Текст книги "Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата"

Автор книги: Хенрик Свенсмарк

Соавторы: Найджел Колдер
сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 15 страниц)

Возможно, у кого-то, ради сохранения спокойной жизни, возникнет соблазн предположить, что одна половина потепления может быть отнесена на счет Солнца, а другая – на счет двуокиси углерода. Но нам нельзя поддаваться этому соблазну. Настоящая наука не должна быть справедливой или спокойной, ее единственная задача – быть точной и последовательной. Сторонники парниковой теории вынуждены требовать себе большую часть нынешнего потепления, дабы поддержать двойную гипотезу о том, что двуокись углерода – главный виновник изменений климата и что мир сейчас стоит перед лицом теплового удара. Половины им не хватит.

Впрочем, для версии Свенсмарка половины также недостаточно. Как вы увидите в последующих главах, в прошлом космические лучи приводили к куда более драматичным изменениям климата, чем то, что происходит на нашей планете с 1900 года. Если удвоение силы солнечного магнитного поля и последующее сокращение космических лучей не возьмут на себя львиную долю сегодняшнего потепления, то будет трудно объяснить, почему так сильно колебались температуры в иные времена.

В 1998 году ученым стали доступны данные о космических лучах за очень продолжительный период. Харджит Ахлувалия из университета штата Нью-Мексико изучил архивы станций в Челтнеме (Мэриленд) и Фредериксбурге (Виргиния). Эти станции – из тех, что были основаны Скоттом Форбушем, – регистрируют космические лучи на малых высотах и хранят данные с 1937 года. В сочетании с результатами, полученными на аналогичной станции в Якутске, эти данные позволили проследить историю космических лучей до 1994 года.

Использовав материалы, предоставленные Ахлувалией, Свенсмарк сравнил колебания интенсивности космических лучей с изменением температур в Северном полушарии. Графики, составленные по данным разных станций, отчетливо демонстрировали: чем меньше космических лучей, тем меньше облаков и, соответственно, тем выше температурные показатели. Эти графики дружно гарцевали по десятилетиям, делали глубокий нырок, как и ожидалось, между 1960-м и 1975 годами, а затем столь же дружно карабкались к более теплым временам ранних 1990-х.

Сейчас некоторые ученые заявляют, что как раз в 1990-е годы, когда магнитная активность Солнца перестала наращивать темп и стабилизировался уровень интенсивности космических лучей, стало очевидным, что именно углекислый газ вызывает глобальное потепление. Действительно, с конца 1980-х графики магнитной активности и космических лучей рисуют плоские линии вплоть до 2006 года, времени написания этой книги. Между тем температуры продолжали расти, и получается (во всяком случае, на словах), что Солнце – а следовательно, и вариации космических лучей – следует исключить из факторов, влияющих на климат.

Однако история о Солнце и растущей температуре не так однозначна, как кажется. Хотя тенденция к росту активности Солнца, прослеживаемая на протяжении XX века, прекратилась примерно к 1980 году, значительного спада солнечной активности все же не произошло, и она продолжала оставаться на прежнем уровне еще двадцать пять лет. Интенсивность космических лучей продолжала ритмично изменяться, как и ожидалось, в течение каждого солнечного цикла, и тот же ритм обнаруживается практически во всех температурных графиках – это особенно видно, если на кривые изменения температур наложить колебания в потоках космических лучей. Измерения температур на поверхности океана и под ней, проведенные со спутников и аэростатов, ясно доказывают, что Солнце продолжает усиленно влиять на изменения климата.

После 1980 года рост температур в Северном полушарии более всего был заметен на графиках приземных температур. Однако если взять иные параметры, то тенденция к потеплению была либо незначительной, либо отсутствовала вовсе, и это говорило о том, что вклад Солнца неким образом выровнялся. Взять, например, поверхностный слой воды в океане глубиной до 50 метров, который удерживает гораздо больше тепла, чем воздух. Вода четко свидетельствовала: ее температура возрастала и снижалась в простом и однозначном соответствии со спадом или ростом потоков космических лучей, как если бы глобальное потепление вообще остановилось.

