История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие - Дональд Протеро
И все же эти первые поисковые группы не выяснили, что случилось со злополучной экспедицией Франклина. Только с появлением современных спутниковых технологий и совершенных методов поиска в Арктике удалось установить судьбу кораблей и людей. Сейчас мы знаем, что суда затерло во льдах, а все 129 человек умерли от болезней, переохлаждения, голода или каннибализма. Обломки HMS Erebus нашли в 2014 г., а судно HMS Terror обнаружилось только в 2016 г. Оба корабля раздавило льдами, и они затонули у острова Кинг-Вильям.
Шотландский уборщик и сербский математик
После подтверждения концепции ледникового периода геологи в конце XIX в. и на протяжении большей части ХХ в. стали картировать ледниковые наносные отложения (фактически морены, состоящие из ледникового тилла, который формируется, когда песок, гравий и валуны нагромождаются на фронте тающего ледника). Вскоре удалось установить, что в Северной Америке было четыре периода наступления льда; их назвали (от самого молодого к самому старому) висконсинским, иллинойским, канзасским и небрасским оледенениями. Названия были даны по самому южному из штатов, в котором каждое оледенение оставило морены. Тем временем европейские геологи обнаружили свидетельства пяти последовательных периодов наступления льдов, названных (тоже от самого молодого к самому старому) вюрмским, рисским, гюнцским, миндельским и дунайским оледенениями. Получалось, что на континентах Северного полушария был не один ледниковый период, а минимум четыре или пять. К сожалению, не существовало методов датирования, позволявших оценить возраст этих наступлений льда или определить, как четыре события в Северной Америке могут соотноситься с пятью событиями в Европе. Геологи выдвигали разные теории, объясняющие многократные наступления льдов, но ни у одной не было надежных подтверждений.
Астрономы обсуждали идею, согласно которой переход от оледенения (периода распространения льдов) к межледниковью (периоду их отступления) может определяться инсоляцией, то есть количеством солнечного света, падающего на земную поверхность. Никто еще не занимался математическими расчетами требуемых орбит и не вычислял соответствующие различия в энергии. Эту брешь заполнил замечательный шотландец Джеймс Кролль (рис. 25.5). Он прекрасный пример человека, который, не имея состояния и образования, смог достичь профессиональных вершин исключительно благодаря своим стараниям и уму. Кролль родился на ферме в Пертшире (Шотландия) и был вынужден пойти работать, когда ему не исполнилось даже 16 лет. Сначала он стал подмастерьем колесника, затем торговцем чаем, неудачно управлял гостиницей для трезвенников, работал страховым агентом. В 1859 г. его взяли уборщиком[106] в музей Андерсоновского института в Глазго, и он начал проводить многие часы в библиотеке, изучая математику, физику и астрономию.
Рис. 25.5 Джеймс Кролль (Кролл). Источник: Wikimedia Сommons
Кролль основывался на трудах астронома Урбена Леверье, который первым продемонстрировал, что орбита Земли вокруг Солнца и наклон ее оси постоянно меняются. Результаты собственных вычислений Кролль представил сэру Чарльзу Лайелю и сэру Арчибальду Гейки. Ученые были впечатлены, а Гейки предложил ему место хранителя геологических карт и корреспонденции Геологической службы Шотландии в Эдинбурге. Здесь у Кролля появились не только необходимые документы, но и много свободного времени для чтения и занятий наукой. В 1875 г. он написал книгу «Климат и время в их геологическом взаимоотношении» (Climate and Time, in their Geologic Relations), в которой изложил свое ви́дение того, как изменения орбиты Земли меняют количество получаемой солнечной радиации и тем самым служат фактором, вызывающим ледниковые периоды. Это принесло автору назначение на должность научного сотрудника и почетную степень от Сент-Эндрюсского университета, а в конечном итоге избрание в Лондонское королевское общество.
Кролль сделал расчеты для известных циклов орбиты Земли вокруг Солнца, чтобы понять, насколько они могут объяснить ледниковые периоды. Он указал, что уже давно астрономы, и в частности Иоганн Кеплер, отметивший это в 1609 г., знали, что орбита, по которой движется Земля, имеет форму не окружности, а эллипса. Этот эллипс очень медленно меняет свои очертания, с почти округлого на более вытянутый, и теперь известно, что продолжительность такого цикла эксцентриситета[107] земной орбиты составляет около 100 000 лет (рис. 25.6А). Другим циклом, известным с Гиппарха, жившего в II в. до н. э., является цикл прецессии, или «покачивания». Древние греки понимали, что Земля покачивается, как волчок, и ось ее вращения меняет направление. Например, ныне эта ось указывает примерно на Полярную звезду, но 14 000 лет назад она была направлена на другую звезду – Вегу. Из-за того, что направление земной оси меняется, на околополюсные зоны падает разное количество солнечного света. Сейчас доказано, что цикл прецессии занимает около 21 000–23 000 лет и представляет собой самый короткий из трех циклов.
Рис. 25.6 Циклы Миланковича. (А) Диаграмма, показывающая три цикла изменений орбиты Земли и угла наклона по отношению к Солнцу. (В) Каждый цикл обладает собственным периодом, и когда все три цикла взаимодействуют, то три синусоидальные волны складываются друг с другом и порождают сложную интерференционную картину, передаваемую пилообразным графиком потепления и охлаждения. Эту закономерность подтвердили измерения температур древнего океана, зафиксированных в глубоководных кернах и в конечном счете в пузырьках древнего воздуха, захваченного в ледяных кернах
Кролль также указал, что лед может очень быстро нарастать или таять из-за обратной связи лед – альбедо (см. главу 16). Когда льда много, планета хорошо отражает лучи, то есть обладает высоким альбедо. Солнечная энергия отражается обратно в космос, и температура понижается, а потому количество льда еще больше увеличивается. При этом, если речь о ледяном ландшафте, для таяния нужно, чтобы появилось немного темной, поглощающей солнечный свет поверхности с низким альбедо (например, морской воды или растительности): эти участки станут поглощать больше тепла, и таяние ускорится.
Книга Кролля была очень смелой, она давала пищу для размышлений и заслуживала серьезного отношения, но, к сожалению, в то время теории автора не поддавались проверке. Не существовало методов надежной датировки, а неполные и скудные сведения о распространении льда на суше не давали возможность оценить его гипотезы. Поэтому идеи шотландского ученого десятилетиями оставались невостребованными среди прочих интересных, но непроверяемых предположений. В 1880 г. Кролль получил сильную травму головы, из-за которой был вынужден уйти на пенсию в 59 лет. Он прожил еще 10 лет и умер в 1890 г., а его новаторские суждения при жизни автора не получили развития.
И все же практически забытые исследования Кролля возродил сербский астроном и математик Милутин Миланкович (рис. 25.7). Он родился на территории нынешней Хорватии (в то время входившей в состав Австро-Венгерской империи) в
