скачать книгу бесплатно
Дерзкие мысли о климате
Лев Иванович Файко
Наталья Львовна Колчанова
Книга общедоступно характеризует состояние основных современных представлений о механизмах климатоформирования, акцентирует внимание на ошибках и заблуждениях, осложнивших раскрытие некоторых тайн климата. Автор обосновывает собственный новый взгляд на разительные контрасты теплообеспеченности разных широт и регионов Земли, излагает существо своей концепции о неравновесности теплообмена замерзающих водоёмов с внешней средой, а через это находит возможным предложить неординарные толкования ряду явлений, определяющих климат, и высказывает собственное отношение к субъективизму некоторых законов естествознания. Рассматриваются социальные аспекты взаимодействия природы и человека, в том числе проблемы мелиорации климата.
Лев Файко
Дерзкие мысли о климате
Посвящается горячо любимому мужу, отцу и деду. Эта работа написана им незадолго до кончины. Рукопись лежала в домашнем архиве, ждала своего часа – быть опубликованной, как завещал автор.
Будем знакомы!
(Вместо предисловия)
Интригующее название книги вероятно у многих читателей, а у ученых особенно, уже возбудило вопрос: а кто собственно её автор, осмелившийся дерзить или дерзать в столь древней области знаний? или и сюда уже проник задиристый неформал?
Замечу, однако, что автор этой книги не новичок в науке. Но шёл он к ней путями не совсем обычными. Я долго искал своё призвание и потому пытался получить высшее образование по четырем разным специализациям: радиотехнике, инженерному строительству, гуманитарному профилю и, наконец, по физической географии. 24 семестра тянулось такое обучение и только 4 очное. Зато последние 12 семестров географического факультета были преодолены за полтора года. Но в дипломной работе впервые «надерзил» – осмелился не согласиться с некоторыми видными учеными и с преподавателями, от которых получал знания. С большим трудом отстояла меня экзаменационная комиссия, оценив работу на «тройку». А через два года эта работа, минуя аспирантуру, стала кандидатской диссертацией, без сучка и задоринки защищенной в Институте географии АН СССР в Москве. Предметом исследований было ледовое явление, а я стал, ко всему прочему, ещё и гляциологом. Дошло и до докторской диссертации, однако же не запланированной и неординарной.
Здесь «дерзость» не прошла: большинство членов Совета работу одобрили, но одного голоса «за» всё же не хватило.
С тех пор тревожит жгучий вопрос – как же мы одолеем догматизм, самую опасную беду науки, если авторитетным ученым дано право лишь одной третью голосов подавлять новую мысль, рождающуюся, как правило, у одиночек? Почему в науке ущемлен элементарный демократизм, мнение простого большинства? Ведь за высокопоставленным подавлением новой мысли автоматически следует запрет на её развитие. И всё-таки я написал ещё одну, уже на другую тему, докторскую диссертацию. И её по негласному совету сверху «зарезали» на так называемой «предзащите». Дерзкие мысли оказались в западне.
Поставив до поры крест на высшую ученую степень, развязал себе руки и отрешившись от всяких хорошо оплачиваемых научно-административных должностей, вне всяких утвержденных планов НИР (научно-исследовательских работ), начал работать над этой книгой, не имея ещё ни малейшей надежды на её опубликование. Но вот подошла перестройка, гласность, свобода разномыслия и ситуация резко изменилась.
Так что по характеру интересов и основной деятельности автор ученый, а по форме – неуч. Значит так и есть, что «неформал». Вот такой невеселой шуткой и ограничим пока наше первое знакомство.
О чем эта книга?
(Вместо введения)
«… Преодоление препятствий само по себе есть осуществление свободы…».
К. Маркс
О природе сейчас пишут много, да так часто одно и то же, что, взяв в руки всякую новую книгу о ней, думаешь – а вдруг и здесь опять то же, уже приевшееся?
Спешу упредить читателя – отбрось сомнения, здесь не то же самое. Здесь мысли, вырвавшиеся из пут застоя в естествознании. О таком застое мы наслышаны ещё мало, но он есть и, как во всяком деле, здесь прижившиеся ошибки и шаблоны немало сдерживают общее развитие наук о Земле.