Это просто головоломка для климатологов – им надо как-то объяснить, почему земная поверхность к северу от экватора нагревается быстрее, чем все остальное в нашем мире, будь то суша, вода или воздух. Если метеорологические данные верны, то, похоже, на суше Северного полушария работает механизм, не представленный больше нигде. Есть несколько кандидатов на роль этого механизма – например, загрязнение воздуха и изменения в землепользовании, – и уж, во всяком случае, на эти факторы океан не реагирует сколько-нибудь значимым образом.

Но более любопытна другая головоломка: если человечество продолжает непрерывно загрязнять атмосферу углекислым и другими парниковыми газами, то почему практически во всем мире это не вызывает предсказанного сильного роста температур. Например, в Антарктике воздействие парниковых газов не смогло перевесить охлаждающий эффект облаков, и с 1978 по 2005 год площадь морского льда там увеличилась на 8 процентов. И это в регионе, который уже долгие годы служит страшилкой, доказывающей стремительность и неотвратимость глобального потепления, спровоцированного человеком.

Колебания подповерхностных океанских температур полностью подтверждают наши предположения, сделанные в рамках гипотезы о связи космических лучей и облаков. А тенденция к потеплению, якобы вызванному парниковыми газами, которые попали в атмосферу за последние полвека, на деле оказывается намного слабее, чем можно было бы ожидать, если бы их эффект был правильно рассчитан.

В этой связи ст оит вспомнить, что писал отец современной климатологии Хьюберт Лэм, работавший в Центре исследований климата в городе Норич, еще в 1977 году:

«В конечном счете увеличение двуокиси углерода почти обязательно приведет к потеплению, но, возможно, намного меньшему, чем принято думать» [45]45
  H. H. Lamb. Climate: Present, Past and Future.Vol. 2, Methuen, 1977.


[Закрыть].

До конца 1980-х годов среди всех кандидатов на роль «предводителя климата» особенным признанием пользовалось Солнце. Если бы в то время уже была известна теория о космических лучах, то это лишь укрепило бы специалистов в их взглядах. Сторонникам парниковой теории пришлось бы трудно, если бы они попытались распространить свое учение, не говоря уже об их пророчествах: мол, грядет нестерпимое глобальное потепление. Теперь, когда вновь показалось Солнце во всем своем величии, вместе с грузом доказательств вернулись и поклонники углекислого газа, дабы оценить, что именно в современном состоянии климата может поработать на их излюбленный климатический механизм.

И словно бы у нас дежа-вю – мы видим, как парниковый углекислый газ вновь встает в очередь с другими претендентами на главную роль в изменениях климата. Здесь и крупные извержения вулканов вкупе с событиями Эль-Ниньо, и содержание пыли и дыма в атмосфере, и концентрация озона, метана и других парниковых газов, и изменившееся землепользование, и, как это ни странно, общее потемнение поверхности Земли из-за растительности, подкармливаемой всем этим излишком углекислого газа.

На основании спутниковых измерений Свенсмарк и Найджел Марш посчитали, что потепление, вызванное сокращением облачности с 1900 по 2000 год, должно было составить 0,6 градуса Цельсия. Спутниковые данные также смогли подтвердить роль облаков в антарктической климатической аномалии. Что касается двуокиси углерода, то, напротив, довольно весомые противоречия мешают признать за ним главную силу, воздействующую на климат.

По разным подсчетам, если содержание углекислого газа увеличится в два раза, то это приведет к подъему температуры как минимум на 0,5 и как максимум на 5 градусов Цельсия. В реальном мире сторонникам парниковой теории остается лишь заявлять, что текущее потепление работает на их гипотезу, и надеяться когда-нибудь доказать, что его вызвал именно углекислый газ, а не что-либо еще. У них нет данных, совпадающих с результатами измерений, проведенных со спутников и на наземных станциях в Антарктике, – словом, со всем, что безоговорочно поддерживает облачную теорию.

