Александр Никонов
Климат, или Что рулит судьбой цивилизаций
XX век был веком относительно спокойного вулканизма. Случилось несколько несолидных извержений и пара извержений посолиднее. В 1991 году взорвался Пинатубо, как вы уже знаете. На Мартинике 8 мая 1902 года произошло извержение, в результате которого был полностью разрушен цветущий город Сен-Пьер. Погибли все 30 000 жителей. Чудом уцелел лишь один человек, сидевший в подземной тюрьме. Он перенес тяжелые ожоги и потом до конца дней своих занимался тем, что демонстрировал их в бродячем цирке в Америке. На Мартинике сейчас музей извержения. Люди, которые в нем побывали, говорят, что впечатление он производит примерно такое же, как музей в Хиросиме – та же панорама: город, в котором не осталось ни одного здания. Серая пустыня. Лунный пейзаж.
Опять-таки благодаря наличию СМИ и телеграфа это извержение также получило хорошую прессу. Но, по известной нам шкале извержений, оно тянуло едва на «четверочку». Тамбора выступил в 1000 раз мощнее, потому и получил за свое выступление максимальную оценку (7 баллов).
А как трясло когда-то планету! Любо-дорого… Если будете в Сингапуре, не поленитесь слетать в большой город Медан на острове Суматра. Час полета, затем два часа на машине по хорошей дороге, и вы у озера Тоба. Озеро немаленькое – с одного берега с трудом просматривается другой. Это озеро – кратер вулкана Тоба, который взорвался 73 тысячи лет назад. Именно ему вулканологи должны были бы присвоить полновесную «восьмерку». То есть мощь его взрыва в 10 000 раз превышала мощь вулкана, стершего с лица земли город Сен-Пьер.
Объем извергнутого – 3000 кубических километров в эквиваленте сухой скалы. Математическая модель взрыва дает масштаб охлаждения поверхности северного полушария на 3,5 градуса в течение 10 лет.
Вот чего нам следует ожидать и бояться…
Кстати говоря, по одной из версий, причина нынешнего глобального потепления – вулканическое спокойствие XX века. Именно оно, по мнению некоторых климатологов, лежит в основе того климатического благоденствия, которое мы нынче имеем… После того, как в 1902 году вулканом был стерт город Сен-Пьер, в 1912 году попугал аборигенов вулкан Катмай на Аляске. А затем почти на полвека наступило затишье. Подобного затишья не было полторы тысячи лет! Не затишье ли это перед бурей?
По прогнозам, уже в этом веке интенсивность вулканической активности начнет нарастать и может сравниться с активностью начала XIX века. А XIX век был холодным веком, если помните – недаром герои Достоевского летом гуляли по Питеру в пальто. Впрочем, как было сказано, про это мы еще поговорим со всеми козырями на руках.
Глава 4. Газы!
Итак, что мы поняли? Что климат зависит от активности Солнца. От положения Земли на орбите. От вулканической деятельности. Граждане продвинутые вспомнят еще про парниковые газы.
Да. Парниковые газы… Как говорил Райкин, «каждый вдыхает кислород, а выдохнуть норовит всякую гадость!». Именно про эту гадость нам и нужно сейчас будет сказать пару добрых слов.
Земная атмосфера – это азот и кислород. Азота в ней 78 %, кислорода 21 %. То есть в сумме 99 %. А один оставшийся процент приходится на все остальное – аргон, углекислый газ, метан, водород… Вот этот-то один процент и является решающим для климата, как ни странно. Главную роль здесь играют трех- и многоатомные газы – такие, как СО2, СН4. Двухатомные газы – О2 или N2 прозрачны для солнечного коротковолнового излучения и для отраженного от поверхности земли длинноволнового. А вот трехатомные прозрачны только для тех лучей, которые прилетают от солнышка. А те, которые переизлучает (отражает) земля, трехатомными газами задерживаются.
Слушайте, это ничего, что я тут формул химических понаписал, а? Не напряг? Уповаю на умных, интеллигентных читателей, которые не прогуливали в школе химию и знают, что СН4 – это метан, а СО2 – углекислый газ, который Райкин выдыхал. Господи, пошли мне таких могучих интеллектуалов…
Таким образом, чем больше в атмосфере трехатомных газов, тем большее количество тепла атмосферой задерживается, поскольку трехатомные газы отраженное излучение не пропускают, а поглощают. Нагреваясь. Получается как бы эффект парника. За что трехатомные газы и назвали парниковыми.
