Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Как однозначно показывают приведенные выше данные, деятельность человека существенно меняет температуру нашей планеты. Однако мы знаем, что в прошлом происходили гораздо большие колебания температуры. За последний миллиард лет мы видели и Землю-снежок, почти полностью покрытую льдом, и полностью тропическую Землю с пальмами, растущими в Гренландии. Очевидно, что природные силы тоже могут влиять на энергетический баланс Земли. Поэтому мы, прежде чем пойти дальше, рассмотрим основные причины изменения температуры за последний миллион лет до вмешательства человека.

Движением Земли в космосе управляет гравитационное влияние Солнца. Наша планета совершает полный оборот по своей слегка эллиптической орбите раз в 365,24255 дня. Но Земля и Солнце – не единственные тела в Солнечной системе. Земля испытывает взаимные притяжения и толчки со стороны Луны, Венеры, Юпитера и других планет, что становится причиной едва уловимых и приблизительно периодических изменений в форме ее орбиты, в наклоне оси вращения относительно плоскости этой орбиты и в ориентации ее оси в пространстве (см. рис. 11.2). Величину этих эффектов и их связь с климатом Земли впервые рассчитал сербский инженер, математик и астроном Милутин Миланкович.

За день Земля совершает оборот вокруг оси вращения, направленной в настоящее время на Полярную звезду, но эта ориентация мимолетна. В течение примерно 23 000 лет ось очерчивает круг на небе, подобно тому как колеблется ось волчка, прежде чем тот упадет. Этот динамический эффект называется прецессией. Это было бы ничем не примечательно (если только вы не астронавигатор), если бы орбита Земли не была эллиптической, из-за чего планета в течение года то приближается, то удаляется от Солнца. Времена года определяются тем, какое полушарие наклонено к Солнцу (см. рис. 11.2 а

). И если Земля находится ближе к нему, когда к Солнцу наклонено Южное полушарие (как это происходит сегодня), то южные широты получают немного больше энергии, чем Северное полушарие спустя полгода, когда оно наклонено к Солнцу, но находится немного дальше. Учитывая период прецессии, эта ситуация изменится чуть более чем через 11 000 лет, когда Северное полушарие одновременно будет наклонено к Солнцу и ближе к нему в течение лета.

Рис. 11.2. (а) Прецессия равноденствий. Вращающаяся Земля притягивается гравитационным воздействием со стороны Луны, Солнца, Юпитера и других планет, так что ее ось вращения медленно меняет направление, в котором она указывает, точно так же, как вращающийся волчок раскачивается в ответ на гравитационное притяжение Земли. Совокупный эффект этой прецессии состоит в том, что расположение лета и зимы на орбите Земли меняется местами примерно за 11 000 лет, завершая один полный цикл за период от 19 000 до 23 000 лет. (б

) Поскольку орбита Земли эллиптическая, прецессия либо усиливает, либо подавляет разницу в получаемом сезонном солнечном свете (подробности см. в тексте). (в) Два других орбитальных эффекта, составляющие циклы Миланковича. Величина наклона орбитальной оси Земли меняется от 22,1° до 24,5° и обратно за 41 000 лет. Более резкие наклоны приводят к более резким сезонным колебаниям. (г) Кроме того, форма орбиты Земли становится более (до 5,8 % отклонения круга) и менее (до 0,5 % отклонения от круга) эллиптической за период, охватывающий примерно 100 000 лет. При более эллиптической орбите возрастает варьирование солнечного света в зависимости от сезона (подробности см. в тексте)