 |
(с) 1993 А. Дмитриев, (с) 2001 (интернет-публикация) СНК "Пульс Будущего".
При иcпользовании данного материала ссылка обязательна. http://pulse.webservis.ru/ANDmitriev/Books/NskPSO/chapter4.html |
Разнообразные (по форме, цвету, величине, характеру перемещения, типу появления и исчезновения) светящиеся образования проявляют массу признаков, указывающих на большую энергоемкость этих явлений. Если это так, то геомагнитная чувствительность должна прямо или косвенно дать показания уклонением от фоновых значений вариации геомагнитного поля. Либо события будут приурочены к тому или иному геомагнитному участку [10], или события возникают в условиях глобальных магнитоэлектрических процессов [6, 7].
Предположение о геомагнитной стимуляции ряда светящихся образований либо реакция геомагнитного поля на внесение в него заряда требует учета и рассмотрения геомагнитных режимов хотя бы в сутки регистрации аномального явления. Для учета геомагнитных обстановок, как в случае работы с выборкой по Тунгусскому феномену 1908 г. [8], была мобилизована дополнительная информация регионального (данные комплексной геофизической обсерватории ИГиГ СО АН СССР) и планетарного (данные таблиц Зосимович [12]) характера.
По территории города и области были учтены помесячные и посуточные значения составляющих геомагнитного поля (Z — вертикальная составляющая, H — горизонтальная составляющая и T — векторная характеристика).
В качестве общепланетарных характеристик были учтены данные, по которым можно, хотя бы в первом приближении, учесть возможные влияния солнечно-земных связей на генерацию светящихся образований (например, во время геоэффективных вспышек на Солнце) (табл.). При этом:
В связи с тем, что индекс C9 рассчитан только до 1979 года включительно, из всей выборки событий в группу, исследуемую на солнечно-земные связи, попало лишь 55 наблюдений.
В общий состав табличных данных по светящимся образованиям были введены данные Z, H, T (колонки 5-10, табл. ). Каждое описание явления было снабжено цифрами среднесуточного и среднемесячного состояния поля. На основании этих данных при фиксированных базисных значениях компонентов поля (Z = 56400 нТл, H = 17200 нТл и T = 59000) были построены гистограммы встречаемости того или иного значения компонент поля для суток, в которые наблюдались светящиеся образования. На основании данных гистограмм (рис.) по Z, H, T обнаруживается неравномерность частот встречаемости светящихся образований. Так, для вертикальной составляющей Z максимум встречаемости событий приходится на интервал значений 56450-56470 нТл; для горизонтальной составляющей H максимум приходится на 17270-17300; для T — 59040-59060.
На основании данных геофизической обсерватории Института геологии и геофизики СО РАН были также построены последовательности среднемесячных значений составляющих геомагнитного поля с 1967 по 1990 гг включительно. На графиках (рис.) видно, что само поле и его компоненты испытывают медленные и довольно значительные вариации (Z приблизительно от 56440 до 56660 нТл, H — от 17050 до 17310 нТл, T — от 59000 до 59200 нТл) с периодом, по-видимому, превышающий указанный интервал времени. Среднесуточные же отклонения, как правило, значительно меньше этих вариаций, поэтому дрейф поля имеет очень существенное значение и должен учитываться при статических исследованиях. В частности, длинный шлейф на гистограмме для H компоненты (рис.) обусловлен значительным общим уменьшением этой составляющей поля с 1982 по 1988 год.
Представляется интересным сравнить распределение для Новосибирска с данными для неурбанической геоактивной территории Горного Алтая [9]. Так, для выборки по Горному Алтаю (n = 147) были построены кривые встречаемости свечений для последовательности значений вертикальной и горизонтальной составляющей геомагнитных компонент.
