Terni_Kosti_skalyi_i_zvezdyi._Nauka_o_tom_kogda_chto_proizoshlo.395719 - Крис Терни

Рис. 7.1. Факторы, действующие на обращение Земли вокруг Солнца

Довольно рано исследователи поняли, что ключ к тайне ледниковых периодов надо искать как раз в дви­жении Земли по околосолнечной орбите. В 1842 г. пер­вую попытку предпринял французский математик Жо­зеф Адемар в своей книге «Возмущение моря». Адемар предположил, что в прошлом Земля успела пережить не один ледниковый период, которыми она обязана форме своей орбиты и прецессии равноденствий (см. определение возраста пирамид в главе 4). Из-за фор­мы земной орбиты и некоторого смещения Солнца от центра северному полушарию сейчас достается чуть больше летних дней, чем зимних. В результате, согласно выводам Адемара, в Антарктиде увеличива­ется число темных зимних ночей, и, получая с каждым годом меньше тепла, она постепенно охлаждается.

За наступление ледникового периода, по мнению Адемара, прежде всего отвечает прецессия равноден­ствий. Как мы уже говорили выше, в ходе этого про­цесса меняется ориентация планеты, которая влияет на соотношение времен года при обращении Земли вокруг Солнца в течение цикла в 26 000 лет. Адемар знал, что в настоящее время северное полушарие в летние месяцы наиболее удалено от Солнца, однако через 13 000 лет картина сменится на прямо противо­положную. Он утверждал, что в результате этих про­цессов ледниковый период должен наступать в том полушарии, которое в зимний период наиболее удалено от Солнца. Ледниковые периоды возникают в разных полушариях в разное время.

Предположение было смелым, однако абсолютно ошибочным. К 1852 г. стало известно, что на количе­ство тепла, получаемого от Солнца в течение года, — солнечное излучение или инсоляцию — прецессия ни­как не влияет. Оба полушария получают за год абсолют­но одинаковое количество солнечного тепла. Значит, ледниковый период не мог быть вызван прецессией. Но в одном Адемар оказался прав. В 1860-1870-х гг. геологи начали находить фрагменты растений между остаточными ледниковыми рельефами в Шотландии и Северной Америке, доказывающие, что Великий ледниковый период был не один. Адемар посеял зерно истины. Однако как докопаться до остального?

Эстафету подхватил британский ученый Джеймс Кролл. Это был удивительный человек. Он сменил несколько профессий: работал колесным мастером, продавцом чая, гостиничным управляющим, пока не устроился в 1859 г. в возрасте 38 лет вахтером в Андерсоновский колледж и музей в Глазго. Ему от­чаянно требовался доступ в институтскую библиотеку. В 1864 г. вахтер выпустил свою первую монографию на тему многократных ледниковых периодов. Он утверждал, что основной причиной их наступления стало изменение формы земной орбиты (ее «эксцен­тричность») с эллиптической до почти круговой и сно­ва на эллиптическую в течение 100 000 лет. Однако, в отличие от Адемара, Кролла не интересовало коли­чество получаемого Землей за год тепла.

Для Кролла значение имело другое: как тепло рас­пределяется в течение года. Из-за обращения вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите Земля в одно время года получает больше тепла, чем в другое. В наиболее удаленной от Солнца точке орбиты зима на Земле получается крайне лютой. Кролл утверждал, что для образования массивного снежного покрова требуется несколько холодных зим подряд при дви­жении по сильно вытянутой эллиптической орбите. Растущие снеговые шапки, обладающие отражающи­ми свойствами (альбедо), будут отражать все больше и без того скудные солнечные лучи. Поэтому станет еще холоднее. Прецессия могла влиять на процесс лишь в то время, когда эксцентричность орбиты была достаточно высока. Когда это происходило (и в этом Кролл поддерживает Адемара), ледниковые периоды накрывали разные полушария в разное время.

Поскольку в то время орбита считалась более при­ближенной по форме к окружности, Кролл утверждал, что с влиянием прецессии можно не считаться. Орбита была недостаточно эллиптической, чтобы на планете нарос достаточный слой льда для наступления ледни­кового периода.

