Ледяные лишаи

Через год после опубликования статьи Стокса в том же журнале «Сайенс» появилась статья двух известных американских ученых М. Юинга и В. Донна «Теория ледниковых периодов» и еще через два года — ее продолжение и дополнение [9] . В этих статьях они развивали и обосновывали новыми геологическими данными идеи Стокса. После опубликования их статей теория автоколебаний климата и оледенения получила в зарубежной литературе известность под названием «теория Юинга и Донна». Теория вызвала довольно широкую дискуссию. Краткое ее изложение вошло в изданную в 1955 г. в Париже двухтомную монографию по гляциологии Л. Ллибутри [10] . Были высказаны рядом авторов и критические замечания, вызвавшие появление по крайней мере еще двух статей тех же авторов [11] , в которых они несколько изменили и дополнили свою теорию. За широко известными именами Юинга и Донна скромное имя Стокса было забыто. На статью Стокса его знаменитые соотечественники сослались вскользь, не указывая на то, что они развивают его идею, изложенную и обоснованную им лучше, чем ими. Имени Е. С. Гернета за рубежом просто никто не знал [12] . Теорию (или гипотезу) Юинга и Донна упоминают и в нашей научной литературе. Ссылаются у нас и на статью Стокса, но имя Гернета упоминается редко, его не знают. Отечественный приоритет в теории колебаний климата и оледенения необходимо восстановить. Ее следует назвать именами тех, кто предложил ее впервые — теорией Гернета — Стокса.

9

Ewing М., Donn W. L.A theory of Ice Ages I. — Science, 1956, vol. 123, N 3207, p. 1061–1066; Ewing M., Donn W. L.A theory of Ice Ages II. — Science, 1958, vol. 127, N 3307, p. 1159–1162 (сокр. рус. пер. см.: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1966, вып. 12, с. 292–308).

10

Lliboutry L.Traite de glaciologie. Paris, 1965, t. 2, p. 912–915.

11

Donn W. L., Ewing M.A theory of Ice Ages III. — Science, 1966, vol. 152, N 3730, p. 1706–1712; Donn W. L., Ewing M.The theory of an ice-free Arctic Ocean. — Meteorological Monographs, 1968, vol. 8, N 30, p. 100–105.

12

По крайней мере до 1969 г., когда в «Journal of Glaciology» (1969, vol. 8, N 53, p. 225–228) была опубликована статья О. П. Чижова «On the hypothesis of Ice Ages, suggested by Captain E. S. Gernet» (о гипотезе ледниковых эпох, предложенной капитаном Е. С. Гернетом).

В области геологии и гляциологии (науки о природных льдах) Е. С. Гернет не был специалистом, на что справедливо указал проф. М. В. Тронов, впервые в научной литературе сославшийся на книгу Гернета [13] . Но какой ясностью мысли и пониманием сущности природных явлений он обладал! О незаурядных способностях и эрудиции автора «Ледяных лишаев…» свидетельствует его деятельность в области навигации, гидрографии, мореходной астрономии.

Ему принадлежит идея новой проекции карт для высоких широт. Гернет предложил очень простой подход. Штурманская карта должна удовлетворять двум условиям: линия курса должна прокладываться на карте по прямой линии и углы должны быть равны соответствующим углам на местности. Этим условиям удовлетворяет проекция Меркатора, использующаяся моряками. Но меркаторская проекция не пригодна для высоких широт. Предложение Гернета сводится к тому, что вместо экватора, от которого строится проекция Меркатора, берется другой большой круг земного шара, например нулевой меридиан, заменяющий экватор. Гернет называет его поэтому замэкватором. От него строится ортогональная сетка координат — зампараллелей и заммеридианов. Курс корабля или самолета в этой проекции прокладывается штурманом так же легко и удобно, как и в меркаторской проекции.

13

Тронов М. В.Проблема развития ледников. Томск, 1960, с. 102. Позже изложение теории Гернета и ее оценки были сделаны в статьях: Чижов О. П.О ледниковой теории Гернета в свете современных представлений. В кн.: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1965, вып. 11, с. 114–125; Чижов О. П.Ледники и климат. — Природа, 1966, № 7, с. 58–65; Маркин В. А. В стране ледяных куполов. М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 22–26; Котляков В. М.Мы живем в ледниковый период? Л.: Гидрометеоиздат, 1966, с. 178–185, 206–208.

