Краткая история почти всего на свете - Билл Брайсон

В 1860-х годах журналы и другие научные издания в Британии стали получать статьи по гидростатике, электричеству и на другие научные темы от Джеймса Кролла из университета Андерсона в Глазго. Одна из статей о том, как изменения земной орбиты могли способствовать ледниковым периодам, опубликованная в Philosophical Magazine в 1864 году, была сразу признана трудом самого высокого уровня. Так что было несколько неожиданно и, пожалуй, чуточку неловко, когда оказалось, что Кролл был в университете вовсе не ученым, а привратником.

Кролл родился в 1821 году и рос в бедной семье, его официальное образование ограничилось учебой в школе до 13 лет. Он сменил много мест работы — был плотником, страховым агентом, содержал гостиницу, — пока не занял должность привратника в университете Андерсона (ныне Стратклайдский университет) в Глазго. Сумев каким-то образом переложить большую часть работы на брата, он имел возможность проводить много вечеров в тишине университетской библиотеки, самостоятельно изучая физику, механику, астрономию, гидростатику и другие модные в то время науки, и мало-помалу начал выдавать одну статью за другой, с особым упором на особенности движения Земли и их влияние на климат.

Кролл первым высказал мысль, что циклические изменения формы орбиты Земли от эллиптической (т. е. слегка овальной) до почти круглой и снова до эллиптической, возможно, служат объяснением наступления и ухода ледниковых периодов. Никто раньше не додумался до астрономического объяснения изменения климата Земли. Почти исключительно благодаря убедительной теории Кролла британцы стали охотнее воспринимать мысль, что в какое-то время в прошлом отдельные части Земли находились во власти льда. Изобретательность и способности Кролла нашли признание; он получил место в Геологической службе Шотландии и много почетных званий: действительного члена Королевского общества в Лондоне и Нью-Йоркской академии наук и среди многих прочих почетную степень в университете Сент-Эндрюс.

К сожалению, как раз в то время, когда теория Агассиза начинала находить приверженцев в Европе, сам он увлекся ее распространением на все более экзотические области в Америке. Находя свидетельства ледников практически повсюду, куда заглядывал, включая местности близ экватора, он в конце концов пришел к убеждению, что когда-то лед целиком покрывал Землю, уничтожив все живое, и Бог сотворил жизнь заново. Ни одно из доказательств, приводившихся Агассизом, не подкрепляло эту точку зрения. Несмотря на это, его видное положение в принявшей его стране росло и росло, пока его не стали считать чуть ли не божеством. После его смерти в 1873 году Гарвардскому университету пришлось назначать на его место трех профессоров.

Однако, как это часто бывает, его теории скоро вышли из моды. Менее чем через десять лет после смерти Агассиза его преемник на кафедре геологии в Гарварде писал, что «так называемая ледниковая эра… так популярная несколько лет назад среди гляциологов, теперь может быть без колебаний отвергнута».

Проблемы отчасти возникли в связи с тем, что по вычислениям Кролла получалось, что самый последний ледниковый период имел место 80 тысяч лет назад, тогда как геологические находки все больше указывали, что Земля претерпела какую-то драматическую пертурбацию значительно позже. Без убедительного объяснения того, что могло вызвать ледниковый период, вся теория повисала в воздухе. Так бы и оставалось какое-то время, если бы не сербский ученый Милутин Миланкович. Он не имел никакой подготовки в области движения небесных тел — по образованию он был инженером, — но в начале 1900-х годов вдруг заинтересовался этим предметом. Миланкович понял, что проблема не в самой теории Кролла, а в том, что она слишком упрощена.

Земля движется в пространстве не только по меняющей длину и форму орбите, но также и подвержена ритмичным колебаниям углов ее ориентации по отношению к Солнцу. Повороты и покачивания сказываются на продолжительности и интенсивности солнечного освещения на любом клочке земли. На длительных периодах времени наибольшее влияние оказывают три типа изменений колебания наклона оси, прецессия и изменения эксцентриситета орбиты.364 Миланковича интересовало, нет ли связи между наступлениями и отступлениями ледников и этими сложными циклами. Сложность заключалась в том, что они очень сильно разнились по длительности — приблизительно 20, 40 и 100 тысяч лет соответственно, но при этом в каждом случае варьировались в пределах нескольких тысяч лет. Это означало, что определение их совокупного эффекта в течение длительных интервалов времени требовало практически бесконечного объема упорных вычислений. В сущности, Миланковичу требовалось вычислить углы падения и продолжительность поступления солнечного излучения для каждой широты и каждого времени года за миллион лет, скорректировав их с учетом трех постоянно меняющихся переменных.

