Геофизик Шалимов рассказал о влиянии земных оболочек на биосферу

- Сергей Львович, Вы занимаетесь изучением разных оболочек Земли и их взаимодействием. Сколько у нашей планеты оболочек? - Их очень много. В одной атмосфере этих оболочек, наверное, где-то 5-6. И каждая оболочка - или сфера - отмечена своей особенностью (с точки зрения физики). Если двигаться от центра Земли, то, прежде всего, надо понимать, что у Земли не одно ядро, а два. Твердое ядро, внутреннее, радиусом 1220 км, находится в центре Земли и почти полностью состоит из железа с примесью никеля и ряда легких элементов. Это ядро погружено в расплав железа с кинематической вязкостью воды, то есть в жидкое ядро. Температура жидкого ядра – около 6000 °C (вблизи твердого ядра температура несколько меньше из-за высокого давления). Именно в жидком ядре идут процессы генерации магнитного поля Земли. На расстоянии около 3500 км от центра Земли начинается вязкая мантийная оболочка, протяженность которой около 3000 км, а ее верхняя часть, толщиной около 50 км называют литосферой - твердой оболочкой. Она отделяет все живое от вязкой астеносферы. Движение и взаимодействие литосферных плит обуславливают землетрясения. 2/3 твердой оболочки Земли покрыто гидросферой – жидкой оболочкой Земли. Твердая оболочка покрывается атмосферой – газовой оболочкой Земли, которая, делясь еще на несколько сфер, простирается до 800 км в высоту. Однако с ростом высоты вступает в игру ионизация молекул и атомов атмосферы в основном солнечным излучением. Формируется ионосфера – часть атмосферы, ионизованная Солнцем. Она начинается там, где электроны влияют на распространение радиоволн. Магнитосфера – магнитная оболочка Земли. Граница устанавливается по равенству давлений плазмы солнечного ветра и магнитного давления и находится на расстоянии 10 радиусов Земли от ее центра. Магнитосфера содержит уже полностью ионизованную плазму. Она, вместе с ионосферой, защищает нас от жесткой радиации Солнца. - Какая из оболочек на данный момент лучше всего изучена? - Я думаю, они все в более-менее в равных условиях. Хотя недра, все же, изучены, наверное, меньше. Мы можем судить о том, что там происходит только по процессам, которые идут на поверхности. Впрочем, о нижней ионосфере (80-90 км над поверхностью), где сгорают метеороиды, получить экспериментальные данные тоже очень сложно. Потому что нижняя ионосфера слишком высока для зондов и слишком низка для спутников. Все оболочки изучены пока недостаточно. Именно поэтому так сложно, например, точно определить причину глобального потепления. - Разве? Вроде бы причина определена. Это выбрасываемый в атмосферу углекислый газ, получаемый в ходе хозяйственной деятельности человека. - Из того, что об этом известно, я сильно сомневаюсь в том, что СО2 является причиной потепления. Температура за последние 100 лет выросла приблизительно на градус, чуть меньше. Концентрация углекислого газа – приблизительно с 300 до 400 ppm. Нам говорят: это из-за того, что мы сжигаем уголь, газ и нефть. Надо прекратить срочно все это сжигать, и тогда не будет расти температура. Но это какое-то недоразумение, наверное. - Почему? - Потому что, скажем, в последнее межледниковье температура на Земле была где-то на 2°C выше нынешней. Спрашивается, как это связано с выбросами СО2? 10 тысяч лет назад никакой цивилизации еще не было. Кроме того, температура колеблется на более коротких промежутках времени. С конца ХIХ века по 1910 год было похолодание. С 1910 по 1940 — потепление. С 1940 по 1950 — снова похолодание. Затем по 80-х годов стабильность, а потом температура стала расти. Температура колеблется с амплитудой в десятые доли градуса, а концентрация СО2 растет монотонно. И самое интересное: поглощаемое СО2 в атмосфере инфракрасное излучение земной поверхности не соответствует возвращаемому в сторону Земли. - Но парниковый эффект существует? - Да. Откуда возникает парниковый эффект? Из поглощения атмосферой и возвращения ею части инфракрасного излучения на земную поверхность. И, с точки зрения специалистов, рассмотревших этот вопрос подробно (в первую очередь, Бориса Михайловича Смирнова из ОИВТ РАН), основной причиной парникового эффекта надо считать воду, а не СО2. Но почему вообще концентрация СО2 растет в атмосфере - это, конечно, вопрос. - Есть ли какие-то гипотезы? - Есть гипотеза Лайнуса Полинга, который утверждал, что существует равновесие между атмосферным и океаническим СO2 через образования карбоната кальция. Если его немного сдвинуть (например, за счет роста температуры океанов), то СО2 в атмосфере будет расти. Здесь еще нужно разбираться в причинах. Во всяком случае, это точно не рост СО2 от сжигания газа, нефти и угля. - А дисбаланс между атмосферой и океаном может произойти из-за