Карл Саган - Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Вероятно, существуют механизмы и отрицательной, и положительной обратной связи. Предположим, например, что температура Земли понизилась на несколько градусов. Количество водяного пара в атмосфере определяется почти полностью температурой и уменьшается, превращаясь в снег, когда температура падает. Меньшее количество воды в атмосфере подразумевает меньший парниковый эффект и дальнейшее понижение температуры, которое может привести к дальнейшему уменьшению количества водяного пара в атмосфере и так далее. Также понижение температуры может привести к увеличению количества полярного льда, увеличению альбедо Земли и дальнейшему понижению температуры. С другой стороны, понижение температуры может привести к уменьшению облачности, что уменьшит среднее альбедо Земли и повысит температуру – возможно, в достаточной степени, чтобы компенсировать первоначальное понижение температуры. Недавно была предложена идея, что атмосфера планеты Земля функционирует как своего рода термостат, чтобы предотвращать слишком сильные отклонения температуры, которые могут иметь опасные глобальные биологические последствия. Например, понижение температуры может привести к увеличению числа разновидностей морозоустойчивых растений, которые способны образовывать на почве сплошной покров и имеют низкое альбедо.

Я приведу три наиболее известные и интересные теории изменения климата. Первая включает изменение параметров небесной механики: форму орбиты Земли, наклон ее оси вращения и прецессию этой оси, которые меняются с течением времени вследствие взаимодействия Земли с ближайшими небесными телами. Точные вычисления степени таких изменений показывают, что они могут вызывать колебания температуры по крайней мере на несколько градусов, и с вероятностью положительной обратной связи эти изменения сами по себе могут быть достаточным объяснением главных изменений климата.

Второй класс теорий включает изменения альбедо. Одна из самых поразительных причин таких изменений заключается в попадании в атмосферу Земли большого количества пыли: например, от извержения вулкана, такого как извержение Кракатау в 1883 г. Хотя велись споры по поводу того, нагревает или охлаждает Землю такая пыль, текущие вычисления показывают, что мелкие частицы, очень медленно падающие из стратосферы Земли, увеличивают альбедо Земли и, следовательно, охлаждают ее. Недавно были найдены седиментологические [131] Седиментология – раздел геологии, изучающий осадочные горные породы и процессы их образования. – Прим. пер. доказательства того, что прошлые периоды интенсивного поступления вулканических частиц соответствуют по времени прошлым периодам оледенения и низких температур. К тому же в результате образования гор и возникновения земной поверхности увеличивается глобальное альбедо, потому что земля ярче, чем вода.

И наконец, существует вероятность изменения яркости Солнца. Мы знаем – из теорий эволюции Солнца, – что в течение многих миллиардов лет оно постоянно становилось ярче. Это должно было повлиять на климат Земли в самые древние времена, потому что солнечный свет 3 или 4 млн лет назад должен был быть на 30 или 40 % более тусклым, и этого достаточно даже при условии парникового эффекта, чтобы глобальные температуры опустились до отметки ниже температуры замерзания морской воды. Однако существуют многочисленные геологические доказательства того, что в то время было много воды: например, следы подземных вод, закругленные куски лавы, которые получаются в результате охлаждения магмы в океане, и ископаемые строматолиты, продукты жизнедеятельности океанских водорослей [132] Строматолиты – ископаемые осадочные остатки, которые образуются в результате жизнедеятельности сообщества бактерий, называемого цианобактериальным матом (цианобактерии еще называются сине-зелеными водорослями). – Прим. ред. . В качестве решения этой проблемы было выдвинуто предположение, что, возможно, в атмосфере ранней Земли присутствовали дополнительные парниковые газы – особенно аммиак, – которые обеспечивали требуемое повышение температуры. Но, если не брать в расчет эту очень медленную эволюцию яркости Солнца, возможны ли более кратковременные изменения яркости? Это важная и нерешенная проблема, но сложности с обнаружением нейтрино [133] Проблема с обнаружением солнечных нейтрино успешно решена в начале XXI века: в недрах Солнца их рождается в виде электронных нейтрино ровно столько, сколько и должно быть согласно теории. Однако по пути к Земле значительная их часть меняет свой тип (аромат), поэтому ранние эксперименты указывали на недостачу нейтрино исходного (электронного) типа. – Прим. науч. ред. – которые должно, согласно современным теориям, испускать Солнце – наводят на мысль, что Солнце сегодня находится в аномально тусклом периоде.

То, что мы не можем выбрать одну из альтернативных моделей изменения климата, может показаться всего лишь досадной интеллектуальной проблемой, если бы не тот факт, что климатические изменения могут иметь определенные практические и незамедлительные последствия. Результаты исследований характера изменений глобальной температуры показывают очень медленное ее повышение начиная с промышленной революции до приблизительно 1940 г. и тревожно резкое понижение после. Этот график объясняется сжиганием ископаемого топлива, которое имеет два последствия – освобождение углекислого газа, являющегося парниковым газом, в атмосферу и одновременное попадание в атмосферу мелких частиц от неполного сгорания топлива. Углекислый газ нагревает Землю, мелкие частицы из-за своего более высокого альбедо остужают ее. Возможно, до 1940 г. преобладал парниковый эффект, а после – повышенное альбедо.

Пугающая вероятность того, что человеческая деятельность может привести к необратимым климатическим изменениям, делает крайне важным изучение климата Земли. Существует вызывающая тревогу положительная обратная связь с понижением температуры на планете. Например, сжигание большего количества ископаемого топлива за короткий промежуток времени в попытке сохранить тепло может привести к более быстрому долгосрочному охлаждению. Мы живем на планете, на которой сельскохозяйственные технологии кормят больше миллиарда людей. Сельскохозяйственные культуры не приспособлены к суровым изменениям климата. Люди больше не могут мигрировать на большие расстояния в ответ на климатические изменения, или по крайней мере это сложнее на планете, которая контролируется национальными государствами. Необходимо срочно понять причины климатических изменений и разработать проект климатической реорганизации Земли.