太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)

【專家解說(shuō)】：太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)對(duì)地球生物圈的影響 　 太陽(yáng)是一個(gè)直徑約140萬(wàn)公里的巨大火球，每秒鐘向四周輻射放出的能量有3.82×1026焦，其中到達(dá)地球的能量約占其總輻射量的20～22億分之1(約為182×1017焦，全年合5.74×1024焦，這相當(dāng)于現(xiàn)今地球上總發(fā)電量的10萬(wàn)倍)。地球生物圈中一切生命活動(dòng)的原動(dòng)力均來(lái)自于太陽(yáng)輻射能，就是這些能量使得地球上出現(xiàn)了生機(jī)勃勃的景觀。太陽(yáng)輻射量的變化和地球接受太陽(yáng)輻射量的變化是影響生物圈正常活動(dòng)的最大因素，而導(dǎo)致地球接受太陽(yáng)輻射量改變的主要原因是：1、太陽(yáng)系公轉(zhuǎn)引起的軌道位置的變化和太陽(yáng)、地球相對(duì)位置的變化；2、太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)度的變化。 現(xiàn)代天文學(xué)研究表明，影響地球接受太陽(yáng)輻射能量的主要原因，有周期為2.5～2.8億年左右的太陽(yáng)系在銀河系中的軌道位置的變化。太陽(yáng)帶著太陽(yáng)系以每秒250公里的速度繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)，當(dāng)太陽(yáng)位于軌道遠(yuǎn)銀心點(diǎn)時(shí)較近銀心點(diǎn)它的輻射量要增加35％左右。距現(xiàn)代1.3～1.4億年的侏羅紀(jì)——白堊紀(jì)時(shí)代，太陽(yáng)系正位于遠(yuǎn)銀心點(diǎn)，這時(shí)期的太陽(yáng)的輻射量達(dá)到最大，對(duì)地球的影響也達(dá)到最強(qiáng)。與此相對(duì)應(yīng)的地球環(huán)境是：氣候濕熱，降雨量豐沛，生物圈則處于大量的熱帶雨林植被覆蓋和恐龍類大型爬行類動(dòng)物繁盛年代，海洋、天空和陸地都有其活動(dòng)?，F(xiàn)代中亞地區(qū)的沙漠是目前世界上最荒涼的地區(qū)，夏季高緯度陽(yáng)光的暴曬和冬季西伯利亞寒流侵襲，使之成為無(wú)人區(qū)域。但是就在這個(gè)地區(qū)，古生物學(xué)家發(fā)掘出豐富的8000萬(wàn)年之前白堊紀(jì)時(shí)代的恐龍和蜥蜴、鱷魚(yú)、哺乳類動(dòng)物的化石，這說(shuō)明在8000多萬(wàn)年前這里是含有豐富水源的地方，至少在某些局部區(qū)域內(nèi)有豐富的水源。而在2．5億年前的石炭紀(jì)～二迭紀(jì)年代時(shí)，太陽(yáng)系正處于近銀心點(diǎn)，太陽(yáng)的輻射量減少到最低的水平，與此相對(duì)應(yīng)的地球氣候則處于一個(gè)大冰期。在二迭紀(jì)最后幾百萬(wàn)年里，海洋中全部物種的90％消失；在陸地上78％的爬行動(dòng)物的科和67％的兩棲類動(dòng)物的科化為烏有；昆蟲(chóng)也未逃脫這次大劫難，約有30％昆蟲(chóng)的目不復(fù)存在。陸地上植物也遭到嚴(yán)重的損失，地層中孢子和花粉化石的沉積可反映植物主長(zhǎng)和分布的狀況，但是二迭紀(jì)晚期地層中裸子植物(如針葉樹(shù)之類的木本植物)的花粉幾乎是沒(méi)有的。但一些個(gè)體較小的、行動(dòng)靈敏的動(dòng)物則得到發(fā)展，一些全新的生物譜系出現(xiàn)。當(dāng)然二迭紀(jì)年代氣溫下降還有其他原因，更可能是多種因素綜合作用的結(jié)果。但是太陽(yáng)系軌道位置變化引起太陽(yáng)輻射量減少或許是個(gè)不可忽視的原因。追溯到4．2～4．3億年前的志留紀(jì)、泥盆紀(jì)時(shí)代，生物界中出現(xiàn)了一個(gè)重大事件：陸生植物的出現(xiàn)，這時(shí)期濕熱型的氣候條件，是植物登陸生長(zhǎng)的基本條件之一。