Коралловые полипы, живущие в океане, строят целые коралловые острова и покрывают дно моря в течение тысячелетий пластами огромной толщины. Маленькие полипы, живя колониями, создают свои жилища то в виде ветвящихся кустов и деревьев, то различной величины полушарообразных образований и множества других форм. Исследование внутреннего строения этих коралловых сооружений, позволило установить в них наличие своеобразной ярусности, приблизительно совпадающей с 3-, 6- и 11-летней периодичностью, начиная от наших дней до минувших геологических эпох.
Но почему же оказывается периодичность в росте и приросте коралловых построек? Потому что на неё влияет изменение температуры морской воды. Изучение развития кораллов показало, что в морях с разными температурами и в океане под разными широтами кораллы растут быстрее при более высокой температуре.
Значит, температура мирового океана периодически колеблется, то повышаясь, то несколько опускаясь, а коралловые полипы от этого то ускоряют свой рост и отложения, то уменьшают их, как и растительность на поверхности Земли. Таких примеров можно было бы привести ещё немало.
Выясняя, почему на Земле могут происходить такие колебания температуры и влажности, от которых возникает периодичность в ускорении и замедлении роста деревьев и кораллов, уменьшении и увеличении толщины донных отложений в озёрах, ученые естественно предполагали, что эти изменения могут зависеть от самого источника жизни на Земле - от Солнца. Если в нём самом совершаются процессы, имеющие определённую периодичность, и если они влияют на изменение количества тепла, излучаемого Солнцем, то значит, они и влияют на ход развития земных явлений в природе.
Исторические документы, летописи, описания, сделанные в древности учёными, дают нам ценные материалы, по которым мы можем судить о больших изменениях климата Земли за минувшие тысячелетия. Даже 1800-летний период, о котором говорилось выше, был дважды прослежен в истории человечества, а именно в 360 году до нашей эры и в 1433 году.
Исторические документы говорят о том, что в XIII веке нашей эры, после длительного тепла, когда Северный Ледовитый океан до высоких арктических широт был свободен ото льда и норвежские мореплаватели свободно совершали плавания к берегам Гренландии, где были их колонии и домашний скот, наступило резкое и сильное похолодание. В 1261 году весь остров Исландия был окружён и скован льдами на многие годы. Гренландия вновь покрылась толщами льдов. Суровые зимы стояли во всей Европе.
Однако летописных данных для построения теории геологических ритмов очевидно недостаточно. Солнце и Земля – лишь часть Космоса, и естественно предположить, что глобальные космические циклы также влияют на природные ритмы. Современные ученые пытаются обобщить все, что известно о ритмических явлениях, и, несмотря на это, в современной ритмологии многое еще находится на уровне гипотез. Разумеется, в первую очередь внимание уделяется активности Солнца
Солнечная активность - это совокупность многочисленных и разнообразных процессов, охватывающих всю солнечную атмосферу и значительную часть недоступных прямому наблюдению подфотосферных слоев до глубины 1/10 или даже 1/5 радиуса Солнца. Эти процессы проявляются в таких нестационарных локальных явлениях, как темные солнечные пятна и скоротечные вспышки, активные области и протяженные фоновые магнитные поля, короткоживущие структуры хромосферы и короны и потоки частиц в межпланетном пространстве.
Такое определение «перечислением» типично для начального этапа развития научной мысли. Здесь уместно сравнение с погодой на Земле. Если воспользоваться определением указанного типа, то погода - это совокупность ураганов и штилей, жары и холода, дождя и ведро, суховеев, муссонов, пассатов и метелей, которые одновременно происходят в различных точках нашей планеты. Но в терминах науки погода - это физическое состояние воздушной оболочки Земли в некоторый момент времени.
В конечном счете, это состояние определяется излучением Солнца, приходящим на Землю, и все разнообразие погоды обусловлено различиями в освещенности и в коэффициентах поглощения и отражения различных участков земной поверхности, т.е. разными углами падения солнечных лучей на Землю и разнообразием физических свойств элементов земной поверхности - океанов и морей, гор, пустынь, степей, лесов, ледников. Непосредственно же состояние воздушной оболочки Земли определяется существующими в ней градиентами температуры и давления, и оно уже неплохо предсказуемо, особенно, когда начальные условия задаются мозаикой широкоугольных снимков Земли из космоса, а использование мощных ЭВМ позволяет учитывать многочисленные структуры и термодинамические свойства атмосферы. К сожалению, исследования солнечной активности - погоды на Солнце - не привели еще к столь же цельной концепции этого сложного явления, здесь нет пока таких общих исходных физических принципов, как в современной метеорологии, а преобладает накопление экспериментальных данных и построение частных моделей отдельных процессов и структур.
