Stern 18

Выраженное Махатмой удивление, имеет на то полное основание, так как «каждое атмосферическое изменение и все пертурбации» должны были объясняться известными в то время физическими законами. И действительно, западной науке к тому времени уже были известны законы магнетизма, электростатики и газовые законы. Газовые законы описывают состояния идеального газа, но они также применимы к реальным газам, в том числе и к атмосфере Земли. Некоторые процессы, происходящие в атмосфере, описываются метеорологией как адиабатические, то есть как процессы, происходящие без подвода и отвода тепла. Например, восходящие потоки воздуха, расширяясь при подъёме, охлаждаются, нисходящие, опускаясь и сжимаясь, повышают свою температуру. То есть в этих потоках изменяется давление, а температура находится  от него в зависимости. Но эта зависимость существует также применительно ко всей атмосфере, и именно эта зависимость представляет интерес.

Слова «между которыми сжата наша атмосфера» при беглом чтении воспринимаются как «между которыми  находится наша атмосфера». Однако слово «сжата» является ключевым словом в ответе Махатмы. Всего лишь не было сказано, что степень сжатия атмосферы находится в прямой зависимости от массы метеорной пыли. Слой атмосферы, насыщенный космической пылью, представить легко по аналогии с воздухом у земной поверхности. Нам небо кажется кристально чистым в звёздную ночь подобно тому, как кажется прозрачным воздух в помещении, но узкий солнечный луч, проникший в это помещение выявляет множество витающих в нём пылинок. Представить же, что эта практически невидимая космическая пыль сжимает нижележащую атмосферу намного труднее. Попробуем понять, как это происходит.

Благодаря магнитному и гравитационному притяжению, Земля собирает вокруг себя колоссальную массу космического пылевого вещества. Огромный слой разреженного воздуха верхней атмосферы, состоящий в основном из ионосферы «пропитан» мелкодисперсной магнитной космической пылью. Размеры частиц космической пыли варьируют от нескольких молекул вещества до нескольких микрон. Каждая частичка пыли несет на себе электрический заряд, «ибо, где есть движение, тепло, трение, свет, там магнетизм и его следствие электричество всегда обнаруживается, как причина либо следствие или же скорее, как оба, если мы исследуем проявление до его основания». Жесткое космическое излучение и ультрафиолетовое излучение Солнца, отрывая электроны с молекул на поверхности отдельных пылинок, заряжает их положительно. Но ионосфера, также положительно заряжена. Как же пыль проникает в ионосферу и проходит сквозь неё, если одноименные заряды отталкиваются? Здесь вступает в действие гравитационная сила притяжения частиц пыли к Земле. И, так как ионизированный газ на больших высотах очень разрежен, то частицы пыли, оттесняя  заряженные ионы, всё-таки проходят сквозь ионосферу. Одновременно происходит разделение частиц по размерам. Более крупные частицы быстрее других спускаются в зону образования облаков, где участвуют в создании ядер конденсации влаги и выпадают с атмосферными осадками на земную поверхность. Мелкие частицы тем же путем выпадают на землю, но сделать это им труднее, они на большее время задерживаются, витая в верхних слоях атмосферы и тем самым накапливаются там. Так ионосфера насыщается космической пылью до какого-то уровня. Самым мелким частицам, вероятнее всего, не суждено достичь земной поверхности. Они накапливаются на самой периферии верхней атмосферы до какого-то предела, а излишек их рассеивается планетой по всему пути вдоль орбиты, образуя так называемый зодиакальный свет.

Как же реагирует ионосфера на это вторжение? Вполне естественно, что ионы газов, составляющие высотный воздух, активно сопротивляются вторжению одноименно заряженных частиц космической пыли  и, отступая под их натиском, теснят нижележащие слои. Другого пути у них нет, так как даже малейшая частица пыли по сравнению с ионом газа выглядит как океанский лайнер по сравнению с игрушечной лодочкой и, по причине большего заряда, она может оттеснять их во множестве. Таким образом, две фундаментальные силы – сила гравитационного притяжения и электростатическая сила отталкивания вступают в противоборство. Ионосфера, отступая вниз, уплотняется сама и теснит все нижележащие слои атмосферы до самой земной поверхности. Происходит некоторое сжатие всей атмосферы, то есть повышается её давление. Это именно то, что происходит при современном глобальном потеплении! Когда общая масса убывающей пыли из верхних слоев атмосферы становится равной массе прибывающей пыли из космического пространства, то противоборствующие силы уравниваются, и наступает равновесие. В результате этого равновесия  на какой-то период устанавливается стабильное среднее атмосферное давление. Этому среднему атмосферному давлению соответствует средняя температура у земной поверхности. Это общая схема, которая в действительности может иметь некоторые особенности.

