Действие оттуда
Любимое занятие детей и ученых — нанизывать на каждое «потому что» новое «почему»? Они и нам не дают свыкнуться хоть с чем-нибудь навсегда.
Так вот причины причин можно разделить на две группы: внутренние и внешние. Те и другие пока предположительные, с разными коэффициентами вероятности, но и те и другие колоссальных масштабов.
Внешние — это: дрейф континентов; изменение солнечной активности; изменение отражательных свойств земной поверхности; изменение отражательных свойств атмосферы; изменение земной орбиты; изменение состава атмосферы.
Внутренние: колебания в системе атмосферной циркуляции вроде тех, о которых уже говорилось.
Зависимость внутренних причин от внешних кажется во всяком случае более вероятной, чем обратная. Но сколь сложна эта зависимость!
Внутренними причинами служат механизмы саморегулирования. Наступило, например, всеобщее потепление. Усиливается испарение с поверхности Мирового океана. Повышается облачность. Слой облаков отражает солнечный свет, и постепенно начинается похолодание. Ослабевает процесс испарения, «редеет облаков летучая гряда», больше тепла достигает Земли, начинается потепление. И опять все с начала.
Однако маятниковых качаний не получается. Качания нерегулярны. Порой кажется, что все же у климата кое-какие привычки есть. Так, например, обнаружена повторность через каждые 2,2 года. То есть образцы погоды любого данного месяца имеют вроде бы обыкновение продублироваться через двадцать шесть месяцев. Ну, этого не упомнишь, а вот что, бывает, целое лето именно по воскресеньям погода портится, — кто ж не знает.
Полагаться на эти циклы нельзя, они безответственны, ненадежны, служить подспорьем в планировании не могут. Их относят к внутренним, хотя никто в эту самостоятельность не верит. Рука оттуда! Однако неизвестно, через какие каналы и как идет управление.
Действующее оттуда, со стороны, извне самой климатической системы — оно да, может менять климат, и существенно! Но что конкретно вызвало то или другое, скажем, оледенение, остается областью предположений. Очень интересных, нужных и, как акции на бирже, котирующихся в разные времена по-разному. Дискредитированные вдруг вновь входят в доверие.
Предполагалось, например, что Земля и вся Солнечная система временами попадают на своем пути в облако межпланетной пыли, Солнце зашторивается от нас, и поверхность планеты охлаждается.
Облака такие есть. Но они уж очень далеко от нас. Определенно известно, что последняя ледниковая эпоха была примерно девятнадцать тысяч лет назад. Если б ее вызвало зашторивание, то штора была бы все еще достаточно близко, чтоб ее могли углядеть телескопы.
Другой источник климатических возмущений находят в самом Солнце. Оно якобы накапливает в себе бросовые продукты ядерных процессов и время от времени исторгает их. Энергия освобождения расходуется «зря», то есть недодается Земле.
Не многие астрофизики принимают идею о солнечной «дисципсии», климатологи тоже слабо верят, что оледенение могло случиться по такой причине. Они все больше склоняются к тому, что не от пониженной, а как раз от повышенной радиации скорее можно ждать ледников.
Эту неожиданную мысль высказал Джордж Симпсон, долгие годы возглавлявший Королевскую метеорологическую службу в Англии. Что такое ледниковый период? — спросил себя ученый. Это избыток снега и льда в высоких широтах. Дожди и снега приходят чаще со стороны океана, особенно теплого океана тропических широт. Раскочегаренная солнечная котельная натопит сверх обычного экваториальную зону, эта парилка даст большой пар, и паровая машина атмосферы заработает быстрее, перекачивая новые и новые массы влажного пара вверх, к Арктике. Мощность паровой машины зависит от разницы температур в котле (на экваторе) и конденсоре (полярная зона). В атмосфере повысится грузооборот. Полярные и субарктические районы получат прибавку снега и нарастят постепенно ледниковые щиты. Если же истопник не угомонится, тогда и на высоких широтах потеплеет, вместо снега прольются дожди, ледники начнут таять, исчезнут совсем. Наступит банная, влажно-теплая эпоха. Когда же солнечная радиация вернется к норме, вернутся к норме и арктические районы, там восстановятся ледяные поля, похолодание снизит испаряемость океанов, климат подсушится, посуровеет и останется таким до следующего «солнечного удара».