Когда Свенсмарка просят прокомментировать вклад углекислого газа в текущее потепление, он сохраняет спокойствие. Было бы разумнее, по его мнению, не вести квазиполитические споры, где каждая сторона старается набрать очки за счет другой, а более точно вычислить, к каким последствиям может привести излишек двуокиси углерода в атмосфере. Тогда можно было бы говорить о том, что углекислый газ отвечает за какую-то часть текущего потепления.

«После того как будет полностью учтен вклад Солнца в потепление и поборники парникового эффекта взглянут на то, что им удалось сохранить, – воздействие двуокиси углерода может оказаться слишком незначительным. А если так, любое глобальное потепление двадцать первого века может оказаться намного скромнее, чем типичные предсказания о 3–4 градусах Цельсия» [46]46
  Из сообщения Хенрика Свенсмарка Найджелу Колдеру, 2006 г.


[Закрыть].

Все десять лет, после того как в 1996 году на встрече в Бирмингеме Свенсмарк и Фриис-Кристенсен вновь заговорили о Солнце как о ведущей климатической силе и рассказали о существующей связи между космическими лучами и облаками, их оппоненты относились с насмешкой к самой идее о том, что заряженные частицы из космоса могут каким-либо образом принимать участие в образовании облаков. Они заявляли, что нет никакого физического механизма, который объяснял бы это. Эксперимент, проведенный в одном из подвалов Копенгагена в 2005 году, лишил их этой линии защиты и продемонстрировал, как именно взорвавшиеся звезды вносят свои коррективы в облачный пейзаж Земли.

В исторической перспективе эксперимент помог окончательно разобраться с тем, что нужно водяному пару, чтобы из него сформировались облака. И эта часть истории начинается в девятнадцатом веке.

4. Что заставит поросенка прыгнуть через ограду

Формирование облака происходит, когда водяной пар остывает и конденсируется.

Для этого водяному пару нужны мельчайшие частички, плавающие в воздухе.

Наиболее важные из них – это капельки серной кислоты.

Как эти капельки появляются, не объяснено до сих пор.

Эксперимент демонстрирует, как космические лучи помогают им расти.

В викторианские времена Британия была мировым лидером в промышленном производстве, а заодно в загрязнении воздуха. Именно тогда, в эпоху угля, Лондон стал печально известен своими густыми удушливыми желтыми туманами, особо сгущавшимися в ноябре, – не случайно они получили едкое прозвище «гороховый суп». Солнечные лучи, пробиваясь сквозь туман в Вестминстере, порождали причудливую игру света и тени – мы хорошо видим это на полотнах Клода Моне. А в романе Диккенса «Холодный дом» туман стал метафорой мучительной судебной тяжбы.

«Туман везде. Туман в верховьях Темзы, где он плывет над зелеными островками и лугами, туман в низовьях Темзы, где он, утратив свою чистоту, клубится между лесом мачт и прибрежными отбросами большого (и грязного) города… На мостах какие-то люди, перегнувшись через перила, заглядывают в туманную преисподнюю и, сами окутанные туманом, чувствуют себя как на воздушном шаре, что висит среди туч» [47]47
  Чарлз Диккенс. Холодный дом (пер. с англ. М. Клягиной-Кондратьевой). – М.: Эксмо, 2010. С. 29.


[Закрыть].

Копоть и едкий сернистый дым, извергавшиеся трубами промышленных и домашних печей, смешивались с осенними природными туманами и мало того что превращали их в грязный и ядовитый смог – они день ото дня усиливали его вредоносное действие, а продолжительность туманов только нарастала.

