Воды мира - Сара Драй

Я начинаю повествование в 1850-х гг. , когда были предприняты первые попытки измерить и объяснить погодные и климатические изменения в глобальном масштабе, что положило начало современному прогнозированию погоды и науке о климате. Тогда же были проведены первые исследования роли атмосферы в регулировании климата, хотя в то время никто и предположить не мог, что человек в состоянии влиять на температуру на земном шаре. Это также было время, когда казалось, что новая наука термодинамика вот-вот раскроет тайны не только Земли, но и Вселенной. Новые уравнения уже могли объяснить поведение молекул статистически. Оставалось узнать, способны ли они также объяснить поведение молекул в реальном мире ледников, облаков и водяного пара.

В 1850-х гг. ледники были в центре внимания ученых-естествоиспытателей, пытавшихся раскрыть секрет их движения, а значит, и прошлого и будущего климата Земли. Сегодня ледниковые периоды воспринимаются как нечто само собой разумеющееся, но когда-то они представлялись совершенно непостижимым явлением и их загадка требовала разрешения. Джон Тиндаль искал ответы на эти фундаментальные вопросы о времени, движении и разрушении среди суровой смертоносной красоты альпийских ледников, а вернувшись в Лондон – в своей полуподвальной лаборатории. Его исследования воздействия тепла на лед и водяной пар свидетельствуют об увлеченности темой энергии и ее рассеяния, а также прошлым и будущим планеты.

В 1856 г. шотландский астроном и ученый-путешественник Чарльз Пьяцци Смит впервые попытался провести астрономические наблюдения без помех в виде облаков, то есть водяного пара, находящегося в атмосфере, и для этого поднялся на вершину вулкана на Тенерифе (одного из островов Канарского архипелага). Впоследствии он занялся также изучением самих облаков, рассчитывая сделать прогнозирование погоды более надежным и успешным. В этом он потерпел неудачу, а позже запятнал свою научную репутацию, страстно отстаивая идею о том, что традиционные британские единицы измерения были ниспосланы свыше при строительстве египетских пирамид. Изгнанный из научного истеблишмента, он искал утешения в сочетании научного наблюдения и религиозного созерцания, посвятив последние годы жизни отшельническому труду по составлению фотографического атласа облаков.

И Тиндаль, и Смит стремились внести свой вклад в прогностическую науку, которая могла бы точно объяснить происходящее с водой – движение ледников, действие водяного пара, образование облаков и выпадение дождя. Стремясь объективно и беспристрастно описывать мир природы, оба в то же время остро переживали ощущение тайны и чуда, сопровождавшее их исследования, и терзались внутренним противоречием между этими двумя позициями. Их истории отражают мучительную попытку ученых Викторианской эпохи примириться с потерями, сопутствующими постижению скрытой механики природных явлений. Стоит ли обретение знания утраты тайны? Во многом Тиндаль и Смит были представителями последнего поколения ученых, считавших возможным выносить эту экзистенциальную борьбу в публичное пространство. В своих книгах они приглашали рядового читателя испытать те же чувства – страх, удивление, благоговейный трепет, – которые переживали сами при встрече с величественными явлениями природы – облаками или ледниками. А затем пытались свести эти явления к цифрам, уравнениям и теориям, объясняющим сокровенную суть того, что прежде считалось непознаваемым.

