Aidai.eu Apžvalga

TARPTAUTINIAI GEOFIZINIAI METAI

Geofizika yra palyginti jauna mokslo šaka, kuri, kaip pats jos pavadinimas rodo, domisi fizikos reiškiniais, liečiančiais mūsų planetą, ir įvairiais juos veikiančiais faktoriais. Imant dėmesin, kad studijuojamieji reiškiniai apima plačias mūsų žemės erdves ir reikalauja ilgesnių sekimo laikotarpių, geofiziniams tyrinėjimams susidaro ir specialios sąlygos, reikalaujančios daugelio plačiai pravestų, koordinuotų darbų, užsitęsiančių ilgesnį laiką. Todėl geofizinę veiklą imtasi organizuoti p'atesniu, tarptautiniu mastu. Tam geru paskatinimu buvo ir tas faktas, kad geofizikos sritis labai artimai paliečia žmonių gyvenimą. Todėl ir nemokslininkui yra įdomu nors trumpai susipažinti su geofiziniais tyrinėjimais, kurie sudaro tarptautinių geofizinių metų darbo objektą.

čia aš nesiruošiu ir nepretenduoju duoti pilną planuojamų darbų apžvalgą, nes daugelis jų yra labai specifiški ir sunkiai išaiškinami be platesnių, preliminarinių išdėstymų. Mano tikslas yra parodyti to plataus, istorinio užsimojimo mokslinių darbų svarbą ir įdomumą.

Tarptautiniai geofiziniai metai, kurie anglų kalbos mokslinėje literatūroje vadinami sutrumpintai IGY (International Geophysical Year) ir kuriuos aš čia vadinsiu lietuviškai TGM, turi jau savo nors ir trumpą isteriją. Jų pradžios reikia jieškoti dar 1879 metais, kai tarptautinis meteorologinis komitetas paskyrė specialią komisiją, kuri suorganizavo 1882-1883 metais geofizinius ir ypač meteorologinius stebėjimus šiaurės poliaus srityje. Tai buvo pirmieji tarptautiniai poliariniai metai, kurių darbuose dalyvavo daugelis tautų. Praėjus penkiasdešimčiai metų, 1932-1933 metais, buvo suorganizuoti antrieji tarptautiniai poliariniai metai, per kuriuos pastoviose ir laikino.e tolimos šiaurės observatorijose buvo surinkta daug svarbių žinių, liečiančių oro keitimąsi, žemės magnetizmą, taip pat jonosferą (t. y. augštąjį atmosferos jonizuotąjį sluogsnį, kuris įgalina radijo bangų sklidimą žemės paviršium, atsimušant į jį ir todėl nepasklindant erdvėse). Daugelis žemės gamtinių, fizinių reiškinių siejasi su saulėje vykstančiais fenomenais. Todėl geofizika turi domėtis ir šiais ryšiais, kurių sudėtingumas iki šiam laikui yra labai mažai išaiškintas.

Dėl paaiškėjusių sudėtingų ryšių tarp įvairių geofizinių reiškinių ir daugelio jų artumo ryšio su tuo, kas vyksta saulėje, o taip pat dėl naujų tyrinėjimo priemonių atradimo ir dėl naujų metodų išdirbimo dar 1951 metais buvo iškeltas sumanymas vėl suorganizuoti tarptautinius poliarinius metus, kad plačiu mastu išaiškinus daugelį problemų. Tos problemos domino ne tik geofi-zikus, bet ir astronomus, geodezijos ir radijo bangavimų tyrinėtojus. Tarptautinė Mokslinių Sąjungų Taryba pažiūrėjo į uždavinį plačiau ir nutarė ruošti ne vien poliaus sričių, bet visą žemės paviršių ap'mančiu3 tyrinėjimus ir pavadino jų visumą tarptautiniais geofiziniais metais. Jiems ruošti buvo paskirtas tarptautinis komitetas ir buvo nutarta, kad TGM tęsis nuo 1957 m. liepos iki 1958 m. gruodžio, t. y. 18 mėnesių. 1958 metai parinkti todėl, kad saulės paviršiuje tada pasirodys didžiausios dėmės ir išimtinai dideli išsiveržimai. Tas įgalins ryškiau pastebėti saulės veiklos įtaką geofiziniams reiškiniams ir palyginti juos su panašiais stebėjimais, atliktais per antruosius poliarinius metus, kai saulė buvo ramiausiame savo periodiniame tarpsnyje.

