Часть II. Среди систем

Глава 4. В полярном вихре

Небеса разделены на несколько вихрей.

Репе Декарт

Логично начать обзор характерных черт конкретных хорионов с рассмотрения глобальной системы, в которую так или иначе входят на правах подсистем разнокачественные и разновеликие хорионы низших рангов. Наиболее интересны системы € подвижным центром, поскольку как раз они обладают предельно широким спектром компонентов. Самые крупные из систем такого рода - хорионы Северного и Южного полярных {циркумполярных) вихрей. Полярный вихрь есть мощнейшее на Земле течение вещества, вызванное неравномерным ее облучением. В нижних слоях тропосферы оно представляет собой кольцо шириной 2-4 тыс. км; выше вращением охвачена вся тропосфера и стратосфера полушария до параллели 10° зимой и 25-35° летом в слое 15-20 км (см. рис. 21). Северный полярный вихрь переносит с запада на восток 0,5-109 ^т/_с воздуха и oпорождает на территориях Евразии, Африки и Северной Америки, а также в акваториях Атлантического, Тихого, Индийского и Северного Ледовитого океанов огромное количество связанных эффектов, через которые открывается существование глобальной системы с газообразным ядром.

Рис. 21. Северный полярный вихры климатическая схема (А) и синоптическая схема (Б) для поверхности 500 мб (на 1 марта 1987 г.)

После контакта с океаном. Когда воздушные массы вихря приходят в соприкосновение с водными массами Атлантического и Тихого океанов, в действие вступают два главных механизма - волновой и силовой. Первый ответствен за возникновение колебательных движений на боковых (северной и южной) границах потока, второй - за возникновение направленных движений у нижней его границы.

Волны на арктическом и полярном фронтах дают начало перемещающимся циклонам и антициклонам - вторичным вихрям, чьи горизонтальные размеры на порядок меньше размеров первичного вихря. Вместе с тем силой натекающего воздуха теплые воды Гольфстрима и Куросио у островов Ньюфаундленд и Хонсю увлекаются в открытое море и образуют Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения с расходами 20 млн ^м3/_с, oчто на два порядка ниже расхода движущего их вихря. Уже первые превращения, как видим, сопровождаются сильной диссипацией, которая продолжается на следующих ступенях каскада.

Проследим далее за судьбой атлантических эффектов (см. рис. 22). Циклоны собирают водяные пары, поставляемые океаном в атмосферу в объеме примерно 5 тыс. ^км3/_год, конденсируют их в облака и переносят на континент, когда влагосодержа-ние воздуха после прохождения над Атлантикой увеличивается в 1,5-2 раза и более. Генерируемые фронтами за зимние месяцы 20-30 циклонов рассеивают часть влаги по территории наветренной стороны Евразии. В горах Европы, в Скандинавии, на Русской и Западно-Сибирской равнинах она аккумулируется в обширных снежных покровах, которые рождают свои системы. Подобное чередование явлений растрачивания и накопления (обусловленного сложением однородных продуктов) типично для геосистем.

Рис. 22. Ветвь системы полярного вихря

Весной воды, испарившиеся с 13 млн км² поверхности океана в атмосферу полярного вихря, оказываются рассредоточенными по бассейнам сотен тысяч элементарных водотоков. Идет сток, расходы которого в тундровой и лесной зонах составляют 400- 800^л/_км² в секунду, а в степи и полупустыне достигают 1500-2300 ^л/_км² в секунду (Кузин, 1960). Половодье, как и любое природное событие, влечет за собой два основных последствия. В рассматриваемом случае это накопление воды в руслах и смыв почвы. Максимальные объемы воды в потоках I и II порядков по сравнению со средними объемами возрастают в 100 раз (Ржаницын, 1960). Слияние ручьев и рек продолжает процесс сосредоточения стока в пространстве, но не во времени, так как волна половодья распластывается: указанное соотношение сокращается до 30 раз на реках VII порядка, до 10 раз - на реках XII порядка и до 5 раз - на реках XV порядка (длиной в 30, 600 и 3500 км соответственно). Весенний сток с его энергией, воспринятой от циклонов, в свою очередь вызывает активную русловую эрозию и пополняет питающиеся реками водоемы, а также способствует возникновению многих других, менее существенных эффектов.

Со смывом почвы, варьирующим по интенсивности в очень широких пределах (от десятков килограммов до десятков тонн вещества на 1 га в год), сопряжено формирование влекомых и взвешенных наносов. Масса, транспортируемая водными артериями, постоянно делится: от главного потока ответвляются потоки, направляющиеся в пойму реки. По пути над поймой внача-ше оседают влекомые наносы, накапливаясь в прирусловом валу; затем в приречной полосе оседает большая доля взвешенных наносов, дающих наилок, толщина которого, как правило, измеряется миллиметрами; и наконец, в удаленных местах задерживаются самые малые частицы. Попав в устье, наносы частью останавливаются в дельте, частью транзитом перемещаются в водоем.

"Поймы и дельты,- по словам Г.В.Добровольского (1984),- благодаря аллювиальному процессу как бы наследуют продукты выветривания и почвообразования, созданные на водоразделах и склонах". Причем в эти "природные копилки" откладываются лучшие продукты, например мигрирующий во взвесях фосфор или азот. Содержание Р205 в наилках нередко достигает 0,3- 0,5% и выше, что означает более чем десятикратную концентрацию против фоновых показателей в северных почвах (Афанасьев, Перовский, 1968; Кораблева, 1969; Шраг, 1969, и др.). По ориентировочным расчетам, пойма реки XII порядка, где половодье длится 40 дней, получает около 1 тыс. т естественных комплексных удобрений (в действующем веществе), не говоря о гумусе и влаге.

