Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

• Название: Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
• Автор: Хенрик Свенсмарк
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-91678-093-2

Как образуются облака? Оказывается, «виновники» этого процесса — космические лучи. А от облачного покрова зависит температура нашей планеты. Больше космических лучей — на Земле холоднее. Потоки заряженных частиц из космоса уменьшаются — планета теплеет. Так все просто? Нет, конечно же, не просто; картина куда более сложная и… захватывающая!

В своей книге, впервые выходящей на русском языке, датский физик Хенрик Свенсмарк и английский писатель, популяризатор науки Найджел Колдер объясняют, каким образом наше родное Солнце и далекие галактики участвуют в формировании погоды над нашими головами.

---

«Колебания потока космических лучей могут воздействовать на климат, но не они играли ведущую роль в течение многих миллионов лет»[69].

Решайте сами, кто прав. Уровень двуокиси углерода опускается и поднимается только дважды за 550 миллионов лет, в то время как на графиках космических лучей вы можете увидеть по четыре всплеска и падения. И так как было четыре основных холодных и четыре теплых периода, модель безоговорочно поддерживает Шавива и Вейзера, когда они утверждают, что космические лучи — главная движущая сила климата. Но ледниковые периоды были не одинаковы по своей мощности, и, следовательно, помимо космических лучей действовали и иные силы.

Попытку прекратить разногласия о том, что важнее — космические лучи или углекислый газ, — предпринял Клаус Вальман из Института морских исследований ГЕОМАР в Киле (Германия). Он написал в журнал «Геохимия Геофизика Геосистемы» статью, где заявил, что не мог бы воспроизвести диаграммы температур с поправкой на кислотность без добавления охлаждающего эффекта космических лучей. С другой стороны, по его словам, двуокись углерода играет значительную роль в усилении или ослаблении изменений климата:

«Теплые периоды (кембрий, девон, триас, меловой) характеризуются низким уровнем космических лучей. Холодные периоды, от позднего каменноугольного до раннего пермского и поздний кайнозойский [следовательно, настоящее время], отмечены высоким притоком космических лучей и низким значением двуокиси углерода. […] Два умеренно холодных периода, совпадающие с ордовикско-силурийской и юрско-раннемеловой эпохами, характеризуются и высоким содержанием двуокиси углерода, и большим количеством заряженных частиц, так что парниковое потепление компенсировалось охлаждающим воздействием низких облаков»[70].

Как сильно влиял углекислый газ на климат далекого прошлого? Когда мы видим провалы в графиках, 300 миллионов лет назад и в сегодняшней ледниковой эре, количество двуокиси углерода в воздухе составляет всего лишь несколько сотен частиц на миллион, но на подъемах оно вырастает до 5000 и 2000 частиц на миллион. Если захотите перевести это на язык, используемый для современного описания изменений климата, вам придется спросить, насколько поднимутся температуры, если содержание двуокиси углерода возрастет с 280 до 560 частиц на миллион — то есть увеличится в два раза по сравнению с уровнем, существовавшим до промышленной революции? Межправительственная группа экспертов по изменению климата полагала, что цифры будут в пределах от 1,5 до 4,5 градуса Цельсия.

Первоначально Шавив и Вейзер, основываясь на данных за 500 миллионов лет, предполагали, что чувствительность климата к двуокиси углерода могла составить 0,5 градуса Цельсия. Однако они согласились с тем, что следует откорректировать цифры с учетом кислотности морской воды, хотя и полагали, что Дана Ройер с коллегами переоценивают ее влияние. Шавив и Вейзер также подчеркивали, что подсчет атомов тяжелого кислорода, используемый для определения температуры, должен быть скорректирован с поправкой на количество льда в мире, потому что если образуются ледовые щиты, то в морской воде остается больше тяжелого кислорода. Шавив и Вейзер пересмотрели свою оценку чувствительности климата к двуокиси углерода, и в этот раз она составила 1,1 градуса Цельсия.

Их оценка совпала с мнением знаменитого метеоролога Ричарда Линдзена из Массачусетского технологического института о сегодняшнем состоянии атмосферы. Линдзен неоднократно высказывался об умеренном влиянии на климат двуокиси углерода. Как он объяснил в выступлении перед английской Палатой лордов в 2005 году:

«Если главные парниковые субстанции — водяной пар и облака — остаются неизменными, то удвоение количества СО2 приводит, согласно простым расчетам, к повышению среднемировой температуры в среднем на 1 градус Цельсия»[71].

