Чтение онлайн

Циклы Миланковича показывают, как солнечная энергия, получаемая Землей, изменялась во времени, но сколько этой энергии удерживалось? Этот вопрос оказался даже более сложной задачей, чем вычисление орбитальных вариаций, поскольку решение ее зависит, среди прочих факторов, от распределения суши и моря, от характера поверхности суши и от состава атмосферы. Например, морская вода поглощает большую часть получаемой солнечной энергии, но лед или пустыни отражают значительную часть ее. Поэтому континентальные ледяные шапки создают положительную обратную связь, отражая солнечную энергию и еще больше охлаждая планету уже одним своим наличием. Но если ледяные шапки появляются в высоких широтах, где количество падающей солнечной энергии на единицу площади в данном месте гораздо меньше, чем в тропиках, то таким образом охлаждающее действие расположенных в высоких широтах ледников может быть нейтрализовано распределением суши при обширных океанах и небольшим числом континентов на низких широтах. Однако изменения распределения континентов относительно полюсов происходят очень медленно, и хотя они должны влиять на чувствительность Земли к вариациям других параметров, они не могут объяснить быстрые колебания между условиями ледниковых и межледниковых эпох Великого Ледникового века.

С другой стороны, состав атмосферы подвергается существенным изменениям за короткие промежутки времени. Анализ пузырьков воздуха, захваченных льдами из Гренландии и Антарктиды, как уже указывалось, показал, что во время ледниковых циклов содержание как углекислого газа, так и метана в атмосфере изменялось в ногу с климатом. Оба эти парниковых газа задерживают тепло, которое излучает Земля, и не дают ему уходить в космос, а керны, полученные из льда, показывают, что содержание обоих этих газов в теплые периоды увеличивается, а в холодные уменьшается. Однако внимательный анализ времени наступления этих изменений показывает, что в большинстве циклов они, по-видимому, следуют за изменениями температуры с некоторым запозданием. Если запаздывание будет подтверждено дополнительными исследованиями, то это будет означать, что они являются, скорее, результатом ледниковых циклов, а не их причиной. Но даже если это и так, то они должны были усиливать флуктуации температуры, при этом более высокие концентрации парниковых газов должны были поддерживать Землю несколько более теплой в межледниковые эпохи, а более низкие концентрации способствовали дальнейшему охлаждению в эпохи похолоданий.

Даже из этого краткого изложения должно быть ясно, что на вопрос: что вызывает глобальное оледенение? — имеется много возможных ответов. Ввиду столь большого количества действующих факторов, причем каждый из которых взаимодействует с другими, появление мощных быстродействующих компьютеров оказалось настоящим благодеянием для исследований климата ледниковых эпох. С их помощью оказалось возможным промоделировать, как климатические условия должны отвечать на различные количества углекислого газа в атмосфере, различные расположения континентов относительно полюсов, на различные части циклов Миланковича и множество других потенциально важных факторов. Научная литература включает множество статей, обсуждающих модели общей циркуляции (General Circulation Models), или GCM, как их называют посвященные, с помощью которых можно предсказать распределение температур, направления ветров и многие другие климатические особенности для различных возможных сочетаний условий в прошлом. Много полезных догадок было высказано на основании математических моделей, разработанных для этих разных предположений. Тем не менее, как и при долговременных метеорологических прогнозах, все они очень чувствительны к незначительным вариациям входных данных, и основанные на них предсказания точны лишь в той степени, в какой создатели моделей учитывают взаимодействие всех параметров задачи. В конечном счете эталоном, по отношению к которому следует оценивать эти теоретические построения, должна быть информация, получаемая от самой Земли, природные записи в горных породах, отражающие фактические изменения климата в прошлом.

КЛИМАТ ЭПОХ ОЛЕДЕНЕНИЯ, ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА И НАЧАЛО РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ

Древнейшие из известных ископаемые остатки гоминид (гоминиды — это род, к которому принадлежит и наш вид — Homo, то есть человек) имеют возраст почти 4,4 миллиона лет. Они найдены в Эфиопии в тесной связи с отложениями вулканического пепла, которые можно датировать очень точно, поэтому их возраст можно считать хорошо установленным. Очень вероятно, что это наши прямые предки.