В своей замечательной работе «Адиабатическая теория парникового эффекта» [3] российский академик О.Г.Сорохтин научно доказывает, что так называемые «парниковые газы», никакого отношения к глобальному потеплению не имеют. И, что, если даже заменить воздух Земли атмосферой, состоящей из углекислого газа, то и это не приведёт к потеплению, а, наоборот, к некоторому похолоданию. Суть общепринятой теории «парникового эффекта» О.Г.Сорохтин раскрывает в следующих словах:

«Считается, что атмосфера, содержащая так называемые «парниковые газы», слабо поглощает солнечное коротковолновое излучение, которое в большей части достигает земной поверхности, но задерживает переизлучённое этой поверхностью длинноволновое (тепловое) излучение, тем самым значительно уменьшая теплоотдачу Земли в космическое пространство. Это и принимается за главную причину повышения температуры атмосферного воздуха. Чем выше концентрация в воздухе упомянутых «парниковых газов», тем, как считается, больше прогрев атмосферы. Своё название эффект получил по явлениям в теплицах, перекрытых стеклянными крышами (greenhouse effect), поскольку стекло тоже легко пропускает солнечное излучение в видимой части спектра, но задерживает инфракрасное. Однако главный эффект всех теплиц и парников в другом – в предотвращении конвективного перемешивания заполняющего их воздуха с наружным воздухом: как только открываются окна теплиц и восстанавливается связь с внешним пространством, сразу же пропадает и «парниковый эффект».

Где тот слой «парниковых газов», выполняющий роль стекла в теплицах и изолирующий приповерхностный слой воздуха от остальной атмосферы? Его нет, и «парниковые газы» свободно смешиваются со всей атмосферой. Воистину, Махатма, в свое время давший практически исчерпывающий ответ, мог бы еще раз очень удивиться, правда, уже по другому поводу.

Соотношение давления и температуры закреплено международным соглашением в виде Международной стандартной атмосферы, которая дает условное вертикальное распределение температуры, давления и плотности воздуха в атмосфере Земли. Метеорологи всего мира, моделируя прогнозы погоды, очень внимательно следят за параметрами атмосферы. Из года в год, ежедневно и ежечасно фиксируется температура и давление множеством метеостанций по всей Земле. Но научных сведений о тенденции к росту атмосферного давления нигде нет. Вероятнее всего, эту тенденцию непросто обнаружить из-за очень малых приростов в массе больших колебаний, если специально не задаться этой целью.

Международная стандартная атмосфера устанавливает давление 760 мм рт. ст.на уровне моря, на широте 45° при среднегодовой поверхностной температуре 288 К  (15°С) [4]. Конечно, принятое в этом стандарте давление на уровне моря условная величина. Но что такое атмосферное давление? На этот вопрос следует ответ, что давление численно равно весу вышележащего столба воздуха на основание с площадью, равной единице. Выражаясь в старых единицах измерения, атмосферное давление на уровне моря равно примерно 1 кг/см², а на один квадратный метр давит сила 10 тонн и т.д. Все давно измерено, посчитано и пересчитано, и нет оснований полагать, что этот вышележащий столб воздуха может изменить свой вес, так как высота его считается практически неизменной. Такое догматическое представление об атмосферном давлении, сложившееся в еще прошлых веках, сохраняется и по сей день. Однако изменение массы космической пыли в верхних слоях атмосферы изменяет среднее давление атмосферы, и это уже не вес вышележащего столба воздуха, а что-то совсем другое. А изменившееся давление напрямую изменяет температуру у поверхности земли. Это и отмечалось в ответе Махатмы: «Земное магнетическое притяжение метеорной пыли и прямое воздействие последней на внезапные изменения температуры, особенно в отношении тепла и холода, не установленный вопрос еще и по сей день» – воздействие действительно прямое. В случае уменьшения этой массы, когда Земля проходит космическое пространство с меньшей концентрацией космической пыли, сила сжатия уменьшается и происходит расширение атмосферы, сопровождающееся её охлаждением. Именно это подразумевалось в словах ответа: « что ледниковые периоды, также как и периоды, когда температура подобна «каменноугольному веку», происходят от уменьшения и увеличения или, скорее, расширения нашей атмосферы, расширения, которое само обязано тому же метеорному присутствию», т.е. обязано меньшему или большему присутствию космической пыли в верхней атмосфере.

