Разница между максимумом и минимумом теплоотдачи примерно 2,5 Вт/м2. То есть 0,15 % от номинала. Копейки! Но этих копеек оказывается достаточно, чтобы изменить среднеземную температуру на несколько десятых долей градуса или даже на целый градус. Мало? Хватает для потрясения социальных основ, в чем мы убедимся ниже.
То, что Солнце периодически «болеет», покрываясь темными пятнами, было известно людям еще до изобретения телескопа. Китайцы открыли пятна на Солнце аж в 165 году до н. э. тогда их было видно невооруженным глазом. И не только тогда! Периоды сверхвысокой солнечной активности случались и позже. Скажем, русские летописи в 1372 году отмечали аналогичное явление. С изобретением же телескопа наблюдение солнечных пятен стало, что называется, делом техники.
Забавно, кстати, вышло с этим телескопом! В советских энциклопедиях вы можете встретить утверждение, что телескоп изобрел Галилей. Итальянские энциклопедии с этим, понятное дело, не спорят. Немцы в своих мнениях расходятсягерманские энциклопедии дают две версии: 1) телескоп изобрел Кристоф Шайнер из Ингольштадта, 2) телескоп изобрел Давид Фабрициус из Вестерхафе, что в Восточной Фрисландии. Британская энциклопедия полагает, что телескоп изобрел Томас Хэрриотангличанин, естественно. Но этот Хэрриот, изобретя телескоп и честно описав свое изобретение, забросил описание в стол, никому ничего не сказав. С англичанами так бывает. Скажем, англичанин Кавендиш открыл аргон, но, никому об этом не сообщив, кинул записки в стол, в результате аргон был открыт повторно на сто лет позже, и слава «открывальщика» принадлежит Рамзаю.
Но кто бы ни изобрел телескоп, с инструментом дела пошли уже веселее. В самом начале XVII века темные пятна на Солнце удивленно наблюдали Галилео Галилей, Томас Хэрриот, Кристоф Шайнер, Давид Фабрициус Позже немецким астрономом-любителем Генрихом Швабе была обнаружена знаменитая 11-летняя цикличность появления на Солнце пятенкаждые 11 лет количество пятен почему-то резко возрастало. Но тоже не всегда! Иногда Солнце вдруг словно бы забывало, что должно периодически активничать, покрываясь пятнами, и замирало в своем безмятежном ровном горении. Так, например, было во время маундеровского минимума, названного так по имени английского астронома Эдварда Маундера. Тогда за целых 70 лет (в период с 1645 по 1715 год) на Солнце наблюдалось всего 50 пятен. В тысячу раз меньше обычного! Солнце было совершенно не активным. Это было тяжелое для нашей планеты время. Средние зимние температуры упали на градус-полтора, а среднеглобальныена полградуса.
Казалось бы, что такое полградуса в мировом масштабе? Да даже и полтора!.. Ну будет зимней ночью температура вместо 15 градусов мороза, 16,5°C. Не велика разница! Однако климатическая система настроена так тонко, что среднеглобальное падение температуры всего по полградуса оборачивается большими погодными неприятностями «на местах». Полградуса, кстати, это ровно столько, на сколько повысилась среднеглобальная температура за последний век. И это повышение заставило всех говорить о глобальном потеплении, таянии ледников, всемирном потопе А в маундеровский минимум вполне можно было говорить о глобальном похолоданииэто были самые холодные десятилетия за последние две тысячи лет.
Это было время Страдивари В специализированном научном журнале «Дендрохронология» два американца опубликовали статью, в которой показали, что скрипки знаменитого итальянского мастера обязаны своим волшебным звучанием именно глобальному похолоданию. Антонио Страдивари родился аккурат в самом начале маундеровского минимума, а свои самые ценные инструменты создал с 1700 по 1720 год. Первым обратил внимание на это совпадение климатолог Колумбийского университета Ллойд Беркль. Он решил проверить, как отразилось маундеровское похолодание на альпийских елях, из которых Страдивари делал свои скрипки. И обратился к дендрохронологу Генри Гриссино-Майеру. Выяснилось, что в пятисотлетней истории альпийских хвойных лесов был период чрезвычайно замедленного роста. Вы уже догадались? Да, он пришелся аккурат на маундеровский минимум. Вездеот Франции до Германииели, сосны, лиственницы с 1625 по 1720 год росли буквально «через не могу» на спилах видны очень плотные и узкие годичные кольца. «Плотное дерево звучит лучше!» сделали вывод климатологи. Так суровые климатические условия благоприятно сказались на искусстве.
