Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Сегодняшнюю среднюю температуру на Земле – около 15 °C – можно объяснить наблюдаемой интенсивностью солнечного света, глобальным альбедо, наклоном оси вращения и парниковым эффектом. Но все эти параметры могут, в принципе, меняться; климатические изменения и в прошлом, и в будущем можно приписать изменению любого из них. На самом деле существует почти сотня разных теорий климатических изменений на Земле, и даже сегодня на этот счет нет единого мнения. Не потому что климатологи по своей природе невежественны или любят поспорить, а потому что эта тема чрезвычайно сложная.

Вероятно, существуют механизмы и отрицательной, и положительной обратной связи. Предположим, например, что температура Земли понизилась на несколько градусов. Количество водяного пара в атмосфере определяется почти полностью температурой и уменьшается, превращаясь в снег, когда температура падает. Меньшее количество воды в атмосфере подразумевает меньший парниковый эффект и дальнейшее понижение температуры, которое может привести к дальнейшему уменьшению количества водяного пара в атмосфере и так далее. Также понижение температуры может привести к увеличению количества полярного льда, увеличению альбедо Земли и дальнейшему понижению температуры. С другой стороны, понижение температуры может привести к уменьшению облачности, что уменьшит среднее альбедо Земли и повысит температуру – возможно, в достаточной степени, чтобы компенсировать первоначальное понижение температуры. Недавно была предложена идея, что атмосфера планеты Земля функционирует как своего рода термостат, чтобы предотвращать слишком сильные отклонения температуры, которые могут иметь опасные глобальные биологические последствия. Например, понижение температуры может привести к увеличению числа разновидностей морозоустойчивых растений, которые способны образовывать на почве сплошной покров и имеют низкое альбедо.

Я приведу три наиболее известные и интересные теории изменения климата. Первая включает изменение параметров небесной механики: форму орбиты Земли, наклон ее оси вращения и прецессию этой оси, которые меняются с течением времени вследствие взаимодействия Земли с ближайшими небесными телами. Точные вычисления степени таких изменений показывают, что они могут вызывать колебания температуры по крайней мере на несколько градусов, и с вероятностью положительной обратной связи эти изменения сами по себе могут быть достаточным объяснением главных изменений климата.

Второй класс теорий включает изменения альбедо. Одна из самых поразительных причин таких изменений заключается в попадании в атмосферу Земли большого количества пыли: например, от извержения вулкана, такого как извержение Кракатау в 1883 г. Хотя велись споры по поводу того, нагревает или охлаждает Землю такая пыль, текущие вычисления показывают, что мелкие частицы, очень медленно падающие из стратосферы Земли, увеличивают альбедо Земли и, следовательно, охлаждают ее. Недавно были найдены седиментологические[131] доказательства того, что прошлые периоды интенсивного поступления вулканических частиц соответствуют по времени прошлым периодам оледенения и низких температур. К тому же в результате образования гор и возникновения земной поверхности увеличивается глобальное альбедо, потому что земля ярче, чем вода.

И наконец, существует вероятность изменения яркости Солнца. Мы знаем – из теорий эволюции Солнца, – что в течение многих миллиардов лет оно постоянно становилось ярче. Это должно было повлиять на климат Земли в самые древние времена, потому что солнечный свет 3 или 4 млн лет назад должен был быть на 30 или 40 % более тусклым, и этого достаточно даже при условии парникового эффекта, чтобы глобальные температуры опустились до отметки ниже температуры замерзания морской воды. Однако существуют многочисленные геологические доказательства того, что в то время было много воды: например, следы подземных вод, закругленные куски лавы, которые получаются в результате охлаждения магмы в океане, и ископаемые строматолиты, продукты жизнедеятельности океанских водорослей[132]. В качестве решения этой проблемы было выдвинуто предположение, что, возможно, в атмосфере ранней Земли присутствовали дополнительные парниковые газы – особенно аммиак, – которые обеспечивали требуемое повышение температуры. Но, если не брать в расчет эту очень медленную эволюцию яркости Солнца, возможны ли более кратковременные изменения яркости? Это важная и нерешенная проблема, но сложности с обнаружением нейтрино[133] – которые должно, согласно современным теориям, испускать Солнце – наводят на мысль, что Солнце сегодня находится в аномально тусклом периоде.