Сара Драй - Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Потратив на эксперименты 14 недель, Тиндаль наконец-то был готов сообщить о результатах в своей Бейкеровской лекции [55] Бейкеровская лекция читается при получении награды, с 1775 г. ежегодно присуждаемой Лондонским королевским обществом за вклад в развитие естествознания. Награждаемый получает 10 000 фунтов стерлингов и медаль. – Прим. ред. 1861 г. Новость о сделанном им крупнейшем открытии ученый приберег напоследок. Он начал лекцию с описания незначительных поглощающих свойств таких веществ, как хлороформ и спирт, и лишь затем перешел к теме, представлявшей «значительный интерес», а именно к взаимодействию атмосферы с тем, что он назвал солнечным и земным теплом. Им был обнаружен любопытный феномен: воздух, очищенный от влаги и других составляющих, поглощал очень мало тепла, тогда как воздух, взятый непосредственно в лаборатории, поглощал его в 15 раз больше.

Вывод был следующим: даже очень незначительные изменения в содержании таких основных газов, как водяные пары, углекислый газ и пары углеводородов, могли значительно менять количество тепла, поглощаемого атмосферой, приводя таким образом к изменению температуры на планете. Этот механизм потенциально мог объяснять как глобальные похолодания, так и потепления, о которых свидетельствовали ископаемые останки. Он также объяснял, почему на вершинах гор, хотя те находятся ближе к солнцу, так холодно и почему в полдень солнце греет намного жарче, чем к вечеру. Все дело было в двойственной природе водяного пара. Производя, по выражению Тиндаля, «останавливающее воздействие» на тепло, исходящее от остывающей земли, он в то же время был полностью проницаем для световых лучей. Это и играло решающую роль. Солнечный свет легко проходил через водяной пар и поглощался землей, которая затем излучала тепло обратно, как это делает любой нагретый на солнце камень. Это тепло поглощалось содержащимся в атмосфере водяным паром, действовавшим подобно огромному окутывающему Землю одеялу и удерживавшим тепло, которое в противном случае улетучилось бы в космическое пространство. Тиндаль предположил, что именно различия в содержании водяного пара в атмосфере могут объяснять многие, если не все, изменения климата, зафиксированные в окаменелостях и геологических слоях. Больше не нужно было теоретизировать о возможных изменениях в плотности или высоте атмосферы или о поднятии целых континентов, чтобы объяснить колебания температуры на планете: «небольшого изменения» количества водяного пара в атмосфере было достаточно для того, чтобы произвести «все перемены земного климата, обнаруживаемые исследованиями геологов» [56] Ibid., 29. . Значение этого открытия было колоссально. Разумеется, эксперимент требовалось повторить в других местах, с другими образцами атмосферного воздуха, чтобы устранить любое возможное влияние присутствия пыли или иных частиц. Но «с чрезвычайно высокой степенью вероятности», заявлял Тиндаль, «поглощение тепла атмосферой… происходит главным образом благодаря водяному пару, который содержится в воздухе» [57] Ibid., 28. .

Кропотливые эксперименты Тиндаля в подвальной лаборатории дали результаты, которые могли объяснить самые значительные с точки зрения времени и пространства изменения, происходившие на Земле. Поглощение тепла водяным паром в атмосфере влияет на климат на всей планете. Тиндаль не побоялся подчеркнуть это и в своей лекции, и в статье, в которой обнародовал результаты исследования. Его статья была зачитана вслух перед членами Королевского общества и выбрана в качестве Бейкеровской лекции года, что было особой честью.

Но Тиндаль недолго наслаждался успехом. Вскоре из Германии пришло письмо от немецкого физика Генриха Густава Магнуса, в котором тот заявлял о своем приоритете на открытие. К этому Тиндаль был готов: еще в мае 1859 г. он подал в Королевское общество предварительное уведомление об изучаемой им теме – как раз на такой случай. Хотя в уведомлении не содержалось описания предполагаемых результатов, этого было достаточно для того, чтобы «застолбить территорию». Однако проблема была куда серьезней: полученные Магнусом результаты исследования водяного пара были диаметрально противоположны тем, что получил Тиндаль. Магнус обнаружил, что сухой воздух поглощает больше (не намного, но все же больше) тепла, чем влажный [58] О Тиндале и Магнусе см.: Jackson, Tyndall , 166–168. .

В ответ Тиндаль вновь с головой погрузился в работу. Исследование уже потребовало от него «огромного и напряженнейшего труда», но это было ничто по сравнению с новым этапом работы, когда над ним довлело присутствие неожиданного конкурента. По словам самого Тиндаля, в своем рвении он доходил почти до религиозного «самоистязания».

В течение следующих четырех месяцев ученый каждый будний день трудился над тем, чтобы доказать неправоту Магнуса. К его облегчению, чем больше он совершенствовал свой метод и оборудование, тем более четко наблюдал обнаруженное им действие водяного пара. Разница между поглощающей способностью лишенного влаги и насыщенного ею воздуха становилась все более очевидной: если первый отклонял стрелку гальванометра всего на 1°, то второй смещал ее на 48° и даже на 50°.

Тиндаль разработал новые, более продвинутые способы осушения воздуха. Крупный кусок стекла измельчался в ступке до состояния пыли, которая кипятилась в азотной кислоте, промывалась дистиллированной водой и тщательно высушивалась. Затем эта стеклянная пыль смачивалась чистой серной кислотой и вводилась в U-образную трубку таким образом, чтобы предотвратить любой контакт между серной кислотой и закупоривавшей трубку пробкой, поскольку это могло бы ухудшить результаты осушки воздуха. Для очистки воздуха от углекислого газа использовались измельченный чистый белый мрамор и едкий калий. Таким образом, Тиндаль научился отдельно очищать воздух от влаги и углекислого газа. Он ежедневно готовил новые сушильные трубки, чтобы гарантировать их одинаковую эффективность. Он также усовершенствовал гальванометр, чтобы обеспечить еще более высокую точность измерений.

Но Магнуса не убедили и эти результаты: он заявил, что те вполне могут не подтвердиться на пробах воздуха, взятых не в лаборатории Тиндаля, а в других местах. Тиндаль принял вызов. У него было множество друзей, которые были рады помочь ему. Вскоре он получил образцы воздуха пусть не такого кристально прозрачного, как в Швейцарских Альпах, но все же гораздо более чистого, чем в центре Лондона. Друзья прислали ему воздух из Гайд-парка, Примроуз-Хилл, Хэмпстед-Хит и с Эпсомского ипподрома. Он также получил два образца с острова Уайт, один из них – из парка Блэкгэнг-Чайн. Тестирование этих образцов показало, что все они, будучи насыщенными водяным паром, поглощали в 60–70 раз больше тепла, чем без него. Таким образом, Тиндаль сумел доказать, что его открытие распространяется на любую точку планеты, будь то его лаборатория на Альбемарл-стрит, поросшие лесом холмы Хэмпстед-Хит или Альпы.