КАТАСТРОФЫ В ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

 

А.Б. Иващенко, В.Н.Беловодский

Донецкий национальный технический университет

 

Ученые уже давно пытаются найти связь между периодическими явлениями в биосфере Земли и за ее пределами, чтобы спрогнозировать климат.

Существует много теорий, которые пытаются объяснить и математически описать наступление ледниковых периодов: теория изменения интенсивности солнечного излучения, теория влияния космической пыли, теория смены направления магнитного поля Земли и др.

Последние полтора столетия ученые искали ответ на этот вопрос в рамках теории эволюции геометрии земной орбиты. Взаимодействие Земли с планетами и Луной приводит к тому, что постепенно изменяется наклон и форма земной орбиты, а также положение оси вращения Земли по отношению к ее орбитальной плоскости. Эти изменения, как впервые показали расчеты югославского ученого Миланковича, имеют колебательный характер.

Миланкович убедительно показал, что изменения параметров орбиты Земли приводят к изменению количества солнечного света, поступающего в верхние слои атмосферы и изменению, в результате этого, падающей радиации. Колебания климата могут быть обусловлены изменениями трех параметров орбиты – эксцентриситета, наклонения эклиптики и прецессии.

Расчеты Миланковича предсказывали, что в изменениях климата должны проявиться следующие периоды: 100 тыс. лет (эксцентриситет), 41 тыс. лет (наклон орбиты), 23 и 19 тыс. лет (прецессия). В последние годы удалось экспериментально, изучая отложения морского дна, установить, как изменялась температура воды и толщина материковых ледников на протяжении сотен тысяч лет. Оказалось, что в столь долговременных вариациях климата действительно присутствуют периодические колебания с характерными периодами 87—119, 37—47 и 21—24 тыс. лет. Таким образом, теория Миланковича подтвердилась.

Точный механизм влияния изменения параметров орбиты на климат не известен. Тем не менее, теорию Миланковича можно проверить, вводя простейшее из возможных допущений, а именно предположить, что связь между такими изменениями подчиняется линейному закону (Рисунок 1)[1].

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Представление модели Земли как «черный ящик»

 

Землю можно рассматривать как «черный ящик», преобразующий изменения параметров орбиты в изменения климата. Если этот «черный ящик» может быть описан системой линейных уравнений, не зависящих от времени, то частотным компонентам возмущений на входе системы (изменения параметров орбиты) должны соответствовать аналогичные компоненты на ее выходе (изменения климата).

Поскольку теория Миланковича не дает возможности вскрыть механизм влияния изменений орбиты на климатические сдвиги, целесообразно задачу решать в два этапа, а изучаемую систему представить в виде двух линейных систем, функционирующих последовательно (Рисунок 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Последовательное решение задачи

 

На первом этапе орбитальные данные переводятся в поток энергии, поступающей в верхние слои атмосферы, в зависимости от времени и географической широты (данные по инсоляции). Второй этап – определение климата на выходе системы при заданной инсоляции на входе. Изменения климата приводят к изменению облачного покрова Земли; аналогичное влияние оказывают другие факторы (например, вулканическая активность), не связанные непосредственно с климатом. Для описания этих процессов добавлен контур обратной связи с шумом.

Описанный выше подход к изучению изменений климата может привести к точной постановке ряда важных вопросов. Несмотря на то, что смена климата, по всей видимости, вызывается изменениями параметров орбиты Земли, осуществить воздействие на величину этих параметров с целью избежать смены климата не представляется возможным. Даже если бы такое воздействие было бы осуществимо, оно оказалось бы неразумным. Описанные выше меры могут явиться основой для разработки методов, позволяющих «фиксировать» климат Земли в течение межледникового периода путем приложения достаточных по интенсивности воздействий лишь на те части системы уравнений, которые определяют климат в зависимости от падающей солнечной энергии.

 

 

Литература:

 

1.     Р. Гилмор. Прикладная теория катастроф. В 2-х томах. - М.: мир, 1984. – 384с.