這時(shí)期恰好是太陽(yáng)系處于遠(yuǎn)銀心點(diǎn)軌道位置。 隨著太陽(yáng)系軌道不斷朝銀心點(diǎn)靠近，太陽(yáng)輻射量不斷減少，地球接受太陽(yáng)輻射量相應(yīng)地減少，形成了全球規(guī)模的氣溫下降、降水量減少，氣候由中生代的濕熱型逐漸向第四紀(jì)干冷型過(guò)渡，大規(guī)模持久的氣候變冷，導(dǎo)致了新一輪的生物滅絕過(guò)程，在其他原因的參與之下(如在6500萬(wàn)年前的白堊紀(jì)末，一顆直徑約10公里的小行星撞擊在現(xiàn)在墨西哥尤卡坦半島的海域，小行星以20公里/秒的速度進(jìn)入地球大氣層，猛烈的撞擊放出約相當(dāng)1000萬(wàn)億噸TNT爆炸所產(chǎn)生的能量，給生物造成極嚴(yán)重的打擊)，適合于濕熱氣候條件的恐龍類動(dòng)物在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)就此消失。與此同時(shí)滅絕的其他生物種類約占當(dāng)時(shí)全部物種的1/2。150萬(wàn)年前的第四紀(jì)冰川運(yùn)動(dòng)則在更大規(guī)模上引起物種的滅絕，現(xiàn)代的物種是在經(jīng)歷了第四紀(jì)冰川考驗(yàn)之后的適應(yīng)者保存并發(fā)展起來(lái)的(氣候條件變化引起生存環(huán)境變化對(duì)于某些生物來(lái)說(shuō)是不利的，但對(duì)另一些物種來(lái)說(shuō)就可能是一個(gè)很好的機(jī)遇)。這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)因太陽(yáng)系軌道位置處于近銀心點(diǎn)的緣故，還將要持續(xù)800萬(wàn)年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。 以10萬(wàn)年為周期的地球軌道偏心率(e)的大小則是影響地球接受太陽(yáng)輻射量的另一個(gè)主要原因。當(dāng)?shù)厍蜍壍榔穆蔱達(dá)到最小值時(shí)，地球接受太陽(yáng)輻射量為最低，屆時(shí)就可能是一個(gè)亞冰期。在4萬(wàn)年前地球軌道e的值正處于一個(gè)最小值，對(duì)應(yīng)的氣候就是一個(gè)亞冰期。隨著e的逐步增大，約在1萬(wàn)年前地球進(jìn)入到亞間冰期，7000～10000年前這個(gè)階段是一個(gè)冰融高峰期，海平面每年上升1厘米。那時(shí)期的撒哈拉地區(qū)是一個(gè)有人類生活居住的大草原，一直到4000年前開(kāi)始逐漸出現(xiàn)的全球性干旱才導(dǎo)致了這個(gè)大沙漠的形成；同時(shí)代我國(guó)的河套以西的沙漠區(qū)也處于濕潤(rùn)時(shí)期，在4000年前因氣候的變冷，干旱才導(dǎo)致沙漠化。全球范圍內(nèi)干旱和土地沙漠化等跡象或許表明地球行將從間冰期逐漸進(jìn)入一個(gè)新的亞冰期。地球軌道位置的變化是在一個(gè)較短時(shí)間周期內(nèi)減少或增大對(duì)太陽(yáng)輻射量的接受，是引起全球氣候變化和引起干旱、沙漠化的自然原因。人類活動(dòng)在整個(gè)過(guò)程中起到推波助瀾的作用，加劇了這種影響。 太陽(yáng)活動(dòng)變化的影響。太陽(yáng)巨大的能量來(lái)自于其核心部分的核聚變反應(yīng)，每4個(gè)氫原子在極高的溫度和壓力之下聚合成為1個(gè)氦原子，同時(shí)釋放出極大的能量(1克氫在聚變成為氦時(shí)放出6.27×1011焦的能量，而在這過(guò)程中只造成6.9毫克質(zhì)量的減少。站在人類發(fā)展的歷史角度上來(lái)講，太陽(yáng)能幾乎是無(wú)窮無(wú)盡的)。太陽(yáng)活動(dòng)就其能量角度而言，就是指這種核聚變反應(yīng)程度的變化過(guò)程或現(xiàn)象。太陽(yáng)活動(dòng)的形式就是天文學(xué)上講的太陽(yáng)黑子、耀斑、譜斑、光斑和日冕等現(xiàn)象。