Заметим, что выборка по Горному Алтаю кончается 1983 годом, причем на последние годы (1982-83) приходятся единичные наблюдения. В силу отмеченного дрейфа поля, для того, чтобы корректно сравнить выборки, необходимо рассматривать приблизительно одинаковые интервалы времени, в течении которых происходит явления. В новосибирской же выборке значительную часть составили события, происходившие после 1983 года, но и события 1982-83 годов также имеют ощутимый вес. Поэтому для сравнения выборок новосибирские события были разбиты на две части — до 1982 года включительно, и после 1982 года. Совокупность новосибирских событий до 1982 года на гистограммах встречаемости были выделены отдельно. Максимум встречаемости новосибирских событий (56450-56470 нТл) примерно совпадает с типичными значениями среднемесячных величин в 1976-1982 годы. В то же время по каким-то причинам максимум встречаемости для горноалтайских событий переместился вниз. Как видно из графика на рис., до 1982 года вообще не встречается среднемесячных значений характерных для максимума среднесуточных величин по горноалтайской выборке. За этим перемещением должны стоять какие-то достаточно серьезные не только региональные причины, требующие глубокого исследования.
На рис. представленны данные (среднесуточные) для Новосибирска и Горного Алтая. При более подробном рассмотрении были вырезаны наиболее информоемкие фрагменты гистограмм. На графиках для вертикальной компоненты поля видно, что максимумы встречаемости сдвинуты относительно друг друга на 20 нТл.
Для горизонтальной компоненты поля нельзя сделать такого же фактического вывода, т.к. в 1976-1982 годах медленный горизонтальный дрейф компоненты перекрывал весь диапазон, в котором лежат максимумы среднесуточных значений. На графиках встречаемости по горизонтальной компоненте имеется слабо выраженный максимум (в диапазоне 17270-17300 нТл) для новосибирской выборки и довольно выраженный (17260-17290 нТл) для горноалтайской территории, сдвиг в 10 нТл. Статистическая значимость сдвига между этими максимумами нуждается в проверке.
Интересно также рассмотреть характер изменения поля в те дни, когда наблюдаются свечения (нагруженные дни) в сравнении с базовыми, среднемесячными состояниями геомагнитного поля. Для этого предварительно были построены совмещенные гистограммы встречаемости для среднесуточных и среднемесячных величин поля Z, H, T (рис.).На графиках можно видеть, что максимумы тех и других примерно совпадают, т.е. компоненты геомагнитного поля не смещаются коллективно от своих базовых значений, как это имеет место для Горного Алтая. Однако характеры гистограмм несколько различны. Для вертикальной (Z) и горизонтальной (H) компонент поля среднемесячные величины имеют тенденцию группироваться возле определенных численных значений, с локальными максимумами внутри общего воздымания. Отметим также, что напротив среднесуточного максимума вертикальной компоненты в точности лежит минимум по среднемесячным значениям. Поведения графиков для векторного поля, как наиболее чувствительного показателя, имеет противоположный показатель — среднемесячные максимумы более сглажены по сравнению со среднесуточными.
Предварительно на основании этих распределений можно сформулировать гипотезу о необходимости квантования величин поля для способствования проявления события. По приведенным диаграммам без дальнейших целенаправленных исследований трудно что-либо сказать больше о поведении поля, отмечаются лишь грубые зависимости в коллективном проявлении светящихся образований.
В поисках более тонкого анализа были построены гистограммы среднесуточных отклонений компонент поля от их среднемесячных величин (рис.). Положительное (отрицательное) значение Z (H, T) означает, что среднесуточная величина этой компоненты была больше (меньше) среднемесячной. Наиболее нестабильной оказалась горизонтальная компонента поля (H), что может вызываться вкладами локальных магнитных аномалий на местности. Среднесуточные отклонения достигают 31 нТл. Имеется дисбаланс в сторону положительных H. Более стабильна вертикальная компонента — дисбаланс в сторону отрицательных Z. Самая стабильная составляющая по величине — векторное поле; подавляющее число отклонений лежит в пределах 5 нТл.
Таким образом, можно сделать вывод, что вектор геомагнитного поля "поворачивается", в основном не меняя своей абсолютной величины, причем при более пологом состоянии вектора эпизоды свечения имеют тенденцию проявляться чаще.
