Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом
Шрифт:
Воссоздание климата по кольцам деревьев на протяжении всей истории позволяет выявить небольшие, но важные колебания средней температуры, оказавшие огромное влияние на ход истории человечества. Но реконструкции годичных колец, основанные не на детальном изотопном анализе, а просто на их ширине или плотности древесины, не обходятся без доли справедливой критики, поскольку рост деревьев определяется сложной взаимосвязью различных факторов. Например, было показано, что с потеплением климата до некоторой оптимальной температуры ширина колец действительно увеличивается, но затем, по мере дальнейшего повышения температуры, начинает уменьшаться – вероятно, вследствие теплового стресса, вызванного чрезмерной транспирацией и нехваткой воды. Кроме того, на ширину годичных колец могут влиять перемены в густоте леса и другие внешние факторы14.
Рис. 11.1.
В 2007 году Крейг Лоэл решил воплотить в жизнь свой смелый замысел15, рассмотреть другие показатели температуры и выяснить, соответствуют ли temperature records температурной летописи, о которой позволяли судить годичные кольца. Он провел впечатляющие исследования, изучая все, что мог найти, – споры пыльцы, глубоководные отложения (отличный индикатор температуры морской поверхности, которую устанавливают по соотношениям 18O/16O в CaCO3– раковинах фораминифер), ледяные керны (см. ниже), пещерные отложения и множество других образцов со всего мира, – и обнаружил прекрасное соответствие с европейской температурной летописью, созданной благодаря годичным кольцам за последние 2000 лет. Его окончательный график воспроизведен на рисунке 11.1.
Начиная примерно с 600 года нашей эры и на протяжении более 600 лет температура постоянно превышала среднемноголетний показатель, достигнув максимальных значений в период с 900 по 1050 год. Поэтому не случайно в исландских сагах говорится, что Эрик Рыжий возглавлял группу бесстрашных викингов, основавших поселение в Гренландии в 985 году нашей эры (дата подтверждена с точностью до нескольких десятилетий при помощи радиоуглеродного датирования артефактов, найденных на этом месте). Пятнадцать лет спустя его сын Лейф Эриксон (сын Эрика – так по сей день образуются исландские фамилии) исследовал побережье Северной Америки. В последующие десятилетия общая численность викингов в Гренландии достигла нескольких тысяч человек; они держали коров, овец и коз. В 1126 году была основана католическая епархия, и в конечном итоге на острове построили пять церквей.
Однако к 1200 году температура вернулась к среднемноголетнему уровню, упав на 0,6 °C, где она колебалась в течение двух столетий, после чего резко снизилась в 1400 году и достигла минимума на 0,5 °C ниже среднего к 1450 году. Последним письменным документом, найденным в Гренландии, была церковная запись о браке в 1408 году. Считается, что к 1450 году колония погибла (или покинула огромный остров), и несмотря на множество теорий, объясняющих ее упадок, вероятно, что ему в значительной степени способствовало снижение температуры. Каждое лето викингам требовалось заготовить достаточно сена, чтобы прокормить животных в суровые зимы, а в таком маргинальном климате даже изменение всего на один градус может означать разницу между достаточным запасом и голодной смертью.
Не случайно и то, что даже с учетом снижения технологического уровня и общих раздоров, охвативших Европу после падения Римской империи, в период с 1000 по 1300 год были построены великие готические соборы и прошло несколько крестовых походов. Благоприятный климат позволил выращивать высокие урожаи, люди смогли зарабатывать на жизнь не только земледелием, и тем самым возник избыток рабочей силы. В XVI–XVII веках температура по-прежнему падала, и точно так же не случайно и то, что многие жители Северной Европы решили предпринять опасное путешествие и начать жизнь с чистого листа в Новом Свете.