一個(gè)大耀斑持續(xù)的時(shí)間大約有10～20分鐘，但其放出的能量相當(dāng)于百萬(wàn)噸級(jí)氫彈爆炸時(shí)放出能量的100億倍，而強(qiáng)烈的太陽(yáng)物質(zhì)拋射有時(shí)可達(dá)3.5×109千克/秒，同時(shí)地球上也獲得比平時(shí)更多的太陽(yáng)輻射能量和大量的射線等，給生物和人類帶來(lái)各種各樣的影響或者干擾破壞。在地球生命誕生的前期，這些射線、紫外線和能量曾促進(jìn)地球大氣等環(huán)境中無(wú)機(jī)物之間的反應(yīng)，產(chǎn)生了一些小分子有機(jī)物質(zhì)，促成了生命物質(zhì)的合成，在生命產(chǎn)生過(guò)程中起到重要作用。人們用太陽(yáng)黑子的相對(duì)數(shù)量來(lái)表示太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)度。1843年德國(guó)天文學(xué)家施瓦布(S、H、Schwabe)發(fā)現(xiàn)平均每隔11.2年左右，太陽(yáng)活動(dòng)就有一個(gè)高峰期，這時(shí)黑子的相對(duì)數(shù)量達(dá)到一個(gè)極大值，同時(shí)太陽(yáng)大氣層(指太陽(yáng)的光球、色球、日冕各層次)中一些其他活動(dòng)也處于強(qiáng)烈活動(dòng)的狀態(tài)，如日冕物質(zhì)拋射、太陽(yáng)耀斑頻繁發(fā)生。當(dāng)太陽(yáng)處于相對(duì)寧?kù)o狀態(tài)時(shí)，黑子數(shù)量也隨之減少或消失。研究表明，黑子活動(dòng)變化是和太陽(yáng)強(qiáng)大的磁場(chǎng)極性交替變化相關(guān)的，磁場(chǎng)極性模式每隔11年就會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，如果這次形成黑子高峰的磁極是南極的話，那么下一次高峰則由北極形成。這樣太陽(yáng)活動(dòng)周期應(yīng)是22個(gè)地球年左右。為了研究的方便，人為地規(guī)定了從1755年開(kāi)始的11年為第一個(gè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期。 當(dāng)太陽(yáng)黑子數(shù)量達(dá)到最多時(shí)，就是太陽(yáng)活動(dòng)最強(qiáng)烈的時(shí)刻，放出的能量也最多，當(dāng)然地球獲得的能量也最大。歷史上1645年～1715年之間是太陽(yáng)活動(dòng)的一個(gè)異乎尋常寧?kù)o的時(shí)期，而這個(gè)時(shí)期地球上北歐地區(qū)則處于一個(gè)不平常的低溫階段，兩者之間也許是相關(guān)的。科學(xué)家們注意到：太陽(yáng)活動(dòng)周期性變化引起了地球生物圈活動(dòng)也呈現(xiàn)出周期性變化規(guī)律。我們從幾個(gè)大國(guó)近幾十年來(lái)小麥產(chǎn)量增減幅度來(lái)看這種變化規(guī)律：1958年是第19個(gè)黑子活動(dòng)周期的高峰期，我國(guó)1956～1958年小麥產(chǎn)量比1960～1965年產(chǎn)量要高22％之多；同時(shí)期前蘇聯(lián)小麥產(chǎn)量也有同樣的差異。1969年是第20個(gè)活動(dòng)峰年，加拿大1967～1969年間小麥產(chǎn)量要比1970～1973年平均產(chǎn)量高27％。1801年天文學(xué)家William Herschel面對(duì)英國(guó)天氣變化進(jìn)行思考時(shí)，發(fā)現(xiàn)了小麥價(jià)格與太陽(yáng)黑子消長(zhǎng)有著某些關(guān)系。 森林中樹(shù)木生長(zhǎng)與水、熱、光照條件直接相關(guān)，我們從一些主要喬木樹(shù)種年輪寬度變化，可看到具有明顯的以11年為周期的生長(zhǎng)變化規(guī)律。