Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения
Почти 30 лет Миланкович работал над выводом уравнений, связывающих периоды движений этих трех типов с возникновением оледенений. Как он установил, в крайних точках и прецессионного цикла, и цикла изменения угла наклона земной оси количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, настолько уменьшается, что может вновь происходить распространение льда. С этой теорией соглашались многие ученые, хотя возникли некоторые сомнения в отношении 100 000-летнего цикла изменения параметров эллиптической орбиты движения Земли вокруг Солнца. Оказалось, что орбита изменяется всего лишь на 0,3%, а по космическим меркам это слишком мало. В то же время известно, что состояние земной атмосферы может изменяться под воздействием исключительно слабых факторов, — именно поэтому даже с весьма совершенными компьютерами долгосрочный прогноз погоды для областей с поперечником менее 500 км остается большой проблемой. В результате некоторые ученые были готовы принять как факт, что изменение солнечной постоянной даже на 0,3% способно оказать заметное влияние на глобальный климат.
Однако уравнения Миланковича оставались лишь теоретическими выкладками. Наконец в 1976 г. появилось некоторое доказательство его теории. Исследователи установили, что осадочные отложения морского дна могут служить надежным индикатором температуры воды в прошедшие тысячелетия. В этих породах присутствовали раковины крошечных животных, фораминифер, и химический состав ископаемых раковин был различным в зависимости от температуры воды в разные эпохи земной истории. Соотношение между содержащимися в них изотопом кислорода 160 и более тяжелым, но менее распространенным изотопом 180 изменялось в зависимости от температуры воды. В океанах и, следовательно, раковинах фораминифер содержание более легкого изотопа уменьшалось, когда климат Земли становился более холодным, так как большая часть этого изотопа попадала в ледники, образующиеся на поверхности в холодные периоды. Как извлечение осадков с морского дна, так и последующие лабораторные анализы — исключительно трудоемкая работа, но она оказалась в высшей степени плодотворной. Образцы осадочных пород из самых глубоких слоев, поднятые на поверхность благодаря глубоководному бурению, показали, что в течение мелового периода, когда жили динозавры, температура воды в океанских глубинах была почти на 20° выше, чем сейчас. Это громадная разница. Были выявлены менее радикальные, но весьма красноречивые изменения температуры, совпадавшие с постепенным похолоданием, которое началось 115 000 лет назад (когда в Англии царил почти тропический климат) и продолжалось вплоть до максимума последнего оледенения порядка 15 000 лет назад, когда в южной части штата Нью-Йорк ледяной покров достигал полуторакилометровой толщины, а его окончательное исчезновение привело к образованию Лонг-Айленда благодаря перемещению суши в море.
Цилиндрические колонки льда, добытые в результате бурения глубоких скважин в приполярных ледяных покровах Гренландии и полученные за большой период времени российскими учеными в Антарктиде, подтвердили и расширили выводы, сделанные на основе осадков с морского дна. «Термометром» опять-таки служило относительное содержание изотопов кислорода, а поскольку в результате нарастания льда образуются четкие слои аналогично годовым кольцам у деревьев, из Гренландии и Антарктиды были получены более подробные данные, которые помогли датировать периоды потепления и похолодания Земли на протяжении последних 2,5 млн. лет. Но хотя эти результаты подтвердили правильность циклов Миланковича, в последние несколько десятилетий у многих ученых появилось убеждение, что его теория может объяснить в лучшем случае 80% причин, по которым возникают оледенения. Картина все еще представлялась неполной.
Гренландские колонки льда обнаружили еще одно важное обстоятельство. В 1979 г. швейцарский физик Ганс Эшгер отправился в Гренландию, чтобы присоединиться к экспедиции Честера Лангуэя из Университета штата Нью-Йорк. Раскалывая образцы льда, он собирал газ из воздушных пузырьков, образовавшихся в этом льду тысячи лет назад. Ему удалось доказать, что когда около 12 тыс. лет назад на Земле началось новое потепление, уровень содержания углекислого газа в атмосфере был на 10—4 выше, чем 17 тыс. лет назад — во время кульминации последнего оледенения. После публикации этих результатов были проведены новые исследования глубоководных осадков, которые привели к тем же выводам. Оказалось, что диоксид углерода способствовал усилению воздействия циклов солнечной активности на земную атмосферу.
