максимумами 1,5 г.

В 1990-2003 гг. и в последующие годы, естественно, проводились новые серии наблюдений с космических орбитальных телескопов. Ученые надеются, что эти измерения позволят ответить на вопрос, оказывают ли изменения солнечной активности долгосрочное воздействие на Землю — скажем, содействуют ли они глобальному потеплению на нашей планете.

Влияние Солнца на растения.

Можно выделить прямое и опосредствованное влияние солнечной активности на растения. Типичным примером прямого влияния является фотосинтез. Без солнечного света он невозможен. Солнечный свет является одним из наиболее важных для жизни растений экологических показателей. Он поглощается хлорофиллом и используется при построении первичного органического вещества. Лучистая энергия Солнца действует на клетки растения непосредственно.

Примером опосредствованного влияния является зависимость толщины годичного прироста деревьев от солнечной активности. В данном случае, по мнению учёных, космические факторы изменяют атмосферную циркуляцию (количество осадков и температуру воздуха), что приводит к изменению климата, а эти изменения, в свою очередь, влияют на развитие растений. Мы же видим только конечный результат — толщину годичного кольца данного дерева.

Этой проблемой подробно занимался А. Дуглас. Он стремился выбирать долгоживущие деревья, что дало ему возможность проследить влияние солнечной активности на рост деревьев в течение веков и даже тысячелетий. Первое, на что обратил внимание Дуглас, было то обстоятельство, что на срезах секвойи, имеющих тысячи годичных колец (3200 лет), обычно чередуются годичные кольца быстрого роста (большой толщины) и годичные кольца медленного роста (тонких). Исследования показали, что при минимальной активности Солнца растения развиваются быстрее. Надо иметь в виду, что развитие растения зависит и от типа данного леса, и от температуры во время вегетационного периода, и от увлажнённости леса. Однако, несмотря на все это, во всех изменениях годичных колец различных деревьев выявляется определенная их зависимость от солнечной активности.

Влияние Солнца на животных.

Ещё в XIX веке учёными был проведён ряд исследований. Выяснилось, что ультрафиолетовые лучи Солнца последовательно сперва возбуждают, а затем угнетают клетки животных, что объясняется раздражением плазмы клеток. Под влиянием света происходит повышение окислительных процессов в клетках и усиление газового обмена живой мышечной и нервной ткани.

Свет оказывает воздействие на движение мерцательного эпителия пищевода лягушки. Регенерация тканей протекает несравненно быстрее на свету, чем в темноте. Внутриклеточная жизнь также находится в известной зависимости от света: ультрафиолетовые лучи, при посредстве образуемой ими перекиси водорода, влияют на диастазы. Имеются указания о действии солнечного света на гипобронхиальные железы брюхоногих моллюсков.

Очень важным следует считать изменение газообмена у животных под влиянием солнечного света. Молешотт еще в 1855 году показал на целом ряде животных, что свет вызывает увеличение поглощения кислорода и усиление выделения углекислоты.

Исследователей Байкала давно интересовала одна из его наиболее интригующих загадок - так называемые "мелозирные годы", когда в весеннем планктоне подо льдом интенсивно развиваются крупноклеточные виды водорослей, давая вспышку в величине биомассы в десятки раз по сравнению с обычными годами. Несмотря на неоднократные попытки раскрыть секрет этих "мелозирных лет", явление до последнего времени оставалось непонятным. Лишь недавно учёными было установлено, что циклы развития весеннего фитопланктона резонансно сопряжены с циклами солнечной активности. В многолетней динамике всплески биомассы, как правило, 3-кратно укладывались в 11-летние отрезки времени с интервалами 4, 3 и снова 4 года, причем концы этих отрезков ложились на пики солнечной активности, но иногда интервалы между вспышками удваивались и три "мелозирных года", наблюдались уже на вдвое более длинном отрезке в 22 года (с 1968 по 1990 гг.). В итоге была обнаружена взаимосвязь между уровнем солнечной активности и длиной циклов весеннего фитопланктона.