Длинные зимы, прохладное лето. Знаем мы, где сейчас такие условия. Был бы жив Страдивари, он не стал бы делать скрипки из итальянской сосны, старику имело бы смысл заказывать российский лес. Made in Siberia
Хорошо было Страдивари, он жил в Италии. Гораздо меньше повезло тем, кто жил чуток севернее. Самый страшный удар от маундеровского похолодания получили Финляндия, Швеция, Россия, Норвегия, Эстониячереда неурожайных лет выкосила в этих странах до 50 % населения. В России тогда правил Петр I. Из его записных книжек нам известно о климатических аномалиях эпохи: первая осада Азова провалилась потому, что 1 октября русские войска на берегу Азовского моря завалило снегом. Нынче в эту пору в Причерноморье только-только заканчивается бархатный сезон.
Забегая вперед, скажем, что начавшийся XXI веквек глубокого и продолжительного солнечного минимума, напоминающего маундеровский. Этот минимум должен наступить не позднее 25-го солнечного цикла. (С легкой руки директора Бернской обсерватории Рудольфа Вольфа, в честь коего и названы числа Вольфа, нумерация солнечных циклов ведется с середины XVIII века. Именно тогда начались регулярные наблюдения за солнечными пятнами.)
23-й цикл солнечной активности начался в 1996 году и закончился в марте 2008 года. Следующий, 24-й цикл, закончился в 2020 году, после чего наступил 25-й. По прогнозам астрономов, в этом цикле солнечная активность не превысит 50 единиц. Для сравнения: максимум 22-го цикла155 единиц; абсолютный максимум прошлого века, состоявшийся в 1957 году, 190 единиц. Все, что меньше 100, катастрофически мало.
Причем прогнозируемый учеными минимум солнечной активности продлится до конца столетия. В результате интенсивность солнечного излучения уменьшится настолько, что Впрочем, об этом мы поговорим в последней части книги, собравшись у камина, который придется как нельзя более кстати.
Итак, мы выяснили, что на климат влияют колебания солнечной активности. Но разогрев поверхности планеты зависит не только от активности Солнца, но и от положения самой Земли, вспомним Гиппарха: «клима» это уклон, угол Другими словами, нагрев зависит от того, под каким углом планета повернет к звезде свою «макушку». С дошкольных лет каждый знает, что Земля крутится вокруг Солнца и вокруг своей оси. Период обращения Земли вокруг своей оси24 часа, а вокруг светила365 суток с копейками. Но эти два параметраеще не все характеристики вращения планеты.
Ось вращения, проходящая через Северный и Южный полюсы, та самая, о которую «трутся спиной медведи», наклонена к плоскости эклиптики (плоскость обращения Земли вокруг Солнца) под углом в 23,1 градуса. Поэтому школьный глобус всегда «кривой», и никогда вы не отыщете в продаже глобуса, железная ось которого, увенчанная черным пластмассовым шариком, победно торчащим из Северного полюса, была бы перпендикулярна вашему столу. Она всегда наклонена, поскольку отражает существующее в реальности положение планеты.
Земля вращается вокруг светила, подставляя Солнышку то Северный полюс, то Южный, отчего приключаются смены времен годакогда больше солнца попадает на Северный полюс, случается лето в Северном полушарии, а когда на Южныйв южном.
Но 23,1 градусаэто средний угол, под которым ось вращения планеты наклонена к плоскости эклиптики. Угол этот постоянно меняется, гуляет на полтора-два градуса. Это «гуляние» называется нутацией. Когда угол меньше, больше тепла попадает на «макушки», начинают таять полярные шапки. Когда, напротив, угол возрастает, больше тепла приходится на низкие, экваториальные широты и меньше на полярные. И полярные шапки разрастаются. Период нутации41 тысяча лет.
Цикл эксцентриситета (сжимание-расширение эллипса орбиты)93 000 лет.