Кстати сказать, что хорошо согласуется с приведенными данными Горного Алтая. Там уменьшение вертикальной компоненты поля проявилось даже в перемещении максимума среднесуточных величин ниже любых среднемесячных в исследуемый период. Это не противоречит предположению о повороте вектора поля в связи с появлением или с коррекцией поля со стороны светящихся образований. В случае Горного Алтая эффект, по-видимому, проявляется более ярко. Для прямого доказательства необходима более тщательная работа с горизонтальной выборкой. Это в свою очередь означает, что отклонение угла поля может иметь существенную связь с генерацией аномального события.
Скорее всего, существует энергетический обмен между земным магнитным полем и светящимися образованиями. Геомагнитное же поле связано со многими процессами внутрипланетарного и межпланетарного, а также техногенного характера, и может, по-видимому, служить проводником и индикатором их взаимодействия, что и выявляется определенным видом светящихся образований [16].
Эмпирический материал и его обработка приводит к сценарию с двумя механизмами генерации геофизически интерпретируемых светящихся образований. Так Горный Алтай, как ярко выраженная геоактивная зона [8], имеет особую специфику и геомагнитных режимов, поэтому возникновение свечения происходит в более энергосодержащей среде, что и сказывается на интенсивности поворота поля. Менее напряженные в геолого-геофизическом отношении равнинные территории столь же чувствительны к возникновению светящихся образований, но меньшая энергонасыщенность территории корректирует отклик геомагнитного поля на событие. Отсюда следует предположение о том, что деформация геомагнитного поля является следствием (откликом) на сложную и энергоемкую процедуру возникновения светящегося образования. Но в будущем необходимо рассмотреть и сценарий, в котором изменения геомагнитного поля во время события является причиной.
Исследование глобальных геомагнитных обстановок представляет собой попытку обнаружения возможных общих закономерностей и связей состояния геомагнитного поля с коллективным поведением светящихся образований. Повод к таким поискам содержится в общем составе данных поведения свечений в пространстве и времени, в городских условиях способствующих плазмогенерации [10, 16, 14]. В частности, прямым доводом в пользу существования общих взаимосвязей коллективного проявления свечений содержится в факте максимизации интенсивности и числа явлений в период повышенной солнечной активности [8, 11] особенно в сложных геолого-геофизических условиях, где локализованы природно-технические системы.
В соответствии с ранее разработанной методикой [5, 18] учет и поиски возможных связей генерации светящихся образований с геомагнитной обстановкой и солнечными долготами производился путем составления матрицы нагруженности земных суток солнечного оборота и регистрации геомагнитных условий (индекс C9). Согласно данным матрицы (табл. ) был построен график встречаемости светящихся образований по значениям индекса C9 (рис.). Обращает на себя внимание резкий отскок частоты встречаемости светящихся образований при значениях C9 равное 3 и 4.
Эта выделенность видимо имеет техногенные причины (более подробно в разделе 4.4), поскольку вне урбанических зон максимумы встречаемости приходятся на значения индекса слабых возмущений (C9 = 1+2) и на высокие — C9 5. Это предположение поддерживается также и минимумом встречаемости событий по городу для C9 5. Конкретные механизмы данной сортировки встречаемости событий не ясны и требуется дополнительная исследовательская работа. Вопрос периодизации событий по земным суткам солнечного оборота рассматривается в следующем разделе.
Выявленная связь частоты встречаемости светящихся образований с годами активности Солнца требует поиска более глубоких проработок этого факта. Поэтому необходимо рассмотреть периодизацию событий в имеющемся интервале времени. Обнаружение периодичности во временном ряду характеризует частоту возникновения светящихся образований в соответствии с элементами солнечной долготы.
Известно, что за один оборот Солнца происходит 27 оборотов Земли. Задача состоит в том, чтобы выявить какие из сегментов Солнца "вызывают" максимальное число светящихся образований на Земле. Наблюдение по территории города и области брались в интервале времени 1964-1974 гг. За этот интервал времени учтены номера земных суток Солнечного оборота (сегмент Солнца, см. табл.).
Исходный ряд представляет собой зафиксированную частоту свечений на земле для каждого из 27 сегментов Солнца:
сегмент Солнца |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
частота свечений |
2 4 3 1 1 2 1 2 2 3 2 3 0 1 |
сегмент Солнца |
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 |
частота свечений |
1 1 1 1 4 4 3 3 0 0 2 1 3 |
Длина данного исходного ряда составляет N=27 (по числу солнечных сегментов), равномерный шаг t=1 сегмент Солнца.