История Гилберта Уокера, необычайно талантливого английского ученого, ознаменовала переход от XIX в. , времени, когда научные идеи высказывались в книгах, адресованных широкой аудитории, к XX в. , когда на смену драматическим рассказам о путешествиях, авторами которых были такие люди, как Смит и Тиндаль, пришли сухие научные статьи. На тот момент, когда Уокер стал директором Индийских метеорологических обсерваторий, многие считали, что ключ к раскрытию тайны муссонных дождей, от которых зависел (и продолжает зависеть) урожай, а значит, и благополучие миллионов людей, кроется в циклах образования пятен на Солнце. Благодаря доступу к метеоданным, собираемым в обсерваториях, и упорной работе индийских расчетчиков, оплаченной британским правительством, Уокер смог провести вычисления, которые разрушили надежды теоретиков солнечных пятен на существование связей Солнца и Земли. Зато он сделал удивительное статистическое открытие. Его расчеты указали на существование связи (так называемой телеконнекции, или дальней корреляционной связи) между муссонами в Индии и давлением и температурой в отдаленном регионе Тихого океана. Уокер назвал обнаруженные им взаимосвязанные метеорологические явления «мировой погодой», а те из них, что влияли конкретно на Индию, Южной осцилляцией.

Если Тиндаль стремился установить связь между физическими явлениями, то открытия Уокера основывались исключительно на статистических данных. Он не мог объяснить, почему давление в западной части Тихого океана влияет на количество осадков в Индийском океане, – но с уверенностью заявлял о существовании этого явления. (Прошло еще 40 лет, прежде чем ученые сумели выявить физический механизм, лежащий в основе Южной осцилляции. )

Золотой век физической океанографии и метеорологии пришелся на начало Второй мировой войны, когда возникла необходимость в изучении атмосферы и океана для военных целей, что обеспечило ученым щедрое государственное финансирование, и последовавший за ней период холодной войны. Это было время больших открытий, сделанных на основе простых моделей, и новых форм международного сотрудничества, возникших на фоне напряженности в мировой политике. В 1948 г. молодой океанограф Генри Стоммел опубликовал статью, в которой объяснил, почему во всех океанических бассейнах на нашей планете быстрые течения концентрируются на западной стороне. Его плодотворные идеи проложили путь новому поколению океанографов, которые показали, что движение воды в Мировом океане гораздо более активно и представляет собой значительно более сложное явление – и во временном, и в пространственном измерении, – чем считалось прежде. Тем самым Стоммел подготовил почву для формирования представления об океане как явлении турбулентном, а не стабильном, а также для нового подхода к проведению океанографических исследований, требующего широкомасштабного и долгосрочного сотрудничества, что было неблизко самому Стоммелу.

Примерно в те же годы Джоан Симпсон занималась изучением облаков, стремясь выяснить, как их мелкомасштабная динамика может влиять на атмосферную и океаническую циркуляцию в планетарных масштабах. Она также искала новые возможности для занятий наукой – сотрудничала с правительственными организациями и использовала специально оборудованные самолеты (самолетные измерительные пункты), чтобы проводить эксперименты по засеву облаков и даже ураганов. Эта работа по воздействию на погоду и климат стала возможна на фоне угрозы нападения со стороны СССР. Такие истории показывают, что представление о взаимосвязанности явлений на планете формировалось в ходе достижения не только мирных, но и военных целей.

В этих мировых научных шахматах отдельные ученые выступали не только пешками, но и умелыми игроками. Когда датский физик и метеоролог Вилли Дансгор понял, что новый масс-спектрометр можно использовать для сортировки молекул воды по весу, это была просто его личная идея. Чтобы разработать ее, Дансгору пришлось убедить крупнейшие государственные и международные научные, а также военные организации предоставить ему доступ к технологиям, которыми иначе он не смог бы воспользоваться. Таким образом, история изучения ледяных кернов и температур прошлого (так называемой палеотермометрии) – это история научного гения, упорства и умелой дипломатии, которая разворачивалась на фоне холодной войны. Исследования Дансгора кардинально изменили наши представления о климатическом прошлом Земли и заложили основу формирования современных знаний о глобальных изменениях климата. Предположение, будто по происходящему в одной части планеты – в данном случае на ледяном щите Гренландии – можно судить о мировых процессах в целом, оказалось не вполне верным. Но благодаря Дансгору ледяные летописи раскрыли нам нечто гораздо более важное, чем даже конкретные палеотемпературные данные, а именно неопровержимый факт глобальной изменчивости климата.