В некоторых современных научных исследованиях можно обнаружить подтверждение сжатия атмосферы, хотя сами исследователи объясняют полученные результаты другими причинами. Так, например, выше мы упоминали, что при сжатии космической пылью первой начинает уплотняться ионосфера, тесня нижележащие слои. В 2008 году были опубликованы результаты исследования ионосферы под заголовком «Все тоньше и тоньше»:

«Данные, переданные американским спутником C/NOFS (Communication/Navigation Outage Forecasting System), свидетельствуют о том, что ионосфера Земли гораздо тоньше, чем предполагалось, сообщает ВВС. Вместо слоя в 640 км ночью и 960 км днем, как считалось ранее, Землю окружает всего лишь 420-800 км ионизированного газа, что на треть меньше предыдущих измерений. Впрочем, эти цифры не удивляют ученых, поскольку состояние ионосферы зависит от цикла солнечной активности, который сейчас находится в своем минимуме» [5].

Хотя исследователи и ссылаются на период минимума солнечной активности, все же они не ожидали, что толщина ионосферы Земли окажется на треть меньше предыдущих измерений. С большой долей вероятности можно утверждать, что уменьшение толщины ионосферы произошло в основном от сжатия её увеличившейся массой космической пыли.Более того, в последние годы некоторые научные исследования дают настолько неожиданные результаты, что сами исследователи затрудняются их объяснить.

Так в марте 2012 года в Интернете появилось множество сообщений на интересную тему. Вот одно из них:

«Спутник ENASA обнаружил: облака становятся ближе.

За последние 10 лет облачный слой приблизился к поверхности Земли примерно на 1% (30–40 метров). Возможно, это способно вызвать глобальные изменения климата. К таким выводам пришли учёные из Университета Окленда, Новая Зеландия, проанализировав показания радиоспектрометра (MISR) космического корабля NASA “Terra”, зафиксировавшего изменения верхней границы облаков за период с марта 2000 по февраль 2010. Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters. Большая часть изменений связана с тем, что облака стали реже возникать на наибольших высотах. Руководитель исследования профессор Роджер Дэвис считает, что даже, несмотря на недостаток информации, можно сказать, что явно происходит что-то очень важное. … «Мы не знаем точно, из-за чего облака опускаются ниже, – говорит Дэвис. – Но это должно быть связано с изменением условий, при которых они возникают» [6]. 

Профессор не знает точно, из-за чего облака опускаются ниже, но он прав, считая, что происходит что-то очень важное и что это должно быть связано с изменением условий, при которых они возникают.

Да, условия изменились. Если представить, что невидимый пресс (а он таков и есть на самом деле) вдруг сжав атмосферу, уменьшил её толщину наполовину, то мы нисколько не удивимся тому, что и облака сместились вниз. То, что обнаружили ученые из Новой Зеландии, вероятнее всего, есть следствие дополнительного сжатия атмосферы и в дальнейшем даже может служить неким индикатором изменения климата. Так, например, при повышении верхней границы облаков, можно делать выводы о начале глобального похолодания. В настоящее же время их исследования могут свидетельствовать только о том, что глобальное потепление продолжается.

Само потепление происходит неравномерно на отдельных территориях Земли. Есть области, где среднегодовое повышение температуры значительно превышает среднее по всей планете, достигая 1-1,5°С, как, например, на просторах России. Во-первых, это объясняется тем, что «наша Земля со всеми другими планетами несется в пространстве, она получает большую часть этой космической пыли на свое северное полушарие, нежели на южное», следовательно, на земной поверхности Северного полушария потепление идет быстрее. Во-вторых, так как космическая пыль магнитна, то её распределение в верхних слоях атмосферы копирует неравномерность напряженности магнитного поля земной сферы, что приводит к неравномерному потеплению на отдельных территориях. Также есть территории, где погода меняется даже в сторону похолодания. Однако средние результаты показывают, что в целом за столетний период среднегодовая температура  на Земле увеличилась приблизительно на 0,5°С [7].