Tarptautiniai geofiziniai metai yra didžiausias mokslinio bendradarbiavimo įvykis, kuris bent kada buvo pasiektas. Jame dalyvauja beveik v sos pasaulio valstybės. Iš to bendro darbo tikimasi susilaukti daugelio svarbių problemų išsprendimo geofizikoje.

Pažvelkim trumpai eilę tų problemų įvairiose geofizikos srityse. Pradėsime meteorologija.

žemės rutulį gaubia atmosferos sluogsnis, kuris atskiria jos paviršių nuo kosminės erdvės. Iš tos erdvės atmosferą pasiekia įvairūs kosminiai spinduliai, meteorai, žvaigždžių spinduliavimai ir, svarbiausia, saulės skleidžiami įvairūs spinduliavimai ir energetinės dalelės. Iš savo pusės, atmosfera dalį tos gautos energijos išspinduliuoja atgal į erdves. Atmosferoj, nuolatos vyksta milžiniški kiekiai reguliarių ir atsitiktinių judėjimų, daugelį kurių mes pažįstamo kaip vėjus. Mokslininkai apie taos judėjimus dar daug ko nežino. Viena tik nustatyta, kad pagrindinė atmosferinių judėjimų priežastis yra ta, jog šiltoji juosta prie ekvatoriaus (iki maždaug 38° lygiagretės) suima daugiau saulės spinduliavimu teikiamos energijos, negu jos pati išspinduliuoja į erdves, o likusioji žemės paviršiaus dalis daugiau energijos išspinduliuoja, negu jos gauna iš saulės. Iš to ir kyla didžiausių oro masių judėjimai ir gausios vėjų sistemos. Dėl to susidaro įvairiausios klimatinės oro keitimosi sąlygos, kurios tikrumoje nustato ir saisto žmonių gyvenimą įvairiose mūsų planetos paviršiaus srityse.

Nuo žilos senovės laikų žmonės stengėsi atspėti oro atmainas. Susidarė ištisa geofizikos mokslo šaka, vadinama meteorologija, kuri tiria atmosferos sluogsnio padėtį ir iš to sprendžia apie jos tolimesnį vystymąsi ir galimas oro atmainas. Juo plačiau ir augščiau atmosferinis sluogsnis yra ištirtas, tuo tikriau ir ilgesniam laikui galima oro atmainas nustatyti. Bet ir šiais laikais dar tik apie vienas penktadalis atmosferinio sluogsnio yra tinkamai kasdien patikrinamas. Todėl apskritai oro atmainos gali būti numatytos tik vienai ar dviems dienoms. Kad Jungtinėse Valstybėse būtų galima numatyti oro atmainas vienai savaitei, reiktų turėti pilnus davinius apie atmosferos padėtį visame šiaurės pusrutulyje. Tam reiktų turėti daug didesnį ir tankesnį meteorologinių stočių tinklą.

Meteorologija dar toli gražu neturi aiškaus supratimo apie atmosferinę mechaniką. Atmosferoje esama įvairių įvairiausių rūšių srovių ir sūkurių, horizontalių ir vertikalių; žemesnius oro sluogsnius, paliečiančius žemės paviršių, veikia trinties jėga, kurios dėka atmosfera dalyvauja žemės sukimesi apie savo ašį; oro pernešama drėgmė veikia ją pernešantį ora; susiduriama su dideliais temperatūrų skirtumais. Štai reiškiniai, kurie randa bent apytikrį vaizdą, koks komplikuotas atmosferinės mechanikos klausimas. Tam išaiškinti reikalingas didesnis kiekis stebėjimų, kuriuos galima surinkti, plečiant observatorijų tinklą ir atliekant juose ilgesnius stebėjimus. Šių TGM bėgyje tokie stebėj'mai bus plačiai atliekami, ne tik visose pasaulio srityse ir tolimoje šiaurėje, bet šį kartą ir pietų ašigalio srityje. Todėl tikimasi daug ką sužinoti ir išsiaiškinti apie atmosferinę mechaniką. Tie pirmieji meteorologiniai stebėjimai antarktikoje ir jų sugretinimas su panašiais stebėjimais Arktikoje suteiks labai daug įdomių duomenų ir išaiškins daug problemų, liečiančių atmosferinę mechaniką, nes tų dviejų sričių vandens ir sausumos geografinis paskirstymas yra visai kitokis ir vienas kitam priešingas.