В период вегетации корневые волоски пойменных растений вытягивают из наилка биогенные элементы, строя свое тело. Таким образом, на одиннадцатой ступени каскада превращений диссипация, начавшаяся с образования циклонов и антициклонов, доходит до атомарного уровня. Однако цепочка на этом не замыкается. Значительные площади пойм используются как сенокосные и пастбищные угодья. Среднепоемные и долгопоемные луга, заливаемые на срок от двух недель до полутора месяцев, позволяют накашивать по 15-30, иногда по 40 ^ц/_га сена. Сбор урожая трав продлевает действие импульсов, посылаемых полярным вихрем, в среде которого постоянно находятся речные долины, хотя функционируют они благодаря источникам, удаленным на тысячи километров.

А. М. Дмитриев еще в 1914 г. утверждал: "Наличность лугов дает возможность без дефицита сбалансировать приход и расход минеральных питательных веществ, а также органической массы в полевых землях, за счет чего и поддерживается их плодородие". Луговодство противопоставляет сносу биогенных элементов обратное перенесение их на водораздельные пространства с помощью травоядных животных. При развитом луговодстве с урожаями 25 ^ц/_га сена 3 га заливных лугов обеспечивают полным удобрением 2 га яровой пшеницы или 1,5 га озимых хлебов по принятым нормам (с учетом потерь). С поймы реки XII порядка в принципе можно получить таким путем количество питательных веществ, вполне достаточное для выращивания зерна на площади 5-7 тыс. га. Недаром гласит русская пословица: "Луг есть отец поля".

Некоторые косвенные эффекты речного стока неотделимы от проявлений других начал. Например, тот же урожай зерновых на коренном берегу представляет собой результат применения и местных, органических, и привозных, минеральных, удобрений. Подобные продукты входят в сферу влияния системы, т. е. промежуточную между хорионами область.

Непрекращающееся движение вещества, особая геохимическая обстановка, напряженность биотических процессов, полузамкнутая форма делают долину реки "природным организмом в теле материка", по образному определению А. П. Шенникова. Долины занимают обычно 5-7% общей площади равнин, орошаемых фронтальными циклонами. Каковы же затраты на поддержание жизни всех речных организмов, начиная с простейших ложбин, где средние годовые расходы воды исчисляются литрами в секунду, и кончая грандиозными бассейнами, пропускающими через себя в секунду тысячи кубических метров? Они относительно невелики, ибо, как следует из расчетов Л. П. Кузнецовой (1983), речной сток составляет лишь около 10% той влаги, которая переносится полярным вихрем над ближайшей к Атлантике частью Евразии. Природа стремится "сделать многое малым или через малое", заметил однажды О. Френель.

Вернемся теперь к рассмотрению второй крупной ветви интересующей нас глобальной системы, связанной с рождением в районе Большой Ньюфаундлендской банки Северо-Атлантического течения. Наиболее важные последствия существования этого потока, переносящего 0,7-109 МДж/с тепла (Барышевский, 1985), заключаются в прогреве акваторий Норвежского и Баренцева морей, фактически заливов Атлантического океана, и в отеплении северных побережий Европы. Эффект прогрева воды в Арктике подчеркивается барьерной ролью Новой Земли. К востоку от нее температура отрицательна у поверхности зимой, а на глубине 100 м - круглый год, между тем как западнее температура всегда положительна. Повышенное теплосодержание воды в Норвежском и Баренцевом морях создает благоприятные условия для обитания множества организмов, ряд видов которых выполняет системообразующие функции, будучи ядрами самостоятельных консорций-плеяд.

Феномен флористического и фаунистического обогащения ярко выделяется на фоне биоты Карского моря. Только к западу от Новой Земли растут такие мощные продуценты и создатели больших консорций, как бурые водоросли: хорда, ламинария, алария и фукус. Населяют подогреваемые моря и не заходят на восток атлантическая сельдь, пикша, атлантическая треска и палтус, служащие важными объектами промысла и выступающие в качестве центров рыбохозяйственных систем. Вдоль берегов этих морей сосредоточены гнездовья чистиков, гагарок, люриков, кайр и тупиков, а также чаек, которые привлекают паразитов (вплоть до вирусов) и хищников, трансформируют состав почвы и морской воды (у крупных колоний), изменяют растительность и вызывают цветение фитопланктона, способствуют развитию многочисленных наземных и водных беспозвоночных из групп фито- и сапрофагов, тем самым синтезируя в среде специфическую орнитогенную систему. На восточном берегу Новой Земли птичьи базары отсутствуют. Отепляющее влияние течения четко проявляется в повышении температур воздуха на побережье Скандинавского полуострова зимой в направлении от Мурманского берега к Вестланну, обращенному к Северному морю. Оно составляет на уровне средних месячных значений 10-12°, а на уровне минимальных значений -22-26°. В то же время с удалением от океана в глубь суши температура воздуха в зимние месяцы снижается на 4-6°.

Примерно в тех же широтах, где на Терском берегу Белого моря расположены тундры, на берегу Норвежского моря некогда шумели леса, которые начали вырубать еще норманны. Ныне их место заняли пастбища овец, а также небольшие поля ржи, пшеницы и овса. На востоке же Кольского полуострова можно заниматься лишь оленеводством. Близкие и отдаленные термические эффекты как бы интегрируются расселением. На 200 км побережья в полосе шириной 50 км, включающей фьорды, на западе Скандинавского полуострова (в Вестланне и Треннелаге) в среднем приходится два города с числом жителей более 10 тыс., на севере (в Финмарке) - один, на Кольском полуострове - менее одного. Общее количество поселений от Терского и Кольского берегов к Северной Норвегии возрастает в 5-7 раз, а к Западной Норвегии - в 10-20 раз. Конечно, здесь сказывается и фактор доголоценового воздействия Северо-Атлантического течения, запечатленного в фьордовом рельефе.