Земная атмосфера – открытая, рассеивающая энергию система, т.е. она поглощает тепло от Солнца и земной поверхности, она же и излучает тепло обратно к поверхности Земли и в открытый космос. Эти тепловые процессы описываются тепловым балансом Земли. При установившемся тепловом равновесии Земля излучает в космос ровно столько тепла, сколько получает его от Солнца. Такой тепловой баланс можно назвать нулевым. Но тепловой баланс может быть положительным при потеплении климата и может быть отрицательным при похолодании. То есть при положительном балансе Земля поглощает и накапливает тепла больше, нежели излучает в космос. При отрицательном балансе – наоборот. В настоящее время Земля имеет явно положительный тепловой баланс.

Так в начале 2012 года появилось сообщение о работе ученых из США и Франции на эту тему:

«Ученые переопределили тепловой баланс Земли

Наша планета продолжает впитывать больше энергии, чем возвращает в космос, выяснили исследователи из США и Франции. И это несмотря на чрезвычайно долгий и глубокий последний солнечный минимум, который означал сокращение потока лучей, которые поступали от нашей звезды. Группа ученых, возглавляемая Джеймсом Хансеном, директором института космических исследований Годдарда (GISS), выполнила наиболее точный на данный момент подсчет энергетического баланса Земли за период с 2005 по 2010 год включительно.

Оказалось, планета поглощает сейчас в среднем по 0,58 Вт избыточной энергии на каждый квадратный метр поверхности. Такое текущее превышение прихода над расходом. Это значение - несколько ниже, чем свидетельствовали предварительные оценки, однако оно говорит о долгосрочном повышении средней температуры. … . С учетом других наземных, а также спутниковых измерений Хансен и его коллеги определили, что верхний слой основных океанов впитывает 71% указанной избыточной энергии, Южный океан - еще 12%, абиссаль (зона между 3 и 6 километрами глубины) поглощает 5%, льды - 8% и земля - 4%».

Также авторы работы признали, что

«…в глобальном потеплении последнего столетия нельзя обвинять большие колебания в солнечной активности. Возможно, в будущем влияние Солнца на эти соотношения изменится, если сбудется прогноз о его глубоком сне. Но пока причины изменения климата в последние 50-100 лет приходится искать в другом» [8].

Конечно, причины изменения климата следует искать в другом. Так как количество лучистой энергии, поступающей от Солнца, считается постоянной, следовательно, положительный тепловой баланс Земли создан дополнительным внешним фактором. И этим фактором является повышение среднего атмосферного давления, причиной которого в свою очередь является возрастающая масса космической пыли в верхних слоях атмосферы. Сейчас уже не та атмосфера, что была 90 – 100 лет назад, т.к. явно изменились её параметры. Стандартная модель земной атмосферы связывает зависимостью температуру и давление от высоты над уровнем моря, где на каждые 1000 метров высоты тропосферы от уровня моря температура понижается на 6,5°С. Нетрудно посчитать, что на 0,5°С приходится 76,9 метров высоты. Другие справочники нам говорят, что при температуре 15°С  в нижних слоях атмосферы давление уменьшается на 1 мм  рт. ст. с подъёмом на каждые 11 метров [9]. Отсюда мы можем узнать перепад давления соответствующий перепаду высот 76,9 м, и это будет самый простой способ определения прироста давления приведшего к глобальному потеплению.

 Прирост давления будет равен: 

76,9 / 11 = 6,99 мм  рт. ст.

Однако мы можем более точно определить прибавку давления, приведшую к потеплению, если еще раз обратимся к работе академика О.Г. Сорохтина «Адиабатическая теория парникового эффекта». Эта теория применима для объяснения изменения температуры атмосферы в зависимости от изменения среднего атмосферного давления. Согласно этой теории реальная атмосфера должна подчиняться формуле определения температуры на любом уровне тропосферы.

Итак,

«Если входным сигналом является так называемая температура абсолютно чёрного тела, характеризующая нагрев тела, удалённого от Солнца на расстояние Земля–Солнце, только за счёт поглощения солнечного излучения (T_bb = 278,8 К = +5,6 °С для Земли), то средняя приземная температура T_s линейно зависит от неё»: 

Т_s = b^α  ∙ Т_bb ∙ р^α,    (1)

где b – масштабный множитель (если измерения проводить в физических атмосферах, то для Земли b = 1,186 ^атм–1); T_bb = 278,8 К = +5,6 ° С – нагрев поверхности Земли только за счёт поглощения солнечного излучения;  α – показатель адиабаты, среднее значение которого для влажной, поглощающей ИК-излучение тропосферы Земли равно 0,1905».

 Как видно из формулы, температура T_s  зависит ещё и от давления р.

И, если нам известно, что средняя приземная температура по причине глобального потепления повысилась на 0,5 °С и равна теперь 288,5 К  (15,5°С), то мы можем из этой формулы узнать какое давление на уровне моря привело к этому потеплению.

Преобразуем  уравнение и найдем это давление: 

р^α =  Т_s: (b^α  ∙ Т_bb), 

р^α =288,5 : (1,186^0,1905 ∙ 278,8) = 1,001705,

откуда:

р = 1,008983 атм; 

или 102235,25 Па; 

или 766,84 мм рт. ст. 

Найдем прирост давления: 

 766,84 - 760  =  6,84 мм  рт. ст.

Из полученного результата видно, что к увеличению среднегодовой температуры на Земле на 0,5°С привело повышение среднего атмосферного давления на 6,84 мм  рт. ст., что довольно близко к полученному ранее результату. Это небольшая величина, если учесть, что погодные перепады атмосферного давления в пределах 20-30 мм  рт. ст.обычное явление для отдельно взятой местности. Перепад же давления между тропическим циклоном и континентальным антициклоном может достигать 150-170 мм  рт. ст.

Итак, сравнительно небольшое повышение среднегодового атмосферного давления привело к заметному потеплению климата. Это дополнительное сжатие внешними силами говорит о совершении определенной работы. И не имеет значения, сколько времени было затрачено на этот процесс – 1 час, 1 год или 1 столетие. Имеет значение результат этой работы – повышение температуры атмосферы, которое свидетельствует о повышении её внутренней энергии. И, так как атмосфера Земли является открытой системой, то образующийся избыток энергии она должна отдавать в окружающую среду до установления нового уровня теплового баланса с новой температурой. Окружающей средой для атмосферы является земная твердь с океаном и открытый космос. Земная твердь с океаном, как отмечалось выше, в настоящее время «продолжает впитывать больше энергии, чем возвращает в космос». А вот с излучением в космос дело обстоит иначе. Радиационное излучение тепла в космос характеризуется радиационной (эффективной) температурой T_e, под которой эта планета видна из космоса, и которая определяется так [10]:

           (2)

где = 5,67 ^. 10^–5 эрг/(см^{2 .} с ^. К⁴) – постоянная Стефана–Больцмана, S – солнечная постоянная на удалении планеты от Солнца, А – альбедо, или отражательная способность, планеты, в основном регулируемая её облачным покровом. Для Земли S = 1,367 ^. 10⁶ эрг/(см^{2 .} с),  А 0,3;  следовательно T_e = 255 К (-18 °С);

Температура 255 К (-18 °С) соответствует высоте 5000 метров, т.е. высоте интенсивного облакообразования. Это та самая высота, которая, как утверждают ученые из Новой Зеландии, снизилась на 30-40 метров за 10 лет. Следовательно, площадь сферы, излучающей тепло в космос, при сжатии атмосферы извне уменьшается, а, значит, уменьшается и излучение тепла в космос. Этот фактор явно влияет в сторону потепления. Далее, из формулы (2)  видно, что радиационная температура излучения Земли зависит практически только от А – альбедо Земли. Но любое повышение поверхностной температуры усиливает испарение влаги и увеличивает облачность Земли, а это, в свою очередь, повышает отражательную способность земной атмосферы, а значит, и альбедо планеты. Повышение же альбедо приводит к понижению радиационной температуры излучения Земли, следовательно, к снижению теплового потока уходящего в космос. Здесь надо отметить, что в результате повышения альбедо увеличивается отражение солнечного тепла от облаков в космос и сокращается его поступление на земную поверхность. Но даже если влияние этого фактора, действующего в противоположном направлении, полностью компенсирует влияние фактора повышения альбедо, то и тогда налицо факт того, что весь избыток тепла остаётся на планете.

Еще один фактор действует против потепления – это фактор запыленности при повышении количества пыли в верхних слоях атмосферы. Больше пыли – меньше прозрачности, а значит уменьшение солнечной радиации достигающей земной поверхности. Но этот фактор не идет ни в какое сравнение с фактором повышения давления от этого же количества пыли. Фактор повышения давления намного превышает фактор уменьшения прозрачности от запыленности. Вот почему даже незначительное изменение среднего атмосферного давления ведёт к заметному изменению климата.

Повышению атмосферного давления способствует также  и рост самой атмосферы за счет увеличения количества газов привносимых с метеорным веществом. В ответе Махатмы есть также такие слова: «Газообразное вещество постоянно прибавляется к нашей атмосфере из непрекращающегося падения метеоритного, сильно магнетического вещества». Как может космическая пыль поставлять газы в нашу атмосферу? Конечно, газы в свободном состоянии частицами пыли не поставляются, но они имеют на своей поверхности адсорбированные газы. Адсорбцией принято называть поглощение паров и газов поверхностью вещества. Чтобы освободить эти газы, необходим нагрев этих частиц в вакууме, подобно тому, как производится дегазация (обезгаживание) поверхностей металлических частей в вакуумных установках. Но если в этих установках перед прогревом требуется предварительно достичь вакуума высокой степени, то в верхних слоях атмосферы это разрежение уже есть. Остается раскалить частицу хотя бы на краткое время. При прохождении частиц пыли сквозь верхние слои атмосферы возникают несколько факторов, способных их разогреть. Самый основной фактор – это вхождение частицы пыли в самый горячий верхний слой ионосферы термосферу, где температура воздуха на высоте от 200 км и выше достигает 1200°С. Однако воздух на этих высотах крайне разрежен, и поэтому искусственные спутники, оказавшиеся в термосфере, практически не подвергаются нагреванию. Молекул воздуха попросту не хватает, чтобы разогреть массивное тело. Но для нагрева малой частицы пыли этого вполне достаточно. Следующий фактор – это нагрев частицы при вхождении частицы на большой скорости в более плотные слои атмосферы. Это вполне вероятный случай для крупных частиц. Мелкие же частицы замедляют скорость задолго до более плотных слоев и долго витают в ионосфере, чем и объясняется их накопление в этих слоях. Но рано или поздно притяжение к земле продвигает их в нижележащие слои. Здесь уже вступают в действие электростатические силы. Выше мы уже рассмотрели насыщение ионосферы космической пылью, и теперь можно сказать, что она представляет собой огромный слой очень разреженной газопылевой смеси. Эта газопылевая смесь сильно наэлектризована и несет в себе колоссальный положительный заряд. Земля, как известно, имеет отрицательный заряд. Обмен зарядами между этими двумя большими наэлектризованными массами просто неизбежен. И он осуществляется в виде линейных молний во время гроз, а также в виде уже известных высотных разрядов в верхней атмосфере, идущих от грозовых облаков в стратосферу и выше. Этих разрядов с каждым годом становится больше, и местами они видны даже невооруженным глазом. Они разнообразны по форме и цвету и получили экзотические наименования – «джеты», «спрайты, «эльфы». Область этих разрядов занимает высоту от верхней границы грозовых облаков, откуда берут начало голубые «джеты», до 100-130 км, где возникают гигантские вспышки красных «спрайтов» и  «эльфов» [11]. (Рис.1, 2)

---

[1]  Н.К. Рерих «Листы дневника» том 2, очерк «Колебания». М. МЦР , 1995

[2]  Письма Махатм», Новосибирск. ВИКО,1993, письмо №92

[3]  Сорохтин О.Г., академик, Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН. Адиабатическая теория парникового эффекта. 2001 г.

[4]  ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры

[5]  Журнал «Вокруг света»  22 декабря 2008 г.

[6]  Наука и жизнь. 24 марта 2012. Спутник ENASA обнаружил: облака становятся ближе