Статья об этой проекции была написана в начале 30-х годов по возвращении Гернета из Японии [14] , когда он начал работать в области гидрографии. Он был редактором лоций полярных морей, участвовал в гидрографических экспедициях на шхуне «Полярная звезда», на ледоколах «Сибиряков», «Садко», читал лекции по навигации и мореходной астрономии. Известный картограф проф. В. В. Каврайский пишет, что проекция, подобная проекции Гернета, была ранее, в 1928–1929 гг., предложена директором Международного гидрографического бюро Л. Тонта, но что Е. С. Гернет предложил ее независимо [15] .

14

Гернет Е. С. Навигационные морские и авиационные карты с добавочными замкоординатами. — Записки по гидрографии, 1933, № 5, с. 25–43.

15

См.: Каврайский В. В. Избр. труды. Л., 1959, т. 2, с. 348–350, 362, 365.

Той же простотой и удобством пользования отличаются составленные Гернетом «Близмеридиональные таблицы» [16] . Как известно, для определения широты места нахождения судна в море секстаном измеряется высота Солнца или звезды в ее верхней или нижней кульминации, т. е. во время прохождения светила через меридиан. Но можно измерить и «близмеридиональную» высоту светила, т. е. его высоту, не точно во время кульминации, а лишь во время нахождения светила вблизи от меридиана данного места. Тогда необходимо вводить соответствующую дополнительную поправку — редукцию. Для нахождения редукции существуют специальные таблицы, входящие в так называемые «Мореходные таблицы». Таблицы, составленные Гернетом, имеют ряд преимуществ по сравнению с «Мореходными таблицами 1933 г.»: они значительно упрощают и ускоряют необходимые вычисления. В 1938 г. таблицы были переизданы и затем вошли в «Мореходные таблицы 1943 г», так же как и в их последующие издания.

16

Гернет Е. С. Близмеридиональные таблицы, упрощающие нахождение редукции. Л.: Арктический ин-т, 1934.

Е. С. Гернет умер в 1943 г., на 61-м году жизни. Сделанное им как солдатом, гражданином, ученым заслуживает нашей благодарной памяти.

Основная идея книги и ее значение

В основе ледниковой теории Гернета лежит идея о «самосильном» развитии оледенения и его влиянии на климат.

Ледниковая теория в понимании Гернета отличается от ледниковой теории в том смысле, какой ей обычно придают геологи и палеогеографы и одним из создателей которой был русский ученый и революционер П. А. Кропоткин [17] . В этом последнем смысле ледниковая теория — это концепция, объясняющая «ледниковые» формы рельефа деятельностью материкового оледенения и доказывающая реальность его распространения в прошлом на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы. Гернет принимает эту теорию, исходит из нее. Для него — это данные геологии. Его же ледниковая теория устанавливает причинно-следственную связь событий, приводивших к возникновению и развитию оледенения, его колебаниям и глубоким изменениям климата. О такой ледниковой теории и будет идти речь ниже. Гернет (позже Стокс, равно как и Юинг и Донн, своевременно подхватившие идею Стокса) рассматривает в сущности систему, включающую земную поверхность и окутывающую Землю атмосферу. Изменения состояния земной поверхности — появление ледников на суше и морских льдов в полярных акваториях Мирового океана — влияют на состояние атмосферы — ее температуру, влажность, распределение давления и ветры. Взаимодействие между подстилающей атмосферу земной поверхностью (как сушей, так и океаном) и воздушными массами определяет климат.

17

Кропоткин П. А.Исследование о ледниковом периоде. — Зап. имп. рус. географ. о-ва. СПб., 1876, т. 7, вып. 1.

Снег и лед способствуют охлаждению земной поверхности и воздуха по двум причинам: потому, что увеличивают отражающую способность, так называемое альбедо поверхности, и, следовательно, уменьшают поглощаемую Землей солнечную энергию, и потому, что температура снега и льда не может подняться выше 0°, температуры таяния льда. При температуре ниже 0° реки и озера замерзают, осадки выпадают в твердом виде. Снег и лед, однажды появившись, способствуют все большему своему распространению и охлаждению климата. Охлаждение, однако, продолжается только до некоторого предела. Одновременно с охлаждением уменьшается содержание в воздухе водяного пара, увеличивается сухость климата, уменьшается сумма выпадающих осадков. При каком-то минимуме температуры осадков выпадает так мало, что летнее таяние у края далеко продвинувшихся на юг ледников сравнивается с питанием их выпадающим снегом, а затем превосходит его. Теперь взаимодействие между земной поверхностью и атмосферой останавливает процесс охлаждения, а затем поворачивает его в обратном направлении — к сокращению оледенения и потеплению. В системе «Земная поверхность — Атмосфера» возникают автоколебания, выражающиеся в чередовании ледниковых и межледниковых эпох.

