Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Теплый лед

Начать мы можем откуда угодно. Как показал Джон Тиндаль, все в этом мире взаимосвязано, и, выдернув и исследовав одну нить из ткани целого, можно понять природу этого целого. Итак, давайте начнем наше повествование с Альпийских гор, где так любил бывать Тиндаль. Представьте: декабрь 1859 г., 39-летний ученый поднимается в гору. Шагает он легко и споро, не сбавляя темпа. Никаких привалов, чтобы отдохнуть и перекусить. Недаром друзья сравнивали этого жилистого человека с горным козлом. Над головой ослепительная лазурь: в Лондоне никогда не бывает такого глубокого и яркого неба. Вокруг вздымаются остроконечные вершины и горные гряды, похожие на каменные руины. Ледники сверкают девственной белизной – свежий зимний снег покрыл проталины. Облака таковы, что Тиндалю едва ли хватит литературного дара, чтобы описать их.

Ученый идет налегке. С собой у него записная книжка, фляга с чаем, в заднем кармане – пачка галет. В руках трость, на которой его друг Джозеф Хукер с помощью лупы солнечными лучами выжег имя Тиндаля. На нем добротные ботинки, на шее теплый шарф. Он любит ходить в горы в одиночку, но на этот раз ему пришлось нанять двух проводников и четырех носильщиков, чтобы транспортировать тяжелое оборудование[7]. Горы успокаивают и утешают его, и их благотворное действие усиливается ощущением одиночества и опасности. А последнего здесь в избытке: достаточно сделать полшага в сторону от тропинки и ступить на осыпь, чтобы соскользнуть с обрыва в небытие. Кроме того, в пути может застигнуть снежная буря и навечно усыпить в объятиях холода. Наконец, можно просто потерять сознание от перенагрузки в разреженном воздухе. До сих пор Тиндалю везло. Он очень осторожен и не ищет острых ощущений намеренно – цепким взглядом ощупывает перед собой тропинку, успевает заглянуть в ущелье и полюбоваться небом, а также подметить массу важных деталей вокруг. Это всецело занимает его разум, позволяя на время отвлечься от лондонской жизни, где он – профессор естественной философии в Королевском институте; помогает забыть о научных спорах, о бессонных ночах, наполненных напряженной работой ума, после которых весь следующий день чувствуешь себя разбитым.

Осторожно ступая по тропинке, Тиндаль наблюдает за небом. Утренние облака рассеиваются так равномерно, будто чья-то рука поворачивает специальный регулятор. Но ученый знает, что вода не исчезает в никуда, а превращается из крошечных капель в невидимый пар. Тиндаль останавливается перевести дух и пинает ногой камень, чтобы посмотреть, куда тот полетит. Пролетев небольшое расстояние, камень ударяется о склон, отскакивает рикошетом, делая огромную дугу в разреженном воздухе, после чего снова падает на склон и увлекает за собой множество мелких камней с характерным звуком – словно кто-то бросил пригоршню гравия на черепичную крышу. Тиндаль думает о том, что внес свой крохотный вклад в разрушение гор. Однажды те вовсе исчезнут с лица Земли, как, впрочем, и люди. Его мысли уносятся в отдаленное мрачное будущее, когда наша планета, лишенная солнечного тепла, превратится в безжизненную ледяную пустыню.

Но печали он предается недолго. Как и всегда, утешение и даже радость дарит ему чувство единения с окружающей природой. Особое восхищение у него вызывают различные формы воды. В первый день Рождества Тиндаль делает в путевом дневнике следующую запись: «Небеса были серыми, над озером повис вязкий туман, а краснеющее на востоке небо было исполосовано темными лентами облаков… Копыта весело звенели по замерзшей дороге: слева и справа нас окружали снега, но посреди дороги снег был спрессован в твердый лед. Когда долина сузилась и горные склоны подступили ближе, лед размягчился, а в некоторых местах почти вовсе растаял. С наступлением дня облачность исчезла, и над нашими головами распростерся прекрасный голубой купол»[8].

