Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Дэвид Хелфанд
Вулканы, солнечные бури и взрывные звезды
Историки-атомы, добытые в ледяных кернах, позволяют нам воссоздать историю климата Земли на протяжении миллиона лет. Они повествуют о естественных колебаниях глобальной температуры до 12 °C, вызванных изменениями орбиты Земли и усиленных переменами в составе атмосферы, а также о многочисленных петлях обратной связи, которыми сопровождаются эти явления. Более того, они раскрывают беспрецедентное и стремительное воздействие обширного геохимического эксперимента, который человеческая деятельность оказывает на атмосферу в наши дни, и позволяют нам проверить наши модели и понять, какое влияние этот эксперимент окажет на будущее планеты.
Снег – не единственное, что выпадает на ледяные шапки. Пыль, поднятая ураганами в пустыне, может оставаться в воздухе неделями и преодолевать тысячи километров, прежде чем «выпадет» из атмосферы (например, пыль из Сахары нередко достигает Флориды). Точно так же соль из океанских брызг во время штормов попадает в воздух и оседает на льду. Вулканы, способные извергнуться, могут выбросить более четверти триллиона тонн газов, камней, пепла и стеклянных осколков в стратосферу, на высоту в 30 километров над землей, где те дрейфуют по всему земному шару и выпадают через несколько лет. Кроме того, вулканы часто выделяют много сернистых газов (в первую очередь SO2), которые, достигая стратосферы, вступают в реакцию с водой с образованием H2SO4 (серной кислоты), а она, в свою очередь, конденсируется в блестящие капли, отражающие солнечный свет обратно в космос, прежде чем он сможет согреть Землю. В конце концов вещество оседает на землю, оставляя на льду слой серосодержащих соединений. (Под воздействием ультрафиолетового излучения, изобильного в нижних слоях стратосферы, над озоновым слоем, серная кислота окисляется и превращается в сульфат – SO4.) И, наконец, радиоактивные изотопы, возникшие под воздействием космических лучей, такие как 10Be и 14C, и даже более редкие изотопы, созданные взорвавшимися звездами, тоже оседают на лед, чтобы когда-нибудь поведать свои истории.
Поучительный пример обращения к ряду «посредников» для уточнения наших исторических реконструкций – работа М. Сигла и его соавторов28. Они использовали оценки летних температур по древесным кольцам, в которых измерялось соотношение 18O; отслеживали в ледяных кернах с обоих полюсов содержание сульфатов (SO4), рожденных в извержении вулканов; сравнивали концентрацию изотопа 10Be во льду и концентрацию 14C в деревьях – и оказалось, что с 1250 года нашей эры деревья свидетельствовали о снижении температуры по прошествии одного-двух лет с момента крупных извержений (мы проводили такие измерения непосредственно после извержения Пинатубо в 1991 году). Но для предшествующих 2000 лет между датой извержения (измеряемой по льду) и охлаждением Земли (измеряемому по деревьям) наличествовал семилетний интервал, а кроме того, наблюдалось семилетнее смещение между двумя выбросами 10Be в 775 и 987 годах нашей эры и аналогичным резким повышением содержания 14C в летописи годичных колец (заметное по всему миру в 782 и 994 годах нашей эры соответственно). Так мы получили убедительные доказательства того, что в ледяную хронологию закралась ошибка протяженностью в семь лет, причем случилось это примерно 800 лет тому назад.
Новая последовательность датировок допускает в летописях ледяных кернов намного меньшую погрешность, составляющую всего год или два, причем она охватывает время вплоть до 2500 лет назад. За этот период было зафиксировано 283 отдельных вулканических явления, достаточно крупных, чтобы оставить свой след в Гренландии и/или Антарктиде. Примерную широту извержений можно определить по относительной силе сульфатных следов на двух полюсах. И хотя только восемьдесят одно извержение (29 %) считается произошедшим в тропиках, на них приходится почти две трети общего воздействия на климат за последние 2500 лет. Пять из этих извержений – в 426, 44 годах до нашей эры, 536, 1257 и 1458 годах нашей эры – оставили более сильный сульфатный след, чем индонезийское извержение Тамборы в 1815 году, повлекшее год без лета. События 426 года до нашей эры и 1257 года нашей эры произвели почти вдвое больший эффект, чем Тамбора, что предполагает выброс примерно 40 кубических километров вещества.
Событие 1257 года недавно было отождествлено с вулканом Самалас, также находящимся в Индонезии. Свидетельства, написанные на древнеяванском языке на пальмовых листьях, повествуют о разрушительном извержении вулкана, произошедшем еще до того, как завершился XIII век. Радиоуглеродное датирование показало, что древесина, найденная у подножия в наносных породах на острове Ломбок, примерно в 160 км к востоку от Бали, где расположен вулкан, соответствует извержению 1257 года. Кроме того, осколки стекла, образовавшиеся в результате взрывных извержений вулканов, найдены как на острове, так и в ледяных шапках на расстоянии 10 000 км. В них наблюдается одинаковое содержание SiO2 (от 69 до 70 %) и Na2O+K2O (от 8,0 до 8,5 %), что подтверждает их происхождение из одного источника. Очевидно, что это извержение было событием мирового масштаба, и его воздействие на климат было очень значительным29.
Оценки похолодания в Центральной и Северной Европе летом 1258 года составляют 1 °C (вспомним, что случилось с викингами при таком понижении температуры). В хрониках того времени 1258 год описан так:
Что же сказать о произрастаниях земли в тот год, когда погода была так поразительно несвоевременна, что солнечный жар, даже в малости, был не в силах достичь до земли, и плоды того лета едва могли поспеть, если вообще созревали. Столь непроницаемой была завеса туч, закрывших летнее небо, что никто не мог с уверенностью сказать, лето или осень сейчас на дворе. Сено, в том году неизменно мокрое из-за сильных ливней, никак не просыхало, поскольку не могло впитать тепло Солнца: столь плотным был облачный покров.
Ришар из Санса, 1267Прекрасно задокументированный отчет о социальных потрясениях, вызванных погодой, среди которых упоминаются и гиперинфляция цен на еду, и голод, и болезни среди скота и людей по всей Европе и на Ближнем Востоке, и полное лунное затмение (возможное только тогда, когда в земной стратосфере находится толстый слой пыли), нам предоставил Ричард Стотерс30.
Вулканическую летопись ледяных кернов можно расширить гораздо дальше во времени. А. В. Курбатов и его коллеги изучили хроники антарктических льдов, которым 12 000 лет, и выявили, что за период с 10 000 до 500 года до нашей эры произошло семьдесят два крупных извержения. Самое