Северо-Атлантическое течение создает также крупномасштабный эффект обратной связи. Именно теплый воздух над ним, как установил недавно В. Ф. Захаров (1981), соприкасаясь зимой с холодным воздухом Арктики, служит причиной активного циклогенеза в районе Исландии.

На рис. 23 изображен один из рукавов системы Северного полярного вихря, существование которого определяется взаимодействием этого потока с Атлантическим океаном. Вихрь лучше всего заметен на поверхности 850 мб, где ветер из-за трения о земную поверхность уже не отклоняется от геострофического направления и перенос влаги, судя по данным И. Г. Гутермана (1975), максимален.

Рис. 23. Атлантическая подсистема

Изменчивость подсистем. Облик ландшафтов земледельческих районов Европы в умеренном поясе, образующем среднюю зону системы циркумполярного вихря, определяют посевы злаков, которые занимают обычно 60-70% обрабатываемых площадей. Около ³/₄ выпадающих здесь атмосферных осадков проходит через организмы этих растений в процессе транспирации, формируя их биомассу. Каждые 100 мм продуктивной влаги в зависимости от местоположения поля, уровня агротехники и вида культуры обеспечивают получение от 4 до 12 ^ц/_га зерна.

Погодовой изменчивости осадков свойственны циклические колебания. Повсеместно наблюдается двухлетний цикл (Дроздов и др., 1975). Многолетние ритмы, как правило, локальны, т. е. выражены не везде и не всегда, они имеют непостоянный период. Колебания годовых сумм осадков менее регулярны, чем колебания сезонных сумм ввиду асинхронное последних. Периоды экстремально пониженного и повышенного увлажнения могут быть, как установил Б. И. Сазонов (1984), и равновеликими, и разновеликими; например, на Русской равнине минимумы осадков повторяются в среднем через 9,5 и 12 лет, а максимумы - через 9,5 и 16 лет. Прослеживается брикнеровский цикл длительностью примерно 30 и 45 лет, середина которого отмечена особой засушливостью (Сазонов, 1979). По ряду косвенных признаков обнаружены вековой и сверхвековые - 300 - и 2000-летние - ритмы (Шнитников, 1957; Адаменко и др., 1982; Борисенков, Пасецкий, 1983, и др.). Для различных циклов характерен фазовый сдвиг по территории, и отдельные части субконтинента отличаются нередко противоположным ходом увлажнения. В частности, со сдвигом по фазе на 180° изменяются осадки в Северной и Южной Европе (Калинин, 1968; Дроздов, Григорьева, 1971). Азия, где влияние атлантических циклонов резко ослабевает, обладает своими собственными ритмами увлажнения.

Урожай зерновых зависит также от межгодовых колебаний термических условий. Для озимых важное значение имеет зимний режим погод. Поскольку именно озимые преобладают в Западной Европе, возможные дефициты весенне-летних осадков вблизи Атлантики мало влияют на эти культуры, использующие запасы влаги в почве, накопленные с осени. Урожайность определяется здесь тепловым фактором.

С удалением от океана погодообусловленная изменчивость урожаев нарастает, хотя для компенсации потерь со времен введения трехпольной системы земледелия в Восточной Европе практикуется сочетание посевов озимых и яровых хлебов. Доля осадков в общей дисперсии сборов зерна в черноземной полосе, по оценке М. X. Байдала и А. И. Неушкина (1979), составляет 40%, к северу она уменьшается, к югу увеличивается. Отношение высоких и низких урожаев в местах с неустойчивым атмосферным увлажнением достигает 2: 1 и 3: 1. Таков же диапазон варьирования продуктивности пастбищ на Прикаспийской низменности. В нечерноземной полосе большой вред озимым наносят вымерзание и выпревание, раз в 20-30 лет растения гибнут на 20% площади и более (Уланова, 1978).

Как известно, изменения урожайности синхронны лишь на ограниченных территориях и с удалением зерновых районов друг от друга когерентность колебаний довольно быстро снижается. Согласно результатам исследований Ю. Л. Раунера (1981), на Русской равнине один сильный недород в паре Центральночерноземная область - Северный Кавказ приходится на 13-16 лет, в паре Украина-Поволжье - на 9-10 лет и в паре Поволжье- Северный Кавказ - на 7-8 лет, что свидетельствует о климатической сопряженности процессов в юго-восточном углу Европы. Всю Русскую равнину одновременно засуха охватывает раз в 20 лет.

Колебания на европейской территории страны и в Казахстане в основном асинхронны. Так, при 18 жесточайших засухах в первом регионе во втором урожаи были нормальными в течение 12 лет и высокими - 6 лет, а при 17 жесточайших засухах во втором регионе в первом падения сборов не отмечалось в течение 9 лет и осень выдавалась урожайной в течение 5 лет (Байдал, Неушкин, 1979). Однако в исключительных ситуациях засуха не случайным образом распространяется на оба региона (Покровская, Григорьева, 1979). Чрезвычайно редки одновременные недороды на Русской равнине и в Западной Сибири. Эти факты указывают на то, что Урал играет роль значительного рубежа в атлантической подсистеме. Вместе с тем есть свидетельства определенной асинхронности в ходе урожайности в Западной и Восточной Европе. Но число случаев совпадения максимумов и минимумов урожаев вблизи Атлантического океана и в глубине континента возрастает за Уралом. Косвенным подтверждением сказанного служит выявленная Н. В. Сомовым (1963) смена знака коэффициента корреляции водности рек при увеличении расстояния между центрами бассейнов до 1600 км с положительного на отрицательный и затем вновь на положительный при удалении их на 5000 км и более. Такое чередование синхронности и асинхронности объясняется квазистационарными волнами в потоке влагонесущего воздуха, образующего полярный вихрь.

