Файл: Дружинин, И. П. Космос - Земля. Прогнозы.pdf

стью ему предшествует ослабление осадочной деятель­ ности атмосферы.

3. Минимум осадков повторяется через 9 лет, ещ больший промежуток — около 18 лет, то есть выражен­ ность засухи особенно велика примерно раз в два деся­ тилетия, но внутри этого периода наблюдаются вторич­ ные волны засушливости раз в 10 лет.

В целом, по выражению Ф. Н. Шведова, «годичные слои дерева представляют нам такую же достоверную летопись осадочной деятельности атмосферы, как и ли­ стки, снимаемые с самопишущих метеорологических аппаратов...». Но «как бы полны ни были наши позна­ ния относительно периодичности осадков в прошедшем, они должны иметь эмпирическое значение и не могут быть с уверенностью распространяемы на будущее до тех пор, пока не будет доказана неизменность той неиз­ вестной причины, которою эта периодичность обуслов­ ливается» [стр. 178].

Иначе говоря, без уяснения первопричин чередова­ ния ширины годичных колец Ф. Н. Шведов не «представ­ лял возможности достаточно надежного прогноза атмо­ сферных процессов.

В начале XX столетия астроном и ботаник из Ари­ зоны А. Дуглас получил убедительные доказательства влияния циклической деятельности Солнца на развитие растений [236]. Он был первым, кто не прошел мимо факта, показывающего, что из 3200 годичных колец од­ ного Мамонтова дерева — секвойи в среднем наблюдает­ ся 10—12 колец быстрого и столько же колец замедлен­ ного роста, и решился заявить, что многолетние расте­ ния не только фиксируют в своем приросте колебания климата, но и отражают цикличность деятельности Солнца.

Но между солнечной активностью и темпами разви­ тия растений нет линейной зависимости. Это понятно, ибо условия произрастания разных типов леса резко влияют на его прирост. Земные условия определяют многие особенности характера годичных колец. Но есть одна особенность, отмеченная еще А. Дугласом, которая дает дополнительное подтверждение существенности солнечно-биологических связей. Юна проявляется в том, что усиление жизненной активности деревьев наблюда­ ется ,не только на максимумах, но и на минимумах сол­ нечного цикла, хотя в последнем случае повышение

168

носит более скромный характер. Это особенно выпукло проявляется на материалах массовых наблюдений, ког­ да случайные факторы и местные условия развития растений нивелируются и на первый план выступают наиболее общие закономерности. Иллюстрацией этому служит график прироста деревьев в нескольких странах Европы (рис. 39).

Рис. 39. Прирост деревьев (1) и солнечная актив­ ность (2), по А. Дугласу, с использованием сум­ марных данных о приросте деревьев в лесах Англии, Норвегии, Швеции, Германии и Австрии

По современным представлениям [143], эта особен­ ность объясняется тем, что Солнце геоактивно как в годы максимального образования пятен, так и в годы их ми­ нимума. Но физическая природа излучений в разные эпохи солнечной деятельности различна. Вблизи макси­ мума 11-летнего цикла главную роль играют корпуску­ лярные потоки, выбрасываемые во время мощных хромосферных вспышек. Незадолго же до минимума 11-летнего цикла наибольшего развития достигает другой вид кор­ пускулярного излучения, выбрасываемого из так назы­ ваемых М-областей Солнца, не связанных с какими-либо выдающимися солнечными образованиями. Эти области существуют в течение многих оборотов Солнца, и с ни­ ми связана, например, 27-дневная повторяемость (ре­ куррентность) магнитных бурь, характерзующихся в от­ личие от бурь с внезапным началом (вспышечного про­ исхождения) постепенным развитием и умеренной интен­ сивностью.

максимумов и минимумов 11-летнего цикла неодинако­ ва, значит, можно ожидать разной реакции живых ор-

169

ганнзмов в различные фазы развития солнечной актив­

ности.