Эта книга полезна всем, кто хорошо осознал или ещё не осознал, что Земля – это наш единый дом, кто любит порядок в своём доме, кто болеет душой за судьбу своего дома, необходимого не только нам, но и нашим потомкам на многие тысячелетия.
Сейчас думы о Земле повсеместно и постоянно фокусируются на понятии «экология» – учении о взаимодействии человека и всего живого с окружающей неживой природой. Однако состояние самой экологии в первую очередь и повсеместно зависит от климата. Даже незначительные его трансформации вызывают чувствительные изменения существования не только для всех бегающих и плавающих живых существ, и растительности, но и для человека и его производства. Вот почему тревога о климате и о возможности его изменений звучит ныне, хотя и не столь часто, как о возможном нарушении экологии, зато она неизбежно присутствует почти в каждом сетовании на экологию. Здесь всё усложняется ещё и тем, что на отнюдь неясные проблемы вероятности естественных изменений климата накладываются зримые, но столь же неясные и мрачные перспективы непреднамеренных воздействий человека на климат.
Но самая страшная, обескураживающая человеческий разум правда состоит в том, что до сих пор мы мало достоверно знаем о механизмах, формирующих климат, и потому всякие наши рассуждения о возможности воздействия на него в лучшем случае сказываются сомнительными и, вполне вероятно, что часто вовсе неверными. Пока мы беспомощны перед угрозами изменений климата. Тридцать ведущих ученых-климатологов из 14 стран мира это хорошо осознали. Собравшись вместе, они не смущаясь, констатировали: «Мы встревожены тем, что существуют большие и серьёзные пробелы в наших знаниях о тех процессах, которые определяют климат». (Непреднамеренные воздействия на климат, 1974, с 14).
Такое заключение актуально по сей день. Я убедился в этом, лично участвуя в Международном симпозиуме на тему «Взаимодействие оледенения с океаном и атмосферой», состоявшемся осенью 1990 года в Ленинграде (Санкт-Петербург). Здесь было сообщено о многих новых наблюдаемых фактах, не получивших объяснения, но практически не сообщено ни об одной новой обещающей концепции по основам природы климатоформирования. В этом главном вопросе неясностей не убавилось.
В предисловии к русскому переводу вышеназванной книги её ответственный редактор, наш известный климатолог, член-корреспондент АН СССР М. И. Будыко, похоже, вовсе не разделяя тревоги зарубежных ученых пишет о каких-то достижениях в области познания климатической роли углекислого газа и аэрозолей в атмосфере, что даёт якобы возможность «наряду с рассмотрением непреднамеренных воздействий на климат обсуждение различных методов глобального регулирования климата».
Откуда такой оптимизм? А всё от тех же доперестроечных настроений.
Ведь и у нас были и есть ученые, которые сомневались в методологической непогрешимости преувеличения роли углекислого газа, в корректности теплобалансовых расчетов и многих иных наших теорий, о которых мы пишем далее, но критика их якобы ставила нашу науку в невыгодное положение и потому умалчивалась в угоду более оптимистической лженауке.
Нельзя сказать, что наши ученые мало работали. У нас постоянно создавались новые институты, интенсивно множились ряды кандидатов и докторов наук, лавиной шли научные публикации. Наша наука не сидела без дела, она не просто двигалась, она бежала и по сей день бежит. Но бежала и бежит без оглядки и потому во многих направлениях заскочила в беспросветные тупики. Оглядываться ей не позволяют многочисленные и строгие бюрократические запреты на повторение пройденного, на дублирование, а бежать заставляли подстегивания призывами «догнать и перегнать»! Ученый, задумавший повторение неверно начатого пути исследования, часто обречен расстаться с наукой. Мысль в жесткой упряжке тематических планов исследований не имеет права лавировать в поисках верного пути. Уклониться от плана значит ничего не сделать. Значит лучше сделать неверно, чем повернуть на более обнадёживающий путь. Негласно принятый в науке принцип, что отрицательный результат есть тоже научный результат, действует исправно и легко покрывает промахи.