Meteorologijai yra labai svarbu išaiškinti ir vandenynų srovių veikimą. Užtenka prisiminti, kad visi baisūs uraganai gema vandenynų plotuose ir tik susiformavę pasiekia sausumą. Jų genezės išaiškinimas gali daug padėti jų numatymui.

Daug įdomių duomenų tikimasi iš observatorijos Pietų Poliuje ir viso tinklo observatorijų Antarktikoje, kur tokių observatorijų TGM įsteigta apie 20. Antarktikoje yra galimybė tirti visą eilę meteorologinių problemų visai skirtingose negu bent kur kitur žemės paviršiuje sąlygose. Pvz. atmosferos sluogsnis viršum Antarktikos ilgą metų laikotarpį yra visai atskirtas nuo tiesioginio saulės energijos teikimo, o buvimas to'e srityje didelio žemyno sukliudo bet kokį šiluminės energijos teikimą iš apačios, šiaurės poliaus srityje Ledinuotasis Vandenynas atneša gan žymius šilumos energijos kiekius.

Vienas įdomesnių TGM tikslų yra ištirti ilgesnius klimatinių pasikeitimų gal mumus, t. y. ar žemės klimatas eina šilimo ar atšalimo linkme. Kaip iki šiol paaiškėjo, tik ribotose srityse galima buvo pastebėti aiškesnį klimatinį pasikeitimą. Pvz. atšilimas pastebimas Šiaurės Atlante prie poliarinės srities ir Jungtinių Valstybių rytinėje ir centralinėje dalyje. Tuo tarpu Jungtinių Valstybių šiaurės vakaruose ir dalyje centrinės Kanados nustatytas aiškiai pastebimas atšalimas paskutiniųjų 40-50 metų bėgyje. Net tiksliausiai pravestais, žemės paviršiuje atliktais matavimais negalima nustatyti, koks yra žemės rutulio energetinis balansas, t. y. koks yra santykis tarp gaunamos iš saulės ir kosminių erdvių energijos ir žemės išspinduliuojamos energijos.

Šį klausimą, manoma, pavyks išaiškinti, pasinaudojus dirbtiniu satelitu, kuris jau paleistas į erdves. Tikimasi, kad per ilgesnį laiką atliekami gaunamų iš saulės spinduliavimų energijos kiekių matavimai, nustatymas, kokia dalis tos energijos yra atmosferos, debesų ir žemės paviršiaus refleksijos keliu atmetama į erdves, ir pagaliau k:'ek energijos atmosfera ir žemės paviršius išspinduliuoja infraraudonųjų spindulių pavidalu, įgalins nustatyti glcbinį energijos balansą. Iš to paaiškės ir klimatinių pasikeitimų totalinė linkmė. Jei pasirodytų, kad energijos balansas yra teigiamas, tai dar tektų atlikti papildomus tyrinėjimus, kas su tuo energijos pertekliumi dedasi: ar jis sunaudojamas ledynams tirpdyti, ar vandenynų temperatūrai pakelti. Kiekvienu atveju lauktina įdomių tolimesnių išvadų, kurios gali turėti svarbių ir įdomių pasėkų artimesnei ir tolimesnei žmonijos ateičiai.