За последние сто пятьдесят лет концентрация главного парникового газа – СО2 – в атмосфере из-за деятельности человека выросла больше, чем на треть. И достигла умопомрачительной величины – 0,038 %. Для сравнения, аргона в атмосфере 0,93 %, то есть почти в 25 раз больше. Но вся эта куча аргона не влияет на климат, а сотые доли углекислых процентов влияют. Тонкая штука климат…
Углекислый газ выдыхают все, кому не лень, его ударными темпами производит промышленность, его не любят гринписовцы, его выделение пытаются сократить науськанные «зелеными» либерально-демократические политики, и о нем мы еще обязательно поговорим. А сейчас в нашей песне будет куплет о метане.
Метан выделяют болота. Поэтому площадь болот непременно входит в формулы математических моделей климата. А еще метан выделяют овцы и, вообще, все крупные млекопитающие. Овцы пукают метаном. Поэтому поголовье овец, коз, коров, составляющее, к слову, сотни миллионов голов по всему миру, также входит в климатические модели.
Человек, безусловно, внес существенную лепту в насыщение атмосферы парниковыми газами. Больше того, расчеты показывают, что именно наша промышленная деятельность отодвинула начало очередного ледникового периода. Впрочем, об этом позже будет сказана пара добрых слов.
А сейчас остановимся еще на одном неожиданном факторе, влияющем на климат. Оказывается, на климат влияет… сам климат. Точнее говоря, сложность климатической системы. Моделирование на больших ЭВМ наглядно это демонстрирует. Если математически воспроизвести и запустить в компьютере планетарную климатическую модель, не нагружая ее никакими внешними воздействиями, то есть выключить вулканизм, стабилизировать содержание парниковых газов в атмосфере, убрать колебания земной оси и солнечной активности, то даже при отсутствии всех внешних возмущений в системе все равно происходят сильные колебания. Дуют муссоны и пассаты, меняется количество осадков, плавает на 0,4–0,5°С среднеглобальная температура.
Климат оказался достаточно сложной системой, чтобы жить своей жизнью и без всяких внешних возмущений. Системы подобной сложности сами порождают случайности и сами их отрабатывают. Сейчас наукой установлено, что климатической системе присущи свои весьма устойчивые циклы – 100 тысяч лет, 41 тысяча лет, 23 тысячи лет, 2,5 тысячи лет, 200 лет, 65, 22, 10–11, 7,5 лет… Они накладываются друг на друга, давая весьма сложную картину. Из-за этой сложности погодная картина планеты на первый взгляд кажется сплошным хаосом. Но в этом кажущемся тотальном хаосе есть свой порядок.
Глава 5. ЮНЕСКО и младенец
В начале семидесятых годов XX века советский океанолог, кандидат географических наук Андрей Полосин работал начальником сектора физической океанографии в одном из научных институтов. И именно ему совсем несоветский Океанографический комитет ЮНЕСКО заказал аналитическую записку об Эль-Ниньо. А все потому, что Полосин был тогда одним из лучших специалистов в мире по экваториальной циркуляции. Отчего же ЮНЕСКО вдруг настолько заинтересовалось проблемой Эль-Ниньо, чтобы заказывать доклады ученым из коммунистической империи?..
«Эль-Ниньо» с испанского переводится как «мальчик» или «младенец мужского пола». Именно так в Южной Америке называют загадочное апериодическое явление, когда-то приносившее беды только западному побережью континента, а в 1972 году впервые в истории человечества ставшее причиной мирового экономического кризиса.
Сейчас уже многие слышали об Эль-Ниньо. Наиболее грамотные обыватели определяют Эль-Ниньо как «нерегулярное течение». Не будем спорить с дилетантами, в конце концов они и про Гольфстрим говорят, что это теплое течение, представляя его себе как реку теплой воды, текущую в океане. Однако и Гольфстрим не река, и уж тем более не является ею Эль-Ниньо. Гольфстрим – это наклонный (по глубине) фронт взаимодействия теплых тропических и холодных арктических вод, скажем так. Или цепочка водных вихрей, если хотите. Впрочем, океанология – не предмет нашей книги, вернемся к климату и переместимся на западное побережье Южной Америки.