處于太陽(yáng)活動(dòng)峰年的年輪寬度要明顯大于其他年份，太陽(yáng)活動(dòng)越強(qiáng)烈，樹(shù)木生長(zhǎng)的速度越快，當(dāng)然森林的材積量增加就越大。一些研究數(shù)據(jù)資料表明，很多生物的生長(zhǎng)都有以11年為周期的特性：1863～1936年的73年之中，在印度北部地區(qū)共發(fā)生了7次蝗蟲(chóng)災(zāi)害，每次間隔時(shí)間約為11年左右，并且都是處于太陽(yáng)活動(dòng)的谷年(太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)平靜年份)附近。我國(guó)近代的蝗蟲(chóng)災(zāi)害也有相一致的規(guī)律，如1944年的蝗災(zāi)，受災(zāi)面積約330萬(wàn)公頃，被打死的蝗蟲(chóng)就有917萬(wàn)千克；1952年的蝗災(zāi)，1972年河南省有220萬(wàn)公頃蝗區(qū)，蟲(chóng)口密度較平時(shí)大3～4倍；1998年河北、河南、山東、新疆、內(nèi)蒙古等省區(qū)發(fā)生大面積的蝗災(zāi)，基本都處于太陽(yáng)活動(dòng)谷年附近。家鼠也有10～11年為周期的生殖高峰，并且也都處于太陽(yáng)活動(dòng)谷年的前后，如我國(guó)在1962年、1982～85年發(fā)生的大面積鼠害。有專家認(rèn)為這是因?yàn)樘?yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈期間，各種宇宙射線、高能紫外射線量和強(qiáng)度急劇增加導(dǎo)致昆蟲(chóng)不適應(yīng)，或直接引起昆蟲(chóng)生殖能力(生殖細(xì)胞數(shù)量)下降，生殖行為異常，或者是直接的致命作用，而太陽(yáng)活動(dòng)處于相對(duì)寧?kù)o時(shí)，各種對(duì)昆蟲(chóng)(小個(gè)體動(dòng)物)有害的射線，主要是太陽(yáng)可見(jiàn)光之外的高能紫外線大量減少，昆蟲(chóng)的生殖能力增加，種群數(shù)量增多。當(dāng)然昆蟲(chóng)種群數(shù)量和分布更有其他因子的制約。 美國(guó)一些學(xué)者研究了從1700年～1979年280年間流行性感冒發(fā)生流行的年份，發(fā)現(xiàn)每10～40年有一次大流行，除了1879年之外，其余11次流感大流行均發(fā)生在太陽(yáng)活動(dòng)的峰年。瘟疫等在大范圍內(nèi)流行也是受到太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)度的影響。太陽(yáng)活動(dòng)高峰促成流感大流行是科學(xué)界不可爭(zhēng)議的事實(shí)。 太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)度對(duì)人體的影響也是相當(dāng)大的?？臻g環(huán)境是人類和生物生存與發(fā)展的重要保護(hù)層，它吸收、減弱和屏蔽來(lái)自太陽(yáng)紫外線、宇宙射線、高能帶電粒子和太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球的轟擊。太陽(yáng)活動(dòng)改變了太陽(yáng)電磁輻射量和粒子輸出，從而引起地球空間環(huán)境和表面環(huán)境的變化：電磁輻射輸出變化直接影響地球高層大氣電離層狀態(tài)，造成臭氧層含量的變化和氮氧化合物成分變化，引起氣候和生物圈活動(dòng)的變化。太陽(yáng)發(fā)射高能粒子和低能等離子體(太陽(yáng)風(fēng))等引起行星際激波、電離層擾動(dòng)、地磁暴、宇宙線暴和中高層大氣加熱等空間環(huán)境的變化，給人類健康和其他生物帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害。以色列心臟病專家經(jīng)過(guò)十幾年研究觀察發(fā)現(xiàn)，由于心律失常與心肌梗塞引起猝死的病例數(shù)量變化與太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)度變化密切相關(guān)。