Краткая история почти всего на свете

О стремлении атмосферы к равновесию первым высказался Эдмонд Галлей — он поспевал всюду, — а в восемнадцатом веке эту идею последовательно развил его соотечественник Бритон Джордж Хэдли, обнаруживший, что восходящие и нисходящие токи воздуха имеют свойство создавать «ячейки» (с тех пор известные как «ячейки Хэдли»). Будучи юристом по профессии, Хэдли в то же время живо интересовался погодой (в конце концов, он же был англичанином), кроме того, он предположил наличие связи между своими ячейками, вращением Земли и наблюдаемыми отклонениями воздушных потоков, которые порождают пассаты. Однако детали этих процессов объяснил в 1835 году профессор механики Высшей политехнической школы в Париже Гюстав-Гаспар Кориолис, и теперь мы ныне называем это явление эффектом Кориолиса [245] . (Другим достижением Кориолиса в Школе было внедрение водяных охладителей, которые, по-видимому, до сих пор известны там как кориосы). На экваторе Земля вращается с порядочной скоростью 1675 км/ч, хотя по мере приближения к полюсам скорость значительно падает; например в Лондоне и Париже около тысячи км/ч. Если вдуматься, объяснение самоочевидно. Когда вы находитесь на экваторе, вращающейся Земле приходится за сутки переносить вас на весьма значительное расстояние — около 40 тыс. км, прежде чем вы вернетесь на исходное место, тогда как, стоя у полюса, вам может потребоваться всего лишь несколько метров, чтобы совершить полный оборот; хотя в обоих случаях на возврат в точку отправления потребуется 24 часа. Отсюда следует, что чем ближе к экватору, тем быстрее приходится вращаться.

245

Эффект Кориолиса относится не к метеорологии, а к механике. Он состоит в том, что при свободном движении тела по вращающейся поверхности оно отклоняется от прямолинейной траектории. Чтобы удержать его на прямолинейном пути (относительно вращающейся системы отсчета), необходимо прикладывать усилие. Именно поэтому у рек, текущих в меридиональном направлении, один берег бывает круче другого, а на меридиональных железных дорогах один из рельсов изнашивается сильнее.

Эффект Кориолиса объясняет, почему все, что движется в воздухе по прямой линии вбок от направления вращения Земли, отклоняется вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Все дело в том, что под нами поворачивается Земля. Классический пример: представьте, что вы стоите в центре большой карусели и кидаете мяч кому-нибудь, находящемуся на краю. Когда мяч долетит до края, тот, кому вы его кидали, продвинется вперед, и мяч пролетит позади него. В его глазах это будет выглядеть так, будто мяч отклонился в сторону. Это и есть эффект Кориолиса, и именно он заставляет тропические циклоны крутиться волчком. Сила Кориолиса объясняет, почему при стрельбе из корабельных орудий делается поправка влево или вправо; иначе снаряд, летящий на 25 км, отклонится примерно на 100 м и безобидно плюхнется в море.

Принимая во внимание практическую и психологическую важность погоды почти для каждого из нас, удивительно, что метеорология не существовала как наука до самого начала XIX века (правда, сам термин «метеорология» существует с 1626 года, когда его употребил Т. Грейнджер [246] в книге о логике).

Проблема отчасти заключалась в том, что для получения удовлетворительных результатов в метеорологии нужны точные измерения температуры, а термометры долгое время было изготовлять труднее, чем можно подумать. Для получения точных показаний требовалось проделать в стеклянной трубке очень ровное отверстие, а это было нелегко. Первым, кто решил эту задачу, был голландский инструментальный мастер Габриель Даниель Фаренгейт. В 1717 году он изготовил точный термометр. Правда, по непонятным причинам он градуировал прибор таким образом, что тот обозначал точку замерзания 32 градусами, а точку кипения 212 градусами [247] . Эта числовая эксцентричность с самого начала создавала известные неудобства, и в 1742 году шведский астроном Андере Цельсий придумал конкурирующую шкалу. Как бы в доказательство того, что изобретатели редко делают все абсолютно правильно, Цельсий принял точку кипения за нуль, а точку замерзания за 100 градусов. Правда, вскоре их поменяли местами.