Тепло вызывает холод…
Парадоксы наша слабость. Но на теорию Симпсона поступило много рекламаций. Говорят, ей не соответствуют данные изотопных и других измерений температур, которые удерживались в океане и на суше во время последнего ледникового периода. По Симпсону, в этот период океан экваториальных широт должен быть теплее, чем в межледниковое время, а по измерениям, напротив, к концу ледниковой эпохи температура океана здесь начала возрастать. Может, плохо измеряли?
Отмахиваются. Вообще, говорят, отношение Солнца к климатическим катаклизмам на Земле плохо обосновывается. Нет достаточно веских доказательств изменения самой солнечной активности. Чтобы проверить, меняется ли она, нужны долговременные замеры с точностью до одного процента, каковая пока практически недостижима, а значит, нечего и говорить.
Версию об одиннадцатилетнем интервале между пиками солнечной активности, вы, конечно, слышали: она имела широкое хождение после первых успехов дендрохронологии, когда по древесным кольцам была якобы выявлена такая периодичность. Но время шло, и увлечение одиннадцатилетним циклом спадало. Стали говорить, что установить причинно-следственную связь между одним и другим здесь трудно, почти невозможно, в общем, все это — большой вопрос. Да, пожалуй, и вопроса нет. Допустим, рост солнечной активности (солнечных пятен) сказывается приливами энергии к земному шару. Но ведь нужны десятилетия, чтобы, нагревшись эдаким путем, океаны установили на нашей планете новое температурное равновесие. А к тому времени активность солнечных пятен вернется к средней, не доведя дело до ожидаемого результата.
В ответ на это возражают, что связь между пятнами и климатом отражается в циклах, длиннее, чем одиннадцатилетние. «Солнцепоклонники» не сдаются. За ними немалые научные силы. Зависимость жизни на Земле от пятен на Солнце рассмотрена солидными учеными. Непостоянство циклонных путей и громадные исторические следствия, проистекающие по этой причине, они увязывают со спокойствием и активностью Солнца.
Нет ничего более постоянного
В общем, точку здесь еще ставить рано.
Однако не обязательно искать наверху, в космических событиях, причины местных нарушений. Нет ли в собственной биографии Земли объяснения ее климатических шатаний?
Это должны быть обстоятельства, по всем статьям достойные глобальности ледников. Таких немного. Мы сразу выдвигаем предположение: геологический переворот. Могучая перепланировка пейзажей и ландшафтов.
Поверхность Земли, словно плащ, которым укрылся спящий богатырь, приходит временами в движение. Громадные участки земной коры сминаются, воздвигаются великие горы, разверзаются морские пучины. На скомканной коре уровень моря понижается, потому что массы воды покоятся в глубоких донных проемах. Прибрежное мелководье становится сушей. Временно.
Молодой остроугольный рельеф, выпятившийся благодаря мощному давлению изнутри, будет потом понижен, сглажен, обкатан сравнительно ничтожными, зато неуклонными, как само время, воздействиями. Ветры сдуют, вода унесет все, что плохо лежит, в океан. Дно океанское вновь подымется, повысится и уровень моря, отчего мелководье, возникшее из суши, вновь станет мелководьем. Помельчает, притупится все, что было высоким и острым. Временно. В том смысле «временно», какой вложен в афоризм: «Нет ничего более постоянного, чем временные постройки». Тихие геологические периоды длительны. Тянутся без конца. Перевороты же скоротечны — по той же причине, по которой горная река быстрее равнинной. С крутых высот потоки воды энергичнее смывают и уносят вниз обломки земной тверди. Возвышенности понижаются, склоны делаются более пологими, течение успокаивается, и все перемены замедляются. Не такова ли сама жизнь?
Геологических революций насчитывают несколько, и между ними — долговременные периоды покоя. Это явный намек на какую-то связь с ледниковыми делами. Ледниковые периоды, как и геологические перевороты, длились несравненно меньше, чем периоды мягкого климата межледниковых эпох.
Как могли влиять геологические смещения на климатические?
Да очень просто. Мы же видим, что порядочные горы ни зимой, ни летом не снимают снежной шапки. Даже в субтропических зонах. Там, высоко, атмосферное одеяло тоньше. А ослепительный снег стоек. Он яростно отражает солнечную радиацию — до девяноста процентов! Если вершина горы не покрыта снегом, так она большей частью покрыта облаками, они отражают солнечную энергию не намного хуже, чем снег, — на семьдесят процентов.