В пределах Русской равнины существует четкая двухлетняя ритмика урожаев зерновых, которая отмечается в 80-90 и даже 100% случаев (Колосков, 1971). Неурожайные годы случаются через 3-4 года, а урожайные - через 4-7 лет, таким образом "пониженная урожайность характеризуется более короткими (и, следовательно, чаще встречающимися) циклами по сравнению с повышенной урожайностью" (Раунер, 1981). В Западной Европе положение сходное, хотя длительность периодов там несколько иная, иное и чередование событий.

Достоверно установлен вековой ход засух. На континенте выделяются как бы цепочки недородов, следующих один за другим с интервалами 9-10 лет (Дроздов, 1977). В гораздо более продолжительном брикнеровском цикле есть 3-4 года, когда засухи повторяются относительно чаще, причем последний подобный максимум пришелся на 1972-1975 гг., памятные двумя неурожаями (Сазонов, 1977). Опираясь на данные обработки русских летописей за XI-XVII вв. и другие материалы, Е. П. Борисенков и В. М. Пасецкий (1983) сделали заключение, что повышенная засушливость проявляется через каждые 300 лет, приходясь на 60-е и 70-е годы.

Последствия недородов всегда зависели от организации общества. Как писал Ф. Бродель, "мир до XVIII в. включительно фактически представлял собой одно огромное крестьянство, в котором от 80 до 95% людей жило землей и ничем иным. Ритм, качество и дефицит урожая обусловливали всю материальную жизнь". Исследуя причины голода в средневековой Западной Европе, А. Б. Эпплби выяснил, что неурожай резче сказывался во Франции, чем в Англии, в связи с открытостью экономики островного государства и наличием в нем достаточно развитой системы социального обеспечения. Английские фермеры, чтобы уменьшить риск потерь урожая при плохой погоде, практиковали размещение полей в различных местоположениях. В. Н. "Пешков в своем труде "О народном продовольствии в Древней Руси", изданном в 1854 г., обратил внимание на сравнительную редкость смертельных голодов в XI-XIII вв. (всего 6 лет), считая это признаком того, что "земледельческий быт, господствовавший в Древней Руси почти до исключительности, при всей замкнутости Русской земли... содержал в себе сильные средства к обеспечению жизни" народа. Такими средствами были создание запасов в житницах городов и монастырей, разнообразие посевов и торговля. Их эффективность снижалась распространением взимания мыта за проезд. Таможенные барьеры, "изолируя каждую местность и заключая ее в самой себе" (по словам историка сельского хозяйства О. А. Турчиновича), косвенно способствовали нехватке хлеба. Важность хлебной торговли доказывается многими летописными сведениями, обобщенными М. А. Боголеповым: "Наиболее страшные формы голода русское население переживало в сырые годы".

С XI по XVII в. "Русь в целом или ее отдельные земли пережили более 200 голодных лет" (Борисенков, Пасецкий, 1983). Особенно часто страна была подвержена голоду в так называемый малый ледниковый период с его гидротермическими контрастами. Он начался, по-видимому, в XV в., хотя тенденции к похолоданию и увеличению увлажнения на фоне общего нарастания изменчивости погод возникли еще в XIII в. В течение трех столетий Русская равнина служила ареной поистине трагических событий - массовой гибели людей, опустошения деревень, сел и городов, разорения народного хозяйства. Общественное развитие замедлилось. Позднее (при улучшении климатической обстановки и в связи с усложнением организации государства) масштабы отрицательных последствий погодообусловленных неурожаев увеличились, нр их проявления менялись. В настоящее время они влияют на самые разные сферы жизни общества, включая далеко отстоящие горнодобывающую промышленность и внешнюю политику.

Однако неурожаи выступали иногда и как позитивный фактор, стимулируя поиск новых экономических решений. В средневековье и в последующие века исключительно большое значение с историко-географической точки зрения имел выбор экстенсивного пути - освоения новых земель и вод. Видимо, не случайно первое вторжение норманнов в Великобританию датируется 793 г., когда в Западной Европе свирепствовал голод, сопровождавшийся массовым людоедством. Территориальная экспансия викингов, вызванная относительным перенаселением на их родине, привела к образованию обширной "области датского права" на острове и повлекла за собой сплочение англосаксов в единое королевство. Другой пример: важнейшему событию XVI в. на Руси - присоединению Сибири - предшествовало получение грамоты Строгановыми на владения за Уралом в условиях, при которых небывалая вереница голодных лет тянулась 23 года (!) лишь с тремя перерывами. Показательно, что даже в 1601-1604 гг., когда вымерла "треть царства Московского", основываются города Мангазея и Томск, ставшие очагами колонизации. Еще раньше, в голодном 1587 г., был основан Тобольск - главный военно-политический и административный центр Сибири.