Что делает здравомыслящий человек, если, плутая по незнакомой дороге, он уперся в тупик? Он возвращается либо до первого пройденного поворота дороги, либо к исходному пункту и начинает искать дорогу снова. И в этой книге, кратко анализируя современное состояние того или иного спорного представления в области науки о климате, мы будем по возможности каждый раз, не пренебрегая и школьными истинами, начинать с азов. Наверное, не все новые пути, которые мы выберем и по которым пойдём на поиск истины, не все рождающиеся при этом гипотезы или версии окажутся верными, но зато мы лишний раз убедимся, что повторение не просто «мать учения», но и, пожалуй, самый верный способ вывести мысль из тупика.
В начале книги и реже далее встречаются вроде бы уж вовсе лишние, сродни назиданиям, пояснения элементарных понятий о теплообмене. Но не спешите обойти их вниманием, ибо даже в самом понятии «теплообмен» имеются нюансы, способные увести мысль в сторону. А на представлениях о физике фазовых превращениях, знакомых школьникам, основательно спотыкались крупнейшие ученые, трудами которых питалась сама климатология. Мало того, мой опыт общения со многими учеными показывает, что мы очень часто не понимаем друг друга в полемике о теплообмене лишь только потому, что по-разному понимаем явления, сопутствующие намерзанию и таянию льда, теплообмену при парообразовании и так далее.
А истина однозначна.
Во второй части книги мы познакомимся с казалось бы невероятным, но очевидным научным открытием, подающимся из первых рук и послужившим главным толчком для написания этой книги. А какие коренные изменения вносит это открытие во многие важнейшие представления о климате и механизмах его формирования, читатель узнает из многих последующих разделов книги.
Все природные явления на Земле строго регламентируются фундаментальными законами физики. Это верный компас исследователя. Но, как и компас может отклонить стрелку от нечаянно поднесенного к нему кусочка железа, так и писанный физический закон может увести исследователя в сторону от пути к истине, если вы вовремя не заметите, что на его курсе маячит субъективная помеха какого-то недостаточно проверенного, не принятого за истинное, представление. И в книге показывается как недостаточно физически обоснованное представление о якобы обязательном полном балансировании теплообмена земной поверхности с приходящей солнечной радиацией приводило к непреднамеренному нарушению закона сохранения энергии, а вместе с тем и к глубокому искажению показателей теплообеспеченности подстилающей поверхности на разных широтах Земли. Исправив эту ошибку, мы одновременно обнаружим ранее остававшиеся неизвестными разительные различия климатов Земли.
Особенно не повезло известному Второму началу термодинамики, основанному на постулате Клаузиуса и констатирующему вроде бы очевидный факт, что теплота не может сама собой переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому. Но многие и многими реально наблюдаемые факты казалось бы противоречат этому постулату возможностью проистекания обратного теплообмена. Обобщение таких фактов и составило суть представления о закономерности неравновесности теплообмена замерзающих водоёмов с внешней средой.
Их очевидность уже не вызывала сомнений, они легко подтверждались многочисленными расчётными проверками и по-новому осмысленными и объясненными фактами. Наконец-то стало ясно, почему вечная мерзлота промерзает очень глубоко, а тут же существующие озера глубоко не промерзают: я увидел, как значительна всюду роль талого стока в переносе энергии, о чём еще редко кто догадывался и ещё много нового, но над всем этим с трудом добытым принципиально новым знанием на многие годы нависла угроза краха, только из-за того, что сама закономерность не согласовывалась с постулатом Клаузиуса. И не случайно я подключился к хору критики этого постулата. И всё-таки сам же нашёл, что передача тепла от более холодной (в среднем за год) атмосферы к более теплой воде замерзающих полярных бассейнов происходит не сама собой, а под воздействием работы внешней силы … земного притяжения, постоянно удерживающей лёд на поверхности воды. И хотя я признал правоту постулата Клаузиуса, не стал исключать из книги и сетования на него, ибо нахожу, что препоны, которые ставит этот постулат, перед исследователями и изобретателями обходятся невосполнимыми потерями. Не должна же из-за этого страдать наука и техника, выдающая и использующая очевидные факты неравновесных процессов, хотя ещё и не получивших в каждом конкретном случае исчерпывающих объяснений.
