Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Модели общей циркуляции добились заметных успехов в воспроизведении некоторых составляющих климатической системы, таких как крупные океанические и атмосферные течения, пульсирующий рост и таяние ледяных шапок, распределение углекислого газа в атмосфере. Но другие явления – особенно те, что существуют в небольших пространственных или временны́х масштабах, – охватить гораздо труднее, даже с помощью самых мощных компьютеров. На 2007 г. разрешающая способность таких моделей составляла около 100 кв. км. Все, что имеет меньший размер – облака или небольшие океанические вихри, – просеивалось через эту сетку. А поскольку облака играют ключевую роль в глобальной климатической системе, ученым пришлось поломать голову, чтобы придумать другой способ, как включить их в свои модели. Сделать это удалось с помощью параметризаций – математических обобщений, описывающих суммарное влияние облаков. Это полезный инструмент, и его использование дает лучшие результаты, чем игнорирование таких мелкомасштабных явлений, но его эффективность довольно ограниченна. Сложность этих моделей общей циркуляции (которых существуют десятки, что еще больше усложняет дело) такова, что исследователи климата начали опасаться, как бы не заплутать в дебрях смоделированных миров и не забыть о том, что цель этих моделей – понять реальную планету[379].

Существуют и другие климатические модели, которые находятся на противоположном конце воображаемого спектра. Эти простые модели предназначены для того, чтобы не столько имитировать земной климат, сколько предоставить полезную среду для его изучения. Хорошим примером может служить модель энергетического баланса, которую Джоан Симпсон и Герберт Риль использовали для открытия «горячих башен». Основанные на противоположном, по сравнению с моделями общей циркуляции, подходе – убрать все, что можно, оставив нетронутыми лишь ключевые составляющие климатической системы, – эти модели также очень эффективны. Эта старая традиция уходит корнями в работы таких ученых, как Кролл, Феррелл и Джеймс Томсон. Часто такие модели носят гипотетический характер и используются не для имитации Земли, а для того, чтобы поиграть с воображаемыми ее альтернативами. Взять, например, модель водной планеты, разработанную океанографом Джоном Маршаллом[380]. Маршалл решил узнать, каким был бы климат Земли, если бы всю ее поверхность покрывала вода. Создав соответствующую модель и позволив ей развиваться на протяжении 5000 виртуальных лет, он обнаружил, что на его аквапланете в итоге установился определенный климатический режим, а на обоих полюсах образовались ледяные шапки. Маршалл повторил эксперимент четыре раза, каждый раз добавляя одну полоску – простейшим образом аппроксимируя сушу, которая нарушает движение потока воды вокруг планеты. Используя четыре простые вариации, Маршалл сумел показать важность распределения массы суши для циркуляции океана и для климатического режима, а также определил условия, при которых планета переживала фиксированные ледниковые периоды, флуктуирующие ледниковые периоды или же погружалась в перманентное состояние «снежного кома».

Теоретически между простыми моделями, подобными аквапланете Маршалла, и сложными моделями общей циркуляции должны находиться модели промежуточного уровня. Климатическая система настолько сложна, утверждают сторонники подхода, известного как «иерархия моделей», что нам нужна система моделей возрастающей сложности, чтобы понять все многообразие масштабов прохождения энергии. Согласно этой точке зрения, ответ на фундаментальные вопросы о климате может быть получен не с помощью какой-либо конкретной модели, а благодаря совокупности того понимания, которое дает каждая модель в иерархии[381].

* * *

Сегодня исследователи климата придают большое значение не только дисциплинарной, но и эпистемологической идентичности – тому, как они узнаю́т то, что знают. На междисциплинарных конференциях участники традиционно предваряют свои комментарии уточнениями: «как разработчик модели…», «как теоретик…» и т. п. Схожее разграничение способов познания, хотя и немного в другом виде, присутствовало в споре между Тиндалем и Форбсом о природе движения ледников. Уокер преодолевал ограниченные возможности статистики, чтобы выработать физическое понимание. Стоммел и Симпсон стремились найти правильный баланс между наблюдением за сложными явлениями океана и атмосферы и способами их описания, опирающимися на точность и лаконичность математики и физики. Именно такое динамическое взаимодействие между наблюдением, теоретизированием и моделированием, осознание необходимости баланса между этими тремя составляющими науки (при том что само понимание такого баланса постоянно менялось и ни в один из периодов не имело точного рецепта) характеризовало всю 150-летнюю историю научного поиска, описанного в этой книге.