В 1875 году французский ученый Поль Жан Кулье начал серию экспериментов с воздухом. Независимо от Кулье эти опыты повторил шотландский физик Джон Айткен и пошел намного дальше. Его первые шаги в этом направлении будут впоследствии кратко описаны знаменитым британским эволюционистом и популяризатором науки Альфредом Расселом Уоллесом в книге «Чудесный век»:

«Если пустить струю пара в два больших стеклянных сосуда – один наполненный обычным воздухом, а другой – воздухом, отфильтрованным через хлопковую вату, так чтобы никакие частички твердой материи не проникли в него, – то в первом сосуде всегда будет обычный белый пар, в то время как второй останется прозрачным» [48]48
  A. R. Wallace. The Wonderful Century,New York: Dodd, Mead, 1898.


[Закрыть].

Айткен не был удивлен. Он давно наблюдал за тем, как вещества переходят из одного состояния в другое: из твердого в жидкое и затем в газообразное. Очень чистую воду трудно заморозить, даже если ее температура будет ниже точки замерзания. А если взять раствор, содержащий поваренную соль или другое химическое соединение, и начать выпаривать воду, желая получить кристаллы, то кристаллы будут образовываться крайне неохотно, пока не добавишь маленькое зернышко – только тогда процесс роста пойдет активно. Как понял Айткен, в деле перехода из одного состояния в другое без помощников не обойтись.

Из его опытов по созданию облаков в стеклянных сосудах вытекали весьма полезные следствия. Например, такое: люди научились измерять степень загрязненности городского воздуха, исходя из того, с какой эффективностью в нем формируются капли воды. Это стало оружием для тех, кто вел борьбу за чистоту воздуха, хотя серьезный контроль над дымом и копотью не появится в Лондоне и других городах до середины двадцатого века. Прикладное значение работы Айткена было очень важным, но, помимо этого, шотландский ученый сделал одно из крупнейших открытий в погодной науке.

Желая воспроизвести естественное формирование облака более точно, он наполнил банку холодным воздухом и насытил его водяным паром. Затем с помощью насоса Айткен откачал немного воздуха, так что оставшийся в банке расширился, и охладил его. Это было похоже на то, как влажный воздух поднимается в холодные слои атмосферы, где температура резко падает ниже точки росы, и воздух становится перенасыщенным. Банка с обычным воздухом мгновенно наполнялась рукотворным облаком. Если же Айткен брал очищенный воздух – банка оставалась чистой.

Айткен сделал вывод, что облака не могли бы образовываться и дождя на Земле не было бы, если бы водяной пар не обладал способностью конденсироваться на маленьких частичках, присутствующих в воздухе. Если вы берете в лаборатории отфильтрованный воздух, вам придется вдвойне насытить его водяным паром – иначе говоря, добиться перенасыщения в 100 процентов и даже более, – прежде чем начнут формироваться водяные капельки, и то за счет каких-то иных факторов.В реальной же природной обстановке достаточно одного процента перенасыщения, так как в воздухе всегда присутствует много частичек подходящего размера, так называемых облачных ядер конденсации.

Побочным продуктом этого исследовательского направления стало изобретение вспомогательного прибора для ядерной физики – диффузионной камеры.

Чарлз Вильсон заинтересовался, откуда берутся капельки воды на стенках камеры, если отфильтрованный воздух, содержащийся в ней, подвергнуть резкому расширению. Предположив, что другим источником конденсации могли быть электрические заряды, он подтвердил это с помощью рентгеновских лучей. Эти лучи выбивают электроны из молекул воздуха, порождая тем самым настоящие тучи зарядов. Когда Вильсон обстрелял рентгеновскими лучами свою примитивную облачную камеру – в ней пошел дождь.

Позднее Вильсон обнаружил, что, когда отдельные субатомные частицы проносятся сквозь диффузионную камеру и оставляют позади себя хвост зарядов, они создают следы из капель. Это стало сенсационным открытием. В дальнейшем Вильсон усовершенствовал свою камеру, приспособив ее для улавливания частиц, и многие физики, в том числе Резерфорд, не могли сдержать своего восторга, увидев получившиеся превосходные снимки. Диффузионная камера стала полноправной участницей многих открытий двадцатого века, связанных с изучением космического излучения, – к этим открытиям, безусловно, относится и получение первого образца антивещества.

