Продолжаем тему климата (начало см. в статье «Климат: Почему идёт война за Антарктиду?»). В этой статье начнём рассматривать физику климата.
Периодическое изменение климата с чередованием ледниковых и межледниковых эпох – главная особенность четвертичного период, начавшегося 1,6 млн. лет назад и длящегося по настоящее время.
Исследователи весьма тщательно работают над этой проблемой, и повсеместно отмечены 100-, 44-, 23- и 19-тысячелетние климатические циклы. Эти циклы крупные, и их появление учёные связывают с колебаниями Земли, а также с её положением на Солнечной орбите.
О колебаниях Земли скажем чуть ниже. А о том, как Земля оказалась на солнечной орбите, напомним. В самом начале XVI века появился ЗАКОПЕРЩИК[1] под незамысловатой наскоро выдуманной фамилией – «КОПЕРНИК». К 1530 году он завершил работу над своим трудом, названном на латинском языке «De Revolutionibus Orbium Coelestium».
Буквальный перевод с космическим уклоном такой – «Противопоставление орбитальных движений»[2]. В нём Коперник первый принялся утверждать, что не Солнце вращается вокруг неподвижной Земли, а наоборот – Земля вращается вокруг неподвижного Солнца. Это и была революция – революция в сознании всего человечества.
Работу над своей концепцией закоперщик Коперник начал в 1503 – 1512 годах, а опубликовал свой труд только перед своей смертью. Затем, в 1539 году, его наиболее РЕТИВЫЙ ученик со столь же наскоро состряпанной фамилией «РЕТИК» опубликовал ясное изложение новой – гелиоцентрической системы.
Это всё, скажем так, общепринятое. Но наиболее точный перевод названия указанного труда Коперника, отражающий суть его концепции, касается вовсе не небесных тел, к которым в средние века не было никакого интереса. «De Revolutionibus Orbium Coelestium» следует переводить с латинского языка, как «Круговорот климата на Земле»:
- Revolutionibus – «откатывание»; «круговорот»;
- Orbium – «окружность, круг»; «диск, круг»; «метательный диск»; «чашка весов»; «круглое зеркало»; «круговое движение, оборот, круговорот»; «небесный свод, небо»; «переворот, смена»; ритор., «закругление, период»; «земной круг, земля, мир»;
- Coelestium – «небесный»; caelum – «небесная высь, небесный свод, небо»; «воздух, атмосфера; климат»; «внутренняя сторона свода».
Труд Коперника говорит о том, что между Солнцем и Землёй есть такая связь, которая влияет на климат. С сегодняшних позиций эта взаимосвязь объясняется движением Земли вокруг Солнца и орбитальными процессами. Мы привыкли к такому объяснению, потому что привыкли считать, что Земля вращается вокруг Солнца, двигаясь в космосе по орбите.
Но во времена Коперника ситуация была в корне иной. Люди ПРИВЫКЛИ считать, что Земля плоская. Космосом называлась сама Земля, а вовсе не то пространство, которое мы сегодня обозначаем этим словом: мир – др.-русск., ст.-слав. «миръ», «??????» (и то и др. в Остром., Супр.).
В связи с этим, взаимное перемещение Земли и Солнца воспринималось существующим не в открытом пространстве, а на самой Земле, точнее, с центром на Земле. А сами «небесные тела» воспринимались не сферическими космическими объектами, а иначе. Солнце не имело внятной трактовки. Земля считалась ПЛОСКОЙ.
В такой мировоззренческой системе было абсолютно не важно, что и вокруг чего вращается. Главным здесь было именно выявление самого ВРАЩЕНИЯ. Что и сделал Коперник. Он впервые показал, что Солнце относительно Земли меняет своё положение, и это приводит к изменениям климата на Земле. Речь идёт не о смене времён года. Речь идёт о гораздо более важных процессах – о смене оледенений и потеплений.
Современная теория оледенения глубоко сомнительна, а объяснение её положением «планеты» Земли относительно «звезды» по имени Солнце требует поиска доказательств. Тем не менее, очень кратко рассмотрим общепринятую версию оледенений и прокомментируем её.