Взлетаем! Поднимаемся над скалистыми, круто уходящими в воду западными берегами Южной Америки в районе Перу. Красотища! Палящее солнце. Небо голубое. Однако не жарко. Потому что со стороны берега в океан дуют пассаты. Пассаты вообще считаются самыми стабильными ветрами на свете. Они дуют в приэкваториальной области с востока на запад днем и ночью, зимой и летом. Однако не всегда с одинаковой силой. Иногда летом – как правило, в конце декабря – начале января (не забудьте, лето в Южном полушарии, когда у нас зима) – пассаты стихают настолько, что почти и не дуют вовсе. Вот тогда и приходит Эль-Ниньо. Это явление названо так в честь младенца-Христа, поскольку случается обычно после Рождества. Однако оно вовсе не так безобидно, как новорожденный Иисус. Скорее, напротив.
В нормальном режиме функционирования климатический механизм работает так: постоянно дующие пассаты отгоняют прогревающуюся под жарким солнцем воду от берегов Южной Америки в океан, а из глубины на ее место поступает холодная вода – это явление подъема глубинных вод называется апвеллингом. Кроме того, от Огненной Земли вдоль берегов Южной Америки на север поднимается холодное Гумбольдтово, оно же Перуанское, течение. Начинаясь от антарктических широт, оно тянется почти до самого экватора, и только на широте Эквадора далеко выступающий в море мыс Париньяс отбрасывает это холодное течение на запад, в сторону от континента. Поэтому только в Эквадоре, севернее этого мыса, и можно купаться. А южнее уже холодновато. Странно, конечно, все это выглядит: неподалеку экватор, жарища страшная, а в воду не сунешься! Температура воды примерно как в Черном море осенью, вода настолько холодная, что по всему побережью Южной Америки живут пингвины. Представляете, пингвины у экватора!
Не зря ведь великие андские цивилизации не были цивилизациями мореплавателей – ни инки, ни ацтеки не строили судов. Не только в открытый океан не плавали, но и вдоль берега даже не ходили. Не столько потому, что вода холодная, конечно, а из-за всех этих чудны́х погодных дел – прибой там сумасшедший, мертвая зыбь называется. При тишайшей штилевой погоде на берег накатывают огромные волны, которые в состоянии разбить любой деревянный, а уж тем более тростниковый баркас. Лишь в озере Титикака отважно плавали представители древнеамериканских цивилизаций – там было тихо и безопасно. Европейцам в этом смысле повезло больше, их мореходческая альма-матер – тихое, теплое и спокойное Средиземное море.
Возможно, в этом месте кто-то вспомнит про Тура Хейердала, который, решив доказать, что остров Пасхи был заселен пришельцами из Южной Америки, взял да и проплыл на тростниковом плоту от побережья Южной Америки до Пасхи. Типа, были индейцы мореходами, были, раз на Пасху попали!.. Однако я не советую всерьез принимать забавные опыты Тура Хейердала. Не зря многие справедливо считают его человеком, который всю жизнь занимался только и исключительно самопиаром… Да, доплыть на плоту до Пасхи можно. Может быть, и в большом тазу можно, если повезет. Но вообще люди заселяли планету не так, как помстилось Хейердалу. На остров Пасхи первые люди попали из Центральной Полинезии. А в Полинезию они попали из Меланезии и Новой Гвинеи. Куда, в свою очередь, пробрались из Азии 35–40 тысяч лет тому назад – в эпоху великого оледенения, когда уровень океана был гораздо ниже и Новая Гвинея вместе с Зондским архипелагом составляли одно целое и имели сухопутное соединение с Азией. И в Австралию тогда можно было добраться посуху! А вот Новая Зеландия долгое время оставалась совершенно необитаемой именно потому, что никогда не имела сухопутного моста с главными массивами суши… Что у нас там еще осталось? Америка? В Америку люди пришли через Берингов перешеек примерно тогда же, когда и в Австралию.