Теперь дальше. Воздвигнувшись, горные хребты перегородили трассы ветров и перехватили на полдороге хляби небесные. С Индийского океана влага и тепло уже не достигали Сибири — из-за Гималаев. Горы Аляски и северо-запада Америки отгородили континент от Тихого океана. Эти высоченные стены отбрасывают теперь на внутренние дворы континентов тень засушливости. Роскошная растительность украшала эти места — ей на смену пришла другая, попроще, поскромнее. Иссыхающие земли прошли все стадии падения: сначала лишились лесов, потом кустарника и, наконец, трав. С утратой зеленого покрова и облысением «внутренние дворы» меньше поглощают и больше отражают солнечную радиацию. А это ведет к медленному похолоданию.
Горы и низины вызывают также и метеорологическую контрастность. А эти перепады порождают завихрения воздушных потоков, отчего увеличивается облачность, усиливаются штормы, взъерошенный океан бликует, отражает больше падающих на него лучей, в общем, охлаждается, массивная облачность вываливает массу снега… На полюсах, в субтропических горных районах снега залегают прочно, не сходят и летом, слой их утолщается, уплотняется, со склонов Антарктики, Аляски, Гренландии ползет к океану паковый лед, громады обламываются и плывут, охлаждая северные воды… Окоченелый север все меньше испаряет влаги. Холод и сухость — то, чего ждет от него тепловая машина атмосферы! Она поднимает обороты, живее перебрасывает влагу с тропиков к полюсам, заваливает снег снегом, так что круглогодовое обмораживание распространяется, захватывает постепенно горные районы умеренных широт, уже и эти вершины выпустят вскоре в них языки ледников, и ледяные потоки запечатают долины и поползут дальше, дальше… Действительно ли было так?
Все течет…
Мнение ученого мира в целом благосклонно к геологической трактовке климатических катаклизм. Вопрос: в какой степени обновление ландшафта могло обновить климат? Настолько ли, чтобы вызывать ледниковую эпоху?
Логически связано с этим объяснением и другое. Если земная кора столь подвижна, что позволяет отдельным своим участкам перемещаться вертикально, то почему бы не позволить им и горизонтальные перемещения?
Должно быть, эта мысль появилась у людей давно, но, чтобы не побояться показать свое «безумие», нужна смелость особого рода.
Еще в начале прошлого века, когда капитаны имели в своем распоряжении полные карты Южной Атлантики, они увидели там нечто, напоминающее старинную игру: даны фрагменты изображения, их надо сложить так, чтобы получилась целая картинка. Положите карту обоих полушарий перед собой, и вам тоже покажется, что очертания берегов Южной Америки и Западной Африки — два края одного раскроенного куска.
В 1912 году, за восемнадцать лет до своей трагической гибели во льдах, на обратном пути из экспедиции к центру Гренландии, немецкий геофизик Альфред Лютер Вегенер, собрав множество свидетельств, развил теорию континентального дрейфа.
Примерно сто пятьдесят миллионов лет назад, в эпоху динозавров, был единый материк, который разделился на несколько частей, «как куски треснувшей плавучей льдины», — такова исходная мысль.
Эти части, медленно отдаляясь одна от другой, обнажили пространства для нынешних океанов — Атлантического и Индийского.
Теория Вегенера встретила поначалу недружелюбный прием у большинства геологов, а у некоторых острое раздражение: «ересь» было не самым сильным определением, которого ее удостаивали. Говорили, что объявленные автором черты сходства между геологическим строением и ископаемыми в районах, ныне разделенных тысячами километров, преувеличены. Однако нашлись и такие, кто увидел в дрейфе континентов едва ли не единственную возможность объяснить «тупиковые» проблемы. Так, в водоемах Мадагаскара и в реках африканского побережья водятся гиппопотамы. Возможно ли, что эти коротконогие тяжеловесы когда-то форсировали водную преграду в четыреста километров, чтобы попасть с континента на остров? И какое загадочное совпадение сделало амфибии каменноугольного периода в Техасе близнецами их современниц в Чехословакии? Сумчатые предки нынешних опоссумов и кенгуру встречаются в Америке и особенно многочисленны и разнообразны в Австралии. Но никаких окаменелостей, свидетельствующих об их миграции через Азию, нет. Летать не умеют. Как же они попали с одного края света на другой? В Южной Америке палеонтологи откопали кости мезозауруса — примитивного пресмыкающегося, напоминающего двуногого крокодила — существа, населяющего мелководья, устья рек и, судя по всему, слабого пловца. Как мог он некогда одолеть расстояние между двумя материками по океану? Не хуже загадки задавали ученым и растения. Пришлось палеонтологам «выстраивать» сухопутные мосты, якобы существовавшие когда-то между сепаратными ныне континентами и даже вставлять «пропавшие континенты». Однако эти «реставрационные работы» требуют много допущений, которые трудно обосновать и защитить. Как могли «мосты» удержаться в условиях переустройства земной коры и где оставшиеся от них следы на дне океана?