Фитопланктон далеко не уникален в своём подчинении солнечно-земным ритмам, существуют подобные закономерности и в жизни других представителей флоры и фауны. Уже в XXI веке можно утверждать, что солнечным ритмам подчиняются стада крупнорогатого скота в своих миграциях, птицы в перелетах, циклы размножения бактерий и вирусов часто коррелируют с ритмами Солнца.

Таким образом, из рассмотренных выше примеров можно заключить, что Солнце, а главным образом солнечная активность и солнечный свет оказывают влияние на жизнь животных.

Влияние солнечной активности на пиковые урожайности зерновых.

За последние шестьдесят лет регулярных и научно описанных наблюдений за урожайностью зерновых во всех странах мира  было зарегистрировано несколько как минимальных, так и максимальных результатов уборочной страды сопоставимых с достижениями 2008 года.

Безусловно, всегда существовала масса прогнозов и предложений в этой фундаментальной области сельского хозяйства, базировавшихся на достоверных и не очень факторах и причинах влияющих на урожайность зерновых культур. Поскольку пиковое увеличение урожая в 2008 году наблюдалось на территории многих стран мира, где культивируются зерновые, то в первом приближении не имеет смысла учитывать человеческий фактор. Необходим анализ пиковой урожайности как резонансного явления: взаимодействия периодических колебаний тепла от Солнца и периодических обменных процессов в самом растении-пшенице. Засухи, разрушительные извержения вулканов, аномально - обильные осадки, как стихийные природные явления рассматриваться не будут, хотя они также носят резонансный характер.

Исходные результаты взяты из работы и материалов статистики Министерства сельского хозяйства и продовольствия.

Таблица 1. Фактическая урожайность  пшеницы  в России ( в % )

Рис. 4 Урожайность сельскохозяйственных культур (1970 – 2009 гг).

Из статистики наблюдений  знаменателен десятилетний период высокой урожайности с 1970 по 1979 год, что совпадает с Солнечным циклом. Отметим ряд моментов резонансных с шестилетним периодом взаимодействия Земли, Солнца и самих растений:

- 1986-1998- это 12 лет между максимумами урожайности;

- 1981-1992- это  12 лет между минимумом урожайности.

Эти данные подтверждают зависимость урожайности пшеницы от циклов солнечной активности.

Влияние Солнечной активности на человека.

В последние годы всё чаще говорится о солнечной активности, магнитных бурях и их влиянии на людей. Так как солнечная активность нарастает, то вопрос о влиянии этого явления на здоровье становится в достаточной степени актуальным.

Всё на Земле зависит от Солнца, поставляющего ей значительную часть энергии. Спокойное Солнце (при отсутствии на его поверхности пятен, вспышек) характеризуется постоянством во времени электромагнитного излучения во всём его спектральном диапазоне, включающем рентгеновские лучи, ультрафиолетовые волны, видимый спектр, инфракрасные лучи, лучи радиодиапазонов, а также постоянством во времени так называемого солнечного ветра – слабого потока электронов, протонов, ядер гелия, представляющего собой радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство.

Магнитное поле планет (в том числе Земли) служит защитой от солнечного ветра, но часть заряженных частиц способно проникать внутрь магнитосферы Земли. Это происходит в основном в высоких широтах, где имеются две так называемые воронки: одна в Северном, другая в Южном полушариях. Взаимодействие этих заряженных частиц с атомами и молекулами атмосферных газов вызывает свечение, которое называется северным сиянием. Энергия, приходящая в виде этих частиц, далее распределяется в различных процессах вокруг всего земного шара, в результате чего происходят изменения в атмосфере и ионосфере на всех широтах и долготах. Но эти изменения на средних и низких широтах происходят спустя определённое время после событий в высоких широтах, и последствия их в разных областях, на разных широтах и в разное время различны. Поэтому имеется значительное многообразие последствий вторжения частиц солнечного ветра в зависимости от региона.