В дальнейшем на передний план выдвигаются задачи интенсификации сельскохозяйственного производства. Катастрофическая засуха 1891 г. послужила толчком к написанию В. В. Докучаевым книги "Наши степи прежде и теперь". Свою программу борьбы за повышение влагообеспеченности черноземного региона с помощью лесных полос и регулирования местного стока ученый претворил в жизнь, организовав опытные участки, до сих пор служащие образцом высокой культуры земледелия. В 1921 г. исходя из опыта тяжелейшей двухлетней засухи принимается специальное решение о развертывании работ по лесомелиорации. Наконец, после самого сильного за последние два столетия недорода на европейской территории страны в 1946 г. выдвигается план полезащитного лесоразведения, внедрения травопольных севооборотов и создания водоемов в интересах выращивания устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах. В порядке его реализации было посажено около 2 млн га лесных полос. Полная защита зерновых позволяет экономить 10-20% продуктивной влаги, что дает большой стабилизирующий эффект, который наиболее ярко проявляется при засухе.

Что касается последствий варьирования режима второго ключевого механизма в атлантической подсистеме - теплопере-носа в океане - для водной части, то им также присуща ритмичность и разветвленность. Воздействие непостоянных расходов Северо-Атлантического течения на температуру вод CeBepного, Норвежского и Баренцева морей имеет характер жесткой детерминации, причем их системное единство как раз обнаруживается в синхронности колебаний, на чем акцентировал внимание Г. К. Ижевский (1961). Масштабы влияния термического фактора на рыб, служащих и важным промысловым объектом, и промежуточным звеном, передающим полученный импульс особенно далеко, в область общественной жизни, определяются низким теплосодержанием северных морских вод. При этом понижение или повышение температуры воды даже на один градус вызывает резкое укорачивание или удлинение периода раннего онтогенеза на стадиях икринки и личинки, которые так или иначе отражаются на численности соответствующих возрастных групп популяции. Ввиду высокой продолжительности жизни холодноводных рыб и сложности демографической структуры их стад изменчивость уловов свидетельствует прежде всего об относительных (а не абсолютных, как, например, в случае промысла сардины) урожаях.

Обусловленность распределения рыб многолетними колебаниями расхода Северо-Атлантического течения была описана еще в 1909 г. Б. Хеланд-Хансеном и Ф. Нансеном. За прошедшие десятилетия накоплено достаточно фактов для вывода о том, что уловы самых массовых и ценных видов - трески и сельди - зависят от суммы температур воды за сезон (Богданов и др., 1976). Установлено совпадение фаз изменения запасов этих рыб (Ижевский, 1964). Нередко наблюдается чередование двойных экстремумов: так, урожайными были 1933 и 1934, 1937 и 1938, 1943 и 1944 гг., а неурожайными - 1940 и 1941, 1945 и 1946 гг. и т. д.

В последнее время вылов рыбы строго регламентирован, чем в существенной мере ослаблены хозяйственные последствия варьирования урожайности, усугублявшегося ранее промыслом. Тем не менее они навязывают свой ритм экономике прибрежных районов. В прошлом эта подчиненность нередко оборачивалась бедствием при внезапном отходе рыбы. Например, катастрофическим для норвежских и шведских рыболовецких общин было исчезновение косяков сельди в начале XIX в. Возврат ее способствовал преодолению тяжелого кризиса в Норвегии уже после обретения страной независимости в 1815 г. Цены на рыбу в эпоху свободного и непромышленного рыболовства, хорошо отражавшие в условиях устойчивости конъюнктуры динамику общего объема добычи, в близкие годы различались в 2-3 раза (см. рис. 24). Примерно в таких же пределах в XIX в. обычно менялись и доходы 50-60 тыс. рыбаков Норвегии, а также поступления в казну от экспорта, бывшего немаловажной статьей доходов государства (Dyevile et al., 1979).

Рис. 24. Колебания индекса цен на треску на Бергенской бирже

Урожаи и неурожаи хлеба и рыбы на территориях и в акваториях атлантической подсистемы полярного вихря благодаря существованию механизмов ценообразования на мировом рынке сопряжены с заметными глобальными эффектами, т. е. оказывают влияние на ход событий во многих странах разных полушарий.

В маргинальных поясах. До сих пор речь шла о явлениях умеренного пояса, где западно-восточный перенос в атмосфере более или менее постоянен, прерываясь только локальными волновыми возмущениями. Рассмотрим теперь особенности Субарктического и Субтропического поясов, которые представляют собой как бы "пойму" воздушного потока, ибо они обязаны своим происхождением сезонному перемещению вихря. (Ограничимся при этом беглой характеристикой отдельных моментов изменчивости атлантической подсистемы.)

Окраинное положение субтропиков придает им специфические черты, одна из которых - повышенная восприимчивость природы к погодным и климатическим колебаниям. Такая чувствительность совершенно отчетливо выражена в многовековых изменениях самого облика ландшафта Средиземноморья: от густых лесов с множеством источников, о которых еще помнили во времена Платона, к каменистым пустошам наших дней. На протяжении последних двух тысячелетий зависящие от Атлантического океана субтропики пережили несколько разных по длительности периодов увлажнения и усыхания, в соответствии с режимом циркумполярного вихря сменивших друг друга. Процессы аридизации резко усилились в XIV в., когда в высоких широтах наступил малый ледниковый период. Именно тогда в Италии, Португалии и Испании активизируются поиски новых земель, быстро развивается мореходство. Цели многочисленных экспедиций принца Генриха Мореплавателя, человека, "который действительно показал своему народу и всему человечеству путь в Индию и Америку", заключались в заселении открытых территорий и расширении португальской державы (Хеннинг, 1963). Последовавшие за ними плавания Колумба, Васко да Га-мы и других первопроходцев, положивших начало эре колонизации внеевропейских миров, стали результатом стечения обстоятельств, природных сдвигов в том числе.

Короткопериодические аномалии атмосферных осадков и температуры воздуха в виде засух и холодов вызывают потрясения в сельском хозяйстве с многообразными последствиями. О дестабилизирующей роли погодного фактора можно судить по опыту плодоводства.