Наиболее ранняя эпоха четвертичного периода – плейстоцен. Он начался 1,6 млн лет назад и закончился 10 тыс. лет назад. В эоплейстоцене (первый период плейстоцена) случилось два оледенения. Первое 1,5 – 1,2 млн. лет назад, второе – 0,9 – 0,8 млн. лет назад. Эти оледенения отмечены только в Северной Америке (небрасское оледенение) и Западной Европе (оледенения Донау и Гюнц). В этот период состоялось «апшеронское» повышение уровня Каспийского моря, уровень поднялся почти на 100 метров.
Данные об оледенении и о повышении уровня Каспийского моря противоречат друг другу. Если придерживаться сферической модели Земли, то во время оледенения на Антарктиде и Гренландии сохраняются и даже наращиваются ледниковые шапки, а к ним дополнительно прибавляются новые ледники, образовавшиеся на территориях Европы и Северной Америки.
Эти ледники собирают и связывают воду, и такой процесс происходит пропорционально площади (примерно в два раза). В силу чего уровень мирового океана падает на 70 – 100 метров. Не поднимается, а падает. Именно поэтому, зная о такой связи, современные климатологи, говоря о глобальном потеплении, всегда добавляют: будет подъём мировых вод.
В среднем плейстоцене состоялось днепровское оледенение (400 – 130 тыс. лет назад) и на его фоне снова произошло повышение уровня Каспийского моря – «раннехазарское», на 40 – 50 метров.
Во время валдайского оледенения (70 – 10 тысяч лет назад) климат был гораздо холоднее современного (между 55 и 24 тыс. лет назад). Этому соответствует закономерное «аттельское» понижение уровня Каспийского моря – на 100 – 120 метров. Но затем опять последовало повышение уровня моря – «раннехвалынское», примерно на 200 м, то есть на 80 м выше от первоначальной отметки.
К началу голоцена (10 тыс. лет назад) уровень Каспийского моря опять упал на 50 метров, а 8 тысяч лет назад снова поднялся на 70 метров. Аналогичные колебания поверхности воды происходили в Балтийском море и на Северном Ледовитом океане. Общее колебание уровня мирового океана между эпохами оледенения и таяния льдов составляло 80 – 100 метров.
Современные расчёты показывают, что такое колебание соответствует объёму воды, заключённому в наши дни во всех ледниках планеты. То есть если сегодня все ледники растают, то уровень воды поднимется на 70 – 100 метров. Это общепринятые значения.
Однако во время указанных оледенений ледники полностью не таяли, следовательно, они всего лишь каким-то образом меняли площадь своего залегания. При сферической модели Земли это могло происходить за счёт территорий Европы и Северной Америки, а также горных районов других регионов. Такая связь просматривается из данных об оледенениях и межледниковьях.
Но странным выглядит противофаза – когда на фоне оледенения происходил подъём воды. И это заставляет искать другие модели оледенений, в том числе и привязанные к иному взгляду на форму Земли – не сферическую.
Такая научная картина сложилась на глубоких временных пластах – периоды оледенений измеряются тысячелетиями. Это привычное поле для исследований, потому что оно относится к безопасному (очень древнему) периоду и никак не затрагивает интересы ныне живущих людей.
Между тем, в течение последних 2000 лет выделяют и гораздо более скоростные изменения климата:
- 0 – 400 гг. – римский климатический оптимум;
- 400 – 1000 гг. – климатический пессимум раннего Средневековья;
- 1000 – 1300 гг. – средневековый климатический оптимум;
- 1300 – 1850 гг. – малый ледниковый период;
- 1850 – по настоящее время – «глобальное потепление».
Таким подходом периодичность климатических изменений снижена до значения продолжительности периода около 300 лет. То есть глобальные потепления и похолодания в древности – это одна сторона климатической медали, а периодичность в 300 лет – это другая, которая затрагивает человечество своими чередующимися холодными и тёплыми фазами.
В отношении климатических изменений используется термин «ПЕРИОД». Следует пояснить, что климатическое понимание этого термина отличается от физического. И этому надо дать необходимые объяснения.