Спектр, полученный методом максимальной энтропии по данному ряду, имеет только один максимум равный T=9 (см. рис.). Соответствующая гармоническая составляющая этого доминирующего периода представляет собой тренд — закономерную составляющую этого ряда.
Приуроченность максимально повторяющихся свечений на Земле приурочена к 1-2, 10-12, 19-20 сегментам Солнца. Минимальное число свечений приходится на следующие сегменты Солнца: 4-7, 14-16, 23-24 (см. рис.).
Таким образом, в результате спектрального анализа [5] выявлено, что периодические свечения на Земле контролируются единственным доминирующим периодом, равным девяти Солнечным сегментам. Сегменты, вызывающие максимальное число свечений — это 1-2, 10-12, 19-28.
3. Обнаружение периодичности во временном ряду характеризует величину параметра C9 — суточного геомагнитного общепланетарного индекса, который предпочтительно может зависеть от 27 элементов солнечной долготы.
Данные этого временного ряда, как и предыдущего, представляют собой результат наблюдений на территории города и области в течении 1964-1979 гг. за изменением параметра C9 для каждого из 27 элементов Солнечной долготы (см. табл.).
солнечная долгота |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
параметр C9 |
3.5 3.5 2.7 1.0 1.0 0.0 1.0 4.5 4.0 3.0 |
солнечная долгота |
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
параметр C9 |
3.0 1.3 0.0 4.0 6.0 5.0 3.0 6.0 1.5 2.0 |
солнечная долгота |
21 22 23 24 25 26 27 |
параметр C9 |
4.0 2.6 0.0 0.0 4.0 1.0 3.0 |
Длина данного исходного ряда составляет N=27, равномерный шаг по времени t=1 солнечная долгота.
Спектр, построенный методом максимальной энтропии по данному исходному ряду, имеет два максимума (см. рис.) с периодами T=7 и T=15. Следовательно, для исходного ряда характерно только два перечисленных доминирующих периода и процесс изменчивости параметра C9 есть суммарный результат двух периодически повторяющихся колебательных процессов с периодами T=7 и T=15 элементов Солнечных долгот (см. рис.).
Суммарная гармоника представляет собой закономерную составляющую (тренд) этого ряда (см. рис.). Анализ приуроченности ее максимальных значений к элементам Солнечной долготы позволяет сделать следующий вывод: максимальное значение параметра C9 приходятся на следующие элементы Солнечной долготы: 1-2, 8-10, 15-16, 22-24.
Сопоставление появления максимальных значений параметра C9 и максимальных частот свечений на Земле в зависимости от элемента Солнечной долготы показывает, что появление максимальных значений геомагнитного общепланетарного индекса C9, которые приходятся на 2-3, 10-12 солнечные сегменты, предшествует появление максимального числа свечений на Земле, совпадающих по времени воздействия на Землю следующих по порядку 2-3 очередных Солнечных сегментов. Обратная картина наблюдается для последних (по порядку) сегментов Солнца: максимальная частота свечений, которая имеет место при воздействии на Землю 19-20-го сегментов Солнца, предшествует появлению максимальных значений параметра C9, которые фиксируются при воздействии на Землю 21 и 25-го сегмента Солнца (по доминирующей гармонике-это 22-24 сегменты, см. рис. и табл.).
В целом, геоэффективными солнечными долготами, которые стимулируют возникновение определенных видов светящихся образований на исследуемой территории являются:
| Параметр | Геоэффективные солнечные долготы (номер земных суток солнечного оборота) |
|||
| Частота свечений | 1-2 | 10-12 | – | 19-20 |
| Параметр C9 | 1-2 | 8-10 | 15-16 | 22-24 |
Следует отметить, что периодизация в восемь дней выявлена и при оценке геомагнитной активности [7, 16] в год взрыва на Подкаменной Тунгуске (1908 г.). Это дает повод предполагать, что скрытые долговременные солнечно-земные связи имеют специфическую периодизацию, природа которой по уточнению данного факта подлежит выяснению.