Однако Кролл на этом не остановился. В 1875 г. он ввел в уравнение третью и последнюю астроно­мическую характеристику вращения Земли — изме­нение угла наклона планеты, или «нутацию». К кон­цу XIX в. уже стало известно, что ось наклона может «качаться» вперед-назад от 21,5° до 24,5°. Кролл пред­положил, что при большем угле наклона ледниковый период менее вероятен, поскольку полюса в течение года будут получать больше тепла. Совокупность этих факторов подсказывала Кроллу, что со време­ни последнего ледникового периода на Земле долж­но было пройти по меньшей мере 80 000 лет. С тех пор на планете наблюдалось относительное поте­пление, так называемый межледниковый период. Теперь требовалось независимым путем установить время последнего ледникового периода. Не забывайте, дело происходило задолго до появления радиоуглерод­ного метода, который начали применять лишь в сере­дине XX в. А пока исследователи опирались на пока­затели интенсивности отложения наносов и эрозии, вычисляя, сколько лет ушло на образование озерных дельт и водопадов с момента таяния льдов. Результаты получались самые приблизительные, с невероятными погрешностями, однако в общем и целом они сходи­лись где-то между 10 000 и 20 000 лет назад. Можно ли верить таким результатам? Если да, то они наносят со­крушительный удар орбитальной теории.

В конце XIX в. было обнаружено, что во многих озе­рах, питаемых ледниковыми водами, образуется стро­го определенная картина донных отложений. Ледники редко состоят из чистого льда. Обычно они содержат большое количество минеральных вкраплений разного размера, которые попадают в тело ледника из перепа­ханного им рельефа. Весной и летом часть льдов тает, и вода с каменным крошевом стремится в прилегающие озера. Тяжелые частицы песка первыми оседают слоем на озерном дне. Затем, до следующей весны, по мере того как таяние убывает, на этот нижний, более грубый слой оседает более легкая и мелкая взвесь.

В это время шведский ученый Герард де Геер об­наружил слои такого рода в древних озерных отложе­ниях на территориях, которые когда-то были покры­ты ледниками. Он пришел к выводу, что регулярные отложения грубого и мелкого песка, как и годичные кольца у деревьев, отображают отдельные годы. Де Геер ввел термин «варва» (годичный слой отложений) и выдвинул мысль, что по этим слоям можно вычис­лить, сколько лет ледник питает озеро. Поскольку варвы зависят от количества растаявшего льда, толщина слоев меняется от года к году, от миллиметра до нескольких сантиметров. В соседних, сообщающихся озерах должна наблюдаться сходная картина отложе­ний, поскольку питающие их ледники подвергались одним и тем же климатическим воздействиям. А зна­чит, как и в дендрохронологии, можно создавать срав­нительные и перекрестные шкалы.

С 1878 г. де Геер выводил на полевые исследования в шведские долины целые армии студентов, которые должны были сравнивать варвы озер, образовавших­ся в местах отступления ледников в конце последнего ледникового периода. С тех пор озера успели высох­нуть, и, к счастью для де Геера, их дно теперь проре­зано ручьями и потоками, которые обнажили дон­ные отложения. К 1910 г. ученый мог с уверенностью утверждать, что когда-то вся Скандинавия была по­крыта огромной ледяной шапкой. Тут-то и вскрылась ошибочность датировки. Отступление ледников нача­лось примерно 10 000 лет назад, а не 80 000, как пред­полагал Кролл, — в этом и состоял основной промах орбитальной теории.

Решить загадку оказалось под силу одному чело­веку — сербу по имени Милутин Миланкович, кото­рый большую часть Первой мировой войны провел за переосмыслением идей Кролла. В 1920 г. Милан­кович вычислил совокупное воздействие эксцентрич­ности, то есть изменения формы орбиты (в рамках 100 000 лет), нутации (за 41 000 лет) и прецессии равноденствий (за 26 000 лет) на количество солнеч­ного тепла, полученного разными земными широта­ми за последний миллион лет. Миланкович считал, что ключ к разгадке надо искать в высоких широтах, в частности на 65° северной широты: именно там силь­нее всего менялось количество получаемого солнечно­го тепла.

Самое же главное открытие, позволившее Миланковичу сделать шаг вперед, состояло в следующем: он сообразил, что сохранению снежного покрова до следующей зимы способствовали низкие летние температуры. Только при значительном устойчивом снижении максимальных температур лед мог не та­ять и накапливаться. В этом Миланкович противо­речил Адемару и Кроллу, утверждавшим, что начало ледникового периода обуславливают морозные зимы. Результат получился ошеломляющим. Вопреки про­гнозам предшественников, считавших, что леднико­вый период закончился 80 000 лет назад, Миланкович датировал отступление ледников 10 000 лет назад, в полном соответствии с данными, полученными де Геером и другими.

Таким образом подтвердился возраст последнего ледникового периода, но как быть с остальными? Если ледники наступали не единожды, может ли орбиталь­ная теория помочь в их датировке? Загвоздка состояла в том, что результаты расчетов никоим образом нель­зя было перепроверить по земному рельефу. Послед­ний ледник уничтожил почти весь рельеф, созданный своими предшественниками. Лишь кое-где остались крошечные следы их деятельности. Науке же требо­валась непрерывная, уходящая в прошлое шкала, по­казывающая результаты работы ледников.