太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，高能粒子流與地球電離層氣體作用產(chǎn)生電磁場(chǎng)，這種電磁場(chǎng)使得地球原磁場(chǎng)產(chǎn)生偏差，引起低緯度地區(qū)劇烈的地磁場(chǎng)漲落，從而引起心血管疾病患者的不適，死亡率上升。同時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)度與人的神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)和情緒有著正相關(guān)(或者是負(fù)相關(guān))規(guī)律。 人類與其他生物對(duì)自己的生存環(huán)境變化的承受能力是十分有限的，如太陽(yáng)可見(jiàn)光能量輸出持續(xù)下降千分之幾的變化就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)小冰期的來(lái)到，對(duì)生物和人類造成很大的災(zāi)難。根據(jù)地球人造衛(wèi)星的觀測(cè)：在上一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期中，太陽(yáng)輸出量變化約為1/1000，大氣臭氧層含量的減少導(dǎo)致其屏蔽作用下降，就會(huì)增加人類患皮膚癌的可能性，造成生物的畸變、生殖能力的變化等。 水是地球上生物產(chǎn)主、發(fā)展的第一基礎(chǔ)，更是太陽(yáng)能量的第一被作用者。地球水圈的總水量(不包含地殼與地幔內(nèi)的水)約有14億立方千米，其中海洋水為13.7億立方千米，占97.2％：冰蓋與冰川為0.292億立方千米，占2.14％；地下水約有835萬(wàn)立方千米，占0.0061％。每年大約有50.5萬(wàn)立方千米的水從海洋蒸發(fā)到大氣中，約有7.2萬(wàn)立方千米的水由陸地上蒸發(fā)到大氣中，而每年落到海洋中的雨水為45.8萬(wàn)立方千米，落在陸地上的水約11.9萬(wàn)立方千米，這樣每年約有4.7萬(wàn)立方千米的淡水從海洋轉(zhuǎn)移到陸地上，成為人類和其他陸地動(dòng)、植物的淡水資源。水在0℃時(shí)的汽化熱為2.494×106焦/千克，這樣每年用于水份蒸發(fā)的能量約是1.44×1024焦(每年進(jìn)入地球大氣表面能量約有5.74×1024焦，其中43％因反射返回宇宙空間，14％為大氣所吸收，只有43％到達(dá)地表，約為2.46×1024焦，這樣水份蒸發(fā)用去了60％以上的太陽(yáng)能量)。太陽(yáng)能是地球地表水蒸發(fā)循環(huán)的主要能源。大陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈程度是決定地球降水量變化的根本因素。太陽(yáng)活動(dòng)峰年可給陸地帶來(lái)豐富的降水，供植物和其他生物的生長(zhǎng)之需，但也是洪水災(zāi)害之源泉。 中科院紫金山天文臺(tái)的天文學(xué)專家最近證實(shí)，2000年將是太陽(yáng)活動(dòng)的峰年，該臺(tái)太陽(yáng)射電組最近已觀察到多個(gè)太陽(yáng)射電大爆發(fā)和耀斑。國(guó)際天文機(jī)構(gòu)觀測(cè)與研究認(rèn)為，2000年的3月將是新的太陽(yáng)活動(dòng)峰期，持續(xù)的時(shí)間約1—2年。今年是高峰前的“序幕”。天文學(xué)家提醒：太陽(yáng)耀斑等活動(dòng)發(fā)出的強(qiáng)大射線會(huì)使地球電離層的濃度急劇變化，導(dǎo)致短波通訊的衰退甚至中斷；其噴發(fā)的強(qiáng)烈粒子流可能損壞人造衛(wèi)星和宇宙飛船等，危及儀器和宇航員的生命安全；強(qiáng)烈的太陽(yáng)活動(dòng)還將對(duì)地球磁場(chǎng)、氣象、水文、人類健康和生理活動(dòng)、情緒、生物的生理活動(dòng)和地理分布等產(chǎn)生不同程度的直接與間接影響。