Горячими вегенеровцами стали геологи, бившиеся над проблемой оледенения в южном полушарии, которое началось что-то около двухсот восьмидесяти миллионов лет назад. Его ледяные щиты оставили бульдозерные следы одновременно в Австралии, Южной Америке, Африке, Индии и Антарктике. Эти щиты достигли экватора. Что же, значит, северное полушарие было полностью покрыто ими? Но кроме, как в Индии, убедительных свидетельств их присутствия в «верхней» половине земного шара не обнаружено. Сопоставив это с тем, что во время последнего оледенения ледяные щиты были в Северном, а в Южном полушарии, кроме Антарктиды, их нигде не было, потому что основная часть поверхности здесь покрыта океаном, можно сделать вывод, что в период пермокарбонатного оледенения суша была сгруппирована не там, где сейчас, а в Южном полушарии. Моря же занимали тогда большую часть Северного полушария. Иначе говоря, в те давние времена континенты были расположены совсем не там, где теперь.
В конце концов специалисты пришли к такой формуле: «Что континенты дрейфуют, вопроса нет. Неизвестно только, как быстро». Глобус такого далекого прошлого выглядит по сегодняшним представлениям так: все южные континенты плюс Индийский полуостров и Мадагаскар составляют единый суперконтинент. Он где-то в районе Южного полюса.
Отношение к теории Вегенера переменилось на 180°, а это, как известно, только и нужно, чтобы разом со всех сторон посыпались вдруг подтверждения. В 1969 году в Антарктиде были извлечены ископаемые виды рептилий, ранее найденных в Южной Африке. Свое приветственное слово сказали и геофизики. Получив достаточно чувствительные приборы, они стали изучать магнетизм скальных пород. Это был не современный, а древний магнетизм. Приобретенный под влиянием магнитного поля Земли, когда породы только формировались, остывая.
Уже в начале нынешнего века было известно, что частицы железа в гончарной глине, лаве и других материалах при достаточном нагревании располагаются вдоль магнитного поля Земли. После охлаждения частицы остаются, как зафиксированные магнитные стрелки компаса. По направлению магнитиков, помнящих далекое прошлое, теоретически можно отыскать и магнитные полюса на нашей планете двести — сто тысяч лет назад, а по ним и географические полюса. Магнитный полюс от географического разделяют сейчас сотни километров, видимо, разделяли и тогда.
Палеомагнетизм вызывает к себе пока настороженность. Не все здесь ясно, не все согласуется. Но он помещает Австралию и Африку времен южного оледенения ближе к Южному полюсу, чем они теперь.
Геофизики, однако, идею развили и довели до логического конца. Движутся не только континенты. Вся земная кора со всем своим подвижным составом — сушами, морями, океанами — скользит вокруг подстилающего ее «смазочного материала». Дрейфуют и полюса! То есть ось вращения нашей планеты выходит не как на глобусе постоянно и одних и тех же точках земного шара, а гуляет. Со временем полюса могут и вовсе поменяться местами. Геофизики определили, что за последние несколько миллионов лет Северный полюс отъезжал на юг, а Южный на север и наоборот по меньшей мере шестнадцать раз.
Причины такого безобразия остаются пока предположительными (процессы в жидком ядре Земли?).
Понятно, что дрейф материков, как и смещение полюсов, меняет сынков и пасынков в солнечном энергообеспечении на земном шаре. Антарктида двести миллионов лет назад составляла одно целое с Африкой и жила в роскоши: ее покрывала мощная растительность (превратившаяся в каменноугольные залежи), населял разнообразный животный мир — пресноводные, пресмыкающиеся, бог знает, кого там откопают еще.