Около 800 000 лет после этих ранних гоминид в местности, которая сейчас называется Танзанией, почти в 2000 километров от места находки эфиопских окаменелостей, начало формироваться замечательное скопление ископаемых остатков совершенно другого характера. Здесь в результате серии вулканических извержений вся местность оказалась покрыта слой за слоем тончайшим вулканическим пеплом. После дождей этот пепел в поверхностном слое походил на разведенный цемент, и всякое существо, которое передвигалось по нему, оставляло следы, создавая тем самым живую запись о жизни животных, процветавшей в этой части Африки. Но кроме следов всевозможных животных — от кролика до слона, здесь, на этом моментальном снимке, сделанном природой более трех с половиной миллионов лет назад, было обнаружено кое-что еще, а именно следы группы гоминид, пересекших это место. Вероятнее всего, существа, оставившие эти следы, были очень похожи на те, которые представлены древнейшими эфиопскими окаменел остями. Некоторые ученые, изучавшие эти окаменевшие следы, считают, что они были оставлены семейной группой — мама, папа и сынок, но, может быть, более важно то, что отпечатки указывают на то, что эти гоминиды ходили на двух ногах, совсем как современные люди. Таким образом, около четырех миллионов лет назад или раньше наши предки спустились с деревьев тропических лесов Африки и распространились в травяных равнинах, освоив вертикальную походку. Многие палеонтологи считают, что этот переход был подсказан постепенно увеличивающейся засушливостью климата, которая наступала в Африке по мере охлаждения глобального климата, уменьшив площадь лесов и увеличив распространение степей. Тем не менее настоящие трудности существования в условиях Великого Ледникового века еще только ждали наших предков, хотя, возможно, они не так ощущались в тропиках, как в высоких широтах.

Австралопитеки, как называются сейчас существа, оставившие упомянутые выше эфиопские окаменелости (и другие подобные им гоминиды), обладали маленьким мозгом. Хотя они и были двуногими, они все же не были очень ловкими существами. И тем не менее они просуществовали несколько миллионов лет, причем часть этого времени они жили параллельно с нашим видом. Человек (Homo) впервые выходит на сцену в Африке среди ископаемых остатков других гоминид около двух миллионов лет назад. Приблизительно в это же время в осадках появляются обработанные каменные орудия. Одной из главных отличительных особенностей новых гоминид был их большой мозг — по крайней мере, по сравнению с любым из представителей вида австралопитеков, который предшествовал им. Почему Homo появился именно в это время и почему его мозг стал больше, чем у ранних гоминид? Не существует определенного, общепринятого и согласованного ответа на этот вопрос, но есть много гипотез. Одна из них предполагает, что совпадение между появлением Homo и началом оледенения в северном полушарии не случайно. Согласно этому взгляду, изменение климата, особенно чередование долгих ледниковых и коротких межледниковых эпох благоприятствовало животным, обладавшим способностью приспосабливаться к изменениям, индивидам, обладавшим изобретательностью и умом. В Африке эпизоды оледенения отличались холодным и сухим климатом; жизнь в это время была труднее, чем во время теплых и относительно более влажных межледниковых периодов. Правильна или нет эта интерпретация, неизвестно. Но самые крупные изменения среды обитания, сопровождавшие циклы холодного и теплого климата, которые регулярно сменяли друг друга на протяжении нескольких последних миллионов лет, должны были сыграть свою роль в усилении миграции и изоляции отдельных групп как Homo, так и других животных. Быстрая эволюция новых видов и подвидов, явная среди млекопитающих в целом, и уж конечно для рода Homo, была неизбежным результатом.

Приблизительно миллион лет назад один из видов Homo, а именно Homo erectus (человек прямоходящий), переселился из Африки в Европу и Азию. Остатки предков человека встречаются очень редко, и антропологи и палеонтологи пережили трудные времена, пытаясь установить генеалогию современных людей, но все же известно, что около 100 000 лет назад, в начале самого последнего эпизода оледенения, в Европе и на Среднем Востоке жила группа представителей Homo sapiens (человек разумный), известных под названием неандертальцы. Несмотря на появившийся в наше время образ неандертальца как тупоумного пещерного жителя с дубиной в руке, эти люди имели большой мозг — такой же величины, как и наш, вели общественный образ жизни и, по-видимому, были довольно разумны. В Европе они жили в условиях климата, все более и более ухудшавшегося в сторону самого холодного ледникового периода. И все же неандертальцы исчезли из ископаемой летописи около 30 000 лет назад и их сменили уже, по существу, современного типа люди, названные кроманьонцами. Эти люди появились в Африке на десятки тысяч лет раньше, проникли в Европу около 45 000 лет назад и некоторое время сосуществовали с неандертальцами. В противоположность неандертальцам они, по-видимому, шили себе одежду, делали хотя бы грубые укрытия и были, вероятно, лучше оснащены для жизни в условиях сурового климата. Они первыми испытали на себе холод Европы периода оледенения, а также оставили после себя прекрасные памятники пещерной живописи, которые представляют нам подлинный облик некоторых ныне вымерших животных, которые оживляли ледниковый ландшафт, как, например, огромные, мохнатые, вооруженные изогнутыми бивнями мамонты.

