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

Эта гипотеза – а такое объяснение оставалось всего лишь гипотезой из-за нехватки прямых доказательств – разрешала загадку, каким образом тепло поднимается от поверхности тропических океанов в достаточно высокие слои атмосферы, где дующие в направлении от экватора ветры переносят его в более высокие широты. Она также тесно связала энергетику океана и атмосферы, что до этого делали очень немногие метеорологи (и океанографы). «Горячие башни» свидетельствовали о том, что циркуляция атмосферы может быть понята только в ее взаимосвязи с океаном, главным источником тепла для нее, а облака играют в климатической системе важнейшую роль, как и предполагали сторонники идеи управления климатом. Несмотря на отсутствие доказательств, гипотеза была достаточно правдоподобной, чтобы Малкус и Риль без колебаний решили обнародовать ее [211] Они призывали читателей помнить о том, что «многие количественные параметры были рассчитаны как остаточные величины, а не основаны на независимых измерениях, поэтому могут быть подвержены значительным погрешностям». «On the Heat Balance,» 505. . В конце концов, такие кучево-дождевые облака с выраженным вертикальным развитием – высотой от 12 000 до 15 000 м – действительно существовали. Оставался вопрос, в достаточном ли количестве они образовывались, чтобы обеспечить транспортировку всего необходимого тепла. Малкус и Риль завершили свою статью призывом к научному сообществу в предстоящий Международный геофизический год провести необходимые наблюдения, чтобы проверить и развить гипотезу.

Конечная цель Малкус, Риля и других была в том, чтобы создать не отдельные виды метеорологии – фронтологическую, тропическую, циклонную, – а единую науку, которая могла бы описать взаимосвязи между всеми явлениями во всех масштабах. Теория «горячих башен», казалось, раскрыла тайну того, как происходит перенос энергии из нижних в более высокие слои атмосферы в тропическом регионе. Но при этом породила другой вопрос: как можно охарактеризовать (или понять)«систему», в которой крупномасштабные закономерности (общая циркуляция) зависят от таких эфемерных и изменчивых явлений, как облака?

«Мы сделали то, чего никто и никогда прежде не делал, а именно показали, что облака являются ключевой составляющей энергетического баланса в тропиках, – объясняла Малкус, – и поэтому в процессе циркуляции энергия передается к крупным циркуляционным системам в иерархии масштабов, а не наоборот, как в классической гидродинамике» [212] Simpson Papers, MC779, Simpson 3.10, Joanne Simpson Notebooks on Research II: Second Set April 1957July 1959, Evolution of hot towers hypothesis, 1. . Она прекрасно понимала, насколько странной и теоретически сложной была такая структура. «Неудивительно, – продолжала Джоан Малкус, – что механизм глобальной системы циркуляции работает рывками, если учесть эфемерную природу его „поршневых цилиндров“, количество, а также само существование которых зависит от капризов потока!» [213] Malkus, «Large-Scale Intentions,» 95. Малкус и Риль нашли ту самую «кнопку», о которой мечтали сторонники идеи управления погодой. Но какая от этого могла быть польза, если ее действенность зависела от эфемерного, изменчивого явления, существование которого в свою очередь подчинялось другому, более масштабному явлению, часть которого оно составляло? Это был головокружительно взаимосвязанный, динамичный и разномасштабный мир, в котором, казалось, не существовало никакой иерархии. Возможность управлять погодой в таком мире представлялась весьма призрачной.

После публикации статьи Малкус и Риль решили вновь приступить к наблюдениям. Учитывая сложное взаимодействие между явлениями, единственным способом продвинуться дальше, по их мнению, было «изучить эти совершенно разные масштабы движения в их взаимосвязи». Они собирались «предпринять первую попытку, в значительной степени описательную, связать облачные и синоптические явления». Это позволило бы Малкус приблизиться к главной цели ее исследовательской программы – связать мелкомасштабные явления, такие как облака, с крупномасштабными, такими как штормы, ураганы и в конце концов – с общей циркуляцией атмосферы. Это было интересное время. С тех пор как метеоданные стали собираться с помощью самолетов и радиозондов, ученые перестали страдать от нехватки информации [214] «Пробелы, по крайней мере, в сырой фактической информации в настоящее время быстро устраняются». Starr, «Physical Basis,» 541. . Опираясь на материалы о пассатных кучевых облаках, собранные Уайманом и Вудкоком, а также на работу Стоммела о механизме вовлечения от 1947 г. и ряд других работ, показавших, насколько важна окружающая атмосфера в образовании облаков, Малкус и Риль суммировали свои открытия и выводы в книге «Структура и распределение облаков над тропическими водами Тихого океана» (Cloud Structure and Distributions over the Tropical Pacific Ocean). В ней они убедительно показали, что тропическая атмосфера вовсе не такое спокойное и скучное место, как принято было считать. Напротив, она отличается весьма неустойчивым и буйным нравом [215] Malkus, «Some Results»; Joanne Starr Malkus and Claude Ronne, «On the Structure of Some Cumulonimbus Clouds Which Penetrated the High Tropical Atmosphere,» Tellus 6 (1954): 351–366; Joanne Starr Malkus, «On the Structure of the Trade-Wind Moist Layer,» Papers in Physical Oceanography and Meteorology 12, no. 2 (1958): 47. . Взять хотя бы чрезвычайно неравномерный характер осадков в тропиках. В регионах, где бóльшая часть дождей выпадает всего за два-три дня в месяц и даже среднегодовые значения разнятся в значительных пределах, использование средних значений было не просто бесполезно, но и вводило в заблуждение [216] См., напр.: Herbert Riehl, «On the Role of the Tropics in the General Circulation,» Tellus 2 (1951): 1–17; Herbert Riehl, Tropical Meteorology (New York: McGraw-Hill, 1954), chapters 3 and 12; Herbert Riehl, «General Atmospheric Circulation of the Tropics,» Science 135 (1962): 13–22; Riehl and Malkus, «On the Heat Balance.» .

Однако изобилие данных не избавляло от неопределенности и сомнений. Возможность проводить наблюдения и делать на их основе вычисления, безусловно, важна, но достаточно ли «просто» наблюдений, чтобы расшифровать «код» атмосферы? Для того чтобы преобразовать потоки данных в полезное знание, нужно было подойти к ним с позиций физической науки. «Только закваска на чисто физической гипотезе, – писал Виктор Старр, – может привести нас к правильному математическому использованию этих принципов» [217] Starr, «Physical Basis,» 549. . Однако где найти такую закваску? Больше всего ответов мог дать эксперимент – контролируемое вмешательство, позволяющее исследователям изолировать и изучить отдельные составляющие сложной системы. Благодаря компьютерам стало возможным определять оптимальные точки для такого вмешательства. Но проведение контролируемых физических (а не компьютерных) экспериментов, в которых одни переменные были бы стабильными, тогда как другие подвергались бы манипуляциям, долгое время казалось метеорологам недостижимой мечтой – отчасти по причинам, указанным Виктором Старром: огромную, неуправляемую и «целостную по своей сути» атмосферу почти невозможно было превратить в податливый объект эксперимента.