Ладно, возвращаемся к Андрею Полосину. Он сейчас как раз сидит за своим казенным столом, заваленным иностранными и российскими научными журналами, и пишет доклад для ЮНЕСКО. Заглянем-ка ему через плечо.
…Холодная вода, которая приносится Гумбольдтовым течением от Антарктиды, а в особенности та вода, что подсасывается из океанских глубин, очень биогенна, то есть биологически активна, поскольку обогащена полезными микроэлементами и весьма способствует развитию планктона. Планктоном питается небольшая рыбка анчоус. Анчоус – та же хамса, шпрот, мелочь пузатая. Но именно на лове этой рыбы Перу стала величайшей рыболовной державой мира. Такой же, как СССР, как Япония. И Япония, и СССР добывали примерно по 10 миллионов тонн рыбы в год. И столько же – 10 миллионов тонн – добывала Перу. Но если Советский Союз и Япония ловили рыбу огромными сейнерами и траулерами по всему океану, то Перу – рыбацкими шаландами и баркасами. И не по всему мировому океану, а в стокилометровой прибрежной полосе. Обильна рыбка анчоус!..
Пути и даты расселения людей по генетическим данным
Столь любезна хамсе холодная перуанская вода, что 80 % мирового вылова анчоусовых приходится именно на Перу. А анчоусом питаются рыбки побольше. А рыбок побольше едят птицы и другие твари – акулы, дельфины… Богат и разнообразен животный мир западного побережья Южной Америки!
Но иногда чудесный ветро-водяной механизм, обеспечивающий анчоусу благодать, ломается. Это случается именно в те редкие случаи, когда под Рождество пассаты утихомиривают свое дутье. Тогда нечему становится отгонять прогревающуюся воду от берегов, и она лежит теплым десятиметровым слоем у берега, словно пленка масла, перекрывая доступ кислорода в глубину (чем теплее вода, тем хуже в ней растворяются газы, мы помним это). Под экваториальным солнышком температура воды быстро достигает 30 градусов, и жизнь в прибрежной полосе замирает – задыхается и «вываривается». Разлагаются растительность и мертвая рыба, активно выделяя сероводород. Миллионы тонн мертвого вещества продуцируют столько этого вонючего сероводорода, что он, окисляясь на воздухе, окрашивает борта и паруса проплывающих судов ужасающими черными разводами. Это производит довольно неприятное, если не сказать тяжелое впечатление. Явление это даже получило название «Кальяосский художник».
В малом масштабе Эль-Ниньо случается раз в 2–3 года, когда рождественские пассаты умеряют свой пыл, и проходит незамеченным. Но примерно раз в 10–12 лет, а иногда и чаще, пассаты теряют силу настолько, что случается катастрофическое Эль-Ниньо. Супер Эль-Ниньо!
Десятки тысяч тонн мертвой рыбы, рачков, медуз выбрасывается на берег, где все это гниет под тропическим солнцем, невыносимо воняя. Вместе с тоннами морских тварей воняют и тонны дохлых птиц, погибших от бескормицы. И перуанская армия в противогазах, используя тяжелую технику, бульдозерами закапывает гниющее мясо во рвы, чтобы предотвратить эпидемии… Кстати, морские птицы производят знаменитое перуанское гуано – лучшее в мире органическое удобрение, предмет гордости и экспорта Перу. Нет анчоуса – нет птиц – нет гуано – нет экспорта. Но главное, конечно, не в потерях от «недоэкспорта» дерьма. Главная беда в том, что вымирает анчоус! Ведь в значительной степени именно на анчоусе держится экономика Перу.
Аккурат к тому самому злосчастному году, когда произошло катастрофическое Эль-Ниньо, Перу вышла на отметку в 10 млн тонн добытой рыбы. Столько хамсы никто не съест, конечно. Поэтому более 90 % анчоуса просто шло в переработку – на корм курам. Все птицефабрики Европы закупали дешевый корм из перемолотого и высушенного анчоуса.
И вдруг корма не стало. Птица стала дохнуть. Взлетели цены на птичье мясо. Птичье мясо потянуло за собой говяжье, свиное, баранину. В бедной Южной Америке, где мясо стало совершенно недоступным народу, люди перешли на бобы. Естественно, бобовые культуры также взлетели в цене, что усугубилось положением в сельском хозяйстве (недостаток удобрений – гуано).