А есть еще такая штука, как прецессияконусообразное колебание оси вращения планеты. Период колебания прецессии23 000 лет В музее бельгийского города Лир экспонируются удивительные механические часы. Они сделаны часовым мастером Луи Зиммером в 1935 году и состоят из нескольких циферблатов. На одном из циферблатов движется самая медленная стрелка в мирепериод ее полного оборота как раз составляет 23 000 лет. Увидевший зиммеровские часы Эйнштейн был очень ими впечатлен и тепло поздравил мастера с созданием этого великого прикола
Так вот, все перечисленные астрономические циклы есть не что иное, как циклы климатических колебаний. Астрономиянаука точная, как часы. И не очень сложная, кстати. Еще во времена Птолемея можно было предсказывать солнечные затмения на сотни лет вперед. Поэтому, казалось бы, зная, с какой точностью работают небесные шестеренки, можно легко предсказывать изменения климата. Увы. Инструменты климатического оркестра звучат какофонически. Колебания разной частоты сложным образом накладываются друг на друга, словно рябь, бегущая по большой волне, и образуют сложную картину возмущения. А уж если учесть, что не только астрономия влияет на климат, картина становится совсем зубодробительной.
Одним из самых первых и самых известных ученых, исследовавших влияние астрономических циклов на климат, был Милутин Миланковичсерб по национальности. В отечественной литературе его любят величать югославским ученым. Миланкович действительно умер в 1958 году в Югославии. Но родился он в конце XIX века в Австро-Венгерской империи, поэтому с тем же успехом его можно называть великим австро-венгерским ученым, тем более что учился он в Вене, а работал какое-то время в Будапеште. Миланкович занялся проблемой, которая волновала тогда буквально всех, даже русских революционеров
Дело в том, что в XIX веке была открыта поразительная периодичность оледенений. Оказалось, что когда-то полярная шапка расползалась практически на всю Европучуть ли не до Черного моря континент был покрыт мощным ледниковым панцирем. И это открытие совершенно потрясло весь цивилизованный мир. Еще за два-три десятка лет до этого замечательного открытияво времена Пушкина люди с точностью до года знали, когда был создан мир: один из средневековых ирландских монахов, изучая Священное Писание, высчитал дату сотворения4004 год до Рождества Христова. В России до 1700 года даже летоисчисление велось от сотворения мира. (Правда, россияне с тем ирландским монахом были не вполне согласны и вносили свою поправкуполагали, будто мир был создан за 5508 лет до Рождества Христова.)
И вот представьте себе, после этой неторопливой эпохи шпаг и дуэльных пистолетов вовсю развернул свои плечи замечательный XIX веквек удивительных свершений, век револьвера, воздушного шара, Жюля Верна и паровоза, век, вскруживший человечеству голову успехами науки и техники Биология указала людям на их предковприматов. А геологияна истинный возраст мира: сотни миллионов лет.
Были наконец открыты следы грандиозного оледенения. На существование в Европе гигантского ледника указывали два геологических признакаледниковые морены и глубокие параллельные борозды на поверхности долин. Надвигающийся ледник работает, как бульдозер ковшомсдвигает перед собою грунт, обломки горной породы. В результате перед «ковшом» этого «бульдозера» образуется вал. На местности этот вал представляет собой цепь холмов, которые так и назвалиледниковые морены.
Кроме того, наползающий ледник тащит с собой острые куски горной породы, процарапывая этими камнями длинные борозды. Ледник работает, словно гигантский наждак. Камни-резцы постепенно стираются, теряя острые грани и превращаясь в округлые ледниковые валуны.
Дальнейшие исследования геологов показали, что подобные наступления северных льдовне разовая случайность, а периодическое явление. Естественно, это открытие всех думающих граждан страшно возбудило: если подобное уже было, не может ли оно случиться вновь? Ведь это означало бы конец цивилизации!.. Так что интерес Миланковича к проблеме был вполне объясним. Всех тогда интересовала ледниковая проблема. Даже небезызвестный анархист Кропоткинвесьма, кстати, разносторонняя личностьувлекался изучением ледниковых эпох.