Слово «период» производят от др.-греч. ???????? – «окружность, обход». Хотя это слово имеет русские корни – от «переход». Период – это отрезок (времени или другой величины), определённый меткой начала отсчёта периода и меткой конца отсчёта периода.
То есть период – это положение некоего процесса между двумя метками. Поэтому в климатологии и говорят, что «периоды ледниковий сменяются периодами потеплений». Хотя, с точки зрения математики, правильней было бы включать и оледенение, и межледниковье в один период, ведь в физике и астрономии период колебаний – это время между двумя последовательными прохождениями тела через одно и то же положение в одном и том же направлении.
Зато в истории, археологии и палеонтологии период – это выделенный в прошлом промежуток времени связанный с некими событиями или обладающий некими характерными особенностями. При этом система не возвращается в «одно и то же» положение, а развивается неким образом. Более того, периоды в таком понимании не совпадают по своим характеристикам и сильно различаются по своей продолжительности. Например, геологические периоды.
В данной работе термин «период» используется в последнем значении, то есть периодом является продолжительное время существования одного и того же варианта климата (как, например, продолжительно существование одного и того же геологического периода). Один климатический период сменяется другим климатическим периодом, и система в этом случае не делает полного цикла и не возвращается с первоначальное «одно и то же» состояние.
Терминологически это отражается в словосочетаниях типа: «период похолодания», «период потепления» и т.д. Эти пояснения необходимы для того, чтобы по тексту читатель понимал, что, говоря о периоде, автор имеет в виду именно перемену климатических характеристик, а вовсе не вращение системы на 180 градусов.
И вот ещё одно, пожалуй, главное периодическое понятие для изучения климата. Это понятие – период прецессии, или просто – прецессия. Дадим традиционное определение: прецессия – перемещение оси вращения Земли по поверхности мнимого конуса, совершаемое за 25 920 лет. Считается, что прецессия вызвана притяжением Земли со стороны Солнца.
Рис. Схематичное представление о прецессии Земли.
Именно прецессия положена в основу объяснений периодических изменений, которые происходят с климатом. Прецессия формирует наклон оси Земли и меняет положение планеты по отношению к лучам, поступающим от Солнца. Те области, которые оказываются освещенными меньше, недополучают солнечного тепла и замерзают. Это – зима. В более освещённых местах в это же время царствует лето.
Рис. Схематическое представление о причинах смены времён года на Земле в зависимости от наклона оси Земли, вызванного прецессией.
Рис. Июньское солнцестояние (северное полушарие сверху).
По традиционной версии, Земля совершает вращательное движение, находясь в космосе. Вращательное движение характеризуется различными моментами – моментом силы, моментом импульса и т.д., – для которых главным условием их возникновения является ПЛЕЧО, которое отсчитывается от точки подвеса (центра тяжести) до точки приложения воздействия.
Прецессия гироскопа – а Земля с её вращением является гироскопом – появляется при наличии 1) внешних сил, действующих на гироскоп, и 2) ненулевого плеча между точкой приложения внешних сил и точкой подвеса гироскопа.
Прецессия Земли, если считать её сферическим телом, равна нулю. И это потому, что плечо прецессии равно нулю – точка подвеса гироскопа «Земля» и её центр масс совпадают. То есть
- Земля не может совершать и не совершает прецессионного движения, в том числе и вызванного так называемой гравитацией Солнца.
Причём, в случае с Землёй не важно, какая сила и откуда осуществляет воздействие на планету. Поскольку плечо равно нулю, прецессия в любом случае будет равна нулю.
Между тем, независимо от концепции явления прецессии при традиционном подходе к физике Земли климат связывают со световым и радиационным воздействием Солнца. Поэтому понимание причин прецессии или её отсутствия крайне важно.
Поскольку мы показали, что прецессия не может быть вызвана Солнцем, необходимо понять причины годового изменения освещённости, выявить факторы, которые формируют период прецессии, а также установить точное значение периода прецессии.
(Продолжение следует…)
Андрей Тюняев, главный редактор газеты «Президент», twitter, vk