Ведь живём же мы энергией Солнца, до сих пор доподлинно не зная, почему оно светит и греет и никому не приходит в голову назвать это невозможным.
Найдя разгадку неравновесности теплообмена через плавучий лёд в силе земного притяжения, довелось написать, кажется, новую главу об участии тяготения в формировании климата.
Элементарные рассуждения и описанный в книге простейший опыт, доступный воспроизведению в невесомости, довольно уверенно утверждают нас в мысли, что всё неживое на Земле и на планетах движется, в конечном счёте, не теплом, как всегда понималось, а работой силы притяжения. Тепловые контрасты сами по себе не могут начать движение, если не происходит перемещений подвижных масс сообразно их изменяющейся от нагрева или охлаждения плотности. А такие движения и перемещения, сортируя массы по плотности, может возбудить только тяготение. Так, в зону нашего внимания попал величайший, но не до конца ещё раскрытый закон Всемирного тяготения Ньютона. Я не удержался подметить и его спорные положения, заодно предположив, что полное раскрытие этого закона непременно принесёт с собой множество новых представлений, в том числе о природе климата Земли и планет, и о законах развития планетных систем. Но это дело будущего. А пока мы использовали этот закон для объяснения движений лишь внешних сфер Земли, в том числе и тех, что определяют термику Мирового океана и парниковый эффект атмосферы Земли и планет.
Практически два основных положения: обнаружение фактов неравновесного теплообмена на внешних сферах Земли и роль тяготения в динамике внешних сфер дали основу для всех дальнейших детализаций теплообменных процессов, участвующих в формировании климата, а также погоды.
Неравновесность теплообмена замерзающих водоёмов с атмосферой, заставила меня по-новому взглянуть на климатоформирующую роль Северного Ледовитого Океана. Стало ясно, что этот Океан вовсе не теряет, как часто думали, а бережёт тепло мирового Океана. Кроме прочего, я попытался по-новому взглянуть на природу теплого течения Гольфстрим. Думаю, что этот экскурс интересен и полезен тем, что помогает понять, как и почему холодные воды полярных бассейнов распространяются на глубины даже приэкваториальных морей. Это в свою очередь позволяет усмотреть существенную климатоформирующую способность межокеанического водообмена и особую, можно сказать, ключевую роль в общем теплообмене Земли Северного Ледовитого Океана. Анализируя эти вопросы, существенно конкретизируется с помощью оценок, выполненных профессором В. Н. Степановым (1983). И тут же Антарктида, вечно подозревавшаяся в общеземной трате тепла. Оказалось, однако, что сколько-нибудь заметного для Земли количества тепла она терять не может по той простой причине, что сама его не имеет и отвлечь со стороны не может.
Далее мы поднимаемся в высоты атмосферы и снова «с азов» пытаемся вникнуть в неясности исходных положений физики атмосферы. Тут мы снова и основательно пытаемся разобраться в прижившемся современном толковании сути парникового эффекта, возвращая ему по прямой принадлежности сам пар и ставя на место роль углекислого газа. Таким путём мы, казалось бы, лишаем себя последней возможности хоть как-то прогнозировать изменения климата. Но далее ищем пути к устранению и этой бреши в наших представлениях.
Заново рассмотрена природа однонаправленного вращения атмосферы между экватором и полюсами, обгоняющего вращение самой Земли. Это позволяет лучше представить, как и почему в атмосфере распространяются всевозможные взвеси и даже погода. А как плохо у нас обстоит дело с прогнозом погоды, знает каждый.
Здесь возлагаются большие надежды на электронно-вычислительные машины, однако мы ещё плохо представляем, сможем ли безошибочно озадачивать эти умные устройства. Без исследования всего комплекса проблемы прогноза погоды, опять же с самого начала «с азов» и здесь не обойтись.
И тут снова возникает дерзкая мысль – а достаточно ли оправдано мы отдали монополию на выдачу прогноза погоды лишь Бюро погоды, к тому же связанному по рукам и ногам всевозможными руководствами и наставлениями ещё более узкого круга специалистов? Иной синоптик и дал бы собственный более надежный местный прогноз, но безопаснее укрыться за руководством! А что бы не попробовать на конкурсной основе позволить давать прогнозы нескольким способным специалистам и даже не специалистам? Вовсе не исключено, что разномыслие, состязательность и гласность может и здесь принести успех и новые знания.