Чем вызываются оледенения? Ответ на этот вопрос и стал искать Миланкович. Любопытно, что решение заняться этой проблемой пришло в голову молодого преподавателя Белградского университета по пьяни. Приятель Миланковича опубликовал сборничек своих самопальных виршей, и друзья решили отметить сие событие в небольшом белградском кафе. Поскольку денег у преподавателей было мало, отмечали дебют, попивая кофе. Но тут, на счастье не мировой литературы, но мировой науки, в кафе нарисовался ни много ни мало директор Белградского банка, имени которого неблагодарная история до нас не донесла. Он случайно услышал разговор и заинтересовался книжицей, стихи банкиру очень понравились, и он купил у поэта-дебютанта целых десять экземпляров брошюрки. Денег после этого события у молодых преподавателей стало, как вы понимаете, немерено, и они перешли на настоящее «отмечание» заказали несколько бутылок вина.
После третьей бутылки приятель Миланковича решил написать поэму всех времен и народов, а Миланкович«постичь всю Вселенную и донести луч света до ее отдаленных уголков», так, во всяком случае, он сам позже охарактеризовал свое состояние в мемуарах. Вселенную Миланкович не постиг, но зато взвалил на свои плечи решение загадки оледенений.
Идея Миланковича состояла в том, что решающее влияние на оледенение оказывает количество солнечного света, получаемого разными областями Земли. А оно, в свою очередь, связано с разными параметрами вращения и обращения планетынутацией, прецессией, циклом эксцентриситета. Представьте себе, что количество света и тепла, проливающегося на северные широты, уменьшается. Это значит, что снег с каждой весной все дольше остается на поверхности. А снег, как вы знаете, белый. То есть он хорошо отражает свет. То есть альбедо планеты (ее отражающая способность) повышается. И получается замкнутый круг, который в науке называется положительной обратной связьючем меньше тепла и света, тем больше снега, а чем больше снега, тем меньше света и тепла достигает поверхности, потому что свет отражается от белой снежной поверхности. В результате этой положительной обратной связи Земля довольно быстро сваливается в совершенно иной климатический режимледниковый период.
Ледниковый период длится примерно 100 тысяч лет, а межледниковье только 1012 тысяч лет. Вся наша цивилизацияпорождение краткого периода «оттепели», мы живем в последнем межледниковом периоде, который называется голоценом. И который, к слову сказать, уже практически закончился, и если бы не спасительное глобальное потепление Впрочем, об этом мы еще поговорим, а сейчас вернемся к Миланковичу.
Австро-венгерско-сербо-хорватско-югославский ученый, не имея компьютера, рассчитал приход солнечной радиации в различные сезоны и в разные широты земного шара. И сделал это настолько замечательно, что рассчитанные им тепловые потоки позже прекрасно совпали с большим количеством другихуже современныхданных о времени наступления ледниковых эпох. Ученые до Миланковича жарко спорили: какой тепловой поток важнее для климатаприходящийся на полярные или экваториальные широты? Летний или зимний? Из теории Миланковича получалось, что важнее летний тепловой солнечный поток, поступающий в полярные широты. И это тоже потом блестяще подтвердилось Я, между прочим, выше не зря упомянул тот вполне очевидный факт, что Миланкович не имел компьютера. И сделал это исключительно для того, чтобы подчеркнуть величие научного подвига этого человекачтобы рассчитать приток солнечной радиации на разные широты северного полушария, ему потребовалось 12 лет. Зато, благодаря заложенному им фундаменту, теперь ясно, что именно параметры гелиоцентрической орбиты оказывают существенное влияние на климат Земли в диапазоне десятков и сотен тысяч лет.
А вот в геологических масштабах, то есть в масштабах десятков и сотен миллионов лет, важнейшим климатическим фактором является соотношение площадей суши и вод, если это вам интересно. Океаныаккумуляторы тепла. Чем больше океановтем ровнее климат, тем меньше температурный контраст между экватором и полюсами.
Еще один интересный фактор, влияющий на климат, средняя высота суши на планете. Здесь зависимость ясна: чем вышетем холоднее. Сейчас средняя высота суши составляет 849 метров. А когда-то она была равна полутора километрам. Но вопрос о причинах движения земной коры не входит в рассмотрение данной книги. Упомяну лишь, что сегодня средняя высота земной поверхности выше, чем была в мезозое, но ниже, чем в пермокарбоне. Земля дышит, и эти геологические подвижки также оказывают влияние на климат: когда-то на Земле было гораздо теплее, чем теперь, а в иные временагораздо холоднее, чем даже в последний ледниковый период