Дерзкие мысли о климате

Важность предмета, излагаемого в книге, и большой интерес к нему несомненны. Удалось ли автору за налетом того возбуждения, которое сопутствовало вынашиванию и изложению общей картины нового понимания природы климата, доходчиво и убедительно изложить ее научную суть, пусть судит сам читатель.

При всем этом в проблемах климата и погоды число не решенных задач не убавилось, а скорее наоборот, возросло. Это нормальное следствие развития знаний. Автор надеется, что эта книга не только возбудит у многих читателей новый интерес к этим проблемам, но и будет стимулировать дальнейшее развитие наук о климате нашей планеты.

Итак, эта книга – вызов застою климатологии. Надеюсь, что изложенное в ней окажется доступным всем.

Часть I. Вводная

Что пользы есть в великом множестве разных идей, ежели они не расположены надлежащим образом? Храброго вождя искусство состоит не в одном выборе добрых и мужественных воинов, но не меньше зависит и от приличного установления полков.

    М. В. Ломоносов, 1748

Глава 1. Проблемы прошлых и будущих климатов земли

Из того очевидного факта, что лед всегда «холоден», вроде бы само собой следует, что он является не только индикатором, но и виновником холодных климатов. Поэтому же известные из истории похолодания всегда теснейшим образом связывались с оледенениями, и именно оледенениям и их следам уделялось и уделяется наибольшее внимание палеоклиматологов.

1.1. Развитие представлений об оледенениях земли

По ряду очевидных следов деятельности льда и холода, оставленных на суше в виде характерных осадочных отложений, ископаемых остатков флоры и фауны и тому подобных, ещё в прошлом веке ученые пришли к достаточно единодушному мнению, что умеренные высокие широты Земли в сравнительно недавнем прошлом геологической истории испытали глубокое похолодание и оледенение. К началу XX века окончательно сформировалась и стала развиваться ледниковая теория, вначале основанная на концепции единого глубокого оледенения (моногляциолизме) с несколькими большими и малыми стадиями.

По мере эволюции ледниковой теории отчетливее стали выявляться грандиозные события, сопровождавшие оледенения. Было установлено, что Европа сравнительно недавно покрывалась мощным ледником. Оледенение влекло за собой массу планетарных изменений не только на суше, но и на морях. На образование покровных ледников изымались огромные массы воды, что приводило к падению уровня Мирового океана на 130–160 м по сравнению с современным, о чем свидетельствуют сохранившиеся на морском дне следы рек и береговых линий. На месте Берингового пролива возникал «мост» суши между Азией и Америкой, через который, как предполагается, не далее 20…30 тысяч лет назад люди начали заселять Северную Америку. Как видно, лёд не только коренным образом изменял лик Земли, но и вершил судьбу наших далеких предков.

Моногляциолизм порождал мнение, что до самого антропогена (время появления человека) жизнь умеренных и высоких широт еще не знала льда и длительность эпохи оледенения составляла едва ли тысячную долю всего времени существования Земли. Представлялось, что понижение температуры у полюсов скорее всего было следствием постепенного монотонного остывания Земли, ускорившееся ледовым катаклизмом неясным своей природой. На поиски причин его, а заодно и способов возможного противодействия ему, направлялось все внимание исследователей.

С появлением новых методов исследования ледников и их следов, в частности изотопно-геохимического анализа, в середине XX века, на смену моногляциолизму, утвердилась концепция полигляциолизма, то есть учения о неоднократности крупных оледенений. Причём представления о циклах оледенений и понижений температуры среди гляциологов стали захватывать более древние периоды геологической истории, но еще редко выходили за пределы кайнозойской эры (70–60 млн. лет назад).