246

Томас Грейнджер (Thomas Granger, 1578–1627) — английский священник, автор первого крупного трактата по логике на английском языке «Syntagma logicum, or The Divine Logike», опубликованного в 1620 г.

247

Первоначально Фаренгейт принял за 0 градусов самую низкую температуру замерзания охлаждающей смеси из воды, морской соли и нашатырного спирта, а за 100 градусов — температуру человеческого тела. Однако нижняя калибровочная точка оказалась неудачной, и Фаренгейт стал использовать температуру таяния льда, приняв ее за 32 градуса, а температуру тела за 96, чтобы разница составляла 64 градуса — так проще было наносить отчеты на шкалу прибора методом деления пополам. Позднее он еще раз поменял калибровку, приняв за 212 градусов температуру кипения воды. При этом разность между точками кипения и замерзания оказалась равной 180 градусам.

Чаще всего отцом современной метеорологии называют английского фармацевта Люка Хоуарда, получившего известность в начале XIX века. Сегодня о нем главным образом помнят в связи с тем, что в 1803 году он дал названия типам облаков. Хотя Хоуард был активным и уважаемым членом Линнеевского общества и применял принципы Линнея в своей новой системе, в качестве форума для сообщения о своей новой классификации он выбрал менее известное Аскезианское общество. (Вы, возможно, вспомните по одной из предыдущих глав, что члены его предавались необычным удовольствиям от вдыхания закиси азота, так что нам лишь остается надеяться, что там отнеслись к сообщению Хоуарда с незамутненным вниманием, как оно того заслуживало. В этом вопросе его биографы хранят странное молчание).

Хоуард разделил облака на три группы: слоистые для облаков, стелющихся на определенной высоте, кучевые для пушистых облаков и перистые для высоких неплотных образований, обычно предвещающих похолодание. К ним он впоследствии добавил четвертое название — дождевые. Прелесть системы Хоуарда в том, что можно свободно объединять основные компоненты, получая описание проплывающих облаков любых очертаний и размеров — слоисто-кучевых, перисто-слоистых, кучево-дождевых и так далее. Она сразу приобрела огромный успех, и не только в Англии. Система настолько захватила Гете, что он посвятил Хоуарду четыре стихотворения.

С годами система Хоуарда значительно пополнилась; настолько, что всеобъемлющий, хотя и мало читаемый «Международный атлас облаков» вырос до двух томов, но интересно, что практически все послехоуардовские типы облаков — например, мамматусы, пилеусы, небулосисы, списсатусы, флоккулы, медиокрисы — никогда не имели смысла для тех, кто не связан с метеорологией, да и в среде метеорологов, как мне говорили, они не слишком много значат. Кстати, в первом, значительно более тонком издании этого атласа, вышедшем в свет в 1896 году, облака подразделялись на десять основных типов, среди которых самые пухлые и мягкие, как подушка, — кучево-дождевые — числились под номером 9*. Видимо, отсюда и пошло английское выражение «быть на девятом облаке».

– --

* (Если вас когда-нибудь удивляло, до чего изумительно резко очерчены края кучевых облаков, при том, что другие облака гораздо более расплывчаты, объяснение состоит в том, что налицо резко выраженная граница между влажной внутренностью кучевого облака и сухим воздухом снаружи. Любая молекула воды, которая выходит за край облака, тут же уносится сухим наружным воздухом, позволяя облаку сохранить четкий край. Расположенные намного выше перистые облака содержат кристаллики льда, зона между их краем и наружным воздухом не так ясно выражена, поэтому их края более расплывчаты.)

