История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие - Дональд Протеро
Рис. 25.7 Милутин Миланкович. Источник: Wikimedia Сommons
Несмотря на повседневную загрузку профессиональными обязанностями, Миланкович больше всего интересовался фундаментальными исследованиями, и к 1912 г. он увлекся решением проблем, связанных с тем, как могут влиять на климат изменения инсоляции. «Метеорология, – жаловался он, – по большей части просто набор бесчисленных эмпирических фактов, в основном количественных данных, с минимальными следами физики, используемой для объяснения некоторых из них… Математику применяли еще меньше, на уровне элементарных вычислений… Высшая математика не играла в этой области никакой роли». В 1912–1913 гг. он опубликовал несколько работ, в которых вычислил инсоляцию для каждой широты и определил, как она влияет на положение климатических поясов. В июле 1914 г. в Сараеве был убит эрцгерцог Франц Фердинанд, и противоречия между Сербией и Австро-Венгерской империей переросли в Первую мировую войну. Миланкович был сербом; его арестовали в Австрии во время медового месяца и заключили в крепость Осиек. О своей первой ночи в качестве военнопленного он писал:
За мной закрылась тяжелая железная дверь… Я сел на кровать, оглядел комнату и начал осваиваться с новыми социальными обстоятельствами… Среди взятых вещей были уже опубликованные или только начатые работы по моей космической задаче; было даже немного чистой бумаги. Я просмотрел свои записи, взял верную перьевую ручку и начал писать и считать… Когда после полуночи я оглядел комнату, мне понадобилось время, чтобы понять, где я нахожусь. Это крохотное помещение показалось мне разовым ночлегом на моем пути сквозь Вселенную[108].
К счастью, у него оказались хорошие связи в Вене, поэтому ученого перевели в Будапешт, и, формально оставаясь пленным, он даже получил доступ к материалам, необходимым для исследований[109]. Используя предоставленное время и библиотеку Венгерской академии наук, он добился огромных успехов в области математической метеорологии и с 1914 по 1920 г. опубликовал несколько статей с изложением полученных результатов. Наконец война закончилась, и в марте 1919 г. Миланкович с семьей вернулся в Белград, где снова стал профессором Белградского университета.
Затем Миланкович использовал свои исследования, чтобы точно рассчитать на моделях, как циклы инсоляции могут вызывать ледниковые периоды. Он понял, что ключевой фактор – количество света, получаемого земной поверхностью в летнее время; именно этот параметр определяет, сколько льда растает, а сколько останется. Миланкович опирался на концепцию циклов эксцентриситета и прецессии, описанных Кроллем, и добавил третий цикл, открытый Людвигом Пилгримом в 1904 г.: цикл изменения наклона оси вращения. Ведь ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости ее орбиты, а наклонена под углом 23,5° (рис. 25.6А). Этот угол не постоянен, он меняется в диапазоне приблизительно между 22 и 24,5°. Когда угол доходит до 24,5°, полюсы получают гораздо больше солнечного света, и количество льда там уменьшается; при угле 22° полярным регионам достается света меньше, и количество льда увеличивается. Длительность такого цикла изменения угла от 22 до 24,5° и обратно составляет около 41 000 лет. У Миланковича было все необходимое, чтобы заняться кропотливыми расчетами и построением графиков (он исписывал массу бумаги, в одиночку выполняя все вычисления, без компьютеров и калькуляторов). Написав десятки научных статей и небольших книг на тему солнечной радиации и климата Земли, к концу 1930-х гг. Миланкович решил собрать все их в один том под названием «Канон инсоляции и его применение к проблеме ледниковых эпох».
Однако в жизнь и деятельность Миланковича снова вмешался кризис в международных отношениях. В 1941 г., через четыре дня после отправки книги в типографию, немцы напали на Югославию, и типография разрушилась при бомбежке Белграда. К счастью, отпечатанные листы находились на складе и не пострадали. После начала оккупации в мае 1941 г. к Миланковичу пришли два немецких офицера, которые ранее изучали геологию в Германии, и предложили свою помощь. Он отдал им единственный имевшийся у него переплетенный экземпляр книги – на случай, если что-либо произойдет с ним или его трудом. Годы войны он провел в своем доме, работая над мемуарами. Когда война закончилась, ученый вернулся к своим обязанностям в Белградском университете, а также занял должность вице-президента Сербской академии наук. Несмотря на полученные почетные звания и награды, Миланкович не почивал на лаврах, а продолжал работать над важными задачами. Он проявлял интерес к пересмотру календаря, занимался проблемой так называемого блуждания полюсов и после выхода в отставку в 1954 г. писал статьи по истории науки. В 1958 г. ученый перенес инсульт и умер в возрасте 79 лет, так и не узнав, подтверждают ли геологические данные его теорию.
Решение: планктон и ритмоводитель ледниковых периодов
Хотя Миланкович продвинул теорию астрономических циклов и причин ледниковых периодов настолько далеко, насколько это было реально сделать для астронома или математика, у геологов не существовало четких доказательств, подтверждающих его расчеты. Найденные на суше отложения по-прежнему показывали всего лишь четыре или пять крупных продвижений ледников, и даже в конце 1950-х гг. не были решены проблемы с их датировкой. Вся теория астрономических циклов и ледниковых периодов оставалась неподтвержденными умозрительными рассуждениями.
Геологическая летопись, фиксирующая оледенения на суше, не могла справиться с этой проблемой, потому что в большей части наземной летописи масса пробелов. Решение появилось, когда в начале 1970-х гг. ученые изучили длинные керны глубоководных отложений. В отличие от фрагментарной летописи отложений на суше, дно океана на больших глубинах покрыто мелкодисперсными илами и раковинами планктона, которые почти сплошным «дождем» оседали с поверхности. Как только в руках специалистов появились достаточно хорошие керны, практически непрерывно фиксировавшие данные о климате в Мировом океане за последние 2–3 млн лет, у науки оказалось достаточно информации, чтобы проверить гипотезу Кролля – Миланковича.
Лидировала в этих исследованиях группа ученых, финансируемая проектом Национального научного фонда (NSF) под названием CLIMAP (аббревиатура слов Climate: Long-Range Investigation, Mapping, and Prediction – «Климат: перспективные исследования, картографирование и прогнозирование»). Ведущими сотрудниками в этом коллективе были микропалеонтолог из Обсерватории Ламонт Джеймс Хейс (он, кстати, входил в комиссию, рассматривавшую мою диссертацию, мы также сообща выполняли некоторые исследования в области микропалеонтологии), микропалеонтолог из Брауновского университета Джон Имбри и специализировавшийся в изучении изотопов геохимик из Кембриджского университета Ник Шеклтон. Втроем они изучили множество глубоководных кернов, которые давали полную картину за последние 2–3 млн лет ледникового периода. Все керны получили точную датировку с помощью биостратиграфии микроокаменелостей, вулканического пепла и
