Читать книгу "Кости, скалы и звезды. Наука о том, когда что произошло - Крис Терни"

В конце XIX в. было обнаружено, что во многих озерах, питаемых ледниковыми водами, образуется строго определенная картина донных отложений. Ледники редко состоят из чистого льда. Обычно они содержат большое количество минеральных вкраплений разного размера, которые попадают в тело ледника из перепаханного им рельефа. Весной и летом часть льдов тает, и вода с каменным крошевом стремится в прилегающие озера. Тяжелые частицы песка первыми оседают слоем на озерном дне. Затем, до следующей весны, по мере того как таяние убывает, на этот нижний, более грубый слой оседает более легкая и мелкая взвесь.

В это время шведский ученый Герард де Геер обнаружил слои такого рода в древних озерных отложениях на территориях, которые когда-то были покрыты ледниками. Он пришел к выводу, что регулярные отложения грубого и мелкого песка, как и годичные кольца у деревьев, отображают отдельные годы. Де Геер ввел термин «варва» (годичный слой отложений) и выдвинул мысль, что по этим слоям можно вычислить, сколько лет ледник питает озеро. Поскольку варвы зависят от количества растаявшего льда, толщина слоев меняется от года к году, от миллиметра до нескольких сантиметров. В соседних, сообщающихся озерах должна наблюдаться сходная картина отложений, поскольку питающие их ледники подвергались одним и тем же климатическим воздействиям. А значит, как и в дендрохронологии, можно создавать сравнительные и перекрестные шкалы.

С 1878 г. де Геер выводил на полевые исследования в шведские долины целые армии студентов, которые должны были сравнивать варвы озер, образовавшихся в местах отступления ледников в конце последнего ледникового периода. С тех пор озера успели высохнуть, и, к счастью для де Геера, их дно теперь прорезано ручьями и потоками, которые обнажили донные отложения. К 1910 г. ученый мог с уверенностью утверждать, что когда-то вся Скандинавия была покрыта огромной ледяной шапкой. Тут-то и вскрылась ошибочность датировки. Отступление ледников началось примерно 10 000 лет назад, а не 80 000, как предполагал Кролл, — в этом и состоял основной промах орбитальной теории.

Решить загадку оказалось под силу одному человеку — сербу по имени Милутин Миланкович, который большую часть Первой мировой войны провел за переосмыслением идей Кролла. В 1920 г. Миланкович вычислил совокупное воздействие эксцентричности, то есть изменения формы орбиты (в рамках 100 000 лет), нутации (за 41 000 лет) и прецессии равноденствий (за 26 000 лет) на количество солнечного тепла, полученного разными земными широтами за последний миллион лет. Миланкович считал, что ключ к разгадке надо искать в высоких широтах, в частности на 65° северной широты: именно там сильнее всего менялось количество получаемого солнечного тепла.

Самое же главное открытие, позволившее Миланковичу сделать шаг вперед, состояло в следующем: он сообразил, что сохранению снежного покрова до следующей зимы способствовали низкие летние температуры. Только при значительном устойчивом снижении максимальных температур лед мог не таять и накапливаться. В этом Миланкович противоречил Адемару и Кроллу, утверждавшим, что начало ледникового периода обуславливают морозные зимы. Результат получился ошеломляющим. Вопреки прогнозам предшественников, считавших, что ледниковый период закончился 80 000 лет назад, Миланкович датировал отступление ледников 10 000 лет назад, в полном соответствии с данными, полученными де Геером и другими.

Таким образом подтвердился возраст последнего ледникового периода, но как быть с остальными? Если ледники наступали не единожды, может ли орбитальная теория помочь в их датировке? Загвоздка состояла в том, что результаты расчетов никоим образом нельзя было перепроверить по земному рельефу. Последний ледник уничтожил почти весь рельеф, созданный своими предшественниками. Лишь кое-где остались крошечные следы их деятельности. Науке же требовалась непрерывная, уходящая в прошлое шкала, показывающая результаты работы ледников.

Ответ нашелся совсем не там, где его искали.

* * *

Давайте вкратце подведем итог того, что мы узнали. В конце XVII в. люди начали обращать внимание на странные, рифленые скальные поверхности в гористых районах Европы, а также камни, многие из которых отличались по геологическим характеристикам от окружающего ландшафта. В те времена большинство людей не сомневалось в их связи со Всемирным потопом, описанным в Книге Бытия. К 1840 г. Агассис пришел к выводу, что на самом деле это последствия Великого ледникового периода. В дальнейшем, с 1860 по 1910 г. первоначальная теория Агассиса была опровергнута, однако массовое наступление ледников в прошлом подтвердилось, и самый поздний из ледниковых периодов, как выяснилось, закончился 10 000 лет назад. Причины их возникновения тогда оставались неизвестными, однако к 1920-м гг. Миланкович доказал, что с большой долей вероятности ответ надо искать в том, как меняется обращение Земли вокруг Солнца на гигантских многотысячелетних промежутках времени. Но как определить время наступления более ранних ледниковых периодов, по-прежнему не знал никто.

До сих пор вся бурная исследовательская деятельность велась на суше. Океаном никто не интересовался. Лишь в начале 1930-х гг. научились, выходя на научно-исследовательских судах, бурить океанское дно длинными металлическими трубками и, взяв пробы грунта, исследовать отложения. Бытовало мнение, что океанская среда в последнее время оставалась практически неизменной.

С этим мнением пришлось расстаться в 1955 г., когда итальянцу Чезаре Эмилиани пришло в голову взглянуть на раковины фораминифер, сохранившихся в течении сотен тысяч лет в пробах грунта с океанского дна. Эти крохотные создания обитают в океанской толще на разной глубине, и после смерти их раковины погружаются в донный ил. Эмилиани предположил, что по стабильным изотопам, сохранившимся в фораминиферах, можно попытаться определить, каким был климат в прошлом.

Изотопы, как мы помним, это атомы с одинаковым содержанием протонов, отличающиеся по количеству нейтронов. Несмотря на то, что до сих пор мы в основном рассматривали радиоактивные формы, стабильных изотопов на самом деле большинство. Поэтому, как только изотоп усваивается организмом, соотношение одного стабильного изотопа к другому остается неизменным. Сколько бы времени ни прошло, показатели стабильных изотопов должны остаться прежними.

Эмилиани пытался реконструировать древние температуры по двум стабильным изотопам кислорода — 16O и 18O. Для наглядности представьте себе их в виде двух шаров разного веса. 18O будет чуть тяжелее — на два нейтрона, однако в химических реакциях оба будут вести себя абсолютно одинаково.

Прелесть использования фораминифер в том, что они получают кислород непосредственно из океанской воды и он идет на строительство их раковин из карбоната кальция. Исследования современных фораминифер показали, что, как только температура воды понижается, они начинают усваивать больше изотопов тяжелого кислорода — так называемая «положительная» тенденция. По мере потепления, наоборот, усваивается больше легкого кислорода, и фораминиферы становятся «отрицательными». Рассмотрев соотношение различных форм кислорода в раковинах фораминифер из донных проб, Эмилиани пришел в изумление: за последние 300 000 лет наблюдалась явная смена холодного и теплого климата. Форма температурной кривой совпадала с прогнозами, сделанными на основе орбитальной теории. Выходит, Миланкович был прав?