Раньше Эль-Ниньо – даже катастрофическое – было проблемой одной только Южной Америки. Даже не проблемой, а так – небольшой, локальной неприятностью. Воняет…
Теперь же, во времена постепенно глобализирущейся экономики, вышло совсем другое дело. Известно, что Тихий океан производит 20 млн тонн анчоуса в год. Когда в Перу вылавливали 1 млн тонн, рыбки хватало и птицам, и людям, и смертоносному молоху Эль-Ниньо. А после того как человек стал забирать из океана половину всего того, что тот производил, малейшего сбоя хватило для катастрофы. И она произошла. Мировые рынки затрясло. Политическое положение в странах Южной Америки стало нестабильным. Даже в ЦК КПСС забеспокоились. Там дотоле и не предполагали, что мир так тесен и взаимоувязан.
К чему я рассказал про Эль-Ниньо? А к тому, что оно является частью огромного климатического явления, которое называется Южным колебанием. Южное колебание – это удивительные качели давления, сформированные сложной, самоорганизующейся климатической системой. Суть Южного колебания в следующем. Ученые давно заметили: много разных разностей может происходить с погодой в Южном полушарии – могут дуть пассаты, а могут подзатихнуть, в Австралии может пролиться дождь, а в Тихом океане пройти ураган, в Андах может выпасть тихий снег, а в Антарктиде начаться буран. И все эти штуки друг от друга не зависят. Одного только не может быть никогда – чтобы было высокое (или низкое) давление одновременно и на Таити, и в городе Дарвин, что в Северной Австралии.
То есть, если на Таити высокое давление, то в Дарвине непременно низкое. Если на Таити давление низкое, в Дарвине – непременно высокое. И никак иначе. Между Дарвином и Таити – 5000 километров. Размах приличный. Но так вышло, что Дарвин и Таити – активные центры Южного колебания, два странных полюса, связанные магической погодной нитью. Магический закон прост: если над Дарвином давление падает, над Таити растет. И наоборот. Потому и называется это Южным колебанием. Гигантские атмосферные качели отвечают за перераспределение воздушных масс во всем Южном полушарии и являются его погодной кухней.
Как правило, над Таити давление высокое, а над Дарвином облачность. Это штатная ситуация. В этом случае пассаты исправно дуют с востока на запад в паруса Магеллана, размножается анчоус, над Атакамой – самой сухой и самой высокогорной пустыней мира – палит нещадное солнце… Осадков в Атакаме не бывает по многу лет. Свежая булка хлеба здесь за несколько минут превращается в сухарь, а если спросить старожила, когда в Атакаме шел последний дождь, дедушка запросто может сказать, что не помнит такого.
Но порою случается атмосферный казус. Гигантские качели давления вдруг делают нежданный взмах, и тогда над Таити скучнеет небо, а над Дарвином сияет солнце. И все в Южном полушарии идет кувырком – в Австралии, Океании и Индонезии стоит сушь и полыхают лесные пожары; у берегов Южной Америки дохнет морская живность; приводится в движение перуанская армия с тяжелой техникой; к берегам Перу, безмерно удивляя рыбаков, приплывают теплолюбивые рыбы-молоты; а в пустыне Атакама проливаются дожди. И самая сухая пустыня мира вдруг расцветает зеленью. Что тоже не к добру – потому что если в Атакаме все расцвело, значит, на побережье все давно смыло ливнями, селями и порушило ураганами.
Есть подобные качели давления и у нас, называются они Североатлантическим колебанием и являются кухней погоды для всего Северного полушария. Магические точки Североатлантического колебания – Азорские острова и Исландия. Телезрители, любящие смотреть прогнозы погоды, уже привыкли к словосочетаниям «Азорский антициклон» и «Исландская область низкого давления». Как правило, так оно и бывает – над Азорами безоблачное небо, высокое давление и антициклон. А в Исландии хмуро, пасмурно, дождит и хочется повеситься. В крайнем случае, напиться шнапсу или что там пьют с горя эти молчаливые северные люди…
Но порой качели давления вдруг смещают воздушные массы, и все встает с ног на голову – давление над Азорскими островами и Исландией начинает меняться в антифазе: над Азорами оно падает, а над Исландией растет. В Европу приходят суровые и засушливые (бесснежные) зимы, и европейцы, привыкшие к зимам мягким да влажным, удивляются.
