Читать книгу "Наука Плоского мира - Терри Пратчетт"

Все эти методы дополняют друг друга, рисуя притом практически одинаковую картину. Периодически на Земле холодает: температура на полюсах снижается на 10°–15 °C, а в остальном мире – на 5 °C. Затем внезапно становится примерно на 5 °C теплее нормы. В промежутке между большими флуктуациями наблюдаются более мелкие, так называемые малые ледниковые периоды. Как правило, разрыв между двумя существенными ледниковыми периодами составляет около 75 тысяч лет, но иногда бывает меньше. Короче говоря, ничего похожего на успокаивающие 400 тысяч лет, рассчитанные в Викторианскую эпоху. Наибольшее опасение вызывает то, что периоды потепления вроде того, что переживаем мы с вами, редко длятся более 20 тысяч лет.

Последнее крупное оледенение закончилось 18 тысяч лет назад.

В общем, ребята, укутываемся потеплее.

Как же возникают ледниковые периоды? Оказывается, Земля не такая лапочка, как нам хотелось бы думать. И орбита, по которой она вращается вокруг Солнца, не столь стабильна и регулярна, как нам представляется. Принятая в настоящее время теория была предложена в 1920 году сербом Милутином Миланковичем. Если говорить в общих словах, то Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, почти круговой, однако три характеристики этого движения подвержены изменениям. Во‑первых, это угол наклона земной оси, который теперь составляет 23°, но меняется с периодом в 41 тысячу лет. Во‑вторых, смещение точки, в которой Земля ближе всего находится от Солнца, которая меняется с периодичностью 20 тысяч лет. В‑третьих, это эксцентриситет орбиты Земли, показывающий ее «сжатость», период изменения которого составляет около 100 тысяч лет. Совместив все три переменных, можно рассчитать изменения количества тепла, получаемого Землей от Солнца. Эти расчеты согласуются с известными колебаниями температуры Земли, и выглядит вполне вероятным, что прогревание Земли, завершающее ледниковые периоды, объясняется увеличением количества тепла, полученного от Солнца, связанными с этим тремя астрономическими циклами.

Надеемся, вы не слишком удивлены тем, что когда Земля получает больше тепла от Солнца, она нагревается, а когда меньше – остывает. Но не все тепло, которое достигает верхних слоев атмосферы, попадает на Землю. Часть его отражается от облаков, и даже то, которое достигает поверхности Земли, может отразиться от океанской глади или от льдов и снегов. Считается, что в ледниковые периоды именно это отражение заставляет Землю терять больше тепла, чем в другие времена, и ледниковые периоды автоматически усиливают сами себя. Они заканчиваются только тогда, когда, несмотря на все потери, поступление солнечного тепла настолько велико, что льды начинают таять. А может быть, лед просто становится слишком грязным, или еще что-нибудь… Куда менее очевидным является то, что ледниковые периоды начинаются вследствие уменьшения количества поступающего тепла, поскольку начало ледниковой эры всегда медленнее, чем ее завершение.

Все это заставляет нас предполагать, что глобальное потепление отчасти обусловлено газами, выделяемыми живыми существами. Когда газы вроде метана или углекислого газа накапливаются в атмосфере, они вызывают всем известный теперь парниковый эффект, при котором в ловушку попадается намного больше солнечного тепла, чем обычно. Сейчас большинство ученых убеждено, что количество парниковых газов растет быстрее, чем должно было, по причине деятельности человека: земледелия с его выжиганием лесов под новые поля, множества автомобилей, сжигания угля и нефти для получения электричества, наконец, животноводства. (Между прочим, коровы производят огромное количество метана. Каждый может убедиться, что с одного конца в корову поступает трава, а с другого – выходит метан.) Не стоит забывать и об углекислом газе, выдыхаемом людьми: один человек может надышать как половина автомобиля, если не больше.

Может быть, в прошлом существовали развитые цивилизации, о которых мы ничего не знаем и чьи следы бесследно исчезли, кроме влияния на температуру Земли. А может быть, по планете бродили огромные стада крупного рогатого скота, бизонов, слонов и деловито выделяли метан. Но большинство ученых считает, что климатические колебания происходят в основном под влиянием пяти факторов: количества тепла, излучаемого Солнцем; орбиты Земли; состава атмосферы; количества пыли, выделяемой вулканами; и уровня суши и воды, зависящего от движения земной коры. Пока мы не можем сложить по-настоящему целостную картину, в которой измерения полностью соответствовали бы теории, как нам хотелось бы, однако ясно одно: климат Земли имеет не единственное, а несколько стабильных состояний. Некоторое время он находится в одном положении, затем быстро переключается на другое, и так далее.

Первоначальная идея заключалась в том, что одно состояние – это теплый климат вроде того, который наблюдается теперь, а другое – холодные ледниковые периоды. В 1998 году Дидье Пайар предложил модель трех состояний: межледниковье (теплый климат), умеренное ледниковье (прохладный климат) и ледниковье (очень холодный климат). Уменьшение количества тепла, получаемого от Солнца, проходит некий критический порог, связанный с соотношением астрономических циклов, что создает регулярные переходы из теплого состояния в прохладное. При накоплении достаточного количества льда он начинает отражать все больше солнечного тепла, и прохладное состояние переключается в очень холодное. Однако, когда интенсивность солнечного тепла достигает определенного критического уровня, опять же благодаря трем астрономическим циклам, климат снова переключается на теплый. Эта модель хорошо согласуется с наблюдениями за количеством кислорода‑18 (радиоактивный изотоп кислорода) в геологических отложениях.

И, наконец, немного драмы. Около 800 миллионов лет назад оледенение было настолько сильным, что чуть не стерло с поверхности Земли все живое. Эта «большая заморозка» продолжалась в период от 20 до 10 миллионов лет назад. Льды тогда достигли экватора, даже море, возможно, замерзло на глубину около полумили (1 км), если не больше. Согласно теории «Земля-снежок», предложенной Полом Хоффманом и Дэниэлом Шрагом в 1998 году, лед должен был покрыть Землю целиком. Тем не менее, если бы он действительно захватил всю планету, это нанесло бы куда больший вред, чем можно заключить из найденных окаменелостей.

Проблема не только в этом. Основным доказательством теории глобального оледенения служит слой осадочных пород, который сформировался после таяния льдов. В этом слое соотношение между обычным углеродом‑12 и его изотопом, углеродом‑13, не в пользу последнего. Фотосинтез, осуществляемый морской флорой, превращает углерод‑12 в углерод‑13, поэтому избыток углерода‑13 и наблюдается в морской воде и донных осадках, из которых формируются осадочные породы. Таким образом, уменьшение количества углерода‑13 по отношению к углероду‑12 является признаком низкой биологической активности.

Задача ученых состоит в поиске путей опровержения того, что кажется им слишком очевидным. В 2001 году Мартин Кеннеди и Николас Кристи-Блик измерили указанное соотношение для осадочных пород, сформировавшихся во время «большой заморозки». Если мир был покрыт милями льда, соотношение должно было быть низким. Однако в действительности оно оказалось высоким (в Африке, Австралии и Северной Америке). Это доказывало, что глобальная экосистема была довольно развитой.