Был замечен ряд особенностей смены теплых периодов оледенениями. Например, многие палеоклиматологи сошлись во мнении, что термоэры (теплые климаты) отличались не только существенным повышением температуры, но и намного меньшей выраженностью различий климатов высоких и низких широт. Наоборот, похолодание и оледенение сопровождалось увеличением контрастов климатической зональности. Наконец, также согласованно исследователи пришли к заключению, что период нарастания ледниковых покровов, как правило, продолжался примерно в 10 раз дольше, чем их деградация (таяние). Подобные особенности ещё не получили законченного объяснения, и мы отмечаем их как раз потому, что попытаемся далее предложить его.

Эти исследования в основном внесли частные изменения во взгляды на климаты прошлого, существенно не изменив ни целей, ни подходов к дальнейшим исследованиям.

Своего рода революция в оценке климатов прошлого произошла, когда геологи обратили внимание на широко распространенные окаменевшие морены и ледниково-моренные отложения, названные тиллитами (от английского термина «валунная глина»). Они отличаются от прочих отложений текстурой и структурой, которая может создаваться только или почти только под воздействием льда и мерзлотных явлений: несортированностью; грубообломочным окаменением; наличием эрратических (оторванных от мест образования) обломков; валунов и блоков, несущих на себе следы движения ледника – ледогранников и отторженцев; отсутствием слоистости и следами многих иных связей со льдом и мерзлотой. Когда научились распознавать время образования морен, из которых цементировались тиллиты, то обнаружилось, что древние, явно докайнозойские, оледенения происходили неоднократно на всех материках и совершались по крайней мере уже более 2,5 миллиардов лет назад!

Здесь мы видим уже коренное качественное изменение общего взгляда на историю Земли – оказывается, что она большую долю времени своего существования вовсе не обнаруживает тенденции к постепенному охлаждению. С. В. Колесник (1939), поняв это, писал: «… ледники не являются только современным или молодым феноменом, – они были во все периоды жизни и во все эпохи принимали активное участие в преобразовании лика земли…» Но широкое признание эта точка зрения завоевывает только в наши дни под влиянием специальных исследований (Н. М. Чумаков, 1978).

В то же время определенно установлено, что все оледенения прерывались глубокими и длительными потеплениями (термоэрами). Например, начало каменноугольного периода радиологическими методами определяется в 350 млн. лет назад, а его длительность составляла 65…75 млн. лет. Само по себе накопление огромных слоев растительной массы, из которой сформировались каменные угли, с необходимостью требовало теплого и влажного климата. Интересно, что разведанные к настоящему времени мировые запасы каменных углей вовсе не отражают ту картину климатической зональности древней Земли, которая должна была следовать из современной зональности. Например, самые большие запасы каменных углей оказались приурочены к Ленскому (Якутия) и Тунгусскому (север Красноярского края) бассейнам – к одним из самых холодных территорий суши. Наконец, каменные угли обнаружены и в Антарктиде! Из этого еще нельзя заключить, что в каменноугольный период вся суша Земли была очень теплой, поскольку находятся свидетельства, что на Древней Земле и современные материки занимали совсем иные положения и «гуляли» полюса и даже вращалась наша планета вокруг собственной оси с иной, более значительной скоростью. Поскольку же всегда оставались вращение и полюса, вероятно, оставались и горы, то нельзя исключить, что всегда оставались и полярные и горные ледники, которые периодически могли и разрастаться, и деградировать. И, наконец, оставлять следы своего действия, озадачивающие ныне нас. О современном оледенении мы конечно знаем несравненно больше.

В последние годы гляциологами мира проделана огромная работа по количественному учету всех форм оледенения. Полностью закончено составление Каталога ледников СССР. Близок к завершению Всемирный каталог ледников, хорошо определены объёмы льда, образующиеся на морях, достаточно полно учтены средние количества ежегодно выпадающего снега (В. М. Котляков, 1968) и так далее. Всё это позволяет довольно уверенно делать подсчёты и прогнозы планетарного масштаба. Определено, что на всей Земле сравнительно постоянные ледниковые покровы в настоящее время занимают площадь более 16,3 млн. км

, что составляет около 11 % площади суши. Масса льда, аккумулированного в оледенениях, в 32 раза превышает массу всех пресных вод суши. Установлено, что I млн. км

льда эквивалентен слою океанской воды около 2,5 м. Следовательно, в случае полного плавления всех ледников уровень Мирового океана повысится примерно на 67 м. Площадь снежного покрова в январе достигает 45 млн. км

, морского льда 17,5 млн. км

и так далее.