Волновое излучение Солнца распространяется прямолинейно со скоростью 300 тыс. км/сек и доходит до Земли за 8 минут. Молекулы и атомы атмосферных газов поглощают и рассеивают волновое излучение Солнца избирательно (на определённых частотах). Периодически, с ритмом приблизительно 11 лет, происходит усиление солнечной активности (возникают солнечные пятна, хромосферные вспышки в короне Солнца). В это время усиливается волновое солнечное излучение на разных частотах, из солнечной атмосферы выбрасываются в межпланетное пространство потоки электронов, протонов, ядер гелия, энергия и скорость которых много больше, чем энергия и скорость частиц солнечного ветра. Этот поток частиц распространяется в межпланетном пространстве наподобие поршня. Через определённое время (12–24 часа) этот поршень достигает орбиты Земли. Под его давлением магнитосфера Земли на дневной стороне сжимается в 2 раза и более (с 10 радиусов Земли в норме до 3–4х), что ведёт к увеличению напряжённости магнитного поля Земли. Так начинается мировая магнитная буря.

Период, когда магнитное поле увеличивается, называется начальной фазой магнитной бури и продолжается 4–6 часов. Далее магнитное поле возвращается к норме, а затем его величина начинает уменьшаться, так как поршень солнечного корпускулярного потока уже прошёл за пределы Земной магнитосферы, а процессы внутри самой магнитосферы привели к уменьшению напряжённости магнитного поля. Этот период пониженного магнитного поля называется главной фазой мировой магнитной бури и длится 10–15 часов. После главной фазы магнитной бури следует восстановительная (несколько часов), когда магнитное поле Земли восстанавливает свою величину. В каждом регионе возмущение магнитного поля происходит по-разному.

За последние годы стало понятно, что на человека действует целый ряд космических факторов, вызывающих изменения в магнитосфере планеты в результате воздействия на неё солнечных корпускулярных потоков. А именно:

1.    Инфразвук, представляющий собой акустические колебания очень низкой частоты. Он возникает в областях полярных сияний, в высоких широтах и распространяется на все широты и долготы, то есть является глобальным явлением. Через 4–6 часов от начала мировой магнитной бури плавно увеличивается амплитуда колебаний на средних широтах. После достижения максимума она постепенно уменьшается в течение нескольких часов. Инфразвук генерируется не только при полярных сияниях, но и при ураганах, землетрясениях, вулканических извержениях так, что в атмосфере существует постоянный фон этих колебаний, на который накладываются колебания, связанные с магнитной бурей.

2.    Микропульсации или короткопериодические колебания магнитного поля Земли (с частотами от нескольких герц до нескольких кГц). Микропульсации с частотой от 0,01 до 10 Гц действуют на биологические системы, в частности на нервную систему человека (2–3 Гц), увеличивая время реакции на возмущающий сигнал, влияют на психику (1 Гц), вызывая тоску без видимых причин, страх, панику. С ними также связывают увеличение частоты заболеваемости и осложнений со стороны сердечно–сосудистой системы.

3.    Также в это время меняется интенсивность ультрафиолетового излучения, приходящего к поверхности Земли из–за изменения озонового слоя в высоких широтах в результате действия на него ускоренных частиц.

Выбрасываемые из Солнца потоки очень разнообразны. Различны и условия в межпланетном пространстве, которое они преодолевают, поэтому нет строго одинаковых магнитных бурь. Каждая имеет своё лицо, отличается не только силой, интенсивностью, но и особенностями развития отдельных процессов. Таким образом, следует иметь в виду, что понятие «магнитная буря»  в данной проблеме действия космоса на здоровье является своего рода собирательным образом.

Влияние солнечной активности на возникновение заболеваний установил ещё в 20-х годах А.Л.Чижевский. С тех пор проводятся исследования, накапливаются научные данные, подтверждающие влияние солнечных и магнитных бурь на здоровье. Замечено, что ухудшение состояния больных максимально проявляется, во-первых, сразу после солнечной вспышки и, во-вторых, – с началом магнитной бури. Это объясняется тем, что спустя примерно 8 минут от начала солнечной вспышки солнечный свет (а также рентгеновское излучение) достигают атмосферы Земли и вызывают там процессы, которые влияют на функционирование организма, а примерно через сутки начинается сама магнитосферная буря Земли.