хозяйственной деятельности человека? - Может. Мы же загрязняем океан. Но как именно смещается это равновесие, почему возникает парниковый эффект, что с этим делать, как остановить – все это вопросы, на которые ответа пока нет. - Кроме глобального потепления есть еще один процесс, который пугает население планеты. Это переполюсовка. Магнитные полюса могут поменяться местами, как это уже было не раз в истории нашей планеты. То есть, стрелка компаса вдруг начнет показывать на юг. Действительно ли это так? - Ученые, основываясь на палеомагнитных исследованиях утверждают, что такое явление, как переполюсовка, существует. То есть по ископаемым породам определенного состава, можно сказать какое направление геомагнитного поля было в прошлые времена. И видно, что поле меняет направление. Но происходит это редко, несколько раз за миллион лет. С последнего события, которое указывает на то, что поле было противоположное, прошло 780 тысяч лет (эпоха Брюнес-Матуяма). - Если вдруг это произойдет, что будет с нашими навигационными спутниками? Прежде всего будет исчезать дипольность (наличие двух полюсов: север-юг) нашего геомагнитного поля, а с ним и привычная нам магнитосферная и ионосферная защита от солнечной радиации. Поле, конечно, полностью не исчезнет, но плазма от солнечного ветра и жесткое излучение будут прорываться в отдельных местах на поверхность Землю и губить все на своем пути, в том числе любые спутники. То есть это, конечно, не очень хороший сценарий. Функционирование навигационных спутников, помимо прочего, зависит от вариаций скорости вращения Земли, состояния атмосферы и ионосферы. В частности, распространение электромагнитного сигнала через однородную плазму без магнитного поля отличается от распространения через неоднородную плазму с магнитным полем. И это надо учитывать. С другой стороны, согласно палеомагнитным исследованиям, переполюсовка занимает приблизительно 10 тысяч лет. Поэтому будет достаточно времени адаптировать навигационные спутники к новому полю, если, конечно, они будут волновать людей в такие времена. - А куда будет показывать стрелка компаса? - Она может показывать на любое место или крутиться. Север и юг есть только в дипольном поле. - А прямо сейчас идет процесс смены полюсов? - Это невозможно установить, поскольку, как я сказал, процесс занимает длительное время. А наблюдаемое уменьшение интенсивности поля может быть обусловлено в том числе экскурсом – процессом, который не приводит к переполюсовке, хотя и способствует уменьшению дипольной компоненты поля. Скорее всего эти процессы обусловлены течениями в жидком ядре Земли, как, например, движение истинного магнитного полюса. Истинный магнитный полюс, то есть, место на земной поверхности, где магнитные силовые линии вертикальны, был раньше в Канаде, а сейчас движется в Сибирь. Геомагнитные же полюса, образованные магнитным диполем, пока практически стоят на месте. Это очень хорошо, потому что, если бы они смещались, возможно, большая часть Сибири оказалась бы под овалом полярных сияний. А, как известно, под ним очень плохо работает связь. Но, слава Богу, смещаются только истинные магнитные полюса. - Долгое время ученые не могли предсказывать землетрясения и извержения вулканов. Есть ли какие-то подвижки в этом направлении? - Нет, пока ученые не обладают необходимой информацией для предсказания сейсмических событий. Было лишь несколько случайных предсказаний, но это нельзя назвать системой. Многие говорят: "Ну как же? Животные же чувствуют предвестники, а мы почему-то не чувствуем?". Но пока это так. Между прочим, Калифорния и Япония облеплены всевозможной аппаратурой и при этом все время пропускают сильные землетрясения. Подчеркну, что речь идет о краткосрочном прогнозе событий. С долгосрочным прогнозом ситуация более оптимистичная. - А почему нельзя просто реагировать на животных? - Ну, давайте представим ситуацию. Если вдруг ты заметил, что кошка, собака, корова повели себя как-то необычно, что можно, основываясь на этом, сказать? Может кошка, собака или корова заболели. А может быть что-то грядет. Когда грядет? Где грядет? Какой магнитуды? В какую сторону бежать? Этого уже сказать нельзя. Тем не менее, заниматься поисками предвестников, нужно. И много энтузиастов, которые этим делом занимаются. Я в свое время тоже был одним из них. - А если взять вулканы, там то же самое с предвестниками? - Да, то же самое с вулканами. Хотя здесь, по крайней мере, решен вопрос с местом действия. Действительно, можно заметить признаки подготовки извержения. Но когда именно это произойдет, пока сказать невозможно. Впрочем, так же один-два случая удачных предсказаний я знаю. И, все же, это единичные случаи. Наука в этом плане пока находится в самом начале своего пути.