Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

концов большинство ученых от нее полностью отказались. Но подобно самим ледникам, наступающим и отступающим, эта идея продолжила возникать в слегка измененных вариантах. Около 1912 года Милутин Миланкович, сербский инженер, ставший математиком, поставил себе амбициозную задачу: разработать математическую теорию климата Земли. Миланкович проводил все вычисления вручную, вычисляя среднюю температуру на разных широтах в разное время года чисто из теоретических принципов, учитывая при этом (как это делали Кролль и Адемар) изменения параметров орбиты, которые влияют на количество солнечной энергии (инсоляцию), получаемое разными точками поверхности Земли. Его первые результаты дали разумное соответствие со всеми наблюдаемыми температурами в мире и быстро привлекли внимание метеорологов, которые до этого подходили к климату в основном эмпирически, а не теоретически.

На работу Миланковича обратили внимание некоторые ученые, интересовавшиеся ледниковыми периодами; они побудили его экстраполировать свои вычисления в прошлое. Делая это, Миланкович учел изменения эксцентриситета и наклона орбиты (как поступали Кролль и Адемар), но также включил в расчеты прецессию — явление, когда ось вращающегося тела меняет свое направление в пространстве, описывая конус. (Прецессия — причина того, что точка на небе, вокруг которой вращаются звезды, медленно перемещается; сегодня из ярких звезд к этой точке ближе всего Полярная звезда, но со временем ее место займут другие звезды.) Эксцентриситет, наклон оси и прецессия изменяются по хорошо известным законам во временных масштабах от десятков тысяч до сотен тысяч лет. Миланкович также включил в свои расчеты информацию о том, как энергия Солнца передается сквозь атмосферу. Это было грандиозным достижением.

Самый важный итог работы Миланковича состоял в том, что он показал: астрономические изменения влияют на температуры в разных широтах совершенно по-разному. Он и его соратники пришли к выводу, что оледенение будет наиболее вероятно, когда в высоких широтах лето окажется прохладным. Это был важнейший момент, поскольку другие считали, что для начала оледенения необходимы холодные зимы. Однако именно прохладное лето препятствует таянию некоторой части снега прошлой зимы, что увеличивает альбедо, поскольку в космос отражается больше энергии. Такая положительная обратная связь приводит к дальнейшему охлаждению.

И снова первоначальная шумиха сменилась несогласием. По-прежнему оставалась проблема с тем, что изменения инсоляции слишком малы и не могут сами по себе управлять ледниковыми циклами. Были и трудности со временем. Некоторые европейские ледниковые отложения, которые вроде бы совпадали по возрасту с вычисленными Миланковичем годами с прохладным летом и поэтому использовались для подтверждения его идей, на самом деле оказались вовсе не ледниковыми отложениями. Когда в 1950-е годы появилось радиоизотопное датирование с помощью углерода-14, его тут же применили к гляциальным отложениям Северной Америки. Полученные данные показали гораздо более сложную картину, нежели простые изменения климата, предсказанные Миланковичем. Астрономическую теорию снова отодвинули на второй план.

Однако сегодня она служит основой для изучения плейстоценового ледникового периода, и ее обычно именуют теорией Миланковича или изредка — теорией Кролля — Миланковича. Нет никаких сомнений, что изменения климата определяются именно теми факторами, которые исследовали эти ученые — эксцентриситетом, наклоном оси и прецессией, хотя до сих пор ведутся серьезные дискуссии, как именно это происходит. Для плейстоценового ледникового периода чередование ледниковых и межледниковых эпох, похоже, сильнее всего коррелирует с изменениями инсоляции примерно на 65° северной широты.

Прорывом, подтвердившим астрономическую теорию, стали исследования кернов в глубоководных отложениях 1970-х годов. В них температуру морской воды оценивали по измерениям соотношений между изотопами кислорода в крохотных раковинах ископаемого планктона (эти величины зависят от температуры). Оказалось, что температура морской воды менялась синхронно с изменениями инсоляции, вычисленными по теории Кролля — Миланковича. Такие колебания температуры обнаруживаются по данным кернов из осадочных пород со всего мира, а это говорит о том, что перемены были глобальными.

Керны из морских отложений продолжают играть важную роль в исследованиях ледниковых периодов. Однако революцию в изучении плейстоценового ледникового периода произвели сведения из другого источника: ледяные керны из Гренландии и Антарктиды. Ледяные керны не уходят в прошлое так далеко, как осадочные, однако дают непрерывную фиксацию множества циклов ледниковых и межледниковых эпох в плейстоцене. Важно отметить, что лед залегает различимыми годовыми слоями, что позволяет точно датировать многие из этих циклов. В ледяной ловушке спрятаны сведения о температуре, составе атмосферы и даже силе ветра в конкретный период времени, а также детали извержения вулканов. Такая информация оказывается бесценной для проверки теоретических моделей климата, потому что надежно спрогнозировать будущий климат может только та модель, которая способна воспроизвести десятки тысяч лет реальных климатических изменений, зафиксированных в ледяных кернах.

Идея, что с помощью ледникового льда можно заглянуть в прошлое, восходит как минимум к 1930-м годам, когда немецкий ученый Эрнст Зорге участвовал в метеорологической экспедиции в Гренландии. Условия были суровыми: зиму он провел, скрываясь от непогоды в снежной пещере. Но когда погода позволяла, он выбирался из укрытия и рыл неподалеку глубокую яму. Зорге тщательно исследовал и описал слои, составлявшие стены этой ямы. Он пришел к выводу, что слои фиксируют условия в центральной Гренландии, простирающиеся на неопределенное время в прошлое. Однако современное бурение ледяных кернов для использования этих данных началось только в 1950-х годах — в основном благодаря инженерным войскам США. В те времена холодной войны американская армия хотела знать, можно ли построить на ледниках Гренландии аэродром и сажать на него тяжелые самолеты. Но прежде всего нужно было выяснить как можно больше о физических свойствах льда и снега. В условиях такого своеобразного симбиоза с военными многие ученые интересовались чисто научными аспектами изучения ледников — например, как поверхностный снег превращается в твердый лед, как меняется лед с увеличением глубины, и особенно тем, можно ли восстановить условия прошлого по кернам льда.

Первое по-настоящему глубокое бурение в Гренландии провели в 1966 году на американской базе Кэмп Сенчури. Масштабная операция, потребовавшая практически шесть лет, дала первый сплошной ледяной керн, проходящий через ледник сверху донизу и в итоге достигший коренной породы на уровне 1387 метров ниже поверхности. Буровой бригаде пришлось решать проблемы бурения сквозь постоянно движущийся лед (даже внутри массивного ледяного щита происходят постоянные перемещения), а также проблемы с прочностью скважины (давление окружающего льда пыталось ее разрушить). Работа велась в крайне сложных условиях: ледяная шапка Гренландии не особо гостеприимна в любое время года, не говоря уже о разгаре зимы. Справившись с бурением в Кэмп Сенчури, бригада не стала почивать на лаврах. Всего через несколько месяцев после завершения работы на острове специалисты отправили оборудование на другой край Земли и установили его на антарктической научной станции Бэрд. Имея за плечами гренландский опыт, они уже через