Вскоре их небольшая группа прибыла к месту назначения – приземистому шале Монтанвер, приютившемуся среди гор рядом с ледником Мер-де-Глас[9]. Тиндаль уже бывал тут прежде, но зимой он здесь впервые. Внезапно повалил густой снег, и путешественники поспешили укрыться в шале. Ночью Тиндаль лежал и слушал, как снаружи завывал ветер. А утром, наблюдая за тем, как алые лучи восходящего солнца окрасили облака, окаймлявшие крутой гребень гор над ледником, вспомнил вечные слова Теннисона: «Торжествующим розовым рассветом явил себя Бог»[10]. Вершины гор вспыхнули яркими факелами, потом взошло солнце, и начался новый день.

Пришла пора приниматься за дело, которое привело их сюда. Снова пошел снег. Тиндаль выбрал место для установки теодолита – геодезического прибора, предназначенного для точного измерения положения объектов на местности, а его помощники двинулись к леднику. Дойдя до него, они начали вбивать в снег вешки вдоль линии, которую указал им Тиндаль. Снегопад усилился, закручиваясь над ледником в настоящую метель, так что ученому приходилось ловить короткие просветы, чтобы подать сигналы своим помощникам. В остальное время вокруг него царили лишь снежная белизна и ветер.

Характер снегопада постепенно менялся. Вскоре снежные хлопья стали похожи на цветы в весеннем фруктовом саду: они покрывали его пальто толстым слоем – «мягкие, словно пух». Разве такая расточительная красота, задумался Тиндаль, не есть опровержение безграничной человеческой гордыни? Что значат для природы люди, если она устраивает столь роскошные представления вдали от их глаз? Но таков уж был Тиндаль, что, даже размышляя о собственной ничтожности, он не переставал восхищаться красотой этого мира.

Проведя три часа среди вьюги, Тиндаль наконец-то завершил измерения по линии вешек, установленных его помощниками поперек ледника. На следующий день они вернулись, чтобы повторить эту работу и таким образом узнать, насколько сдвинулись вешки по сравнению с предыдущим днем. Как и накануне, разыгралась метель, поэтому Тиндалю удавалось делать измерения только в короткие моменты затишья. К полудню работа была завершена. Напоследок Тиндаль обернулся и окинул задумчивым взглядом линию вешек. «Конечно, я знал, что это я установил их там, но мне была приятна идея разумности и организованности, которую они олицетворяли посреди этой снежной пустыни, – написал он позже. – Это создавало ощущение упорядоченности среди хаоса»[11].

Воздух на леднике был свеж и сух, будто вовсе лишен влаги. Прежде чем отправиться в опасный обратный путь, когда все внимание надо будет сосредоточить на неровном льду под ногами, Тиндаль в последний раз задержал взгляд на просторной заснеженной долине. Сколько веков понадобилось природе, чтобы в буквальном смысле молекула за молекулой создать этот пейзаж? А сколько времени ушло на то, чтобы образовались эти гигантские ледяные поля? Некоторые ученые, в том числе и Тиндаль, пытались провести расчеты, но истинные цифры, подозревал он, превосходили самые смелые предположения. Так, в снежный год выпадает около 40 см нового снега. При этом нижние снежные слои под тяжестью верхних постепенно уплотняются, превращаясь в тонкие полоски глетчерного льда. Но какую толщину в среднем имеет такая годовая полоса? И сколько таких слоев в леднике? Узнать это невозможно. Более того, нижние слои постоянно подтаивают, и пресная вода течет из ледника, как родник, бьющий из земли. Эта вода – его «дыхание», свидетельство того, что ледник жив. Однако процесс таяния старых слоев льда медленно, но неумолимо, страница за страницей, уничтожает ледниковую хронику. И можно ли узнать, как долго это происходит?