Дендрохронологическне исследования по своим по­ тенциальным возможностям могут оказаться эффектив­ ным инструментом познания сущности солнечно-биоло­ гических связей. Исследуя записи о древесных кольцах

с1925 г. до нашей эры и по 1905 г., И. В. Максимов

[126]обнаружил, что средняя длительность «векового» цикла у секвойи составляет 84 года, но его амплитуда сильно варьирует, в результате чего образуются циклы большего масштаба — порядка 600 лет, что является еще одним подтверждением наличия крупномасштабных кос­ мических изменений. Видимо, в жизнедеятельности ра­ стений отражаются не только 11-летние, но и иные ва­ риации солнечной активности.

Образно говоря, каждый встреченный «а нашем пути пень не только фундамент когда-то работавшего бюро погоды, но и миниатюрная обсерватория, дающая огромную информацию о жизни Земли и Космоса.

Еще К. А. Тимирязев [181] показал, что растения способны переводить лучистую энергию Солнца непо­ средственно в химическую энергию органических веществ. С другой стороны, повседневная практика свиде­ тельствует, что развитие растений определяется кон­ кретными условиями сезона и местности, которые в свою очередь также во многом зависят от состояния деятель­ ности Солнца. Таким образом, влияние солнечной ак­ тивности может быть прямым и опосредованным через климатогидрологические условия. Если между погодой, ростом деревьев и солнечной активностью существуют те или иные связи, значит, ширина колец деревьев мо­ жет служить прогностической информацией не только для будущего развития растений, но также для погоды и самой солнечной активности.

Кроме того, мы не можем уловить всей сложности работы солнечной машины. Наблюдения за пятнами или другими внешними проявлениями солнечной актив­ ности не только сравнительно краткосрочны, но и да­ леко не полноценны, ибо не могут отразить всего много­ образия и тонкостей воздействия солнечных факторов на земные явления. К этому следует добавить, что сол­ нечное воздействие сильно преобразуется при подходе к земной атмосфере и значительно трансформируется при «приеме» биологическими объектами.

170

В результате сочетания действия земных и космиче­ ских сил образуется сложная гамма колебаний биологи­ ческих процессов, что проявляется и в динамике раз­ вития растений, ибо на их прирост оказывают влияние самые различные факторы: плотность и высота насаж­ дений, температура и увлажненность местности и мно­ гое другое.

Для выяснения структуры цикличности прироста де­ ревьев необходимо провести целый комплекс вычисли­ тельных работ. Одним из первых за эту задачу взялся уральский лесовод Г. Е. Комин [104], исследовавший ширину колец 879 деревьев с общей продолжительно­ стью хронологических рядов около 12 тысяч лет.

Проведенный анализ показал, что для прироста де­

кретном случае эти циклы подвержены большим ва­ риациям. Анализируя природу выявленных периодов, автор пришел к выводу, что большая часть колебаний прироста может быть связана с «солнечнообусловленными» изменениями циркуляции атмосферы, которые преломляются в динамике растений через повторяемость засушливых и влажных лет. Действительно, в наборе выявленных циклов можно найти периоды, отвечающие 17—19-летней волне приливных сил Луны и Солнца, 30—40-летнему брикнерову циклу, а также 80-, 11- и 5-летние периоды, для которых не исключена связь с аналогичными периодами природных явлений, обуслов­ ленными особенностями солнечного воздействия на зем­ ные процессы. К тем же выводам пришел М. И. Роза­ нов на основе спектрального анализа дендрохронологических данных [159].

Каждый тип леса отличается спецификой динамики прироста. Но в любых случаях определяется то или иное влияние и солнечной активности. Например, арча повсеместно активизировала плодоношение на максиму­ мах солнечных циклов 1957 и 1968 гг. Предполагается, что такая синхронность обусловлена непосредственным воздействием электромагнитных составляющих солнеч­ ного излучения на генеративные органы можжевель­ ника [137].

В районах со сходным режимом атмосферной цир­ куляции древеснокольцевые хронологии совпадают меж­ ду собой иногда на расстоянии 1000 км. Более того,

171

найдено сходство хронологии деревьев Внутренней Аляски и Полярного Урала, что еще раз свидетельству­ ет о единстве факторов, определяющих циклические колебания прироста растений. Попытки найти связь между характеристиками макроциркуляционных процес­ сов атмосферы и прироста растений, возможно, окажут­ ся полезными в деле прогнозирования природных явле­ ний. Однако для этого необходимо тщательное изучение не только структуры цикличности, но и природы воз­ никновения тех или иных периодов колебаний, хотя уже само знание характеристик циклов имеет прогно­ стическое значение.

