Краткая история почти всего на свете
Шрифт:
Испарение — скоротечный процесс, как вы можете легко оценить по участи лужицы в летний день. Даже такой большой водоем, как Средиземное море, может высохнуть, скажем, за тысячу лет, если его постоянно не пополнять. Такое явление имело место чуть менее 6 млн лет назад и привело к тому, что в науке называют Мессинским кризисом солености. А случилось то, что материковые подвижки перекрыли Гибралтарский пролив. По мере высыхания Средиземного моря его испарения выпадали в виде пресноводного дождя в другие моря, слегка уменьшая их соленость, и в результате они стали замерзать на больших, чем обычно, пространствах. Расширившаяся поверхность льда отражала больше солнечного тепла, тем самым отбрасывая Землю в ледниковый период. Так, по крайней мере, гласит теория.
О чем можно говорить с полной определенностью, так это о том, что незначительные изменения в геодинамике могут иметь последствия, которые невозможно вообразить. Одно из таких событий, как мы увидим чуть ниже, возможно, привело к нашему возникновению.
Подлинной движущей силой, определяющей состояние поверхности планеты, служат океаны. Метеорологи на деле все больше рассматривают океаны и атмосферу как единую систему, и потому мы должны сейчас уделить им немного внимания. Вода чудесно удерживает и передает тепло, притом в огромных количествах. Гольфстрим ежедневно переносит в Европу количество тепла, эквивалентное мировой добыче угля за десять лет, поэтому в Англии и Ирландии мягкие по сравнению с Канадой и Россией зимы. Но вода также медленно нагревается, поэтому в озерах и плавательных бассейнах вода холодна даже в самые жаркие дни. По этой же причине, судя по нашим ощущениям, времена года наступают с некоторым запозданием по сравнению с их официальным, астрономическим началом. В Северном полушарии весна официально начинается в марте, но в большинстве мест ощущение весны приходит самое раннее в апреле [250] .
250
Этот эффект становится еще более явным, если учесть, что «официальные» астрономические моменты наступления сезонов сами уже значительно смещены. Началом астрономической зимы считается самый короткий в году день зимнего солнцестояния — 21 декабря. Если бы не было климатической инерции, это был бы и самый холодный день года, то есть середина зимы. Ее начало соответственно приходилось бы на 1,5 месяца раньше — примерно на 5 ноября, а началом весны следовало бы считать 4 февраля.
Океаны не являются единой однородной массой воды. Различия в их температуре, солености, глубине, плотности и так далее очень сильно влияют на перенос тепла, что, в свою очередь, сказывается на климате. Атлантический океан, например, солонее Тихого, что, кстати, неплохо. Чем солонее вода, тем она плотнее, а плотная вода опускается в глубину. Без дополнительного соляного бремени атлантические течения уходили бы в Арктику, обогревая Северный полюс, не лишая благотворного тепла Европу. Основным фактором переноса тепла на Земле является так называемая термосолевая циркуляция, берущая начало в медленных глубинных течениях далеко от поверхности — процессе, впервые открытом в 1797 году ученым и искателем приключений графом фон Румфордом*.
– --
* (Кажется, этот термин в понимании разных людей означает целый ряд явлений. В ноябре 2002 года Карл Вунш из Массачусетского технологического института опубликовал в журнале Science доклад «Что такое термосолевая циркуляция?», в котором он отметил, что это выражение используется в ведущих журналах, дабы обозначать по крайней мере семь различных явлений (глубоководную циркуляцию, глубже 6000 метров; циркуляцию, порождаемую различиями в плотности; «меридиональную опрокидывающую циркуляцию массы» итак далее) — впрочем, все они имеют отношение к океанической циркуляции и переносу тепла в том предусмотрительно неопределенном и широком смысле, который я здесь имею в виду.)
Происходит следующее: поверхностные воды по мере приближения к Европе становятся плотнее, опускаются на большую глубину и начинают медленный обратный путь в Южное полушарие. Достигнув Антарктики, они подхватываются антарктическим циркумполярным течением и переносятся в Тихий океан. Движение это очень медленное — чтобы воде из Северной Атлантики попасть в середину Тихого океана, может потребоваться полторы тысячи лет, — однако объемы перемещаемого тепла и воды очень значительны и их влияние на климат огромно.
(Ответ на вопрос, как вообще можно определить, сколько времени потребуется капле воды, чтобы попасть из одного океана в другой, состоит в том, что ученые могут измерять содержание растворенных в воде соединений вроде хлорфторуглеродов, и на этой основе вычислять, как давно они поступили из воздуха. Сравнивая данные по множеству образцов с различных глубин и из разных мест, можно более или менее точно составить картину перемещения воды).