Из всех заболеваний, которые подвержены воздействию магнитосферных бурь, сердечно–сосудистые были выделены, прежде всего, поскольку их связь с солнечной и магнитной активностью была наиболее очевидной. Проводились сопоставления зависимости количества и тяжести сердечно–сосудистых заболеваний от многих факторов внешней среды (атмосферное давление, температура воздуха, осадки, облачность, ионизация, радиационный режим и так далее), но достоверная и устойчивая связь сердечно–сосудистых заболеваний выявляется именно с хромосферными вспышками и геомагнитными бурями.

Во время магнитных бурь проявлялись субъективные симптомы ухудшения состояния больных, учащались случаи повышения артериального давления, ухудшалось коронарное кровообращение, что сопровождалось отрицательной динамикой ЭКГ. Исследования показали, что в день, когда на Солнце происходит вспышка, число случаев инфаркта миокарда увеличивается. Оно достигает максимума на следующий день после вспышки (примерно в 2 раза больше по сравнению с магнитоспокойными днями). В этот же день начинается магнитосферная буря, вызванная вспышкой.

Исследования сердечного ритма показали, что слабые возмущения магнитного поля Земли не вызывали увеличения числа нарушений сердечного ритма. Но в дни с умеренными и сильными геомагнитными бурями нарушения ритма сердца происходят чаще, чем при отсутствии магнитных бурь. Это относится как к наблюдениям в состоянии покоя, так и при физических нагрузках.

Наблюдения за больными гипертонической болезнью показали, что часть больных реагировала за сутки до наступления магнитной бури. Другие чувствовали ухудшение самочувствия в начале, середине или по окончании геомагнитной бури. В начале и на протяжении бури увеличивалось систолическое давление (приблизительно на 10 – 20%), иногда в конце, а также в продолжение первых суток после её окончания увеличивалось как систолическое, так и диастолическое артериальное давление. Только на вторые сутки после бури артериальное давление у больных стабилизировалось.

Проведённые исследования показали, что наиболее пагубно на больных действует буря в её начальный период. Анализ многочисленных медицинских данных вывел также сезонный ход ухудшения здоровья во время магнитных бурь; он характеризуется наибольшим ухудшением в весеннее равноденствие, когда увеличивается число и тяжесть сосудистых катастроф (в частности, инфарктов миокарда).

Выявлена связь солнечной активности и с функционированием других систем организма, с онкозаболеваниями. В частности, изучалась заболеваемость раком в Туркмении за время одного цикла солнечной активности. Было установлено, что в годы снижения солнечной активности заболеваемость злокачественными опухолями возрастала. Наибольшая заболеваемость раком имела место в период спокойного Солнца, наименьшая – при самой высокой солнечной активности. Предполагают, что это связано с тормозящим действием солнечной активности на малодифференцированные клеточные элементы, в том числе на раковые клетки.

Во время магнитной бури чаще начинаются преждевременные роды, а к концу бури увеличивается число быстрых родов. Учёные также пришли к выводу, что уровень солнечной активности в год рождения ребёнка существенно отражается на его конституционных особенностях.

Исследованиями в разных странах на большом фактическом материале было показано, что число несчастных случаев и травматизма на транспорте увеличивается во время солнечных и магнитных бурь, что объясняется изменениями деятельности центральной нервной системы. При этом увеличивается время реакции на внешние световой и звуковой сигналы, появляется заторможенность, медлительность, ухудшается сообразительность, увеличивается вероятность принятия неверных решений.

Проводились наблюдения влияния магнитных и солнечных бурь на больных, страдающих психическими заболеваниями, в частности, маниакально–депрессивным синдромом. Было установлено, что у них при высокой солнечной активности преобладали маниакальные фазы, а при низкой – депрессивные. Прослеживалась чёткая связь между обращаемостью в психиатрические лечебницы и возмущённостью магнитного поля Земли. В такие дни увеличивается количество случаев суицида, что анализировалось по данным вызовов СМП.