Pagaliau dar vieną svarbų klausimą manoma tirti šių TGM bėgyje. Tai atmosferos užteršimas ir galimos to pasėkos. Vis daugiau įmonių išmeta į atmosferą milžiniškus kiekius anglies dvideginio. Jei dabartinis tokio užteršimo tempas tęsis, tai iki šio šimtmečio pabaigos anglies dvideginio kiekis atmosferoje gali padvigubėti (dabartinis kiekis 0,03%). Vandenynai yra anglies dvideginio tūrio atmosferoje reguliatoriai. Tenka išsiaiškinti, ar vandenynai gali sugerti neribotus tų dujų kiekius, t. y. ar jie yra pajėgūs tą reguliavimo funkciją pilnai atlikti. O anglies dvideginio nuošimčio atmosferoje pakilimas gali turėti didelės reikšmės ir įtakos šiluminiam žemės balansui, nes tos dujos turi augštą absorbcijos galią tiems spinduliavimams, kuriais žemės paviršius ir atmosfera išleidžia dalį gautos iš saulės energijos. Tuo būdu tas išspinduliavimas sumažėtų. Bet žmonių skaičiaus padidėjimas ir vis intensyviškesnis gyvenimo tempas atneša su savim ir kitas rūšis atmosferos užteršimo. Didesnis atmosferoje kiekis smulkių dalelių, dulkių gali turėti reikšmės įvairių kritulių formavimuisi. Pagaliau atominės energijos panaudojimas gali atnešti ypatingą atmosferos ir žemės paviršiaus užteršimą, kuris, be kitų pavojų, kažin ar negali atsiliepti ir į orą. Tas toks svarbus radioaktyvių nuosėdų veikimo klausimas dar iki šio laiko nėra pagrindinai ištirtas ir išaiškintas. Todėl per TGM numatoma pravesti pasaulinio masto tyrimai ir išmatuoti atominių reakcijų spinduliavimo apraiškas atmosferoje ir smulkių radioaktyvių medžiagos dalelių nuosėdų apraiškas žemės paviršiuje.

Mark Twain yra pasakęs, kad apie oro atmainas visi labai daug kalba, bet nekas tuo klausimu nieko nedaro. Gal greitu laiku tas jo sąmojus bus nustojęs prasmės. Neseniai miręs didysis mokslininkas John von Neumann yra išsireiškęs, kad nuo geresnio meteorologinių problemų supratimo iki oro atmamų kontroliavimo yra tik nedidelis žingsnis.

Kiek plačiau sustojome ties TGM meteorologijos srities darbvj ir problemų kompleksu, nes tai gal populiariausia ir prieinamiausią tų darbų sritis. Bet tai toli gražu ne viskas, ką. užsibrėžė TGM programa. Dideli darbai numatyti, pravedant tikslius ir tikrus matavimus žemes gravitacijai nustatyti. Tie matavimai organizuojami tiek plačiu mastu, kad jų vykdymo linija iš vienos puses tęsiasi nuo Thules karines bazes tolimoje šiaurės Grenlandijoje, išilgai visus vakarin'us ir rytinius Amerikos kontinento krantus, o iš kitos pusės — nuo Aleutų salų, Azijos krantais iki Australijos ir toliau iki Antarktikos. Laukiama tų matavimų įvykdymo dar ir kituose kraštuose. Tikimasi, kad tuo būdu bus pašalinta daug abejonių dėl žemės tikro pavidalo ir kad žemės geometrinė forma bus kaip galima tiksliau nustatytas. Tarp kitų gravitacijos tyrinėjimų numatoma jų padaryti ir Antarktikoje, kad nustačius, kokio storio ledo sluogsnis dengia tą kontinentą ir kokios po ledu yra uolos.