Длительное увлечение облаками, вдохновившее Вильсона на его опыты, зародилось, когда он, стоя на вершине горы в своей родной Шотландии, наблюдал за тем, как белые флотилии невозмутимо проплывают над его головой и удаляются, сменяясь новыми. Даже когда Вильсон занимался субатомными частицами (эти исследования в итоге принесли ему Нобелевскую премию), метеорология оставалась его первой любовью. И хотя у него никогда не было возможности продемонстрировать это, Вильсон в конце жизни был уверен, что космические лучи каким-то образом должны влиять на погоду. Одним из его предположений было то, что они воздействуют на молнии.

Этот аспект работ Вильсона был забыт на долгие годы, и Свенсмарк не слышал о нем. Но когда он впервые обнаружил, что земная облачность реагирует на космические заряженные частицы, это навеяло ему воспоминания о практических занятиях с диффузионной камерой в старших классах его родной школы в Эльсиноре. Он также вспомнил, что, будучи студентом, видел фотографии, на которых были изображены следы из водяных капель, оставленных заряженными частицами. Он предположил, что в некотором смысле атмосфера Земли подобна гигантской диффузионной камере и отвечает на новые порции космических лучей увеличением конденсации, приводящей к формированию большего количества облаков.

Это было слишком большим упрощением, и Свенсмарк хорошо это понимал. Даже вместе взятые, космические лучи оставляют столь тонкие и фрагментарные следы, что, если бы заряженные частицы из космоса и впрямь нашли для себя в атмосфере сильно перенасыщенный воздух, этого было бы недостаточно, чтобы создать миллиарды тонн водяного пара, которые нужны, чтобы каждую минуту формировать новые облака. Космические лучи должны были каким-то образом усилить это природное действие. Возможно, они влияют на процессы на молекулярном и микроскопическом уровне, когда образуются ядра облачной конденсации, или делают их более дружественными по отношению к каплям. С самого начала Свенсмарк осознавал, что эту взаимосвязь, чем бы она ни оказалась, надо тщательно проследить в лабораторном эксперименте в традициях Айткена и Вильсона.

Но даже сама идея такого эксперимента была встречена враждебно, как и ожидал Свенсмарк. В 1999 году Свенсмарка попросили выступить на встрече в Королевском метеорологическом обществе в Лондоне, и члены общества выстроились в очередь, чтобы раскритиковать своего гостя. В перерыве Свенсмарк столкнулся с одним из высоких гостей – бывшим президентом общества, физиком, специализирующимся на изучении облаков. Съемочная группа записала следующий диалог:

Экс-президент: А какой смысл ставить этот опыт?

Свенсмарк: Просто есть некоторые научные публикации, где обсуждались такие вопросы, как, например: «Откуда на самом деле берутся ядра облачной конденсации? Как они формируются?»

Экс-президент: Да мы и так знаем это!

Свенсмарк: Нет, это пока не известно.

Экс-президент: Вы не должны спорить со мной по вопросам физики облаков! [49]49
  Из расшифровки фонограммы документального телевизионного фильма The Climate Conflict,снятого Ларсом Мортенсеном, Копенгаген, 2001 г.


[Закрыть]

Небольшое замечание об используемых словах. Объекты, достаточно маленькие для того, чтобы плавать в воздухе, – это, строго говоря, аэрозоли.Их часто называют частицами,но это может сбить с толку, поскольку в нашей истории то и дело встречаются субатомные частицы космических лучей. Пылинка– вполне понятное читателю слово, но оно предполагает твердый материал, тогда как большая часть ядер облачной конденсации – это мелкие капли жидкости. Так что мы решили предпочесть слово точки.