Имеются индивидуальные различия чувствительности человека к воздействию возмущений геомагнитного поля. Так, люди, рождённые в период активного Солнца, менее чувствительны к магнитным бурям. Всё больше данных свидетельствует о том, что сила фактора внешней среды в период развития беременности, а также изменения в самом организме матери определяет устойчивость будущего человека к тем или иным экстремальным условиям и склонность к определённым заболеваниям. Это позволяет предположить, что сила воздействия космических, геофизических и других факторов, их соотношение и ритм воздействия на организм беременной женщины как бы заводят внутренние биологические часы каждого из нас.

Результаты научных наблюдений за солнечной активностью в течение последних 170 лет позволяют отнести максимум 11–летнего цикла в 2001г. к самому мощному за этот период. Он совпадает с вхождением в максимум 576 летнего цикла противостояния больших планет в 2000г., что позволяет учёным предположить усиление психопатогенного космического воздействия на биосферу в 2000–2001гг., а далее в 2004–2006гг. вызвать наибольшее усиление сейсмической активности Земли в новейшей истории.

Взаимосвязь между активностью Солнца, нервной системой человека и смертностью.

В работах неоднократно упомянутого Чижевского было доказано, что возмущения на Солнце (извержения, взрывы, вспышки) тотчас же оказывают действие на нервную систему людей. Более поздние исследователи данного вопроса дополнили его новыми данными. Оказалось, что микро пульсации магнитного поля Земли (с частотами от нескольких герц до нескольких килогерц), вызванные солнечным ветром, накладываясь на магнитные бури и ураганы, заметно сказываются на нервном состоянии человека. При частоте пульсации 2-3 Гц увеличивается время реакции на внешние световые и звуковые сигналы, появляется заторможенность, медлительность, ухудшается сообразительность. Это становится причиной несчастных случаев и травматизма на транспорте. Частота в 1 Гц влияет на психику иным образом — вызывает тоску без видимых причин, страх вплоть до паники. С микро пульсациями также связывают увеличение числа заболеваний сердечнососудистой системы человека.

Исследования показали, что в день, когда на Солнце происходит вспышка, число случаев инфаркта миокарда увеличивается примерно вдвое и достигает максимума на следующий день после вспышки, когда начинается магнитосферная буря. В дни усиления солнечной активности увеличивается количество случаев суицида, у тяжелобольных снижается активность иммунной системы, обостряются маниакальные наклонности у психически больных людей.

Таким образом, на основании научных исследований, можно прийти к выводу, что солнечная активность является одним из факторов роста эпидемий, оказывает влияние на нервную систему человека и может способствовать увеличению смертности среди народонаселения.

Зависимость роста эпидемий от Солнца.

Изучая, например, ход холерных эпидемий по эпидемиологическим исследованиям и сопоставляя даты последовательного развития холеры с датами в периодической деятельности Солнца, по мнению Чижевского, можно чётко заметить, что увеличение, расширение и ожесточение холерных пандемий идут параллельно с увеличением интенсивности пятно-образовательного процесса на Солнце. Эпохи затишья и движения холеры совпадают с падением солнечной активности. Прекращение эпидемий обычно падает на начальные месяцы минимума солнечной активности.

Обратимся к другой эпидемии – эпидемии гриппа. Изучая распределение эпидемий гриппа во времени, советский учёный Александр Леонидович Чижевский пришёл к выводу, что распределение это не произвольно, а, наоборот, обнаруживает известную закономерность. Эта закономерность в распределении гриппозных эпидемий во времени, стоит в причинной связи с известными колебаниями в солнечной активности. Анализ явления позволяет определить, какие моменты в периодической деятельности Солнца наиболее благоприятствуют возникновению и развитию гриппозных эпидемий и какие моменты им не благоприятствуют. В то время как в годы минимального напряжения в деятельности Солнца встречаются небольшие и пространственно изолированные эпидемии, за незначительным исключением, в годы резких подъемов солнечной активности гриппозные пандемии стихийно схватывают огромные территории и уносят наибольшее число жертв.