Daug tikisi iš TGM ir seismologija. Toji mokslo šaka domisi žemės drebėjimais, studijuoja jų kilmę ir jų plitimo būdą žemės plutos įvairiausioje medžiagoje. Cia ypatingai įdomu griebtis problemos, kaip numatyti būsimus žemės drebėjimus. Šios problemos tyrinėjimą prieš keletą metų pradėjo Kalifornijos Technologijos Institutas. Padidintas skaičius seismografinių stočių, aprūpintų naujais instrumentais, padarys eilę tyrimų ir tikslių matavimų ir užregistravimų su įvykstančiais seisminiais sukrėtimais, su mikrose'sminėmis bangomis ir su dirbtiniais sukrėtimais-sprogimais žemės plutoje. Tuo taip pat siekiama gausesnių ir tikslesnių žinių apie žemės gelmių paslaptis. Tokie tyrinėjimai turi ir didelės praktinės reikšmės, nes jie gali padėti lokalizuoti, kur po žeme gali būti naftcs rezervų ir mineralinių turtų sluogsnių.

Pagaliau tenka paminėti dar vieną svarbią geofizikos sritį. Tai žemės magnetinis laukas. Jau daugelį šimtmečių, nuo kompaso išradimo, to magnetinio lauko savybės yra žmonijos plačiai naudojamos jūrų navigacijoje. Jos pasirodė svarbios ir naudingos geodezijoje, o paskutiniais laikais išryškėjo jų didelė reikšmė, jieškant mineralinių rūdžių klodų ir naftos šaltinių. Be to, žemės magnetizmas turi didelių ryšių su augštesniųjų atmosferos sluogsnių, būtent— jonosferos, reiškiniais ir atsiliepia tuo būdu į radijo bangų skl;dimą. Todėl jau per šimtą metų žemės paviršiuje veikia apie 80 magnetinių observatorijų, įvairių valstybių išlaikomų.

Yra nustatyta, kad žemės magnetinis laukas esmėje yra gan pastovus ir nekintant's. Bet kartu nustatyta, kad tame lauke vyksta periodiniai svyravimai. Kai kurie iš jų yra labai lėti, vyksta metais, kaikurie daug trumpesni, matuojami dienomis ir net minutėmis ir sekundėmis. Tie magnetinio žemės lauko svyravimai, nors jie ir sukeliami milžiniškų energijos pasireiškimų, laimei, nepaliečia tokių palyginti nejautrių magnetinių įrengimų kaip kompasai, bet pastebimi jautresniuose aparatuose ir specialiuose užregistravimo įtaisuose. Lėtesni magnetinio žemės lauko svyravimai sukeliami kažkokių magnetinių reiškinių žemės rutulio viduryje, o greitesnio tempo svyravimai ir sukrėtimai sukeliami priežasčių, kurių reikia jieškcti augščiausiuose atmosferos sluogsniuose arba dar toliau už jų.

Tais greitais žemės magnetinio lauko svyravimais ypatingai domisi TGM programa. Jie sukelia, sukrėtimus ir pakeitimus jonosferoje ir tuo būdu sukliudo radiio bangų sklidimą. Tie svyravimai didėja, padidėjus saulėje dėmėms, o mažėja ir rkaičiumi ir intesyvumu, kai saulės dėmių kiekis mažėja ir saulės veiklumas aprimsta. Tai jau duoda pagrindo manyti, kad tuos svyravimus sukelia kažkokie saulės spinduliavimai, kurių pobūdis ir esmė yra nežinomi. Taip pat neaišku, kokiu būdu tie paslaptingi spinduliavimai paveikia žemės magnetinį lauką.

Čia įdomu pažymėti, kad, kaip parodė pasaulinio masto pravesti tyrinėjimai ir matematinė analizė, tie svyravimai yra tokie, lyg jie būtų sukelti trijų milžiniškų elektros srovių, šimtų tūkstančių amperų intensyvumo, prale'stų viršutiniuose atmosferos sluogsniuose: vienos — cirkuliarinės — aplink šiaurės magnetinį polių, antros tokio pat — apie pietų magnetinį polių ir trečios, galingiausios, viršum ekvatoriaus. Ištirti toms hipotetinėms elektros srovėms, TGM bus panaudota, greta senųjų, eilė naujai įrengtų magnetinių laboratorijų, tinkamai išdėstytų. Tuo būdu tikimasi surinkti naujų duomenų apie mafrnetinio žemės lauko periodinius kitėiimus-funkcijas ir apie jas sukeliančius veiksmus. Žinoma, čia neužteks vien tik žemės paviršiuje atliekamų stebėjimų. Juos reikės papildvti gausiais auarštųjų atmosferos sluogsnių stebėiimais, radijo bangų sklidimo sekimais ir pagaliau suderintais saulės astrofiziniais stebėjimais Kai kuriu žinių nepavyks gauti net raketinių sviedinių pagava siunčiamais į augštus atmosferos sluogsn'us aparatais. Bet ių tikimasi gauti, panaudojant dirbtinį satelitą.