К счастью, именно такой кропотливый труд как нельзя больше отвечал характеру Миланковича. Следующие 20 лет, даже во время отпусков, он безостановочно работал карандашом и логарифмической линейкой, делая вычисления для своих таблиц циклов — теперь с помощью компьютера ее можно сделать за день-другой. Все вычисления приходилось делать вне работы, но в 1914 году у Миланковича вдруг появилась уйма свободного времени — разразилась Первая мировая война, и он попал под арест как резервист сербской армии.365 Большую часть следующих четырех лет он провел под не очень строгим домашним арестом в Будапеште; от него лишь требовалось раз в неделю отмечаться в полиции. Все остальное время он просиживал в библиотеке Венгерской академии наук. Он был, пожалуй, самым счастливым военнопленным в истории.

Конечным результатом его кропотливых расчетов и записей явилась вышедшая в 1930 году книга «Математическая климатология и астрономическая теория климатических изменений». Миланкович был прав в том, что между ледниковыми периодами и покачиваниями планеты существует связь, хотя, как и большинство людей, он полагал, что к этим длительным периодам похолодания вело постепенное увеличение числа суровых зим. Российско-немецкий метеоролог Владимир Кеппен, тесть Альфреда Вегенера, нашего знакомого из главы о тектонике, увидел, что процесс этот более тонкий и довольно коварный.

Причину ледниковых периодов, решил Кеппен, следует искать в холодном лете, а не в жестоких зимах. Если в летние месяцы слишком холодно, чтобы растаял весь выпавший в данном регионе снег, его поверхность будет отражать больше солнечных лучей, усугубляя похолодание и способствуя выпадению большего количества снега. Последствия могут развиваться бесконечно. По мере того, как снег накапливается, образуя ледяной щит, регион будет все больше охлаждаться, порождая дальнейшее накапливание льда. Как замечает гляциолог Гвен Шульц,366 «образование ледяных щитов не обязательно зависит от количества снега, а просто от постоянного наличия, пусть малого количества, снега». Считают, что ледниковый период мог начаться с единственного необычно холодного лета. Оставшийся лежать снег отражает тепло, усугубляя эффект охлаждения. «Процесс самонарастающий и неостановимый, и как только льда нарастает много, он приходит в движение», — пишет Макфи. Вы получаете наступление ледников и ледниковый период.

В 1950-х годах из-за несовершенства техники датирования ученые не могли соотнести тщательно вычисленные циклы Миланковича с предполагавшимися тогда сроками ледниковых периодов, так что Миланкович со своими расчетами все больше впадал в немилость. Он умер в 1958 году, так и не сумев доказать, что его расчеты циклов верны. К тому времени, пользуясь словами одного труда по истории того периода, «стоило большого труда найти геолога или метеоролога, который считал бы эту модель более чем исторической диковинкой». Лишь в 1970-х годах, с усовершенствованием калий-аргонового датирования древних отложений на дне морей, его теории наконец получили подтверждение.

Одних циклов Миланковича недостаточно, чтобы объяснить циклы ледниковых периодов. Присутствует много других факторов — не в последнюю очередь расположение материков, особенно наличие масс суши над полюсами. В деталях влияние этих факторов пока не вполне ясно, однако высказывалось предположение, что если бы передвинуть Северную Америку, Евразию и Гренландию всего на 500 км к северу, то получился бы непрерывный ряд неотвратимых ледниковых периодов. Кажется, нам очень повезло, что мы вообще имеем какую ни на есть хорошую погоду. Еще менее понятны полосы сравнительно мягкого климата внутри ледниковых периодов, называемые межледниковьями. В некоторое замешательство приводит осознание того, что вся осмысленная человеческая история — развитие земледелия, основание поселений, появление математики, письменности и наук и все остальное — приходится на такой нетипичный отрезок хорошей погоды. Предыдущие межледниковья продолжались всего лишь по 8 тысяч лет. Нынешнее уже отметило 10-тысячную годовщину.