"Физиономию" средиземноморского ландшафта создают в сельской местности посадки маслин, которые в отдельных провинциях и областях Португалии и Испании занимают свыше половины обрабатываемых земель. И на всех участках огромного ареала этой традиционной культуры, опоясывающего побережья Евразии и Африки, где растет около 742 млн деревьев, наблюдаются большие межгодовые контрасты урожайности. В Италии еще в недавнее время, по сведениям А. Мореттини, в некоторых провинциях в лучшие годы собирали оливок в 100 раз больше, чем в худшие, а разница в десятки раз была нормой. С повышением уровня агротехники изменчивость урожаев несколько уменьшилась, однако до сих пор и по стране (такой, как Португалия) в целом отношение минимальных сборов к максимальным достигает 1:4. Колебания урожаев отрицательно сказываются на крестьянских хозяйствах и на экономике средиземноморских стран, производящих 99% оливкового масла, потребляемого в мире, и основную массу столовых оливок.

Между тем конкретные причины падения продуктивности маслин окончательно не выяснены. По данным экспериментов X. Т. Хартмана, подтвержденным позднейшими исследованиями, на юге это может быть недостаточная степень зимнего охлаждения, необходимого для развития цветочных почек. На северном же побережье Средиземного моря, вероятно, неблагоприятно действует весенняя погода. Умеренные морозы на крымской и кавказской окраинах ареала даже при повреждении растений не обязательно снижают урожайность. Синхронизация урожаев оливок на значительных пространствах (всего Пиренейского полуострова, например), безусловно, связана с атмосферными процессами в субтропическом поясе.

В Субарктике ритмика природных явлений есть следствие периодического усиления и ослабления теплопереноса Северо-Атлантическим течением. Сама площадь атлантического сектора пояса, его границы подвержены межгодовым колебаниям в соответствии с изменениями ледовитости. Между распространением ледяного покрова в Баренцевом и Гренландском морях и температурой воды в западной части Атлантики существует, как показал В. Ф. Захаров (1981), тесная обратная связь, в особенности для района к югу от Ньюфаундленда, где коэффициент корреляции равен -0,74. В текущем столетии занятая льдом акватория неоднократно расширялась и сокращалась на сотни тысяч квадратных километров. В период 1925-1950 гг. произошла серьезная дегляциация, которая сменилась разрастанием льда, длившимся до середины 70-х гг. и прерванным новым потеплением. Из кратковременных циклов ледовитости наибольшим постоянством отличается двухлетний (Карклин, 1977). Кроме того, выделяются 8-, 15-, 30- и 70-летние циклы (Любарский, 1977). Для Субарктики очень характерны многовековые колебания, впервые изученные Л. Кохом. В свою очередь субарктические льды играют активную климатообразующую роль, обусловливая положение фронта в атмосфере, о чем уже упоминалось выше.

Адвективное тепло, поступающее в Северный Ледовитый океан с атлантическими водами, как бы дирижирует биотой моря. IB частности, оно из года в год приводит к изменению численности стад промысловых рыб и путей их миграции. Параллельно то увеличивается, то уменьшается продуктивность прибрежных наземных сообществ.

Понижение урожаев затрагивает различные звенья природы я хозяйства, связанные в одну систему. В прошлом при экстремальных ситуациях оно могло приводить к движению населения. Одним из значительных событий такого рода было, без сомнения, переселение норманнов из Исландии в Гренландию после голода в середине 980-х гг. Две их колонии просуществовали на острове около 500 лет, что оказалось возможным в условиях временного потепления Субарктики.

В обоих поясах - субтропическом и субарктическом - напряженность ритмических процессов закономерно убывает по мере удаления от Атлантического океана.

Солнечные проявления. Каковы же механизмы колебаний в атлантической подсистеме полярного вихря? Ясно, что главным источником необходимой энергии служит океан. Очевидна роль циклонов как переносчиков этой энергии - теплоотдача водной поверхности в синоптическом вихре составляет 300-400 ^Вт/_м², по расчетам Б. Е. Лагуна и В. Ф. Романова (1985). Вероятно, должна быть некоторая зависимость потока тепла (и влаги) в атмосферу от изменений термического режима верхнего слоя морской воды. Специальными исследованиями установлено (Суховей, 1974), что интенсивность теплопереноса из океана связана с аномалиями температуры воды только в районах м. Хаттерас и Ньюфаундленда, а на остальной части акватории Атлантики она определяется состоянием атмосферы. Однако как раз там, на полярном и арктическом фронтах, зарождаются циклоны.

В ходе взаимодействия океана и атмосферы Ю. В. Николаев (1977) считает целесообразным различать переходный и стационарный периоды. В первый период океан представляет собой лишь резервуар тепла, поступление которого в воздух регулируется самой атмосферой. Для стационарного периода характерно приспособление теплового поля атмосферы к тепловому полю океана. Последнее меняется во времени и неизбежно влияет на эволюцию системы. Моделирование процесса, предпринятое А. П. Нагурным (1982), привело к выводу о том, что тепловые аномалии у берегов Северной Америки действительно могут вызывать потепление и похолодание в Евразии и Северной Африке. Ранее об этом писал А. И. Дуванин (1968).