Pabaigoj noriu pridėti keletą žodžių apie tas naujas tyrinėjimų priemones, kurias TGM laiku mokslininkai ruošiasi gan plačiai panaudoti. Pirmoje eilėje tai įvairios raketos, kurios įgalina atlikti didžiųjų atmosferos sluogsnių augščių tyrimus, žmonėms palyginti lengvai prieinama ir geriausiai pažįstama žemiausioji atmosferos dalis — troposfera, kurioje koncentruojasi apie 80% visos atmosferos. Apie 12 km. augšty-je nuo žemės paviršiaus prasideda sekantis atmosferinis sluogsnis — stratosfera, po jos seka apie 30 km. augštyje ozonosfera ir apie 80 km augštyje jonosfera, už kurios iki nežinomo augščio tęsiasi ekzosfera, palaipsniui pereinanti į kosminę erdvę. Visos tos sferos nėra kažkokie arbitrams atmosferos padalinimai į sluogsnius. Jos skiriasi viena nuo kitos temperatūra ir cheminėmis bei elektrinėmis savybėmis. Stratosferą galima pasiekti specialiais balionais. Jos tyrimas nesudaro ypatingų sunkumų. Bet didesnių augščių reiškiniams tirti reikia jieškoti kitokių priemonių. Jas ir sudaro įvairūs raketiniai sviediniai. Jų vartojimo pradžios reikia jieškoti vokiečių per karą išrastose ir pradėtose vartoti raketose (Vergeltugs). Bet tokios raketos kaip V-2 jau yra pasenusios, per brangios ir per sunkios — sveria apie 15 tonų. Nei jos, nei jų patobulinimas, raketos Viking (apie 4 tonų svorio), nebus vartojamos per TGM.

Geofiziniams tyrinėjimams geriausiai pasirodė tinkamos mažesnės, saugesnės ir pigesnės raketos, kaip pvz. Aerobee raketos, 25 pėdų ilgio ir sveriančios apie vieną toną. Kokį augštį galima jomis pasiekti, daug priklauso nuo jų apkrovimo įvairia aparatūra. Aerobee raketa, jei ji lengvai apkrauta ir neša tik apie 120 svarų aparatūros, tikimasi, gali pasiekti apie 175 mylių augštį. Surastas būdas pavartoti ir daug mažesnes raketas, kombinuojant jas paleisti į erdvę iš balionų tam tikrame augštyje. Balionas, pripildytas helijaus, iškelia raketą iki 15-20 mylių, pareinant tuo būdu tirščiausius atmosferinius sluogsnius, su didžiausiu pasipriešinimu, o toliau raketa jau skrenda savo jėga. Tokios mažos raketos, kaip Rockoon yra jau išbandytos ir su jomis manoma pasiekti apie 100 mylių augštį. Apie dirbtiną žemės satelitą ir apie raketas aš čia plačiau nerašysiu. Jų detališkesnius ir gan vaizdžius aprašymus galima aptikti mokslą populiarizuojančioje ir net informacinėje spaudoje.

TGM ir savo programiniais užsimojimais, ir plačia, tarptautine organizacija, ir vartojamomis priemonėmis, ir instrumentacija yra tikrai išimtinis įvykis žmonijos gyvenime. Ne be reikalo L. V. Berkner, Mokslinių Sąjungų Tarptautinės Tarybos pirmininkas, yra išsireiškęs, kad tai didžiausias istorijoje puolimas prieš žemės ir jos atmosferos paslaptis.

Sukurta: Kretingos pranciškonai