В Аризонском университете было собрано с 1955 по 1967 г. более тысячи живых деревьев, среди которых одно достигало возраста 4600 лет, то есть хронология была продолжена до 2637 г. до нашей эры. Путем пере­ крестных сопоставлений с сухими (мертвыми) деревья­ ми удалось продлить эту шкалу до 5150 г. до нашей эры, в результате чего получена непрерывная дендрохронологическая таблица протяженностью 7117 лет [105]. При исследовании вариаций более миллиона годичных колец отмечается несомненная связь их раз­ меров с солнечной активностью и возможность получе­ ния по ним весьма устойчивых статистических вероятно­ стей засух и влажных периодов.

Но даже при сравнительно небольших исходных данных можно строить прогнозы. Литовский дендрохро­ нолог Т. Т. Битвинскас [27] показал, что если дина­ мику годичного прироста сосны в целом определяет температурный режим, то особенности этой динамики это основным типам местопроизрастания зависят глав­ ным образом от режима влажности почв. Наряду с этим найдено, что наиболее тесная связь прироста де­ ревьев с солнечной активностью выявляется при сопо­ ставлении колебаний годичных индексов по 22-летним циклам.

На основе таких расчетов был представлен прогноз на период 1958—1979 гг. Разница между предвычисленяой и фактической величинами средней амплитуды го­ дичного прироста составила всего 4%.

Еще одним интересным объектом изучения солнечно­ биологических связей могут служить микроорганизмы. Зволюционно они относятся к растительному миру, по­ этому способность растений реагировать на факторы

172

внешней среды закономерно распространяется и на микромир. Особенно ярко это проявляется в изменениях численности и ферментативной активности почвенных микроорганизмов, от которых зависит динамика накоп­ ления в почве связанного азота. Известно, что одно только внесение азота с органическими и минераль­ ными удобрениями не может даже в ближайшем буду­ щем обеспечить потребности развивающегося растение­ водства. 'Поэтому вопрос об участии микроорганизмов в фиксации почвенного азота — один из главных в агро­ номической науке и практике.

Доказано, что значительная часть азота, вносимого в почву с удобрениями, может превратиться в молеку­ лярную форму и будет удалена из сферы развития рас­ тений в результате деятельности денитрифицирующих бактерий. С другой стороны, деятельность азотфиксирующих микроорганизмов пополняет ресурсы почв.

Работами эстонских микробиологов [156] установ­ лено, во-первых, что деятельность почвенных микроор­ ганизмов не прекращается и после окончания вегета­ ционного периода и даже в промерзшей почве соверша­ ются весьма активные изменения. Так, численность ам­ монифицирующих бактерий в течение всего 1965 г. была постоянной, но с января 1966 г. стала резко возрастать и оставалась относительно высокой и в дальнейшем. В соответствии с этим даже зимой увеличивалось содер­ жание в почве аммиачного азота. Аналогичным образом вели себя и нитрифицирующие бактерии, число которых с начала 1966 г. выросло примерно в 10 раз и остава­ лось высоким в последующие годы. Все эти наблюдения проводились в специальных биометрах — свободных от растительности участках различных типов почв с опре­ деленными условиями их содержания и необходимыми контролями. Поэтому полученные данные по разным типам почв и по различным микроорганизмам, зафик­ сированные по множеству тестов, являются вполне представительными.

Весьма интересна одномоментность резких измене­ ний жизнедеятельности разных микроорганизмов, что свидетельствует об общности влияющих на эти процессы факторов. В частности, в тот же период 1966 г. одно­ временно с вышеуказанными микроорганизмами повы­ силось число аммонифицирующих, аэробных целлюлозо­ разлагающих бактерий и водорослей, использующих

173

для своей жизнедеятельности не только аммиак почвы, но и нитраты, в связи с чем, естественно, изменилось

иколичество последних.

Счем могут быть связаны подобные изменения?