Итак, древние ископаемые дали Шавиву и Вейзеру возможность получить цифры, очень близкие к расчетам Линдзена, который основывался на исследованиях современной атмосферы. Есть над чем задуматься. Свенсмарк не был уверен, стоит ли учитывать климатическую эффективность двуокиси углерода в своих расчетах. Его также интересовало, оставалось ли количество углекислого газа постоянным на протяжении всей истории и, если его концентрация была разной, как это могло отражаться на климате. Как бы то ни было, результаты Шавива и Вейзера убеждают нас в том, что климат не настолько чувствителен к увеличению углекислого газа, чтобы тревожные предсказания о неминуемом глобальном потеплении, спровоцированном промышленной деятельностью, выглядели убедительными. И, таким образом, эти результаты добавили Свенсмарку оптимизма в его размышлениях о причастности космических лучей к судьбе планеты в промышленную эпоху.

Ракушки в качестве телескопов

Когда в 2002 году вышли в свет любопытные расчеты Нира Шавива, говорящие о той роли, которую сыграли космические лучи в истории земного климата, Свенсмарк решил взяться за написание собственного труда. Однако доступные ему геологические данные были неполными, и это сильно затрудняло работу, до тех пор пока на встрече на Гавайях в 2005 году Шавив не указал ему на более качественную базу данных. Эксперимент в подвале также сильно отвлекал Свенсмарка. Однако начиная с момента, когда были обработаны первые результаты эксперимента «SKY», Свенсмарк смог уделить больше внимания тем мелодиям, которые с незапамятных времен напевают камни и звезды; ему нужно было лишь постараться расслышать созвучия в их песнях.

Колебания климата в прошлом, увязанные с движением Солнца по Млечному Пути, помогут усовершенствовать наши астрономические знания о Галактике.

Свенсмарка поразили противоречивые мнения астрономов о Млечном Пути и тех временах, когда, по их предположениям, Солнечная система проходила через галактические рукава. В каком-то смысле это разочаровывало даже больше, чем любые геологические данные, не соответствующие изменениям климата. Свенсмарк решил подойти к проблеме с другого конца и использовать данные Яна Вейзера о морских температурах, «записанных» в ископаемых, чтобы помочь астрономии. «Шутки ради, — заметил Свенсмарк, — я назвал это: „Как измерить массу Галактики с помощью термометра“»[72].

Обитатели морских раковин действуют как чувствительная природная аппаратура, записывая события, происходящие в вечно меняющейся звездной среде, окружающей нас, и они начали выполнять эту работу задолго до того, как человек изобрел астрономические инструменты. С позиций сегодняшнего дня мы можем рассматривать их как телескопы, которые фиксировали интенсивность космических лучей путем усвоения тяжелого кислорода в процессе жизнедеятельности. Так что идея использовать морские ракушки для астрономических целей — не пустая прихоть.

Согласно показаниям окаменелостей, температуры моря колебались, и амплитуда этих колебаний была относительно невысока, зато ритм был более частый, чем тот, который задают климату спиральные рукава. А дело в том, что наше Солнце ведет себя как игривый дельфин. Двигаясь по орбите, оно к тому же как бы выпрыгивает из галактического диска, затем погружается обратно и вновь выпрыгивает, и так все время. Срединная плоскость диска — не просто математический вымысел. Там концентрируются заряженные частицы, поскольку магнитное поле, управляющее ими, удерживается на месте гравитацией — той же самой силой притяжения, которая не дает звездам и газовым облакам разбегаться от диска.

Итак, когда бы Солнце ни пересекало срединную плоскость, идет ли оно наверх или катится вниз, Земля в это время страдает от всплеска космических лучей, и это происходит с интервалом в 32–34 миллиона лет. Когда Солнце покидает срединную плоскость, оно поднимается «в гору» по склону длиной 300 световых лет, доходит до «хребта» и начинает спуск вниз. На этой фазе поток космических лучей слабеет. Такие колебания происходят независимо от того, находится Солнечная система внутри или вне спирального рукава. Но если Солнце заходит в спиральный рукав, то там цикл космических лучей ускоряет свой шаг из-за более высокой концентрации межзвездного газа. Морские температуры позволяют довольно точно устанавливать границы временных отрезков, так как самые холодные периоды каждого геологического цикла с продолжительностью 32–34 миллиона лет совпадают с тем, когда Солнечная система пересекала срединную плоскость Галактики.

Свенсмарк не хотел узнавать заранее, насколько быстро движется Солнце по отношению к спиральным рукавам. То был один из вопросов, которые он хотел выяснить сам. Для этого ему было нужно взять температурные данные Вейзера за последние 200 миллионов лет и «примерить» их на Галактику. Это было похоже на то, как человек, купивший костюм в магазине готового платья, ходит и ищет того, на ком костюм будет сидеть идеально. И нашлась только одна комбинация ключевых цифр, правильно отображающая волнообразное движение Солнца.