Но система «Земная поверхность — Атмосфера» не является замкнутой, она открыта для внешних по отношению к ней воздействий, идущих из недр Земли и от Солнца. Начальной причиной оледенения Земли были внутренние процессы, происходящие в ее недрах. Они привели к поднятию и горизонтальному смещению материков, росту горных хребтов. На них и стали возникать и стекать вниз по склонам ледники. Раньше всего, десятки миллионов лет назад, ледники образовались на южном полярном материке, окруженном со всех сторон океаном. Океан ограничивал распространение оледенения за пределы материка. С течением времени образовался устойчиво существующий до наших дней Антарктический покровный ледник — «локализованный стационарный ледяной лишай», как его называет Гернет.

Его образование создало источник постоянного охлаждения, грандиозный холодильник нашей планеты, что способствовало образованию Гренландского покровного ледника. В отличие от южного океанического полушария, в северном материковом полушарии оледенение могло возникнуть и на соседних с Гренландией территориях. Образовались «рефлекторные ледяные лишаи», по Гернету. С этого времени, около миллиона лет назад, началось распространение оледенения на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы, замерзание внутреннего полярного океана и превращение его в Северный Ледовитый океан. Затем после максимального распространения льдов началось их сокращение — «первая пульсация Гренландского ледяного лишая», по Гернету.

Наступание и отступание ледников, смена ледниковых эпох межледниковыми повторялись неоднократно. Эти большие гляциоклиматические колебания вызывались взаимодействиями внутри системы «Земная поверхность — Атмосфера» (включая в понятие земной поверхности и океан). Но вместе с тем они, по-видимому, стимулировались и колебаниями инсоляции или облучения Земли Солнцем.

Колебания инсоляции, обусловленные астрономическими причинами, были рассчитаны в 20-х годах XX в. югославским астрономом М. Миланковичем. Его расчеты затем неоднократно проверялись и уточнялись. Колебания инсоляции не вызывают сомнений, но вопрос о том, насколько велико их влияние на климат, стал предметом не прекратившейся до настоящего времени дискуссии.

Автоколебательной природе смены ледниковых эпох межледниковыми не противоречит возможность влияния на них и внешних воздействий, как известных в настоящее время, так и других, которые могут быть установлены в будущем. Но «самосильное» развитие оледенения, предположенное Гернетом, является, по-видимому, определяющим.

Значение охлаждающего влияния снега и льда на климат было обосновано в конце XIX в. А. И. Воейковым [18] . В 20-х годах XX в. английский климатолог Ч. Брукс сделал расчет дополнительного охлаждения климата, вызываемого ледяным покровом и способствующего его распространению [19] . В те же годы немецкий климатолог Ф. Пашингер высказал идею об автоколебаниях горных ледников [20] , но первым, кто независимо от них и в логически безупречной форме обосновал теорию автоколебаний климата и оледенения, был Е. С. Гернет (вспомним слова К. Г. Паустовского о «стройной неопровержимости» его теории). И он в отличие от Пашингера рассмотрел не только автоколебания ледников, но всей системы, включающей ледники, морские льды, океан и атмосферу. Внутренние взаимодействия в этой системе могут быть учтены и направлены человеком так, чтобы наиболее рационально согласовать с ними свою хозяйственную деятельность.

18

Воейков А. И.Климаты земного шара, в особенности России. СПб., 1884; Воейков А. И. Избр. соч.: В 2-х т. М.; Д.: Изд-во АН СССР, 1948, т. 1, с. 162–748.

19

Brooks С. Е. P.Climate through the ages. L., 1926; Брукс К. Климаты прошлого. М.: Изд-во иностр. лит., 1952. 357 с.

20

Идею Пашингера излагает в своей книге и Брукс, см. с. 253–254 рус. пер.

Осуществление проекта уничтожения Гренландского ледяного лишая, предлагаемого Гернетом, принципиально возможно. Также возможно и искусственное очищение Северного Ледовитого океана от плавучих льдов. Такие проекты обсуждались в современной научной литературе. Превращение Северного Ледовитого океана в безледный полярный бассейн несомненно изменило бы климат Северной полярной области и всего северного полушария. Нужно ли и своевременно ли осуществлять подобные проекты и каких усилий и затрат энергии это потребует — другой вопрос. Но важно то, что вмешательство человека в ход природных событий огромного масштаба и значения возможно. Если бы изменения климата зависели только от внешних воздействий, таких, как тектонические силы Земли, вызывающие горообразование, или колебания инсоляции по астрономическим причинам, или любые другие, то человек был бы бессилен (по крайней мере при современной технике) влиять па них.