При всей мощи и неистовстве редких грозовых облаков обычное облако вообще-то кроткое и удивительно бесплотное существо. Пушистое летнее кучевое облако шириной несколько сотен метров может содержать не больше 100–150 литров воды — «достаточно, чтобы наполнить ванну», как заметил Джеймс Трефил. Некоторое представление о бесплотности облаков можно получить, побродив в тумане, который в конечном счете есть не более чем облако, которому не хватает желания взлететь. Снова процитируем Трефила: «Пройдя сотню метров сквозь обычный туман, вы соприкоснетесь лишь с половиной кубического дюйма воды [248] — не хватит даже на хороший глоток». Так что облака не являются существенными резервуарами воды. В каждый данный момент над нами проплывает всего лишь около 0,035 % имеющейся на Земле пресной воды.

248

Это примерно 8 мм.

В зависимости от того, куда упадет молекула воды, ее дальнейшая судьба может сложиться по-разному. Если она опустится на плодородную почву, то ее усвоят растения, и не более чем через несколько часов или дней она снова испарится. Но если она найдет путь к грунтовой воде, то может не увидать солнца много лет — тысячи лет, если проникнет по-настоящему глубоко. Когда вы глядите на озеро, то видите скопление молекул, находящихся там около десяти лет. В океане же, как считают, длительность их пребывания исчисляется примерно сотней лет. В целом приблизительно 60 % падающих с дождем молекул воды возвращается в атмосферу в течение одного-двух дней. Испарившись, они проводят на небе около недели — Драри [249] говорит, 12 дней, — прежде чем снова выпасть в виде дождя.

249

Стивен Драри (Stephen Drary) — геолог, профессор Открытого университета в Лондоне, автор ряда научно-популярных книг, ведущий колонки новостей геологии на сайте www.earth-pages.com.

Испарение — скоротечный процесс, как вы можете легко оценить по участи лужицы в летний день. Даже такой большой водоем, как Средиземное море, может высохнуть, скажем, за тысячу лет, если его постоянно не пополнять. Такое явление имело место чуть менее 6 млн лет назад и привело к тому, что в науке называют Мессинским кризисом солености. А случилось то, что материковые подвижки перекрыли Гибралтарский пролив. По мере высыхания Средиземного моря его испарения выпадали в виде пресноводного дождя в другие моря, слегка уменьшая их соленость, и в результате они стали замерзать на больших, чем обычно, пространствах. Расширившаяся поверхность льда отражала больше солнечного тепла, тем самым отбрасывая Землю в ледниковый период. Так, по крайней мере, гласит теория.

О чем можно говорить с полной определенностью, так это о том, что незначительные изменения в геодинамике могут иметь последствия, которые невозможно вообразить. Одно из таких событий, как мы увидим чуть ниже, возможно, привело к нашему возникновению.

Подлинной движущей силой, определяющей состояние поверхности планеты, служат океаны. Метеорологи на деле все больше рассматривают океаны и атмосферу как единую систему, и потому мы должны сейчас уделить им немного внимания. Вода чудесно удерживает и передает тепло, притом в огромных количествах. Гольфстрим ежедневно переносит в Европу количество тепла, эквивалентное мировой добыче угля за десять лет, поэтому в Англии и Ирландии мягкие по сравнению с Канадой и Россией зимы. Но вода также медленно нагревается, поэтому в озерах и плавательных бассейнах вода холодна даже в самые жаркие дни. По этой же причине, судя по нашим ощущениям, времена года наступают с некоторым запозданием по сравнению с их официальным, астрономическим началом. В Северном полушарии весна официально начинается в марте, но в большинстве мест ощущение весны приходит самое раннее в апреле [250] .

250

Этот эффект становится еще более явным, если учесть, что «официальные» астрономические моменты наступления сезонов сами уже значительно смещены. Началом астрономической зимы считается самый короткий в году день зимнего солнцестояния — 21 декабря. Если бы не было климатической инерции, это был бы и самый холодный день года, то есть середина зимы. Ее начало соответственно приходилось бы на 1,5 месяца раньше — примерно на 5 ноября, а началом весны следовало бы считать 4 февраля.