Термосолевая циркуляция не только переносит тепло, подъемы и опускания водных слоев также способствуют перемешиванию питательных веществ, делая огромные объемы океанов пригодными для обитания рыб и других морских существ. К сожалению, океаническая циркуляция, по-видимому, тоже может оказаться очень чувствительной к изменениям. Согласно результатам компьютерного моделирования даже незначительное снижение содержания соли в океанской воде, например из-за увеличившегося таяния гренландского ледяного щита, может катастрофически нарушить этот кругооборот.
Моря делают для нас еще одно весьма благое дело. Они поглощают огромное количество углерода и надежно держат его под замком. Одна из причуд нашей Солнечной системы состоит в том, что Солнце сегодня горит примерно на 25 % ярче по сравнению с тем временем, когда Солнечная система была молодой. Это должно было бы привести к значительному потеплению на Земле. На деле же, как пишет английский геолог Обри Мэннинг [251] , хотя «это колоссальное изменение должно бы стать абсолютно катастрофическим для Земли, оно тем не менее, похоже, едва сказалось на нашем мире».
251
Обри Мэннинг (Aubrey Manning, p. 1930) — британский зоолог, специалист по поведению, развитию и эволюции животных. Почетный профессор университета Эдинбурга. Ведущий ряда научно-популярных телевизионных и радиопрограмм на Би-би-си.
Так что же сохраняет нашу планету устойчиво прохладной? Жизнь. Триллионы и триллионы крошечных морских организмов, о которых большинство из нас никогда не слыхало — фораминиферы, кокколиты, известковые водоросли, — захватывают атмосферный углерод, попадающий к ним в форме углекислоты, растворенной в каплях дождя, и используют его (в сочетании с другими веществами) для строительства своих крошечных раковин. Надежно связывая углерод в раковинах, они удерживают его от испарения обратно в атмосферу, где он опасно накапливался, играя роль парникового газа. В конечном счете все крошечные фораминиферы, кокколиты и т. п. погибают и падают на морское дно, где спрессовываются в известняк. Когда глядишь на такую ставшую привычной природную достопримечательность, как Белые скалы Дувра в Англии, очень интересно поразмышлять над тем, что они почти целиком состоят из погибших крошечных морских организмов, но еще важнее понять, сколько углерода они в совокупности изъяли. 6-дюймовый кусочек дуврского мела будет заключать в себе намного больше тысячи литров углекислоты, от которой иначе нам не ждать бы добра. Всего в земных породах связано примерно в двадцать тысяч раз больше углерода, чем содержится в атмосфере. В конечном счете большая часть этого известняка попадет в вулканы, углерод вернется в атмосферу и выпадет на Землю с дождем, поэтому все это называется долгосрочным углеродным циклом. Этот процесс занимает очень много времени — для обычного атома углерода приблизительно полмиллиона лет [252] , но в отсутствие других возмущений он прекрасно поддерживает постоянство климата.
252
Осадочные породы попадают в вулканические очаги, как правило, в результате субдукции — пододвигания океанической коры под материковую. Этот процесс занимает гораздо больше времени — десятки миллионов лет.
К несчастью, люди беззаботно нарушают этот цикл, выбрасывая в атмосферу излишний углерод, не обращая внимания, готовы фораминиферы усвоить его или нет. По оценкам, с 1850 года мы выбросили в воздух около 100 млрд тонн лишнего углерода, и эта сумма ежегодно возрастает примерно на 7 млрд тонн. В целом это не так уж много. Природа — главным образом путем извержения вулканов и гниения растений — ежегодно выбрасывает в атмосферу около 200 млрд тонн углекислого газа, почти в 30 раз больше, чем мы со своими автомобилями и заводами. Но достаточно лишь взглянуть на дымку, висящую над нашими городами, над Большим Каньоном и даже иногда над Белыми скалами Дувра, чтобы увидеть, какие изменения вызывает наша деятельность.
По образцам очень старого льда нам известно, что «естественный» уровень содержания углекислого газа в атмосфере, то есть уровень до того, как мы стали увеличивать его в результате промышленной деятельности, составляет 280 частей на миллион. К 1958 году, когда люди в лабораторных халатах стали обращать на него внимание, он возрос до 315 частей на миллион. Сегодня он превышает 360 частей на миллион и растет примерно на четверть процента в год. К концу двадцать первого века он, по прогнозам, возрастет до 560 частей на миллион.