Активизация теплопереноса из океана вследствие термической аномалии в воде или усиления западных ветров способствует развитию длинных волн в атмосфере, как показал Г. Дж. Халтинер. В результате происходит преобразование циркуляции и возникает эффект блокировки (Суховей, 1974). Еще в 1950 г. Д. Ф. Рексом была выявлена область повышенной повторяемости блокирующих гребней, лежащая в океане к западу от Великобритании. Блок расщепляет зональное воздушное течение на две ветви, движение которых приобретает меридиональное направление. В подобных ситуациях влияние Атлантики резко ослабевает в умеренном поясе. Существование цепочки событий, начинающейся с появлением очага интенсивной теплоотдачи в океане и завершающейся формированием азональной циркуляции, подтверждается рядом исследователей (Николаев, 1977; Тимачев, 1982, и др.). Но вклад ускорения воздушного потока и положительной термической аномалии в эволюцию атлантического участка вихря остается неоцененным. Есть основания полагать, что в теплую половину года, когда глобальные контрасты температуры воздуха сглаживаются, относительно более теплые воды должны оказывать сильнейшее воздействие на атмосферу (Алексеев, 1982).

Образование гребней, деформирующих циркумполярный вихрь, влечет за собой нарушения нормального режима поступления тепла и влаги в пространстве подсистемы. Мощное вторжение арктических масс к западу от Урала, создающее устойчивый антициклон, как впервые выяснил Б. П. Мультановский свыше 70 лет назад, сопряжено с катастрофическими засухами на Русской равнине. Когда блокирующий антициклон располагается над Скандинавией, засуха поражает Казахстан (Байдал, Утешев, 1964). Зимой блокирование воздушного течения, направляющегося с океана, ведет к выносу тепла в высокие широты, с одной стороны, и похолоданию в средних и субтропических широтах - с другой.

Многие периодические явления порождены динамикой самого вихря как глобального замкнутого потока. Значительные отклонения его центра от географического полюса всегда вызывают крупномасштабные гидротермические аномалии. Эта закономерность была открыта Н. Е. Ла Сером и в последние 20 лет неоднократно служила предметом детального изучения (Педь, 1976). Установлено, например, что в западном секторе Субарктики со смещением к западу центра циркуляции связано сильное понижение температуры воздуха зимой, а со смещением к востоку-ее повышение (Иванов, 1984). Ранее стала известна зависимость погоды в субтропиках от координат вихря (Папи-нашвили, 1967).

При многовековых колебаниях климата границы вихря менялись весьма существенно. Так, судя по данным Г. Г. Лэмба (1968), разница в местоположении арктического фронта в эпоху малого оптимума и в малый ледниковый период на меридиане Исландии составляла примерно 1 тыс. км. На большое отклонение режима циркуляции в апогей похолодания (в конце XVI в.) указывают исторические свидетельства преобладания восточных ветров в Ла-Манше, приведенные К. Бруксом в его книге "Климаты прошлого".

Как известно, волны холода в малый ледниковый период в общем совпали с минимумами солнечной активности Вольфа, Спорера и Маундера. Механизмы воздействия Солнца на свое порождение - полярный вихрь - очень сложны. Во время похолодания также резко учащались вулканические извержения, в атмосферу выбрасывалось огромное количество аэрозолей; напротив, во время потепления вулканическая деятельность затихала и содержание аэрозолей в атмосфере значительно уменьшалось (Варущенко, 1985). М. С. Эйгенсон (1963) высказал предположение, что космические силы могут давать импульс для высвобождения внутренней тектонической энергии, тем самым сообщая известную периодичность вулканическим извержениям. Согласно К. О. Хайнесу (Hines, 1974), солнечный ветер способен замедлять вращение Земли.

Эффект изменения скорости вращения планеты при колебаниях солнечной активности (связанный с работой земного гидромагнитного динамо за счет энергии Солнца) имеет одним из последствий неравномерность генерации сейсмических волн (Калинин, 1974), служащей индикатором внутренних напряжений. Изучение зависимости числа вулканических извержений и индекса запыленности от циклов солнечной активности за 1680-1976 гг., предпринятое В. Ф. Логиновым (1984), показало, что на минимумы 11-летних циклов приходятся 13 извержений, тогда как на остальные годы - от 3 до 8. Суммарные значения индекса запыленности в годы минимумов составляют 7400, в другие же годы они варьируют от 750 до 5600. В четных циклах, которые отличаются меньшей амплитудой активности Солнца, индекс в 1,3 раза выше, чем в нечетных. В период минимума векового цикла он в 1,6 раза выше, чем в период максимума. Влияние вулканов на климат рассмотрено в обзорной работе К. Я. Кондратьева (1985). Длительные похолодания и потепления, по-видимому, имеют двойственную причину, будучи связаны с прямым и косвенным ослаблением облучения планеты.

Для объяснения вековых и внутривековых колебаний климата Б. И. Сазоновым (1977, 1979) предлагается модель периодических возмущений солнечной короны под действием внешних планет-гигантов. Планеты при своем обращении из-за асимметричности короны способствуют повышению проходимости" космических полей галактическими протонами высоких энергий. При высоком уровне солнечной активности Земля через 30 лет попадает в область среды, модулированной Сатурном, при низком уровне солнечной активности она оказывается в подобных условиях только вблизи Сатурна и Урана, что бывает через 45 лет. Эффект модуляции переменного периода укладывается по длительности в брикнеровский цикл. В эпоху минимума векового хода запятненности Солнца, когда солнечная корона занимает относительно малый объем, возрастает значение орбитальных движений Юпитера, период обращения которого равен 11,86 года. Это соответствует хорошему проявлению 11-летнего цикла при низком уровне солнечной активности. К сказанному следует добавить, что, по теории П. Р. Романчука (1981), сами 11-летние циклы обусловлены приливным действием Юпитера и Сатурна на Солнце.

