Книга: 100 великих загадок астрономии

Льды, зной и циклы Миланковича

Льды, зной и циклы Миланковича

Понятие «парниковый эффект» знакомо всем. СМИ регулярно сообщают о «глобальном потеплении», вызванном этим эффектом, а политики, не доверяя власти слов, делают решительные выводы, облекая их в такую словесную форму, как Киотский протокол, ограничивающий выбросы углекислого газа в атмосферу.

Фразы «Защитим климат Земли», «Спасем планету от потепления» давно вошли в наш обиход – как и мнение о том, что главной причиной изменений климата является человек, его промышленная деятельность. Но так ли уникально нынешнее потепление, или это естественный процесс, и он обусловлен изменением солнечной активности, а может быть, колебаниями орбиты Земли?

Климат по-прежнему остается одной из научных загадок. За время существования нашей планеты он не раз претерпевал поразительные изменения. Земля то покрывалась льдами и даже превращалась в снежный ком, то сбрасывала белые покровы. Нынешние ледники – лишь свидетели последнего оледенения, отступившего около 10 тысяч лет назад. Но что определяло длительность ледниковых и межледниковых периодов, сменявших друг друга, как день и ночь? Уж конечно, не человек! Смену эпох обусловливали космические факторы – влияние Солнца и планет Солнечной системы. Их взаимное расположение сказывалось на траектории Земли, то сближая ее со светилом, то отдаляя от него.

Если бы вокруг Солнца обращалась одна Земля, если бы она имела форму идеального шара, если бы ее ось вращения сохраняла одно и то же положение, то наша планета описывала бы, согласно законам Кеплера, идеальный эллипс, чья форма не менялась бы во веки веков. В таком случае любая область Земли в определенный день календарного года получала бы одно и то же количество солнечного тепла, в каком бы году мы ни вели наши наблюдения.

Циклы Миланковича

Но действительность лежит за рамками школьной геометрии. Земля – не шар, а эллипсоид, то бишь приплюснутый шар. Ее диаметр в районе экватора несколько больше расстояния между полюсами. Из-за этого под действием притяжения Луны и Солнца возникает особая сила, стремящаяся повернуть ось вращения Земли. Ось покачивается, постепенно описывая круговой конус и совершая один оборот примерно за 26 тысяч лет. Это явление называют прецессией.

Циклически меняются и другие параметры орбиты. Наиболее ощутимы периоды продолжительностью примерно в 100 тысяч лет (изменение эксцентриситета) и 41 тысяч лет (изменение наклона земной оси). Каждые 400 тысяч лет орбита Земли принимает почти идеальную круговую форму.

Все это не может не сказываться на климате нашей планеты, вызывая его колебания. Ведь меняется количество тепла, получаемого различными областями Земли. Еще в XIX веке была высказана догадка, что оледенения наступают, когда отдельные регионы начинают получать меньше тепла, чем обычно.

В 1915 году сербский математик Милутин Миланкович задался целью вычислить, сколько солнечного тепла получали разные регионы планеты за последние 600 тысяч лет, чтобы, может быть, понять причину наступления ледниковых периодов.

Составленные им графики были весьма выразительны. Так, анализируя схему, на которой было показано количество тепла, получаемого в летнее время полярными областями Северного полушария, Миланкович обратил внимание на то, что в отдельные эпохи кривая солнечной радиации была необычайно низка. Он предположил, что именно тогда начинались новые оледенения.

Если лето выдалось аномально холодным и пасмурным, если солнечные лучи не прогревали землю, то снег, выпавший зимой, мог пролежать до следующей зимы. Одно, другое лето, вот уже счет их мерится столетиями, и нарастает слой нерастаявшего снега, смиряя планету, стирая с ее чела признаки жизни. К тому же снег хорошо отражает солнечный свет, а потому эффект охлаждения планеты усиливается. Постепенно там, где ворошилась крупа снежинок, вырастала хрустальная плита льда. Ледник вытягивал тысячи языков, отравляя «морозным ядом» все, что жило вокруг. Он полз на юг, покрывая все большую территорию. Наступала новая ледниковая эпоха.

Кстати, до Миланковича считалось, что оледенения поочередно наступают то в Северном, то в Южном полушарии. Он же настаивал на том, что движитель «климатической машины» находится в Северном полушарии, ведь большая часть суши расположена здесь, а ледники образуются на суше.

Правота выводов Миланковича стала подтверждаться лишь после Второй мировой войны, а свое окончательное признание его гипотеза получила в 1970-е годы, когда геологи из Колумбийского университета Джеймс Хейс, Джон Имбри и Николас Шекелтон, исследуя глубоководные керны, проникли в прошлое на миллион с лишним лет, точно датировав сроки оледенения и продолжительность климатических циклов. Они впервые вычислили сразу несколько подобных циклов, длящихся 100 тысяч лет, 41 тысячу лет, 23 тысячи лет и 19 тысяч лет, и назвали их «циклами Миланковича».

«Мы уверены, что причиной оледенений являются изменения параметров траектории Земли, – писал Джеймс Хейс в 1976 году. – Доказательства настолько очевидны, что какие-либо иные объяснения излишни». Разумеется, подобное было сказано в полемическом пылу. Теория Миланковича по-прежнему подвергается критике. Она не учитывает роль тропиков в Южном полушарии, сложное взаимодействие морских и воздушных течений, промышленную деятельность человека.

По-видимому, механизм смены климата сложнее, чем предполагалось несколько десятилетий назад. Тут играет роль количество солнечного тепла, получаемого всей планетой, а не только отдельной ее областью, которую считали чем-то вроде кнопки спускового механизма или переключателя с «горячо» на «холодно».

Много неясного и с самими циклами. Ни один параметр орбиты не меняется со строгой периодичностью. В действительности мы имеем дело с несколькими квазипериодическими процессами. Вот, например, упомянутый 100 000-летний цикл эксцентриситета. Собственно говоря, его не существует – есть комбинация двух циклов, один из которых длится 125 тысяч лет, а другой – 95 тысяч лет. Поэтому в отдельные эпохи действие одного цикла лишь усиливается действием другого, а в иные времена, наоборот, ослабляется. Так, 400 тысяч лет назад их действие взаимно компенсировалось. Однако чаще всего влияние этих циклов так или иначе сказывалось на климате Земли.

Одну из самых точных моделей, описывающих изменения климата в прошлом, в рамках теории Миланковича создал бельгийский геофизик Андре Бержер. Но любопытно, что она может поведать о будущем?

В ближайшую эпоху минимум 100 000-летнего цикла эксцентриситета наложится на минимум 400 000-летнего цикла. Вследствие этого орбита Земли через 27 тысяч лет станет практически идеально круговой. Количество солнечного тепла, получаемого полярными областями планеты в летнее время года, будет почти неизменным.

Нынешний межледниковый период продлится еще почти 50 тысяч лет – и человек здесь ни при чем. В последний раз такое было около 400 тысяч лет назад. Если же содержание углекислого газа в атмосфере в течение нескольких столетий будет превышать нынешнее в два раза, – а это прогнозируется, к такому может привести наша промышленная деятельность, – тогда новое оледенение вообще не наступит. Межледниковая эпоха не кончится никогда.

Что это принесет Земле? Вы ждете ответа? Но любые очерки о глобальном изменении климата пока не могут заканчиваться простым, четким резюме. Возможно, в задаче со многими неизвестными, которую решают ученые, ответ останется неизвестным еще очень долго.