Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога - [51]

Уже в середине XIX в. некоторые ученые начали разрабатывать гипотезу о том, что изменение параметров земной орбиты может влиять на характер инсоляции Земли (облучения поверхности планеты солнечным светом) и, как следствие, вызывать эпизодические периоды оледенения. Было установлено, что гравитационное влияние Луны и соседних планет вызывает циклические изменения трех параметров движения Земли в космосе: (1) эллиптическая форма орбиты Земли вокруг Солнца, характеризуемая эксцентриситетом, слегка растягивается и сжимается с цикличностью в 100 000 лет, (2) угол наклона земной оси меняется между примерно 21,5° и 24,5° каждые 41 000 лет и (3) ось вращения Земли раскачивается, как у крутящегося игрушечного волчка, и делает полный круг примерно за 23 000 лет — это явление называется прецессией Земли, и в результате него происходит постепенная смена полушарий, направленных к Солнцу в точке солнцестояния. Сегодня эти три переменные называются циклами Миланковича в честь сербского геофизика, создателя математической климатологии Милутина Миланковича (1879–1958), который, пережив две мировые войны в статусе перемещенного лица, тем не менее сумел рассчитать комбинированное воздействие этих циклов на освещенность Земли солнечным излучением.

Следует уточнить, что первые тщательные расчеты орбитальных циклов были выполнены еще за полвека до этого гениальным шотландским самоучкой Джеймсом Кроллом (1821–1890) — факт, который Миланкович полностью признавал. Кролл родился в очень бедной семье и, несмотря на интерес к учебе и явный математический талант, не мог посещать даже среднюю школу. Проработав несколько лет управляющим гостиницей и торговцем чаем, он устроился уборщиком в колледж Андерсона в Глазго, где допоздна засиживался в библиотеке, изучая научные труды (такая вот судьба, похожая на сюжет фильма «Умница Уилл Хантинг», вышедшего в 1997 г.).

В 1860-е гг. Кролл начал переписку с Чарльзом Лайелем, изложив тому свои расчеты вариаций орбитальных параметров Земли и их влияния на климат. Лайель, который к тому времени неохотно признал ледниковую теорию, был впечатлен его блестящим умом и помог получить место секретаря в Шотландской геологической службе. (Кролл также переписывался с Дарвином по вопросу о скорости эрозии.) Из расчетов Кролла следовало, что ледниковые периоды в Северном и Южном полушарии наступали не синхронно из-за противоположных эффектов прецессии. Этот результат понравился Лайелю, поскольку означал, что в среднем на Земле сохранялось устойчивое состояние — идея, от которой отец униформизма никак не мог отказаться. Но спустя полвека Миланкович подтвердил, что на самом деле из-за непропорциональной концентрации массы суши в Северном полушарии влияние прецессионного цикла на северные широты играло доминирующую роль в глобальной климатической системе.

Однако ни у Кролла, ни у Миланковича не было геологических данных высокого разрешения, чтобы проверить свои расчеты. К 1880-м гг. выдающийся геолог Томас Краудер Чемберлин (уроженец Висконсина, имя которого носит дорогая моему сердцу некогда покрытая ледниками долина на Шпицбергене) выделил четыре отдельных эпизода оледенения, названные им в честь штатов, где лучше всего сохранились соответствующие ледниковые отложения, — висконсинское (самое молодое), иллинойское, канзасское и небраскское. К сожалению, установить абсолютный возраст этих событий, а также узнать, не предшествовали ли им более ранние циклы оледенений, невозможно. Проблема с наземными гляциальными летописями заключается в том, что каждое новое продвижение ледникового щита стирает записи о предыдущих событиях и наносит поверх них новые, подобно тому как ледовый комбайн в перерывах хоккейного матча обновляет поверхность льда, срезая верхний слой и заливая сверху новый. Висконсин (кроме той самой Безнаносной области) был покрыт ледником в ходе всех четырех оледенений, однако распознать моренные следы трех более ранних событий в большинстве случаев почти невозможно.

В последние годы XIX в. Чемберлин и многие другие исследователи размышляли о причинах ледниковых эпох, рассматривая не только орбитальные циклы, но и вулканизм, горообразование и циркуляцию океана. В 1896 г. шведский химик Сванте Аррениус доказал, что некоторые газы, присутствующие в небольших количествах в атмосфере, особенно угольная кислота (H₂CO₃, соединение углекислого газа с водяным паром), могут влиять на климат из-за того, что беспрепятственно пропускают на Землю коротковолновое солнечное излучение (свет), но блокируют длинноволновое излучение (тепло), исходящее от поверхности Земли[98]. (Он даже высказал идею, что выбросы от сжигания угля в будущем могут «улучшить» климат Швеции.) Все эти гипотезы в конечном итоге окажутся потом хотя бы частично верными, но в то время их невозможно было проверить, так как отсутствовала высокоразрешающая информация об изменении климата с течением времени. На протяжении многих десятилетий вина ни одного из этих подозреваемых во влиянии на климат не могла быть доказана наверняка: имевшиеся улики были слишком скудными и косвенными.