Основоположником учения о ритмах в природе является Арсений Владимирович Шнитников. Обобщив материалы по колебаниям общей увлажненности, состояниям уровней водоемов и горных ледников, он создал стройную теорию внутривековых и многовековых ритмов, суть которой заключается в следующем. Существуют две категории ритмов: космические ритмы взаимодействия и ритмы среды. Набор космических ритмов крайне ограничен, ритмы среды бесчисленны. Первые, касаясь природы Земли и Космоса в целом, заслуживают особенно пристального внимания, вторые представляют лишь относительный интерес.
Космические ритмы проявляются неопределенно долгое время и носят универсальный характер. Если такой ритм обнаружен, к примеру, в атмосферных процессах, то он должен быть и в процессах, протекающих в гидросфере, литосфере и биосфере.
Нередко ритмические процессы обладают значительной асимметричностью, приобретая в некоторых случаях характер взрывных: короткая ветвь подъема и длинная ветвь спада. Выражаются такие процессы асимметричной ломаной линией, изломы которой отражают скачкообразное изменение направленности или напряженности процесса. Все это заставляет по-новому посмотреть на роль быстро протекающих явлений в эволюции Земли.
Природа космических ритмов до сих пор не установлена. Возвратно-поступательный характер расширения Вселенной в ходе интерференции наиболее масштабных ритмических процессов - ритма Вселенной, ритма звезд (ритма солнечной системы), ритма планет и геологического ритма - в сочетании с противофазовыми пульсациями космического «оркестра» является основным механизмом консолидации галактик, звезд, планет и спутников планет. С ним связано также образование газово-пылевых туманностей, облаков, астероидов, метеоритов и комет. Характерно, что их внутренняя структура удивительно аналогична независимо от того, продолжаются ли они десятки или миллионы лет, т. е. генетически совершенно разные возбудители вызывали почти тождественные следствия. Существуют предположения, что они каким-то образом связаны с пульсационным режимом небесных тел. В 1958 г Н.А. Козырев обратил внимание на поразительное сходство чередующихся процессов сжатия и расширения Земли и Луны с режимом пульсирующих звезд.
Существуют следующие виды ритмов.
1850-летний ритм общей увлажненности. А.В. Шнитниковым установлено, что горные ледники с момента максимума последней ледниковой эпохи, именуемой вюрмом, повсеместно сокращались и отступали все выше и выше в горы. Это сокращение было не постепенным, а носило стадиальный возвратно-поступательный характер по принципу: «два шага назад - шаг вперед - два шага назад и т. д.». В периоды стабилизации концов ледников образовывались стадиальные конечные морены. Стадиальность горных ледников обусловлена 1850-летним ритмом общей увлажненности, который, в свою очередь, связан с изменчивостью приливообразующих сил Луны и Солнца, открытой шведским ученым О. Петтерссоном в начале века.
Каждый 1850-летний ритм подразделяется на две фазы: теплую и сухую длинную (около 1200 лет), холодную и влажную короткую (около 400 лет) - и переходные этапы. Движение Солнца, Земли и Луны в пространстве создает сложную и меняющуюся во времени картину взаимодействия приливообразующих сил на Земле. Когда приливообразующие силы Луны и Солнца суммируются, то высота прилива на Земле возрастает и происходит более значительное перемешивание вод океана. На поверхности оказываются холодные глубинные воды, и климат становится более прохладным и более влажным. Горные ледники на фоне их общего сокращения активизируются, продвигаются вниз и откладывают конечные морены. Между этими короткими и энергичными этапами приливообразующие силы Луны и Солнца ослабляют друг друга. Перемешивание вод океана становится менее значительным, и на Земле устанавливаются более теплые и более сухие условия.
40700-летний ритм. Характеристики земной орбиты периодически меняются, хотя изменения эти в целом незначительны. Так, наклон земной оси к плоскости земной орбиты, или наклон эклиптики, меняется с периодом 40700 лет в пределах 2,5 (между 22 и 24,5). Например, в 1950 г. наклон эклиптики был равен 23о26′45′′ и с тех пор ежегодно уменьшается на 0,47′′. Когда наклон оси уменьшается, сокращаются теплый и холодный климатический пояса и расширяются области умеренного климата; при увеличении наклона оси картина будет обратной. Эксцентриситет земной орбиты меняется с периодом 92000 лет, амплитуда колебаний заключается между 0 и 0,068. Это значит, что орбита Земли изменяется от круговой до эллиптической.
Если эксцентриситет увеличивается и одновременно летние месяцы совпадают с малым расстоянием между Землей и Солнцем, то лето в Северном полушарии становится теплее. Если же эксцентриситет увеличивается, но летние месяцы приходятся на большее расстояние между Землей и Солнцем, то лето будет холоднее. Наконец, момент весеннего равноденствия обегает всю орбиту за 21000 лет (прецессия равноденствий), при этом летние месяцы могут совпадать с большим и малым расстояниями Земли от Солнца.