Влияние солнечной активности на  умственные способности людей.

    В журнале "Наука и религия" N10, 1989 г. была опубликована статья Е.Виноградова "Когда рождаются гении?". В ней автор  сопоставляет даты рождений людей, удостоившихся попасть в БСЭ, с солнечной активностью, и делает вывод о том, что большая часть из них рождены в год спокойного Солнца.

   Приступая к исследованию, Евгений Виноградов из различных источников собрал сведения о времени и месте рождения 757 нобелевских лауреатов из 61 страны, известные на 1 января 2006 года. Таким образом, удалось выявить небольшую, но представительную группу одаренных людей.

Были исследованы биографии 389 известных людей, в том числе, диктаторов и маньяков. Результаты исследования отражены в диаграмме.

Рис.7 Соотношение дат рождения с периодами солнечной активности.

Влияние Солнца на работу ученых.

   Прекрасной иллюстрацией влияния Солнца на ход всех происходящих на Земле живых процессов могут послужить выводы профессора Чепмена, подкрепленные математически точными количественными измерениями. Аргументация профессора наносит сильный удар по позициям скептиков, сомневающихся в циклическом действии Солнца на биосферу Земли.

Известный английский ученый Сидней Чепмен, отмечая в 1968 году свое восьмидесятилетие, подсчитал, что за 58 лет научной деятельности им было опубликовано 450 работ по физике верхних слоев атмосферы Солнца. Поскольку продуктивная деятельность этого выдающегося ученого продолжалась в течение более чем пяти циклов солнечной активности, он сделал попытку сравнить частоту солнечных циклов с колебаниями собственной научной деятельности. Результаты сравнения представлены на графике.

Рис. 6 Сравнение частоты солнечных циклов с колебаниями научной деятельности С.Чепмена.

Из анализа графиков научной деятельности профессора Чепмена можно сделать, по меньшей мере, три основных вывода:

1.         Число публикаций увеличивается и уменьшается в полном соответствии с числом пятен на солнце с 11-летним периодом.

2.         Некоторое запаздывание – примерно на год – графика публикаций ученого относительно солнечной активности можно объяснить работой над рукописью и редакционной волокитой, требующей известных затрат времени.

3.         Высота двух смежных графических максимумов постепенно возрастает, что свидетельствует как об увеличении энергии Солнца, так и профессора Чепмена. Очевидно также, что с возрастом научная продуктивность ученого только возрастала – значит, старость отнюдь не становится помехой умственной деятельности.

Солнечная активность и процесс развитие цивилизации.

Уровень развития той или иной культуры прямо пропорционален уровню солнечной активности. И неудивителен тот факт, что именно в период роста солнечной активности, а значит, магнитных бурь на Земле ученые отмечают рост не только заболеваний, в основном у пожилых людей, но и увеличение численности изобретений, открытий в науке и технике.

“Главное событие было нами обращено на даты возникновения исторических событий, то есть даты первых подъемов человеческих масс во имя достижения той или иной цели. Окончательный вывод получился после долгой работы в итоге детального статистического исследования истории большинства государств и народов, населявших все пять континентов земного шара и известных науке, начиная с 500 г. до Рождества Христова и кончая 1814 г, то есть за 2414 лет”.

А.Л.Чижевский

Рис. 5 Культуры и солнечная активность ( из книги Э.Джилберт. М.Коттерелл "Тайны майя").

1.    Максимум культуры шумеров.

2.    Максимум культуры пирамид.

3.    Максимум культуры Стоунхендж

4.    Минимум культуры Египта.

6.    Минимум Гомеровской культуры.

8.    Минимум эллинской культуры.

9.    Максимум Рима, появление христианства.

10. Падение культуры майя, появление ислама, появление варягов на Руси и возникновение династии Рюриковичей (862 год)

11.  Максимальная активность татаро-монгольского царства, усиление деятельности "еретиков" в странах проповедующих христианство ( Северной Италии, Франции, Германии).