Более того, период с 1450-го по начало 1800-х годов называют Малым ледниковым периодом. Средние температуры были на 0,5–0,6 °C ниже среднемноголетнего уровня и полностью не восстановились до 1900 года. Хотя самый холодный период длился с 1500 по 1700 год, 1816-й тоже был аномально холодным, поскольку за год до этого случилось извержение вулкана, самое крупное почти за 800 лет. Индонезийский вулкан Тамбора выбросил в верхние слои атмосферы Земли слой отражающего вещества, закрыв солнечный свет, из-за чего температура упала, и максимальный уровень снижения достигал 1 °C. 6 июня в Нью-Йорке выпал снег, а позже в том же месяце в Нью-Джерси целую неделю стояли морозы. Неурожай в Европе, Северной Америке и Китае привел к резкому росту цен на продовольствие и к голоду.
Малый ледниковый период, а также температурный минимум в начале 1800-х годов совпали с периодами необычно низкой активности солнечных пятен. Здесь также стоит заметить, что через несколько десятилетий после того, как Галилей открыл темные пятна на поверхности Солнца, они практически исчезли почти на целое столетие. В главе 8 мы уже говорили о том, что менее активное Солнце чуть слабее защищает нас от космических лучей, воздействующих на атмосферу, и это, в свою очередь, влияет на образование радиоактивных изотопов. В частности, содержание относительно долгоживущего изотопа (по сравнению с 14C) Бериллия-10 (10Be), упомянутого в главе 8, можно измерить как во льду, так и в глубоководных кернах. Его пиковые значения в три раза превышают среднее как в XVII веке, так и в первых десятилетиях XIX столетия, когда количество солнечных пятен находилось на самом низком уровне за последние 300 лет16.
Хотя мы знаем, что Солнце примерно на 0,1 % тусклее, когда количество солнечных пятен достигает минимума за одиннадцатилетний солнечный цикл, эта перемена не столь велика, чтобы вызвать глобальное похолодание. Однако климатическая система – сложное явление, и петли обратной связи могут усилить даже небольшие изменения. Например, ультрафиолетовое излучение от активного Солнца может быть на 2–3 % выше (по сравнению с общим изменением интенсивности излучения всего на 0,1 %), а дополнительный озон в верхних слоях атмосферы (O3), производимый этим усиленным ультрафиолетом, способен серьезно изменить характер атмосферной циркуляции и тем самым оказать влияние на климат.
Кроме того, деревья по всему миру помогают нам оценить влияние климата на историю неграмотных народов. Например, на юго-западе Америки соотношение изотопов в древесине позволило понять причину заброшенности жилищ на скалах Меса-Верде. Люди время от времени жили в этих краях, и первые селения возникли еще 10 000 лет назад. Но примерно с 1150 года нашей эры началось масштабное строительство города, руины которого мы видим сегодня, – в нем проживало более 20 000 человек. Как показывает летопись годичных колец, с 1276 по 1289 год нашей эры царила долгая засуха, и ближе к концу этого периода город был заброшен. Обширный город в каньоне Чако, расположенный в ста шестидесяти километрах к югу, с его пятиэтажными жилыми домами на 600 комнат и огромными церемониальными кивами, вмещающими сотни людей, был покинут за столетие до этого. Причиной тому тоже стала засуха, сильнейшая за последние 1200 лет. Она длилась несколько десятилетий, а самое засушливое время пришлось на 1146–1155 годы нашей эры17. Обратите внимание на совпадение этих засух, оказавших решающее влияние на культуру, со Средневековым теплым периодом, о котором говорилось выше.
И в качестве последнего примера того, как получать данные о климате при помощи деревьев, мы упомянем интересную реконструкцию температуры в северной Финляндии, доходящую до 138 года до нашей эры. В ней наблюдается довольно явное понижение в среднем на 0,31 °C за тысячу лет – конечно, до тех пор, пока недавнее быстрое потепление, вызванное деятельностью человека, всего за четыре десятилетия не компенсировало эту тенденцию с избытком18. В дальнейшем мы еще поговорим о том, что долгосрочные климатические сводки, полученные благодаря исследованию льдов Гренландии и Антарктики, позволяют предположить, что нас ждет резкое похолодание в течение следующих десяти тысячелетий. То, что вместо этого мы наблюдаем быстрое потепление, идущее с беспрецедентной скоростью, говорит о масштабах воздействия людей на планету.