Помимо самого климата, важным фактором, влиявшим на людей, были связанные с оледенением колебания уровня моря, сопровождавшие ледниковые циклы. В результате сильного понижения уровня моря во время Висконсинского ледникового максимума оказались обнаженными обширные области континентов, которые сейчас покрыты водой. В некоторых местах по ним проходили маршруты миграции древних людей, а также животных. Австралия и Новая Гвинея были связаны сушей. Большая часть Индонезии была доступна существам, передвигающимся на ногах или посредством очень коротких путешествий по воде, и Homo sapiens мигрировал туда из Азии. По-видимому, наиболее известным результатом понижения уровня моря во время последнего ледникового максимума явилось заселение людьми Америки. Еще 20-30 тысяч лет назад было возможно пройти пешком из Северной Азии на Аляску. Через сухопутный мост, бывший тогда на месте Берингова пролива, в Северную Америку мигрировали мамонты и другие крупные животные, а около пика Висконсинского оледенения за ними последовали и любопытные представители сибирских племен. Хотя большая часть восточной Сибири и Аляски была свободна ото льда, остальная часть Северной Америки была покрыта ледниками, которые блокировали новым иммигрантам путь на восток или на юг, пока климат не сменился на современный межледниковый и льды не стали отступать. В науке до сих пор еще продолжаются споры относительно точной хронологии этих миграций, но общепринято считать, что по мере повышения температуры стал открываться коридор между ледниками Скалистых гор на западе и ледниковыми щитами, отступавшими в сторону Гудзонова залива, на востоке, тем самым сделав возможной миграцию на юг, в страны с более теплым климатом. Мы хорошо знаем, что уже 12 000 лет назад в юго-западной части Соединенных Штатов жили люди, а к 10 000 лет назад они проникли и в Южную Америку.

Хотя наши прямые предки очень страдали от тягот в течение Висконсинского оледенения, знакомая нам человеческая цивилизация зародилась и развилась во время последующего межледникового эпизода, в котором мы сейчас живем. Но даже если это и так, все же климат его не был столь устойчивым и ровным, как мы его представляем, исходя из опыта нашей собственной короткой жизни. Со все возрастающей — по мере приближения к нашему времени — детальностью палеоклиматологи составили впечатляющую хронику изменений климата за последние несколько тысяч лет, используя для этого самые разнообразные данные — от писанных исторических хроник до толщины древесных колец в древних деревьях. В результате этих исследований больше нет никаких сомнений, что в течение этого времени происходили сильные флуктуации как региональных, так и локальных климатических условий. Предметом яростных споров является масштаб влияния, которое эти изменения оказали на ход развития цивилизации. Проблема здесь та же, которая встает перед исследователями вымираний, происходивших в далеком геологическом прошлом, а именно выяснение связи между причиной и следствием.

Мы знаем, что даже местные и короткие во времени колебания климата оказывают сильное давление на человеческие популяции, — вспомним, например, засушливые районы центральной части Соединенных Штатов (так называемая dust bowl, то есть «чаша с пылью»), где засуха 1930-х годов наряду с несовершенной практикой сельского хозяйства вызвали экономическое бедствие и в конце концов вынудили тысячи оклахомцев переселиться в Калифорнию. Этот эпизод американской истории обессмертил Джон Стейнбек в своем романе «Гроздья гнева». Но еще более крупные изменения климата постоянно воздействовали на планету с начала цивилизации. Мы можем здесь лишь слегка коснуться некоторых из них.

Общепринято считать началом человеческой цивилизации возникновение земледелия. Согласно этому определению, цивилизация началась как в Старом, так и в Новом свете приблизительно в одно время. Имеющиеся данные показывают, что около 6000-7000 лет назад на Среднем Востоке стали одомашнивать овец и выращивать злаки. Приблизительно в это же время жители южной Мексики стали выращивать кукурузу. Климатические исследования показывают, что это время было климатическим оптимумом нашей современной межледниковой эпохи: среднегодовая глобальная температура была значительно выше, чем теперь, количество дождевых осадков почти повсюду на Земле было выше, чем сегодня. Фактически нет никаких данных, свидетельствующих о существовании в это время каких-либо пустынь. Что это — еще одно совпадение или же существует связь между этим благоприятным климатом и возникновением цивилизации?

Несколько тысяч лет спустя после этого климатического оптимума, около 4200 лет назад, цветущая, энергично разраставшаяся цивилизация — Аккадское царство, проникшая уже на Средний Восток, приблизительно между современной Турцией и Персидским заливом, внезапно пала. В ее северных областях наступил быстрый упадок земледелия. Согласно записям на глиняных табличках, найденных археологами, значительная часть населения мигрировала в южные города империи вдоль рек Тигр и Евфрат; в результате их переполнения беженцами возник кризис, аналогичный сегодняшним, когда массы переселенцев отягчают бюджет современных правительств. В течение десятилетий археологи ломали головы, пытаясь выяснить причины этих явлений. Исследования последних лет показывают, что начало этого кризиса совпало с признаками внезапной засухи в северных областях Аккадского царства, которая продолжалась около 300 лет. Такое изменение климата могло бы объяснить хорошо подтвержденные документами миграции, поскольку население северных областей, зависящих от земледелия, не могло существовать без регулярно выпадающих дождей и не имело развитой ирригационной системы. На юге же Тигр и Евфрат обеспечивали гораздо более устойчивое водоснабжение.