12. Гибель татаро-монгольского царства. 1198-1230 годы - появление "святой инквизиции" в виде ордена доминиканцев., изгнание евреев из Испании.

13. Возникновение в мире нового направления в христианстве - протестантизма.

14-15. Развитие науки и культуры на современном этапе развития цивилизации.

Как видно из рисунка 5, развитие либо гибель той или иной культуры в истории развития цивилизации теснейшим образом связано с тем, в каком состоянии находится наше Солнце; минимальной либо максимальной активности.

   "...На всем протяжении всемирной истории человечества начиная с 500 года до Рождества Христова и по сие время, в каждом веке нами обнаружено по девяти отчетливо обрисовывающихся концентраций начальных моментов исторических событий".

А.Л.Чижевский

Вот как излагают учение А.Л.Чижевского исследователи Ю.В.Мизун и Ю.Г.Мизун в своей книге "Тайны будущего":

1."...каждый цикл всеобщей истории, военной или общественной деятельности человечества равен в среднем арифметическом 11 годам".

2. В периоды максимальной солнечной активности имеют место эпохи концентрации исторических событий. Периоды минимальной солнечной активности совпадают с эпохами разряжения исторических событий. Измерения солнечной активности проводятся начиная с 1610 года. Изменение солнечной активности за предшествующий период восстанавливается как по летописям и другим источникам, так и по другим естественным процессам и их последствиям.

А.Л.Чижевский рассчитал по всем циклам от 1610 года по 1914 год сколько событий ( в пределах к общему числу) приходится на каждый период солнечной активности. Оказалось, что более половины (60%) всех событий мировой истории приходятся на периоды максимальной солнечной активности, который длится 3 года из 11-ти. На такой же по длительности (3 года) период минимума солнечной активности приходится всего 5% всех событий мировой истории. На период роста солнечной активности приходится 20%, а на период спада - 15% всех событий всемирной истории.

Глубокий смысл полученных данных состоит в том, что "внутренней структуре каждого цикла соответствует внутренняя структура всех остальных". Другими словами, в своих основных чертах все циклы (длительностью примерно 11 лет) в развитии человеческого общества похожи друг на друга, похожи их, по определению А.Л.Чижевского, социально-психологические характеристики.

Заключение.

Проанализировав статистические данные, были сделаны следующие выводы:

Цикл активности солнечных пятен имеет прямое отношение к климату на Земле. Во время сильных вспышек на Солнце  на Земле происходят ураганы, смерчи, наводнения и др.

1.         Урожайность пшеницы  зависит от циклов солнечной активности.

2.         Солнечная активность провоцирует развитие и обострения некоторых болезней у человека.

3.         В периоды максимальной солнечной активности имеют место эпохи концентрации исторических событий. Периоды минимальной солнечной активности совпадают с эпохами разряжения исторических событий.

4.         Число научных открытий и  публикаций увеличивается и уменьшается в полном соответствии с числом пятен на солнце с 11-летним периодом.

Таким образом, предложенный метод  можно с успехом использовать для статистической обработки многих других закономерностей, имеющих более приземленный характер. Например, для изучения влияния ДТП (дорожно-транспортных происшествий) на работу ДПС (дорожно-патрульной службы), влияния преступности на  прокуратуру, стихийных бедствий на МЧС и многое другое. Можно прогнозировать урожайность различных сельскохозяйственных культур, развитие науки и технического прогресса, сложных операция и много другого.

Список литературы

1.         Чижевский А.Л. “Земное эхо солнечных бурь”: М., Мысль 1976г.

2.         Мирошниченко Л.И. “Солнечная активность и земля”: М., Наука 1981г.

3.         Широкова Е. “В плену солнечных бурь” // Камчатское Время 26.04.2001г.

4.         Кауров Э. “Человек, Солнце и Магнитные Бури” // "Астрономия" РАН.   19.01.2000г.

5.         Короновский Н.В. “Магнитное поле геологического прошлого земли” // СОЖ, 1996г. №6