Число гипотез, пытающихся объяснить природу оледенений, оказалось столь значительным, что становится невозможным сколько-нибудь полное простое перечисление их. Лишь немногие из них стали достоянием наук, в частности гляциоклиматологии – науки, изучающей взаимосвязь оледенений с климатом. Среди них: учение А. Л. Воейкова (1889) – о воздействии снежного покрова на климат; гипотеза К. Брукса (1952) – о климатоформирующей роли ледяного покрова морей; Е. С. Гернета (1981) – о ледниковых покровах; А. Вегенера и целого ряда других, в том числе советских исследователей (М. В. Тронов, 1966; М. Г. Гросвальд, 1983 и др.).

Среди ученых существенные расхождения возникали в оценке земных причин, определяющих оледенения. Долгое время возносились одна над другой две соперничающие между собой теории: одна утверждала, что оледенения начинались с высоких отметок суши, другая – с морей. Ещё большую полемику вызывали гипотезы космических, вулканических, орографических и прочих гипотетически названных причин оледенений, оценить которые представлялось наиболее трудным.

К сожалению, все, даже признанные гляциоклиматические реконструкции, убедительно раскрывающие какую-либо конкретную взаимосвязь природных явлений, приводящих к оледенению, все ещё остаются далекими от полного объяснения и не способными дать качественного прогноза в развитии всех, или хотя бы основных факторов, определяющих природу изменений климата и возникновения оледенений. Взаимосвязь климатов и оледенений с огромным количеством сопутствующих факторов оказалась столь сложной, что во всех известных её толкованиях всегда рано или поздно обнаруживается брешь, сквозь которую готова ускользнуть и часто ускользает вся с трудом построенная теория. Это бывало и с признанными ныне теориями, хорошо объясняющими частные факторы указанной взаимосвязи, например, с гипотезой немецкого ученого А. Вегенера о дрейфе континентов. Ту же участь испытала гипотеза советского капитана дальнего плавания Е. С. Гернета, лишь через полстолетия отчасти признанная как теория.

И именно «отчасти», поскольку единой, стержневой теории оледенений, на которую можно было бы нанизывать очевидные факты, чтобы завершить ее, так же не существует. Об этом справедливо пишет И. М. Забелин (1970, с.66): «В сущности с одинаковой степенью логичности ныне доказывается, что причиной ледниковой эпохи может быть: а) повышение интенсивности солнечной радиации, б) понижение её интенсивности и что в) солнце тут вообще ни при чём, а все дело в изменении земных условий. Надо ли говорить, что такое положение явно неудовлетворительно…»

И не правы ли те сторонние наблюдатели, которые кулуарно высказывают мысль, что в проблеме изменений климата сохраняется благодатная почва для научных спекуляций? Те же, кто работает над этой проблемой знает, что она чрезвычайно сложна и что, несмотря на эту сложность, она должна будет решаться. Отказаться от решения проблемы климатов так же нельзя, как нельзя торопиться объявить её уже решенной. А такие случаи уже были.

На этом мы ограничимся описанием истории исследований природы климатов. Тех, кого интересует состояние этой проблемы на уровне мирового сообщества учёных – климатологов рекомендую ознакомиться с книгой «Изменения климата» (1980). Ссылки на работы советских учёных ещё не раз встретятся далее.

1.2. Тупики проблемы климатов

Чем же вызвана такая неопределенность в представлениях о природе изменений климата? Если кто-то скажет, что это вызвано недостатком наблюдений, то с не меньшим основанием можно возразить, что теперь уже наоборот, обилие данных наблюдений и всякого рода определений становится на пути их качественного анализа и обобщения. Сейчас почти не остается повода сетовать на несовершенство и недостаток методов и способов наблюдений и на широту охвата наблюдениями практически всех сфер, в которых формируется климат. Опыт науки учит, что если уже среди доступности всего нас окружающего мы не можем отыскать нечто главное, ключевое, то значит мы просто еще не «раскусили» этого главного. И это, на первый взгляд, вроде бы риторическое заключение очень важно, поскольку настоятельно ориентирует исследователя на поиск непременно новой, еще неизведанной научной цели. Далеко не всем светит удача в научном поиске, но если кому-то засветит, то светлее станет всем.

Но что же искать в невероятно запутанном клубке взаимозависимостей факторов, определяющих изменения климата? Как во всяком клубке надо искать конец нити. В принципе это сделать несложно. Сложнее распутать нить, если она неоднократно порвана и многократно завязана в узелки, мешающие ее вытягиванию из путаницы. Если же узелок связан не с тем концом, от которого оторвалась нить, то её распутывание невероятно усложняется.

Нечто подобное происходит и в науке, когда не до конца изученное явление торопливо привязывается к объяснению взаимосвязанного с ним явления. Например, всякие движения атмосферных масс мы сразу связываем с различием атмосферных давлений, редко задумываясь о причине самих различий и об условиях их возникновения и существования. А ведь различие давлений определенно само является следствием каких-то ранее совершавшихся разных процессов, глубокое исследование которых может дать более полное понимание причин атмосферных движений.

Несвязность разных, в частности верных толкований, в общей теории изменений климатов как раз и объясняется незнанием того, что было или могло быть до рассматриваемого процесса и после него, неясностями предшествующих и последующих связей или, короче говоря, узлами, или тупиками, которые не позволяют правильно свести концы с концами, синтезировать разрозненные знания в цельное представление. Эти тупики разнообразны по характеру и причинам их обусловливающих. Они могут быть вызваны не только незнанием, но и неправильным истолкованием познанного и познаваемого, тормозящим влиянием инерции мышления, приверженностью к привычному (догматизм) и прочими обстоятельствами субъективного характера. Их причинами может стать элементарная невнимательность исследователя, пренебрежение законами физики или их слабое знание, поспешность в заключениях, переоценка теоретических выводов и недооценка натурных наблюдений, слепая доверчивость приборным наблюдениям и ещё многими обстоятельствами. Их корни могут уходить в глубину космогонии и космологии, смыкаясь здесь с тупиками космологических парадоксов, с незавершенностью объяснения гравитации и так далее.

Нельзя сказать, что анализу тупиковых ситуаций в проблеме климатов мало уделялось внимания, ибо хорошо известно, что критиковать гипотезы и теории легче, чем разрабатывать их. Но рассмотрим корни некоторых тупиков.

Для начала обратимся к философии, часто и незримо участвующей во всех научных обобщениях. Вспомним, что Земля есть частица Вселенной. Согласно материалистической точке зрения Вселенная безгранична во времени и пространстве и бесконечна по разнообразию форм существования и движения материи. Это незыблемое положение диалектического материализма и нам можно не обсуждать встречающиеся отступления или поползновения на его достоверность. Все тайны Вселенной весьма далеки от полного раскрытия и объяснения и это так или иначе может сказываться на полноте объяснений процессов, происходящих на Земле. Рассматривая взаимосвязь вращения Земли с климатом, А. С. Монин (1972, с.4) справедливо считает, что к этой проблеме могут иметь отношение многие состояния нашей Земли в солнечной системе, а исследователь, решающий проблемы климатологии «… должен быть не только метеорологом, но также океанологом, геологом, палеонтологом, геофизиком, геохимиком, астрономом и т. д.»

Соответственно исследователь, изучающий проблему климатов, должен хорошо владеть возможностями и достижениями всех наук и особенно физики. Причем владеть, не слепо доверяясь им, а критически осмысливая их полноту и истинность. Там, где мы доверяемся законам физики, хорошо подтвердившими свою истинность, там имеем и больший успех. К таким следует отнести закон сохранения и превращения энергии, многие законы механики, гидродинамики и так далее. Но есть среди признанных законов и такие, к которым следовало бы относиться критически. В числе их и давно известный закон всемирного тяготения Ньютона. Оценивая его, Ф. Энгельс[1 - Ф. Энгельс Диалектика природы. – М.: ГосПолитиздат, 1955.] писал: «Ньютоновское притяжение и центробежная сила – пример метафизического мышления: проблема не решена, а только поставлена, и это преподносится как решение» (с.219).

Жизнь показала, что ни богом, ни яблоком, ни изобретенными теоретическими построениями брешь в объяснении природы гравитации устранить не удалось. И снова оказался прав Ф. Энгельс, когда (там же, с.219) заключил о Ньютоновском тяготении:

«Лучшее, что можно сказать о нём, это – что оно не объясняет, а представляет наглядно современное состояние движения планет».

Долгая жизнь и бесспорная полезность отнюдь не законченного ни Ньютоном, ни Эйнштейном учения о гравитации объясняется правильным, широко проверенным математическим описанием зависимости взаимного притяжения тел солнечной системы от их массы и расстояния между ними. Трудно, например, представить, как бы человек смог ринуться в космос, не владея этой формулой. Но формула, без убедительного и обстоятельного объяснения все ещё не выражает всю суть закона.

Неясность природы гравитации обсуждалась и обсуждается физиками, но, видимо, наиболее сомнительную сторону формального заключения о ней отметил опять же Ф. Энгельс (там же, с.194): «Все учение о тяготении покоится на утверждении, что притяжение есть сущность материи. Это, конечно, неверно».

Автор имел несчастье увлечься проблемой объяснения гравитации настолько, что двадцать лет назад доложил свои собственные соображения по этому поводу в Москве при стечении большого числа ученых, среди которых были весьма авторитетные специалисты. Надо ли говорить, что этот доклад был встречен более чем настороженно. Он не публиковался, но колкости в адрес автора встречались на страницах многотиражных научно-популярных изданий. Однако отречься от осмысления проблемы гравитации мне не удалось: идея обрастала фактами, которые отвергали одни построения, укрепляли другие, но в целом окрепла в воображении. Не знаю, наступит ли время ее полного освещения, но позволю себе использовать из неё вначале лишь один фрагмент, чтобы на этом примере посмотреть, могут ли измениться наши представления о былых климатах Земли в случае, если изменится или появится в принципе новое объяснение гравитации.

Допустим, что в ходе развития знаний обнаружилось, что гравитации – как простого тяготения – вообще не существует. Вспомним, как писал Ф. Энгельс (там же, с.88) «… вихри старого Декарта…» и примем, что неуклонное и ускоряющееся приближение всяких тел к Земле, например, уже тысяч искусственных спутников, запущенных с неё, как и ко всем крупным образованиям Вселенной, лишь в нашем воображении воспринимается как падение, хотя может являться следствием гидро- и газодинамического затягивания невесомых тел к центру вихря, который образовал Землю, и в силу очень малой вязкости космического пространства продолжает действовать сейчас (эволюционная форма движения космических тел). В таком случае конечная участь малых космических тел – упасть на более крупные, вокруг которых они вращаются: планет на Солнце, спутников на планеты и так далее. Сейчас, например, достоверно установлено, что естественные спутники Марса – Фобос и Деймос, постепенно сближаются со своей планетой и в пределах времени, предположительно исчисляемого миллионами лет, неминуемо упадут на неё. Но, как я полагаю, Земля на Солнце не упадет, потому что раньше этого через миллиарды лет на Землю упадет, вероятно, Луна, что может вызвать взрыв Земли (революционная форма движения космической материи). Почему взрыв – домыслим дальше. Разлетающиеся от взрыва массы где-то и когда-то в бесконечности Вселенной встречаются с разлетающимися массами от другого взрыва. Снова зарождаются вихри. Самые большие угловые скорости возникают вокруг оси вихря, где создаются наибольшие давление и температура. Поступающая по спирали с периферии вихря материя может замкнуть центр вихря, создав, к примеру, твердую поверхность планеты. По мере ее торможения внутреннее давление начнет распространяться на твердую оболочку планеты – вот и причина вулканизма и нового взрыва при сильном ударе и так далее.

Автор хорошо осознает, что эта столь сжато изложенная версия отнюдь не поколеблет ньютоновского представления о свойствах всяких тел притягивать другие тела и самим ими притягиваться, об якобы свыше данной удивительной уравновешенности всех планет на их орбитах между тяготением и центробежной силой и о многих других вроде бы маловероятных, но и очевидных явлениях, которые подтверждают правильность этого представления. Это тот случай, когда факты вкупе со стройным математическим описанием явления, казалось бы не допускают другого его толкования, кроме объявленного Ньютоном,

Тем не менее живучи, помимо заключения Ф. Энгельса, и ныне сходные мнения, вскрыты парадоксы и обнаруживаются факты, не согласующиеся с завоевавшим довлеющее, но всё еще не всеобщее, признание закона всемирного тяготения.

После появления неэвклидовой геометрии и теории А. Эйнштейна полемика ученых стала концентрироваться, главным образом, вокруг проблем гравитационного поля, то есть пространства, в котором обнаруживает себя тяготение. А разве лишним будет ещё раз заглянуть глубже и посмотреть: действительно ли сами тела обладают свойством притягивать одно другого или они являются пассивными массами, которыми управляют газодинамические законы в пока неведомой нам подвижной среде, схожей с гравитационным полем?

Ничего в мире не бывает изученным абсолютно бесполезно. Даже на очевидном мракобесии алхимии, в конце концов выросла настоящая химия. И крупицы знаний о гипотетических полях и волнах гравитации обязательно несут в себе какую-то долю истины, которой возможно предстоит еще найти свое настоящее место.

А что изменится во взглядах на климат и оледенения Земли, если вдруг окажется, что движение и тяготение космических тел, равно как и нас с вами и даже грузиков на крутильных весах Кавендиша, управляет вихрь некоего, скажем, всепроникающего подвижного «эфира»?

Изменится многое.

Например, узнав, что Земля когда-то отстояла от Солнца дальше, скажем на современной орбите Марса, мы внимательней будем изучать термику поверхности этой планеты, переживающей ныне глубокое оледенение, и, наверное, найдём свидетельства и факты об этом явлении, которых уже невозможно найти на Земле Изучение горячей Венеры, расположенной в 1,4 раза ближе к Солнцу, чем Земля, но получающей намного меньше солнечной радиации из-за значительного альбедо (отражения солнечных лучей) её облачным покровом, может дать представление о будущем ждущем Землю. Я не случайно в книге о климате кратко изложил свою космогоническую версию, поскольку собираюсь и далее коснуться её. Пока же заметим, что повсеместное нахождение тиллитов сейчас увязывается с дрейфом континентов и перемещением полюсов, а оно может быть и следствием былого полного оледенения Земли, сходного с марсианским. От уточнения частностей изменятся представления об эволюции атмосферы, гидросферы и ряда других явлений. Станут ясней прошлое и будущее биосферы и методы, которым человек может противодействовать угрожающим тенденциям её развития и так далее. А пока здесь перед исследователем встают трудно одолимые тупики. Они, видимо, ещё долго будут мешать поступательному движению мысли, если не будут преодолены неясности космогонической теории. В конечном счете они неизбежны и объясняются философски закономерной относительностью развивающихся знаний.