Этот вопрос весьма важен с практической точки зрения. Каждый год с урожаем сельскохозяйственных культур из почвы выносится почти на 90% больше азота, чем вносится туда с удобрениями. Такую разницу нельзя ликвидировать без помощи свободно живущих азотфиксирующих организмов, которые являются неотъемле­ мой частью почв. Так, в пахотном слое окультуренной почвы на площади 1 га может содержаться 5—6 т микробных клеток. Поэтому причины колебаний числен­ ности почвенных бактерий в естественных условиях представляют исключительный интерес.

По данным Л. Сирпа [171], эти колебания не имеют устойчивой корреляции ни с сезоном года, ни даже с такими факторами, как температура и влажность поч­ вы. После длительных и тщательных поисков и сопо­ ставлений автор пришел к выводу, что «основным фак­ тором, оказывающим влияние на численность азотобатера, является солнечная активность». Коэффициент корреляции между численностью бактерий и солнечной активностью, по его данным, оказался в 10 раз больше, чем в сравнении с температурой воздуха.

Подобные микробиологические данные пока еще стоят особняком среди других бактериологических на­ блюдений за почвенными микроорганизмами. Однако уже есть ряд фактов из самых различных областей фи­ зиологии растений и микробиологии, которые позволяют думать о возможности прямого воздействия космиче­ ских факторов на растительные объекты и на микромир. Это особенно выраженно проявляется в опытах с ис­ пользованием магнитных полей, представляющих в своих изменениях элементы естественного действия солнечной активности.

Магнитотропизм у растений описан многими авто­ рами, в частности А. В. Крыловым [113], показавшим, что при ориентировании корешков растений к разным полюсам Земли, а равно и при действии магнитов об­ наруживается различная интенсивность их роста и да­ же неодинаковая подверженность поражению плесне­ выми грибками. Сейчас установлено, что в опытных условиях магнитное поле может повышать урожай

174

томатов, рост корневой системы у ржи и бобов, интен­ сивность прироста зародышей ячменя и пшеницы.

Повышенные темпы роста на первых этапах разви­ тия растений под действием магнитных полей позволя­ ют быстрее пройти критичекие периоды их жизни, когда растения особенно чувствительны к недостатку тепла и влаги. И в этом большую роль играет первоначальная ориентация семян. Например, при посеве принудитель­ но ориентированных семян кукурузы удалось добиться прибавки урожая на 20 ц/га, когда семена располага­ лись плоской стороной к югу [142].

По мнению А. П. Дуброва, Ю. И. Новицкого, А. С. Пресмана, М. П. Травкина и ряда других авторов [81, 142, 154, 183], в механизме влияния магнитного поля на рост растений большое значение имеет поляр­ ность самих биологических структур, когда совпадение направлений внешнего магнитного поля с внутренним сказывается на усилении ростовых процессов. Более глубокое изучение этого вопроса связано с исследова­ нием дыхания растений, проницаемости клеточных мем­ бран, состоянием протоплазмы и многими другими во­ просами. Особое внимание привлекает гипотеза А. П. Ду­ брова [81] о диссимметрии биологических систем, начи­ ная от молекулярного уровня и до высших организмов («левые» и «правые» формы). Предполагается, что маг­ нитное поле является одним из факторов, определяю­ щих формирование этой диссимметрии.

Наряду с этими гипотезами в настоящее время уже твердо установлены следующие факты, показывающие несомненное значение магнитных факторов в процес­ сах развития растений.

Во-первых, слабые магнитные поля порядка 20—60 эрстед стимулируют рост растений особенно выраженно

впервые два-три дня — в период относительно низкой ферментативной активности; в этот период воздействие поля приводит к пониженному потреблению кислорода, увеличивает частоту митозов в корнях и стеблях, повы­ шает содержание нуклеиновых кислот в клетках расте­ ний. Отмечено также ускорение движения хлоропластов

втоке протоплазмы, уменьшение электросопротивления гелей веществ растительного происхождения. Кроме то­ го, замечено понижение фотосинтетического обмена в листьях некоторых растений.

Во-вторых, А. П. Дубровым установлен принципи­

175