В естественном строении и функционировании электромагнитной системы геокосмоса (атмосфера — ионосфера — магнитосфера) решающую роль играют радиационные пояса Земли. Но с развитием техногенных воздействий на геокосмос именно радиационные пояса подвергаются значительным модификациям. Причем эти модификации касаются как вещественных преобразований газово-плазменных оболочек Земли, так и их энергетического состояния [4].
В профиле интересов данной работы остановимся на более подробном рассмотрении техногенных излучений в радиодиапазоне, которые имеют не только биоэффективное значение (табл.), но все более существенно влияют на деформацию стабилизирующих процессов в геокосмосе.
По мере дальнейшего развития данной фазы цивилизации ее активность наращивается громадной энерговыработкой (в 1990 г. энергопроизводство достигло 3,524*10 эрг/г, и из этого количества энерговыработка составила 1,1*10 эрг/г [3]) доля энергетических потерь также непомерно растет. Растет и доля энергии (в зависимости от геомагнитных обстановок и технических вариации) транспортирующейся в верхнее полупространство. Земля, как мощный излучатель на частотах 1МГц, наращивает свою радиосветимость и на малых частотах, меньше плазменной частоты в ионосфере (первые сотни кГц). Это наращивание касается увеличения числа разнообразных радиостанций, энергоемких объектов потребления и производств, излучения которых попадают в свистовую моду околоземной космической плазмы.
На базе экспериментального, наблюдательного и теоретического материала по:
можно сделать вывод о том, что на геомагнитных широтах 35-66 крупные промышленные объекты, мощные наземные передатчики оказывают влияние на уровень ОНЧ-КНЧ — колебаний в магнитосфере Земли [4].
Сразу подчеркнем, что город Новосибирск представляет собой один основных пунктов мира по мощности наземных ОНЧ-передатчиков. Он делит 6-8 места в мировой последовательности пунктов наземного радиоизлучения; при этом, занимая координаты 55 04 с.ш. и 80 58 в.д., излучает в диапазоне мощностей 10-500 кВ на геоэффективных частотах 11,9-15,6 кГц [19,24]. Сигналы от мощных передатчиков, расположенных в районах Комсомольска-на-Амуре, Новосибирска, Краснодара и пункта с координатами 48 с.ш. и 135 в.д. (в Восточной Сибири) зарегистрированы были еще в 1975 г. спутником ДЕ-I [23].
Громадное значение имеет излучение на гармониках линий высоковольтных электропередач, которые представляют собой своеобразные антенны , излучающие с частотами 50 и 60 Гц и их гармоники. Эти излучения проникают через ионосферу в магнитосферу (в свистовой моде, с усилением роста амплитуды за 30 дБ, вдоль магнитосферной траектории). Такую же нагрузку на верхнее полупространство оказывают и энергоемкие промышленные воздействия. Причем эти воздействия (промышленные плюс ЛЭП-излучения) "обрезают" рост триггерных излучений от других источников ЭМИ.
Сравнивая интенсивность искусственных и естественных источников низкочастотных излучений (табл.) можно убедиться в их полной сопоставимости. Наращивание мощностей искусственного происхождения и их крайне неравномерное пространственное размещение по планете приводит к возникновению районов с необычными режимами вертикального энергоперетока. Если, при этом, техногенная энергонакачка верхнего полупространства совпадает с энергоактивной зоной, как в случае Новосибирска, то такие зоны становятся местами повышенной генерации свечений в атмосфере и ближнем космосе. Поэтому не удивительно, что в период наращивания природных ЭМИ (в года активного Солнца и насыщения магнитонесущей пылью межпланетного пространства) над территорией Новосибирска резко нарастает количество светящихся образований.
Особое значение при гибридизации искусственных и природных ЭМИ имеет процесс излучения с линий электропередач*). Уже упомянутые частоты ЛЭП-излучений (50 и 60 Гц) зачастую подвергаются расщеплению, при этом генерируется дополнительное (со сдвигом на 20-30 Гц, на определенных высотах генерируются частоты 4,3-5,0 кГц [22]).