От сегодняшней заботы о повседневном качестве прогноза погоды мы снова возвращаемся к волнующей всех проблеме возможного опасного изменения климата. Изменяющееся представление о сути парникового эффекта, если оно окажется верным, отводит широко оповещаемый призрак неотвратного прогрессирующего потепления климата, грозящего потопами и прочими опасными явлениями. Более обоснованное заключение гляциологов не исключает лишь некоторого потепления на ближайшую тысячу лет. В отдаленном будущем, через 22 000 лет возможно значительное оледенение, но очевидно, что человек уже способен будет упредить это опасное явление. Вовсе нельзя исключить и возможности незначительных похолоданий, например, в силу каких-либо стихийных бедствий: усиление вулканизма.
Рассматриваются и возможности сильного изменения парникового эффекта от непредвиденных явлений и полного оледенения Земли. И то, и другое может быть вызвано непреднамеренно самим человеком, например, при попытке искусственно изменить климат по ошибочно истолкованным представлениям. Однако парниковый эффект не может развиться до необратимого катастрофического состояния, до тех пор, пока на Земле будут существовать ледники или условия, не исключающие образования снега. Что касается полного оледенения, возможность которого не исключается некоторыми учёными, то исходя из анализа особенностей и возможностей теплообмена ледяных масс с солнечной радиацией и космосом, мы уверенно приходим к заключению, что эта опасность Земле не грозит вовсе.
Очень сложно судить об опасных динамических явлениях в атмосфере. В основе все эти явления имеют вихревую природу, и тут мы с огорчением узнаём, что сама природа вихревых движений изучена ещё недостаточно. Что же удивляться, если самые основательные приступы к раскрытию тайн динамики атмосферы практически ничего ещё не дают для их прогнозирования, не говоря уже о проблеме управления ими. Я и здесь попытался рассмотреть всё сначала и даже нашёл вроде нечто новое, но сколько-нибудь развить этот поиск уже недоставало возможности. Надо было завершить книгу, успеть сказать ещё нечто важное. А важной счёл необходимость поделиться своим мнением о том, как следовало бы беречь климат Земли, экологию человека и всего живого на ней и как научиться исправлять климат и управлять им, если возникает нужда в этом.
При чтении этой книги может возникнуть вопрос: откуда у автора взялась дерзость, а кто-то скажет и наглость, столь решительно уточнять, исправлять, а то и вовсе отвергать ряд слишком известных и хорошо укоренившихся представлений в системе знаний о климате и факторах его определяющих? Тут, пожалуй, следует сослаться на упомянутую концепцию о неравновесности теплообмена внешних сфер земли и на новые мысли, потянувшиеся за ней, которые страстно просились на простор общечеловеческих знаний, но всякий раз спотыкались о них же за не вяжущиеся с ними представления, требующими либо отстранения, либо исправления.
Но главное все-таки не в том, как дать дорогу новым мыслям, а в том, как их добыть. Тут поделюсь своим опытом. Неординарные научные заключения невозможно получить путем ординарного мышления. Если каждый из нас начнет мыслить одинаково, чему, впрочем, учат нас стандартные учебники и выученные по ним педагоги, то нового знания мы вряд ли получим, кроме как в случаях, которые подбрасывает нам сама природа и жизнь.
Неординарно мыслить, это значит отказаться от восприятия чужой готовой мысли, а обязательно проследить (а это можно сделать по тем же учебникам или иной литературе), как возникла эта мысль, может ли быть она получена иным подходом к ней, проверить, совпадают ли ее результаты при разном подходе, а если результаты разные, то уже тщательно проверить, какой из них более правильный. Неординарно мыслить, это значит не жить чужим умом, а для этого, увы, приходится больше работать, как часто говорят учителя «своими мозгами». Но зато знания, полученные таким путем, оказываются более прочными, а часто и более приближенными к истине, если уже не являются самой истиной.
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.