Пытаясь проникнуть в тайны природы, раскрыть ее фундаментальные законы среди холодного безмолвия альпийских ледников, Тиндаль ощущал себя более живым, чем в Лондоне. Опасности, которые таил в себе лед, заставляли его сосредоточиваться, думая лишь о том, как сделать следующий шаг. Глядя на чистейшую первозданную белизну Мер-де-Глас, который «вздыбливался крутыми ледяными волнами, увенчанными остроконечными гребнями», он со всей остротой сознавал, насколько одинок в своем научном поиске. Что ж, это давало ему шанс победить в гонке – стать первым из ученых, кто объяснит, как перемещаются по земной поверхности ледяные щиты.

Конечно, Тиндаль не был одинок ни в буквальном смысле (с ним были проводники и носильщики), ни в переносном: ведь он опирался на солидный фундамент знаний и теорий, созданный другими учеными, которых он считал своими воображаемыми соавторами и соратниками в борьбе за научную идею. Тиндаль выбрал собственный подход, основанный на полевых экспериментах. Он не просто наблюдал и описывал то, что видел, как это обычно делают геологи, но, используя теодолиты, вешки и труд помощников, подвергал ледники особому виду исследований – экспериментам, ранее считавшимся уделом физики, но никак не геологии. Конечно, по физическим меркам эксперименты Тиндаля были довольно грубыми: расстояния измерялись в ярдах, а не миллиметрах, а время – в днях, а не миллисекундах. Но тем не менее это были настоящие эксперименты. С какой скоростью движутся ледники на разных участках? Это один из вопросов, который интересовал Тиндаля. Очередная серия экспериментальных измерений на завьюженном Мер-де-Глас должна была подтвердить его «теорию движения ледников», расходившуюся с теориями других ученых. Сравнив местоположение вешек в первый и второй день измерений, Тиндаль обнаружил, что на изучаемом участке ледник сместился на 40 см. Летом же эта часть двигалась как минимум в два раза быстрее.

Узнав скорость этого движения, можно было понять его механизм. Именно поэтому Тиндаль уже в который раз поднимался на Мер-де-Глас – чтобы собрать данные, которые помогут разработать и подтвердить теорию, могущую объяснить все удивительные факты о движении ледников. Это также позволило бы ему одержать победу над Джеймсом Дэвидом Форбсом – шотландским физиком и гляциологом, известным своими консервативными религиозными и политическими взглядами, которого Тиндаль считал своим главным противником[12]. Форбс утверждал, что лед движется как вязкая субстанция (патока или мед), что, по мнению Тиндаля, было всего лишь наблюдением, ничего не объясняющим. Хуже того, теория Форбса препятствовала пониманию истинного характера движения ледников. Тиндаль же хотел показать, как именно оно происходит. Он намеренно выбрал объектом своего исследования Мер-де-Глас, поскольку именно на его изучении были «основаны самые важные теоретические представления о строении и движении ледников»[13]. Множество ученых побывали на этом самом крупном и доступном леднике Европы до Тиндаля, делая наблюдения и выдвигая свои теории в попытке разгадать механизм движения льда. Поэтому Тиндаль следовал по их стопам – ему нужно было самому увидеть этот ледник и провести эксперименты, чтобы дать наблюдаемым явлениям новое, более глубокое и точное объяснение. Если бы он исследовал другой ледник, критики могли бы заявить, что и условия там другие, поэтому сделанные выводы неубедительны. Но, если бы Тиндалю удалось объяснить движение льда именно на Мер-де-Глас, это придало бы его теории весомости.

До недавнего времени никто не задумывался над тем, что ледники могут двигаться, и уж тем более не пытался понять, как именно это происходит. Исключение составляли жители Альп, занимавшиеся в основном разведением скота. Год за годом они наблюдали как малозаметные, так и вполне явные признаки того, что лед находится в постоянном движении: выбоины и борозды на горных склонах, нагромождения камней у подножия ледников. Иногда в горах случались катастрофы, когда ледяные плотины, сдерживающие внутренние ледниковые озера, прорывало и масса талой воды вместе с гигантскими глыбами льда обрушивалась на безмятежные долины. За столетия альпийские пастухи накопили немало знаний о ледниках, но никому из благородных ученых мужей не приходило в голову обратиться к ним с вопросами.