Как по спутниковым, так и по наземным замерам ЛЭП-излучений выявлено [20, 21, 26], что:
*) Особое влияние на нижнее полупространство оказывают гармоники 50 -350 Гц, что используется активно в геофизической разведке (Титлинов В.С. в кн. Теория и практика электромагнитных методов геофизических исследований. Екатеринбург, Наука, — 1992. — с. 64-77.
Кроме того, особо важное значение ЛЭП-излучения имеют имеют в процессах солнечно-земных взаимодействий, являясь своеобразным передаточным механизмом [2, 23] между техногенными и природными источниками электрогенерации. Срастаясь энергетически с геомагнитной активностью ЛЭП-излучения повышают буревую активность в весьма значительных пределах. Так как по данным [20-22] оценка техногенного вклада в наращивание буревой активности за период 1935-1979 гг в Канаде достигает 25%, т.е. ЛЭП Южной Канады на четверть подняли потолок естественной энергетики геомагнитных возмущений [4].
"Диалог" между естественными и искусственными источниками ЭМИ становиться все более "жестким". Дело в том, что геомагнитные бури "накачивают" энергию в технические системы электрогенерации и электропередачи, при этом может происходить целая серия угрожающих процессов [1, 25]:
Имеется несколько событий "предупредительного", для технических систем, характера за текущее столетие. Можно сослаться на примеры супергеомагнитных бурь в 1967, 1972, 1981 и 1989 годы. Так августовские геоэффективные вспышки на Солнце 1972 г. вызвали вызвали геомагнитное возмущение, которое привело к наводке дополнительной разности потенциалов на длинных и открытых линиях электропередач. Вблизи Чикаго (04.08.1972г.) магнитная буря создала дополнительное напряжение 7 В/м [1]. Вспышка в октябре 1981 г. также вызвала геомагнитную экстра-бурю (с геомагнитным буревым индексом 9). При этом все северное полушарие откликнулось невиданной интенсивностью северного сияния вплоть до субтропических широт. Это возмущения привели к полному выключению электролинии Усть-Кан — с.Танда и к появлению дополнительной полосы свечения вдоль высоковольтной трассы [8].
Особенно настораживающими в плане дальнейшего наращивания энерговыработки, является солнечная вспышка, вызвавшая геомагнитную экстрабурю 13-14 марта 1989 г. Эта буря явилась предметом отдельного заседания международной конференции по солнечно-земным взаимосвязям в Австралии (1991 г.). По количеству и разнообразию воздействия на технические системы эта буря на много превзошла все предыдущие случаи. Так в линию электропередач ГИДРО-КВЕБЕК было подано дополнительной мощности более 40% от имевшихся на линии потенциалов. Линия была обесточена и более 6 млн. канадцев оставались без электричества около 9 часов. Было пережжено несколько высоковольтных трансформаторов в связи с дополнительной генерацией токов за 100 А. На линейных проводящих коммуникациях (газопроводы, водопроводы и пр.) были полностью сняты напряжения понижающие электрокоррозию металлов. В связи с нарушением гармоник и многократным расщеплением ЛЭП-излучения появился широчайший спектр ЭМИ пульсирующего характера, что сказалось на электронных устройствах; происходили случаи самопроизвольного запирания и открывания электронных замков, включалось и выключалось уличное освещение и пр.
Все это происходило на фоне громадного поджатия дневной магнитосферы скоростным потоком солнечного ветра. Магнитосфера ужалась на половину и геостационарные спутники (на расстоянии 36 тыс. км от Земли) оказались не внутри магнитосферы, а за ее пределами на солнечном ветру [1, 28].
Мировые экстрабури, согласно прогнозам К.Иванова [13], имеют тенденцию к дальнейшим учащениям. Причем это нарастание интенсивности и встречаемости экстрабурь продолжиться вплоть до 2025 г. Если учесть дальнейшее наращивание антропогенной выработки к тому же сроку, то "диалог" может перерасти в "силовое взаимодействие" ... Солнце может остановить технический прогресс, и начало этого процесса может осуществиться именно с высокоаномальных для природы точек — супергородов.
Касаясь общих заключений по результатам учета геофизических и техногенных особенностей возникновения светящихся образований можно отметить следующее: