Что случилось с климатом

Что случилось с климатом
Рамиз Автандилович Алиев

В 2021 году в Глазго состоялась конференция ООН по климату. Уровень события, собравшего более 120 глав государств и правительств, подтверждает важность климатической проблемы для каждого жителя Земли. Дискуссии о климате становятся все более жаркими, и кажется, что разобраться в теме уже невозможно. Насколько в действительности велико наше влияние на климат планеты, какое место оно занимает среди других факторов, как и почему менялся климат в прошлом и чего нам ждать в будущем? Автору удалось сложные, стоящие на стыке наук понятия и теории изменения климата изложить популярно: для этого каждая глава книги содержит, кроме основного текста, три важных содержательных дополнения: введение в элементы климатической науки, основные понятия и весьма захватывающие истории про климат.

В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

Рамиз Алиев

Что случилось с климатом

Зое и Нине

Обложка: © Zoonar.com/Khakimullin Aleksandr D9 / easy Fotostock / Фотобанк Лори

© Р. А. Алиев, 2022

© ООО «Паулсен», 2022

От автора

Прежде чем ступить в область окаменелостей, я представляю свои верительные грамоты геолога, упомянув для этой цели, что за годы моей разнообразной жизни был я и каменщиком, и отменным копальщиком канав, рвов и колодцев, винных погребов, подвалов и всевозможных водоемов[1 - Перевод И. Бернштейн.].

    Герман Мелвилл. Моби Дик, или Белый кит

Наверное, нужно рассказать, кто я и чем занимаюсь. И как случилось, что я написал эту книгу. Незнакомым людям я чаще всего представляюсь учителем химии, иначе слишком долго все объяснять. Отчасти это правда – несколько лет я преподавал радиохимию в МГУ. Главным плюсом преподавательской работы был длинный отпуск – я проводил его в горах с парапланом. В небе я пробыл несколько сотен часов – над береговыми скалами Восточного Крыма, над предгорьями Аннапурны, над Дауладаром и Атакамой.

Солнце, горы и преобладающий ветер создавали в небе невидимую сеть восходящих, нисходящих и горизонтальных воздушных течений. Своего рода воздушный замок с винтовыми лестницами и переходами, по которым можно было перемещаться на десятки километров без единой ложки керосина, на одной лишь энергии Солнца – энергии водорода, сгорающего в гелий. Встречались в этом замке и невидимые стены, и колодцы, в которые можно было ненароком угодить. Нашими проводниками в воздушном лабиринте были птицы – они помогали найти восходящие потоки. В Гималаях – грифы, в Македонии – аисты, над Донбассом – ласточки. Ласточек я встречал в двух километрах над землей, у самой нижней кромки облаков – они кормятся насекомыми, которых забрасывает наверх. Каждый день невидимый лабиринт выстраивался чуть по-иному: менялись сила и направление ветра, влажность воздуха, распределение температуры с высотой.

В горах восходящие потоки срываются с освещенных солнцем отрогов и почти всегда стоят над вершинами. Поднимаясь, воздух уносит стрекоз и бабочек, пух от растений и запахи земли: в Болгарии потоки пахли нагретой хвоей, в Икике, над чилийским побережьем – тухлой рыбой. По мере подъема воздух остывает и растут облака, порой нежные и воздушные, а иногда резко очерченные, похожие на гигантские башни. При конденсации влаги выделяется тепло, и от этого воздух поднимается еще быстрее.

Как-то раз меня засосало в облако. Появилось странное чувство: не было больше ни верха, ни низа; ни земли, ни неба; ни долины, ни гор, ничего не было. Был только я и безликая, потусторонняя сила, которая почти не ощущалась. Я бы и не знал, что меня продолжает тянуть вверх, если бы не звуковой сигнал и не мелькание цифр на экране прибора. Этот лифт шел без остановок, двери за мной захлопнулись. Все быстрее он уносил меня туда, где нет и не может быть жизни, потому что губы и ноздри покрываются иссиня-белой изморозью, а давление кислорода падает в пять раз. Я решил втянуть второй ряд строп, чтобы поскорее снизиться. Оказалось, это не так просто – руки быстро слабели и разжимались сами собой, крыло вырывалось. Я ждал, пока дома, поля и заводы не проступали из тумана, как на отпечатке в ванночке с проявителем, потом отпускал крыло, чтобы руки немного отдохнули. И картинка немедленно растворялась. И все повторялось заново. Кто кого перетянет – я облако или оно меня.

То, что мне удалось тогда сбросить высоту, – дело случая. Облако еще не достигло пика своего развития. Уйти от грозового облака было бы невозможно. После этого я стал читать все, что мне попадалось про облака. И вот что удалось узнать. В грозовом облаке средних размеров содержатся примерно 200 тыс. т воды. При ее конденсации выделяется такое же количество тепла, как и при взрыве шести атомных бомб вроде той, что сбросили на Хиросиму. Именно эта энергия и питает гигантский насос – вертикальная скорость потоков в облаке достигает десятков метров в секунду. Этого достаточно, чтобы оторвать крылья любому самолету. Эта же циклопическая сила приводит и к разделению положительных и отрицательных зарядов в облаке. Электрическая мощность облака достигает гигаватта – как у реактора чернобыльского типа. В грозовых разрядах могут происходить даже ядерные реакции.

Но больше всего меня поразило другое. Напряженность электрического поля в облаке недостаточна для возникновения молнии. Тут нужен особый пусковой механизм, резко понижающий электрическое сопротивление воздуха. По всей вероятности, эту роль играют галактические космические лучи – заряженные частицы сверхвысоких энергий. Они порождают в атмосфере множество элементарных частиц, ионизируя воздух и формируя канал, по которому проходит молния. Выходит, что наши земные грозы порождаются летящими в космосе частицами звезд, взорвавшихся миллионы лет назад.

Так благодаря облаку, давно растаявшему в небе над Сопотом, я попытался глубже вникнуть в суть процессов, протекающих в природе. И здесь мне очень помогли химическое образование и опыт полевой работы – как специалист в области радиоактивности окружающей среды я участвовал в одиннадцати морских экспедициях.

Так для меня постепенно приоткрывалась многоплановость мира, сложнейшая взаимосвязь и тонкая настройка процессов на всех уровнях – от атомного ядра и до человеческого общества. С тех пор я стараюсь не забывать, что мир устроен гармонично, и это знание, как ни странно, поддерживает меня уже немало лет.

Введение

Долгое странствие

Если дорогой ты путника встретишь и путник тот спросит:

«Что за лопату несешь на блестящем плече, иноземец?» –

В землю весло водрузи – ты окончил свое роковое,

Долгое странствие[2 - Перевод В. А. Жуковского.].

    Гомер. Одиссея

Караван британской экспедиции Джеймса Ричардсона двигался вглубь Сахары уже около 80 дней. С руководителем экспедиции были еще двое европейцев – доцент Берлинского университета географ Генрих Барт и астроном из Бонна Адольф Овервег. Как и другие подобные предприятия, экспедиция Ричардсона помимо научных задач имела также политические и коммерческие цели. Путешественники должны были разведать торговые пути от оазисов Сахары до городов на южной ее границе. Чтобы не вызывать раздражения у французов, владевших Северной Африкой, было решено придать экспедиции международный характер. Так в ней оказались двое ученых из Германии. Путешественники готовились тщательно: в их поклаже была даже разборная лодка, вызывавшая неизменные расспросы у жителей пустыни, – ею надеялись воспользоваться на озере Чад.

6 июня 1850 г. Барт, выбирая место для лагеря, обнаружил на камнях искусно выполненные изображения. На одном из них была антропоморфная фигура с рогатой головой (рис. 1), на другом – стадо быков на водопое. Странно, но на рисунках не было верблюдов, без которых жизнь в пустыне представить невозможно. Барт сделал вывод, что изображения «свидетельствуют об образе жизни, весьма отличном от того, что мы привыкли видеть сейчас в этих регионах» (Barth, 1857).

Странствие Барта затянулось более чем на пять лет. Оба его товарища умерли от неизвестной болезни, и (небывалый случай!) Форин-офис уполномочил немца Барта руководить британской экспедицией. Он пересек Сахару с севера на юг и обратно, исследовал обширные территории к югу от озера Чад, пройдя в общей сложности 20 тыс. км. Барт стал третьим европейцем, посетившим таинственный город Тимбукту, и вторым, кто вернулся оттуда живым[3 - Благодаря своему географическому положению на берегу реки Нигер и на южном краю Сахары Тимбукту играл важную роль как центр транссахарской торговли. В Средние века город стал также важным духовным центром ислама. Первым из европейцев Тимбукту посетил шотландец Александр Ленг в 1826 г. Однако он был убит вскоре после того, как покинул город. Через два года до Тимбукту добрался француз Рене Кайе. Город его не впечатлил: «У меня было иное представление о величии и богатстве Тимбукту. На первый взгляд город представлял лишь множество ветхих домов, построенных из земли». Кайе удалось вернуться домой и получить награду, обещанную Французским географическим обществом за достоверную информацию о Тимбукту.]. Он составил первые карты Сахары и Сахеля, исследовал культуру и языки местных жителей. Вестей от Барта не было так долго, что «Таймс» сообщила о его смерти (Prothero, 1958). Возвращение в Европу стало для него горьким разочарованием. Многочисленные открытия в географии и антропологии не принесли ему ни славы, ни богатства. Его «прокатили» на выборах в Прусскую академию наук, и он так и не дождался профессорской кафедры в Берлинском университете. Имя его почти забыто[4 - К счастью, его биография издана на русском языке (Геншорек, 1985).].

Рис. 1. Рисунок из книги Барта (Barth, 1857, p. 197)

Нехватка знаний о территориях, расположенных к западу от Нила, восполнялась слухами и легендами о затерянных в песках оазисах; часть из них восходит к «Истории» Геродота. Особое место среди этих историй занимала легенда об оазисе Зерзура, который упоминается в арабском руководстве для искателей сокровищ XV в., «Книге скрытых жемчужин». Зерзура предстает в ней как белый город в пустыне, с пальмовыми и оливковыми рощами, наполненный несметными богатствами. В начале 1930-х годов Зерзура становится постоянной темой «Географического журнала» – основного издания Королевского географического общества. В 1929 г. группа исследователей, в основном британских офицеров и колониальных чиновников, основала клуб «Зерзура» в пабе в Вади-Халфе, Судан. Это был закрытый джентельменский клуб, членов которого объединяли поиски таинственного оазиса.

В начале 1930-х годов к клубу искателей Зерзуры присоединился венгерский граф Ласло Алмаши (1895–1951), летчик-ас Первой мировой, путешественник и немецкий разведчик. Его бурная биография легла в основу романа Майкла Ондатже и одноименного фильма «Английский пациент». Алмаши учился на инженера в Лондоне. Автомобиль он водил с 10 лет, а в 17 получил лицензию пилота. В 1929 г. Алмаши путешествовал по Восточной Африке, Судану и Египту как представитель австрийской автомобильной фирмы. С появлением автомобилей и самолетов стало возможно исследовать территории, ранее недосягаемые для караванов. В 1932 г. участники экспедиции с воздуха заметили зеленую долину, которую приняли за Зерзуру. Через год, обследуя одну из долин на западной стороне плато Гильф-эль-Кебир, Алмаши нашел небольшую пещеру. На стенах ее были изображены антилопы, жирафы и, самое удивительное, фигуры плывущих (а может, тонущих?) людей. Этого меньше всего можно было ожидать в пустыне. Алмаши сделал тот же вывод, что и Барт: Сахара не всегда была безводной. Сейчас мы знаем, что около 7 тыс. лет назад, когда были изображены фигуры пловцов (Riemer et al., 2017), Сахара была саванной. Из гигантских озер той эпохи до наших дней сохранилось лишь озеро Чад, которое 7 тыс. лет назад было размером с Каспийское море. И недавно выявленное наскальное изображение пресноводной медузы в центральной Сахаре уже не кажется столь фантастическим (Dumont, 2017). Оно было известно на протяжении десятилетий и в 1981 г. даже попало на алжирскую почтовую марку (рис. 2). Но видели в нем что угодно, только не медузу. И действительно – откуда ей взяться в Сахаре?

Рис. 2. Алжирская почтовая марка. Таинственный объект в правой части рисунка, по-видимому, пресноводная медуза (Dumont, 2017). Из коллекции автора

Теперь известно, что с периодичностью в 22 тыс. лет, подчиняясь циклам прецессии земной оси[5 - Подробнее об этом см. главу 3.], в Сахаре устанавливается влажный климат. Около 10 тыс. лет назад летняя инсоляция Северной Африки была выше примерно на 7 %. Это приводило к большему контрасту температур между сушей и океаном и усиливало летний муссон.

Периоды «зеленой Сахары» сыграли важную роль в истории человечества. Биологический вид Homo sapiens возник в Восточной Африке примерно 200–150 тыс. лет назад. Однако расселению людей за пределы первоначального ареала препятствовали пески Сахары, Аравии и Леванта. Судя по археологическим находкам и генетическим исследованиям, люди мигрировали из Африки и расселялись по планете волнами (рис. 3). Сначала они заселили Аравию и Левант (120–90 тыс. л. н.), около 50 тыс. лет назад люди появились в Австралии, а примерно на 5 тыс. лет позже – в Западной Европе (De Menocal, Stringer, 2016). Реконструкция климатов прошлого (Timmermann, Friedrich, 2016) приводит к выводу, что несколько раз в течение последнего ледникового цикла открывался «зеленый коридор» через Аравию и Левант. Периоды, благоприятные для миграции, были 106–94, 89–73, 59–47 и 45–29 тыс. лет назад[6 - В этой книге часто будет идти речь о временных рамках тех или иных событий. Как указывать промежутки времени и что брать за начало отсчета временной шкалы? Вопрос не столь очевидный, как кажется. В нашей повседневной жизни мы привыкли использовать отсчет времени от Рождества Христова. Впрочем, дата эта была вычислена в VI в. монахом Дионисием Малым, по-видимому, с ошибкой в несколько лет. По мнению многих современных историков, Иисус Христос родился в 5 г. до Р. Х., как бы странно это ни звучало. В научной литературе чаще используют религиозно нейтральный синоним «наша эра». Но такой отсчет времени удобен лишь для относительно недавних событий, произошедших не более нескольких тысячелетий назад. Летоисчисление от Р. Х. используют историки и археологи, но палеонтологам, геологам и палеоклиматологам оно неудобно. Они чаще говорят о том, что то или иное событие произошло столько-то лет назад. В англоязычной литературе этому соответствует обозначение BP – before present, то есть до настоящего времени. Когда мы указываем промежуток времени, не важно, идет ли речь о летоисчислении от Р. Х. или до настоящего времени, мы указываем даты слева направо, то есть от начала промежутка к концу, например 200–150 тыс. лет назад, или 356–323 гг. до н. э., или 1799–1837 от Р. Х.]. Так человеческие волны управлялись климатическими факторами, а они, в свою очередь, – влиянием тяготения небесных тел на движение Земли по орбите. Эти же астрономические факторы задавали темп оледенений, а значит, и колебаний уровня моря. Мелководный Берингов пролив в ледниковые эпохи превращался в сухопутный мост, по которому и люди, и животные свободно перемещались между Азией и Америкой. Так произошло заселение Америк около 15 тыс. лет назад – вскоре после максимума последнего оледенения (Goebel et al., 2008).