Завтрак для альбатроса

С того времени как Поль Жан Кулье и Джон Айткен продемонстрировали роль аэрозолей в образовании облаков, исследователи без конца подсчитывают содержание различных твердых и жидких веществ в воздухе. Для врачей, а в особенности для их пациентов, страдающих от легочных болезней, токсическое загрязнение воздуха – насущная проблема. Да и у климатологов не меньше причин интересоваться «точками», распыленными в воздухе, поскольку даже если они не участвуют в облакообразовании, эти «точки» тем не менее перехватывают часть солнечного тепла. Лазерные лучи, самолеты и аэростаты, спутники – все они помогают ученым нарисовать более полную картину.

Свой ощутимый вклад в загрязнение воздуха вносит и сама природа. Во-первых, это пыль, поднимаемая ветром с сухой почвы, пустынь и пляжей. Возделывая землю в полупустынных и подверженных частым засухам районах, человек также помогает пополнить запасы пыли в атмосфере. Иногда это приводит к катастрофам, какая, например, случилась в Пыльном котле на Среднем Западе США во время продолжительной засухи тридцатых годов. Подобное часто происходит в Африке и Азии. Когда мир переживал период глобального похолодания в 1960-е, некоторые метеорологи, нашедшие виновника в сельскохозяйственной пыли, назвали этот феномен «человеческим вулканом».

То же касается и сажи, остающейся после лесных и травяных пожаров. Часто причинами возгорания становятся природные явления, например, молнии или вулканы. Но выжигание лесов, травы и сжигание растительного мусора – это обычная практика землеустройства с доисторических времен. И сегодня в сухие сезоны в Южной Азии мы можем видеть, как коричневый дым от сожженных растений и угля тянется от Арабского моря к Бенгальскому заливу.

Метеоритная пыль, занесенная из космоса, также пополняет компанию крошечных частичек, плавающих в воздухе. А еще, оказывается, пыльца, вызывающая аллергию, бактерии и грибные споры в большом количестве забираются на удивление высоко. В нескончаемой череде химических реакций, происходящих в воздухе, участвуют различные элементы и соединения, и эти реакции также порождают бесчисленное множество «точек». Дымка над хвойным лесом, которую вы можете видеть в солнечный день, появляется благодаря тому, что деревья выделяют летучие углеводороды – терпены. Солнечный свет превращает их в некое подобие смога, аналогичного тому, что отравляет большие города, только в городах «работают» уже не хвойные деревья, а автомобили, в выхлопах которых тоже присутствуют углеводороды.

Вулканы извергают клубы пепла, который довольно быстро оседает на землю, сернистый газ, порождающий крохотные капли серной кислоты, а также другие «точки». Большая часть серы, выброшенной вулканами, стремительно уходит в стратосферу и некоторое время остается выше того уровня, где обычно происходит образование облаков, но вскоре движение серосодержащих молекул замедляется, и они начинают опускаться, распространяясь по всему миру. Страшный красный закат на картине «Крик» Эдварда Мунка был откликом художника на извержение вулкана Кракатау. Это извержение произошло в Индонезии в 1883 году и было столь мощным, что вулканические выбросы достигли даже норвежского неба.

Большое вулканическое облако может охладить мир на несколько лет, так как пепел не пропускает солнечные лучи к поверхности и Солнце нагревает стратосферу. В 1991 году взорвался вулкан Пинатубо на Филиппинах. Исследования, проведенные с помощью лазеров, показали, что после извержения обратное рассеяние света от стратосферы увеличилось в сто раз. Уровень обратного рассеяния снижался очень медленно и вернулся к норме лишь в 1996 году. Ученые полагают, что количество серы, выброшенной тогда в стратосферу, составило около десяти миллионов тонн.