Как работал этот механизм? Ряд авторитетных ученых подошли к этой проблеме с разных сторон. «Парниковый эффект», о котором в последние годы столько говорят в связи с обсуждением скорости глобального потепления, приводит к повышению температуры окружающей среды. На самом деле благодаря парниковому эффекту стала возможна жизнь на Земле, а сейчас обсуждается главным образом вопрос, не может ли климат планеты бесконтрольно изменяться из-за общего повышения температур. Мы знаем также, что один из важнейших факторов этого процесса — увеличение содержания в атмосфере углекислого газа.
По какой причине содержание в атмосфере диоксида углерода может увеличиваться или уменьшаться без вмешательства человека, приводя к нарушению равновесия окружающей среды? Для разных периодов геологической истории выдвинуто несколько теорий. Например, сильное потепление в меловой период, вполне возможно, было результатом быстрого распространения растительности на поверхности Земли. Растения потребляют содержащийся в воздухе углекислый газ, но затем вновь его выделяют, и чем больше новых видов растет и процветает, тем более высоким становится уровень его содержания в атмосфере. В другое время чрезмерное развитие растительности в океанах могло как бы отсасывать диоксид углерода из атмосферы, в результате чего он попадал под воду. Это приводило к похолоданию, способному нарушить равновесие и вызвать новое оледенение.
Согласно одной из гипотез, на климат могли влиять перемещения литосферных плит и возникающие в результате этого изменения континентальных масс. В современном мире Гольфстрим несет теплые экваториальные воды к северу Атлантического океана в сторону Великобритании, благодаря чему в высоких широтах относительно тепло и существуют благоприятные условия для развития зеленых растений. Быть может, возникновение континентальной массы Центральной Америки и прекращение связи между Тихим и Атлантическим океанами 2,5 млн. лет назад инициировали развитие ледников в Северном полушарии. Более позднее глобальное похолодание, возможно, было вызвано отделением Антарктиды от Южной Америки 15 млн. лет назад.
В основе еще одной весьма спорной теории лежит процесс эрозии горных пород, открытый американским химиком Гарольдом Юри (за что он в 1934 г. получил Нобелевскую премию). По мнению Юри, в процессе эрозии силикатные породы поглощают из атмосферы углекислый газ. Если затем они оказываются погребенными на значительную глубину, а по истечении нескольких геологических эпох вновь выходят на поверхность при вулканических извержениях, то диоксид углерода может опять попасть в атмосферу. Согласно гипотезе американских климатологов Морина Реймо и Уильяма Раддимена, ледниковые периоды были связаны с такими обширными горными системами, как Гималаи и Анды, которые возникали из недр Земли, а затем, подвергаясь эрозии, поглощали CO2 из атмосферы. Эти идеи были привлечены к обсуждению глобального потепления, поскольку ученые пошли дальше, утверждая, что сжигание людьми горючих полезных ископаемых действует подобно извержению вулкана и приводит к выделению в атмосферу огромных количеств диоксида углерода.
Сейчас почти ежегодно в печати — по крайней мере в научно-популярных журналах — появляется какая-нибудь новая теория. В 1997 г. Ричард Мюллер из Калифорнийского университета в Беркли и Гордон Макдоналд из Международного института анализа прикладных систем в Лаксенбурге (Австрия) построили новую компьютерную модель, использовав циклы Миланковича. Как установлено, ежегодно на Землю выпадает 30 000 тонн космической «пыли», которую мы не замечаем из-за изобилия «летающей вокруг сажи» — по образному выражению Николса и Мея (1960-е годы). Однако Мюллер и Макдоналд теоретически показали, что раз в 100 000 лет Земля из-за наклона своей оси проходит сквозь особую полосу космической пыли. В результате количество этого вещества, попадающего на поверхность планеты, возрастает до критического уровня. Два других исследователя — Стивен Кортенкамп из Вашингтонского института Карнеги и Стенли Дермотт из университета Флориды — провели проверку этой гипотезы с помощью другой компьютерной модели. В 1998 г. они заявили, что дело здесь не в наклоне земной оси, а в форме орбиты, по которой Земля обращается вокруг Солнца, — этот вывод лучше согласуется с уравнением Миланковича. Как говорится в сообщении Мея, опубликованном в «Science News» в 1999 г., Кеннет Фарли из Калифорнийского технологического института обнаружил, что в осадочных отложениях каждые 100 000 лет действительно наблюдается трехкратное увеличение содержания космической пыли — но в период, когда модель предсказывает его уменьшение. «Здесь в самом деле творится что-то странное», — заключает Фарли.