Ну а когда давление над Азорами высокое, исландцы регулярно страдают головными болями, а зимы в Европе (и Москве в том числе) стоят такие, к каким мы уже привыкли – слюнявые. Теплые западные ветры передают нам привет от Атлантики…
Вы можете задать резонный вопрос: а почему это западные ветры передают нам теплые приветики с Атлантики, а восточные не передают морозные приветики из Сибири? А потому, что из-за вращения Земли образуется так называемый «западный перенос» – преимущественно западное направление ветров в умеренных широтах. Эти постоянные западные ветры, в сущности, похожи на пассаты, только дуют в другую сторону и на других высотах. Система работает так… У экватора атмосферные массы переносятся с востока на запад (пассаты). Но затем нагретые солнцем воздушные массы поднимаются вверх и устремляются от экватора в области с более низким давлением (45–60 градусов северной и южной широты). Причем из-за силы Кориолиса потоки воздушных масс «загибаются» на запад. То есть вообще-то воздух перемещается на север, но не по прямой, а вихреобразно, образуя в своем движении перпендикулярную составляющую скорости.
Разница между пассатами и западным переносом только в том, что пассаты дуют в паруса, то есть низенько, а западный перенос сквозит на больших высотах. Именно поэтому из Москвы в Таиланд лететь на час быстрее, чем из Таиланда в Москву. Это обстоятельство страшно удивляет туристов. Они задают друг другу на различных сайтах вопрос о причинах загадочного явления, после чего пускаются в глубокомысленные и околофизические рассуждения о том, что, наверное, тут играет роль вращение Земли – самолет взлетает, а Земля, вращаясь, несет ему навстречу Бангкок. А когда самолет летит обратно, Москва от самолета «убегает». Нет, отвечают им другие, более умные: во-первых, Земля вращается в другую сторону и, если бы то, что вы описали, имело место, во Владивосток лететь было бы дольше, а не быстрее! А во-вторых, никакое вращение Земли тут роли не играет, потому что атмосфера вращается вместе с планетой, как одно целое, иначе, подпрыгнув, мы приземлились бы в другом месте, поскольку Земля бы из-под нас «уехала». Да и вообще, если б атмосфера не вращалась вместе с планетой, из подъезда выйти было бы нельзя – дул бы такой страшный ветер, что с ног бы валило. «Что же тогда влияет на загадку ускоряющихся на восток и тормозящих на запад самолетов?» – теряются граждане.
Парадокс правильного ответа состоит в том, что действительно тут виновато вращение планеты! Только работает оно не «напрямую», а «косвенно» – через силу Кориолиса, «загибающую» воздушный массоперенос. Вообще если представить себе Землю со стороны, то воздушные массы движутся над ее полушариями двумя баранками, или, по-научному, тороидами. Вдоль всего экватора теплый воздух поднимается вверх и переносится к полюсам, слегка загибаясь западным переносом. Ближе к земным макушкам охлажденный воздух опускается. И затем поступает низом на место поднявшегося у экватора теплого воздуха. Нижняя экваториальная часть этого потока воспринимается нами как пассаты, а верхняя североширотная – как западный перенос. Так работает атмосфера в первом приближении. А во втором черти начинают гнездиться в мелочах и частностях ураганов, бурь, муссонов, ветров, осадков и в прочей погоде…
Так вот, интенсивность западного переноса зависит от тех самых Североатлантических качелей давления – чем больше они наклонены в сторону Исландии, тем интенсивнее западный перенос. И наоборот – когда низкое давление случается над Азорами, над Исландией образуется устойчивый антициклон, и в Европе наступает так называемая Великая зима – замерзают Рейн, Рона, Темза. Причем сковать льдом эти реки может месяца на три! Стоит нормальная такая зима с преобладанием ветров северо-восточного направления. И вот тогда во Владивосток лететь так же долго, как и обратно.