Океаны в этом отношении действуют как огромные безостановочные водяные вулканы. Они выделяют в нижние слои атмосферы большое количество серы в виде паров диметилсульфида – простого соединения из двух атомов углерода, шести атомов водорода и одного атома серы. Испускание серы морской водой в открытом океане, вдали от берегов, впервые обнаружил английский химик Джеймс Лавлок в начале 1970-х. На самом деле источник серы – не вода, а планктон, плавающий на поверхности моря, – микроорганизмы с экзотическими названиями вроде динофлагеллят и примнезиофитов. Зоопланктон кормится фитопланктоном, мембраны клеток микроорганизмов – протозоа и водорослей – при этом разрушаются, на клетки набрасываются бактерии, которые разлагают их содержимое, и высвобожденный диметилсульфид попадает в воздух.

Пары диметилсульфида обладают определенным ароматом – наше обоняние воспринимает его как запах морских водорослей, выкинутых волной на берег, или отваренных початков кукурузы. Для многих птиц, живущих далеко от земли, например, для качурок, запах диметилсульфида означает возможность подкрепиться. Стоит им почуять его, и они устремляются по ароматному следу к самым богатым пищей местам. Запах со временем слабеет, так как под воздействием солнечных лучей происходят химические реакции, превращающие диметилсульфид в капельки серной кислоты.

Похожий механизм действует при создании капелек азотной кислоты. В воздухе всегда много окислов азота. Они образуются либо во время грозы, когда молнии раскалывают небо, либо в процессе жизнедеятельности бактерий, обитающих в почве. Еще одно соединение, в которое входит азот, – это аммиак: конечный продукт некоторых обменных процессов в животных организмах. Аммиак с удовольствием объединяется с серной кислотой, чтобы произвести на свет крохотные капельки – говоря по-нашему, «точки» – сульфата аммония.

Запасы надо пополнять

Если вас смутило разнообразие «точек», кружащих в воздухе, то вы просто спросите, какие из них наиболее эффективны и важны с точки зрения изменений климата. Пыль, поднимаемая ветром, безусловно, влияет на климат, так как не пропускает солнечный свет. Но ее частички слишком большие, чтобы стать ядрами облачной конденсации. Даже цветочная пыльца, включая тончайшую пыльцу красавицы-незабудки, великовата по размеру.

С другой стороны, в воздухе в изобилии присутствуют сверхмалые «точки» паров или газов, размером с наименьшую молекулу белка, то есть в несколько миллионных миллиметра. Они слишком крохотные и не могут участвовать в образовании облаков. Но если этим крохам удается скучковаться в более крупные «точки», размер которых составит около ста миллионных миллиметра (или 100 нанометров), – они станут идеальными ядрами облачной конденсации.

По всей планете капельки серной кислоты (для рождения которых требуется немного воды) – самый важный фактор образования облаков. В наши дни главный источник серы на всех континентах – сернистый ангидрид, образующийся в процессе промышленной деятельности человека – главным образом той деятельности, которая выражается в сжигании ископаемого топлива. Если учесть быстрый рост экономики в развивающихся странах, выбросы серы в атмосферу приближаются к отметке сто миллионов тонн в год. Однако выбросы сконцентрированы над промышленными районами, и, несмотря на то что ветер может разносить их на тысячи километров, этого явно недостаточно, чтобы «человеческий» сернистый ангидрид хоть как-то влиял на всю планету.

Над широкими просторами океанов, покрывающих больше половины планеты, образование облаков зависит в основном от серной кислоты, порождаемой диметилсульфидом. И хотя общее количество высвобождаемой океаном серы может быть вполовину меньше того, что выбрасывает в атмосферу человек, океанская сера участвует в формировании погоды на гораздо большей площади. Если вам нужно подобрать лучший в мире природный источник ядер облачной конденсации, то это, конечно, пахучие пары, выделяемые неприметными микроорганизмами пустынных морей.