Интерес к Альпам как к чему-то большему, чем природная достопримечательность, возник лишь в 1830-х гг. Как ни странно, именно наступление промышленной эпохи с ее духом предпринимательства и коммерции превратило до сей поры неизведанный, покрытый льдами уголок Европы в важнейший плацдарм для научных исследований. В Великобритании благодаря интенсивной прокладке железных дорог и строительству все более глубоких угольных шахт стали открываться тайны, доселе таившиеся в недрах земли. Обнаружение слоев породы и окаменелостей заставляло задаваться новыми вопросами об истории планеты. Стремление пролить свет на события прошлого двигало энтузиастами, которые с молотками и лупами в руках увлеченно исследовали горную породу. Железнодорожные и горнодобывающие компании быстро смекнули, что благодаря этим людям можно узнать, где таятся минеральные богатства Земли, и заработать огромные деньги. Так родилась наука об истории и строении нашей планеты – геология. Первые геологи использовали в качестве источника Библию с ее драматичным рассказом о Всемирном потопе. Правда, многие толковали Священное Писание метафорически, переводя библейский день или год в тысячи и даже миллионы лет в зависимости от того, что требовала их теория, однако важно в данном случае было то, как библейское описание истории человечества, полной непредвиденных событий, сформировало взгляд ученых на историю Земли. Да, идея о том, что Земля имеет свою историю, отдельную от человеческой и гораздо более долгую, была нова и непривычна. Но по сути своей эти две истории были похожи: в представлении Тиндаля и его коллег, история Земли была, как описанная в Библии история человечества, полна неожиданных поворотов и, если бы не вмешательство определенных событий, все в ней могло бы сложиться иначе[14].

Открытия и находки, сделанные под поверхностью земли, заставили геологов начала XIX в. по-новому взглянуть и на то, что находилось на ее поверхности и что прежде они не замечали или не считали важным. Так, их внимание привлекли эрратические валуны – каменные глыбы, совершенно чуждые окружающему ландшафту, – которые всегда изумляли местных жителей. Рядом с этими валунами часто находили странные отложения, представлявшие собой беспорядочную смесь обломков пород различных размеров и форм. Эти отложения стали неразрешимой загадкой для первых поколений геологов, чей главный и единственный метод анализа структуры Земли был основан на сравнении окаменелостей, находившихся в последовательности осадочных слоев.

Долгое время происхождение этих ледниковых отложений (так называемой морены), а также эрратических валунов, рассеянных по обширным территориям, объясняли мощным наводнением или серией наводнений, перенесших массивные каменные глыбы на расстояние в сотни километров. Но Чарльзу Лайелю, выдающемуся геологу того времени, идея Всемирного потопа представлялась надуманной и неправдоподобной. В 1835 г. Лайель предложил объяснение в соответствии с разработанной им концепцией униформизма, согласно которой геологические процессы протекают постепенно под действием сил, остающихся неизменными во все времена. Он предположил, что необычные дрифтовые отложения могли быть объяснены существованием в прошлом огромного океана, образовавшегося в результате постепенного, но масштабного опускания континентов. Когда-то этот океан покрывал бóльшую часть земного шара, а по нему плавало несметное количество айсбергов, в состав которых входили камни и грунт. Когда айсберги таяли, их каменистый груз оседал на дно, а поскольку двигались они хаотично, это объясняет беспорядочный разнос дрифта. Таким образом теория оправдывала неспособность геологов объяснить происхождение дрифтовых отложений, ведь механизм их образования, согласно ей, был фактически случайным. Другим ее «достоинством» было то, что она не предполагала существования в прошлом совершенно другого климата, ведь айсберги встречались в океане и во времена Лайеля с их относительно теплым климатом. «Принятие этой теории ледового дрейфа, – писал Лайель, – не обязательно заставляет нас предполагать существование ранее более холодного климата, нежели тот, что ныне преобладает в Северной Америке»[15]. Лайелю не нравилась мысль, что в прошлом условия на Земле могли резко отличаться от современных ему.