Непостоянства, качания
Причиной климатического непостоянства могло быть непостоянство самой планеты в ее движении вокруг Солнца. Расстояния между Землею и Солнцем меняются из-за притяжений, влекущих ее, скажем, к красавцу гиганту Юпитеру. Когда орбита земного шара более вытянутая, тогда одни сезоны протекают в условиях особой близости к светилу, а другие — особой удаленности. К тому же и склонение осей Земли тоже непостоянно, гуляет в пределах одного-двух градусов. Это качание, столь незначительное, может производить намного больший климатический эффект, чем растянутые орбиты. Дело в том, что от качаний гораздо больше меняются углы наклона солнечных лучей к поверхности земного шара, чем от изменений расстояния между нашей планетой и светилом, а они-то, эти углы, и есть главный климатический фактор.
Есть и другие сбои. В совокупности то и это должно известным образом сказываться на распределении солнечной энергии между ее земными абонентами-неплательщиками.
Несколько таких вариаций орбиты случались на протяжении десятков тысячелетий. Полный кивок земной оси происходит за сорок тысяч лет.
Беспримерный подвиг упорства совершил югославский математик Милан Миланкович, подсчитавший динамику поступления солнечной энергии на всех широтах земли во время перемен ее вальсирования. Считал двадцать лет. Электронно-вычислительной техники тогда не было… Миланкович разработал модель, которая увязывала вариацию орбиты с ледниковыми эпохами. Он, однако, не мог учесть кое-каких влиятельных факторов, например роль атмосферы в переносе тепла, и несколько упростил ситуацию. Его работами поэтому стали было пренебрегать. Но сейчас климатологи видят, что напрасно. Югославский ученый был не так уж далек от реальности. Недавние исследования показали, что перепады радиации чувствительны для западных ветров. Сохранись новый солнечный рацион надолго, на тысячелетия, вполне могут развиться ледниковые крайности. Поскольку длительные загулы Земли регулярны, можно рассчитать энергетические перепады в прошлом и на будущее. Эти подсчеты, говорит Брайсон, неплохо согласуются с тем, что известно о нашествиях ледников, особенно по следам, обнаруженным на морском дне.
Будущий тип орбиты (если принять его единственной причиной перемены климата) доведет Землю до ледникового состояния через несколько тысяч лет. К тому времени придумают, как быть.
Считают, что другие вариации орбиты могут объяснить и краткосрочные климатические изменения. «Хотя работы в этом плане на очень ранней стадии, — указывает Брайсон, — нам представляется возможным, что малые качания Земли, повторяемые в течение лет, а не тысячелетий, производят типы состояний атмосферы, доступные предсказанию».
Что же до одиннадцатилетнего цикла, то природа его, как считают, может быть и гравитационная. Поскольку небесный механизм работает с очень малыми трениями, он чувствителен к ничтожным возмущениям. Такое возмущение раз в одиннадцать лет создается благодаря выстраиванию в один ряд нескольких тяжелых планет солнечной системы.
Наконец, самая простая истина заключается в том, что Земля — небесное тело. От неба, стало быть, зависит, сколько дойдет до нас солнца и тепла — света, жизни и любви.
Еще вчера небо было святым. А теперь… стало общей проезжей дорогой и общей мусорной свалкой. Да, оскверняют небесную чистоту сегодня не только ветры-ураганы, не только вулканы, гниющие болота, топи, но и люди с их грейферами, плугами, бульдозерами, выхлопными и вытяжными трубами, камнедробилками и т. д.
Мы вступили в новую эру истории природы и истории людей. Климат, сфера владычества стихий, попадает в зависимость и от второго владыки, рвущегося стать первым, — нового вершителя судеб. От человека. Стихии стихийны. Человек сознателен. Их несходство в том, что он ставит перед собой цели, стихия — нет. Ставящий цели постоянно должен делать выбор путей к их достижению и выбор самих целей, и ох как легко ошибиться! Недоосознанная сознательная деятельность по своим результатам может оказаться стихийнее стихийной.
Раньше мы говорили о климатическом самоуправлении и о том, как оно сказывается на делах человека. Теперь попытаемся прикинуть степень человеческого влияния на климат, из чего, быть может, как-то само собой вырисуется степень его осознанности.