Существует несколько предположений о механизмах передачи космических импульсов атмосфере Земли и возбуждения в ней синхронных колебаний. Решение проблемы идентификации таких механизмов затрудняется крайней разнокачественностью эффектов влияния внешних факторов. "Эти эффекты,- пишет Л. Р. Ракипова (1985),- имеют сложную пространственно-временную структуру, зависящую от длины планетарных волн, разную для различных метеоэлементов. Таким образом, неоднозначность и неустойчивость проявлений солнечной активности в незональных термобарических и динамических полях заложены в самой природе солнечно-атмосферных связей". Решающую роль в некоторых синоптических ситуациях определенно играет спусковой механизм. Накоплено немало фактов, демонстрирующих быструю реакцию циклонических вихревых движений на изменения в режиме облучения планеты, так или иначе зависящих от жизни всей Солнечной системы. При непосредственном сопоставлении хода метеорологических процессов с солнечной активностью определенные результаты получены для периодов четных и нечетных 11-летних циклов. Оказалось, что временные границы фаз этих циклов, как правило, разделяют разные стадии циркуляционных эпох, а рубежи целых эпох тяготеют к максимумам активности (Белязо, 1978). При сравнительном анализе распределения метеоэлементов в годы пиков активности в четный и нечетный циклы обнаружены волны стоячего типа с пучностями аномалий у магнитного полюса и в широтной зоне 50-60° и высокие амплитуды 22-летних колебаний, достигающие в случае температуры воздуха 10-14° (Слепцов-Шевлевич, 1981). Исследованиями Т.В.Покровской установлена приуроченность засух на Московской Руси к нисходящей ветви четных циклов. В последнее столетие засухи на Русской равнине выпадают преимущественно на годы восходящей ветви геомагнитной возмущенности; в Казахстане, напротив, они случаются в годы нисходящей ветви. Характерно' что устойчивые аномалии в ритме активности Солнца сопровождаются значительными отклонениями в погодных условиях длительностью от сезона до года.

Не только Солнце, но и естественный спутник Земли Луна вносят свой вклад в многолетнюю ритмику природных процессов. Изменения склонения Луны, образующие период более чем 18 лет, должны, по расчетам А. В. Максимова и А. А. Дмитриева (1977), через приливные силы деформировать водную и воздушную оболочки планеты. Эти силы, "действуя по сложному квазипериодическому закону, задают в определенные моменты времени исходные состояния барического поля, которое развивается в дальнейшем на основании иных энергетических законов". Б. Б. Еликоев (1975) выдвинул гипотезу об изменение амплитуды лунных приливов в атмосфере под влиянием солнечной активности как факторе, создающем предпосылки для возникновения 2-3- и 5-6-летних колебаний в зональном потоке.

Разумеется, было бы совершенно неправильным приписывать периодичность проявлениям лишь внешних сил. Океан, заключающий в себе колоссальные запасы энергии и притом расслоенный на теплую тропосферу и холодную стратосферу, по А. Дефанту, способен быть источником эндогенных ритмов. Рядом исследователей показано, что крупные термические аномалии в океане определяют режим воздушного бассейна в течение нескольких лет. Благодаря отрицательной обратной связи между температурой воды и облачностью возможно появление автоколебаний в системе "океан-атмосфера" (Монин, 1977).

При сравнении эффектов соприкосновения циркумполярного вихря с Атлантическим и Тихим океанами в статическом и динамическом планах вырисовывается картина более высокой сложности и изменчивости подсистемы, образованной первым из них. Причина не только в характере материка, который включен в состав подсистемы, но и в особой активности ее ядра, Атлантики, где процессы циклогенеза протекают с повышенной напряженностью. На широте полярного круга адвекция тепла со стороны Атлантического океана вдвое превосходит теплоперенос с акватории Тихого океана (Шулейкин, 1977), чем обусловливается зависимость Арктики именно от атлантических потоков. В то же время в свои субтропики Атлантический океан поставляет большее количество дефицитной здесь влаги.

Интенсивная циклоническая деятельность при относительной выравненное наветренной части материка Евразия формирует полный набор типов растительности в середине умеренного пояса, начиная с приатлантических широколиственных лесов и кончая полынными и солянковыми пустынями. Ему соответствует ряд почвенных фаций - от буроземов до солонцов и солончаков. Вместе с тем на удалении от океана в обстановке рассеяния поступающих от него тепла и влаги складывается широтная зональность на Русской равнине. Зоны испытывают некоторые сверхвековые перемещения в зависимости от положения вихря. Аналогичные пространственные закономерности присущи Субарктическому и Субтропическому поясам. В Субарктике меридиональная и широтная зональность четко проявляется на море, в субтропиках - на суше.

Общее представление о границах ядра и оболочки системы полярного вихря дают рис. 25 и 26, где изображены горизонтальные и вертикальные ее срезы. Плановые схемы для уровня земной поверхности традиционны в географических работах (следует обратить внимание на разомкнутость вихря на северо-востоке Евразии, связанную с деятельностью летнего муссона). Другие схемы дополняют их, показывая систему как объемное образование. Два меридиональных профиля позволяют отразить пространственные изменения как потока-ядра, так и его естественных продуктов. Характерна в общем небольшая толщина оболочки по сравнению с размерами ядра. Распространению влияния последнего препятствует отклонение к северу циклонов, генерируемых фронтами.

Рис. 25. Вертикальное строение системы полярного вихря: разрез по меридиану 30° зап. долготы (а); разрез по меридиану 60° вост. долготы (б)

Рис. 26. Строение системы полярного вихря в плане: А - 10 км над уровнем моря; Б - земная поверхность; В - 1 км ниже уровня моря (здесь и далее оболочка показана вне ядра, фактически же она занимает и его пространство)