Главный соперник серы как поставщика ядер облачной конденсации над океанами – это морская соль. Штормовые волны поднимают фонтаны тончайшей водяной пыли, особенно в зимнее время на «ревущих сороковых» и «неистовых пятидесятых» [50]50
  Так моряки назвали океанические пространства между 40° и 50° и 50° и 60° южной широты из-за характерных сильных ветров и частых штормов.


[Закрыть], и таким образом в воздухе оказываются крупинки хлорида натрия подходящего размера. Возможно, их не более десяти процентов от всего необходимого количества «точек», но они тоже могут побороться за доступный над океаном водяной пар во время «сборки» капелек серной кислоты.

Когда восходящие потоки в кучевых облаках несут капли воды вверх, в холодные области атмосферы, те замерзают, превращаясь в снежинки или градинки. С другой стороны, на больших высотах водяной пар может «перепрыгнуть» через жидкое состояние и сформировать ледяные кристаллы непосредственно, как это происходит в высотных многослойных перистых облаках. В каждом случае на сцену выходит свой набор «точек», играющих роль ледяных ядер, на которых кристаллизуется вода.

Льдообразующие ядра должны одурачить блуждающие молекулы воды, представив дело так, будто они уже оформились в полноценные кристаллы льда и подбирают себе новых рекрутов. Перебирая ядра кристаллизации льда, природа, кажется, отдает предпочтение микроскопическим частицам глинистого минерала каолинита. Когда люди вызывают искусственный дождь, они распыляют в воздухе йодистое серебро. Этот реагент побуждает холодные облака создавать ледяные кристаллы, выпадающие затем с большей готовностью, чем водяные капли. Вне зависимости от того, естественного происхождения они или созданы человеком, снежинки и градинки обычно тают по дороге к земле.

Рано или поздно ядра облачной конденсации – как бы они ни рождались – исчезают: либо их вымывают из воздуха дождь, град или снег, либо потоки, восходящие с высоких грозовых туч, выносят их в стратосферу, либо же сила тяготения медленно утаскивает эти ядра вниз, к поверхности земли. Их запас необходимо постоянно пополнять. Появившиеся в девяностые годы более совершенные детекторы, умеющие регистрировать сверхмалые «точки» размером всего лишь в несколько нанометров, позволили увидеть, как рождаются рои новых ядер конденсации – эти явления получили название нуклеационных взрывов.

В лесной лаборатории, расположенной в Хютияля неподалеку от Хельсинки, Маркку Кулмала и его коллеги постоянно следят за такими взрывами. Вот, например, одно наблюдение, сделанное весной. В течение всей ночи количество «точек» в воздухе неуклонно снижалось, но в 10 часов утра их число неожиданно начало расти. К полудню количество «точек» увеличилось почти в десять раз. Затем оно стало постепенно уменьшаться, зато сами «точки» продолжали увеличиваться в размерах. Этот процесс длился несколько часов. К заходу солнца количество «точек» опять начало снижаться.

Такого рода пополнения приводят к тому, что в атмосфере над сушей, в тех слоях, где происходит формирование облаков, постоянно присутствует множество ядер облачной конденсации – несколько миллионов на каждый литр воздуха. Даже над открытыми океанами их обычно сто тысяч на литр. Поэтому метеорологи были готовы вообразить, что таких «точек» всегда много, и, следовательно, нет никакой необходимости полагать, будто космические лучи могут что-то изменить.

Урожай сверхмалых капель над Панамой

В конце 1990-х специалисты службы погоды, занимаясь своим обычным делом, то есть оглашая перед публикой климатические прогнозы, прямо-таки источали самоуверенность, и не важно, что именно они предсказывали – дождь либо солнце на завтра или состояние климата на 2100 год. Никому из посторонних не полагалось знать, насколько, по сути, поверхностны и схематичны были некоторые из наиболее фундаментальных представлений об атмосфере. Даже среди самих метеорологов лишь немногие осознавали, что ключевые моменты образования облаков – то, что можно назвать «двигателем погоды» – ускользали от их разумения.