Рис. 3. Расселение Homo Sapiens по планете (De Menocal, Stringer, 2016)

Исход из Африки – лишь один из примеров того, как климат задавал темп и направление развития цивилизации. Из сравнительно недавних примеров можно упомянуть становление испанской и португальской колониальных империй. Их успех во многом был предопределен удачным расположением, наличием удобных промежуточных баз – архипелагов в Северной Атлантике (Азоры, Канары, Кабо-Верде). Но главной составляющей успеха были пассаты, приводившие в движение корабли. Путешествия испанцев и португальцев начинались в субтропиках, ближе к пассатной зоне, где ветра дуют от берегов Европы к Америке. Напротив, в умеренных широтах господствует западный перенос, то есть ветра дуют преимущественно от Америки к Европе, что препятствовало плаваниям англичан и голландцев (Bankoff, 2017).

Длительность существования нашей цивилизации ничтожна в сравнении с возрастом Земли. Оно полностью укладывается в голоцен – последнее межледниковье, начавшееся 11,7 тыс. лет назад. По счастью, голоцен отличается относительной стабильностью условий, однако региональные изменения температуры и влажности были порой достаточно сильными, чтобы сыграть решающую роль в подъеме и упадке древних сообществ. Так, возможной причиной упадка цивилизации майя стала затяжная засуха в IX–XI вв. (Douglas et al., 2016а; Luzzadder-Beach et al., 2016). Другой хрестоматийный пример воздействия климатических факторов на ход истории – коллапс некогда процветавших поселений викингов в Гренландии (Barlow et al., 1997; Arneborg et al., 1999; Lynnerup, N?rby 2004; Dugmore et al., 2012), связанный с наступлением малого ледникового периода. В иных случаях причиной кризиса становились разного рода природные катастрофы. Извержения вулканов, землетрясения и цунами порой приводили к гибели городов и смене царствующих династий. Считается, что извержение вулкана Санторин около 1600 г. до н. э. (Friedrich, 2006) и последовавшее за ним цунами (Bruins et al., 2008) стали причиной упадка минойской цивилизации. Сильнейшее извержение вулкана Уайнапутина в Перу 19 февраля 1600 г. привело к уменьшению притока солнечной радиации к земной поверхности, так как ее задерживал вулканический аэрозоль. В результате заметно похолодало (De Silva, Zielinski, 1998; Verosub, Lippman, 2008; Fei et al., 2016). С этим извержением иногда связывают три неурожайных года в России (1601–1603), ставшие причиной Смутного времени (Verosub, Lippman, 2008).

Итак, история человечества неразрывно переплетена с историей климата. Чтобы заглянуть в будущее, нам необходимо понять механизмы, управляющие климатом. Это сделать невозможно, оставаясь в рамках современности, не разобравшись с историей развития нашей планеты. Чем глубже мы погружаемся в прошлое, тем меньше мы о нем знаем. В этой книге мы в основном ограничимся рамками нашей геологической эры – кайнозоя. Как правило, этого достаточно, чтобы кратко обрисовать основные факторы, воздействующие на климат. Некоторым из них – орбитальному влиянию, тектонике плит, солнечной активности, катастрофическим столкновениям с космическими телами – в книге посвящены отдельные главы.

Расселившись по планете, человечество вскоре перестало быть пассивной частью биосферы. Воздействие человека на природу началось еще с неолита – с переходом от кочевого образа жизни к оседлому. С тех пор человек активно преобразует планету, выжигая и вырубая леса, распахивая землю, все активнее потребляя водные и минеральные ресурсы, вмешиваясь в геохимические циклы. Не исключено, что наибольшую и при этом наименее осознаваемую угрозу несет именно антропогенное воздействие на климат, связанное с изменением состава атмосферы. Антропогенному влиянию на климат посвящена последняя глава книги. Куда нас оно приведет – сказать трудно, ибо воздействие человека на природную среду определяется не законами термодинамики или небесной механики, а развитием технологий, политических систем и общественного сознания.

Глава 1

Климат сегодня

Освежив горячее тело

Благовонной ночною тьмой,

Вновь берется земля за дело

Непонятное ей самой.

    Николай Гумилев. Поэма начала

1.1. Климат и погода. Изменения климата

Разговоры о погоде станут интересными при первых признаках конца света.