Дерзкие мысли о климате

Будем знакомы!

(Вместо предисловия)

Интригующее название книги вероятно у многих читателей, а у ученых особенно, уже возбудило вопрос: а кто собственно её автор, осмелившийся дерзить или дерзать в столь древней области знаний? или и сюда уже проник задиристый неформал?

Замечу, однако, что автор этой книги не новичок в науке. Но шёл он к ней путями не совсем обычными. Я долго искал своё призвание и потому пытался получить высшее образование по четырем разным специализациям: радиотехнике, инженерному строительству, гуманитарному профилю и, наконец, по физической географии. 24 семестра тянулось такое обучение и только 4 очное. Зато последние 12 семестров географического факультета были преодолены за полтора года. Но в дипломной работе впервые «надерзил» – осмелился не согласиться с некоторыми видными учеными и с преподавателями, от которых получал знания. С большим трудом отстояла меня экзаменационная комиссия, оценив работу на «тройку». А через два года эта работа, минуя аспирантуру, стала кандидатской диссертацией, без сучка и задоринки защищенной в Институте географии АН СССР в Москве. Предметом исследований было ледовое явление, а я стал, ко всему прочему, ещё и гляциологом. Дошло и до докторской диссертации, однако же не запланированной и неординарной.

Здесь «дерзость» не прошла: большинство членов Совета работу одобрили, но одного голоса «за» всё же не хватило.

С тех пор тревожит жгучий вопрос – как же мы одолеем догматизм, самую опасную беду науки, если авторитетным ученым дано право лишь одной третью голосов подавлять новую мысль, рождающуюся, как правило, у одиночек? Почему в науке ущемлен элементарный демократизм, мнение простого большинства? Ведь за высокопоставленным подавлением новой мысли автоматически следует запрет на её развитие. И всё-таки я написал ещё одну, уже на другую тему, докторскую диссертацию. И её по негласному совету сверху «зарезали» на так называемой «предзащите». Дерзкие мысли оказались в западне.

Поставив до поры крест на высшую ученую степень, развязал себе руки и отрешившись от всяких хорошо оплачиваемых научно-административных должностей, вне всяких утвержденных планов НИР (научно-исследовательских работ), начал работать над этой книгой, не имея ещё ни малейшей надежды на её опубликование. Но вот подошла перестройка, гласность, свобода разномыслия и ситуация резко изменилась.

Так что по характеру интересов и основной деятельности автор ученый, а по форме – неуч. Значит так и есть, что «неформал». Вот такой невеселой шуткой и ограничим пока наше первое знакомство.

О чем эта книга?

(Вместо введения)

«… Преодоление препятствий само по себе есть осуществление свободы…».

О природе сейчас пишут много, да так часто одно и то же, что, взяв в руки всякую новую книгу о ней, думаешь – а вдруг и здесь опять то же, уже приевшееся?

Спешу упредить читателя – отбрось сомнения, здесь не то же самое. Здесь мысли, вырвавшиеся из пут застоя в естествознании. О таком застое мы наслышаны ещё мало, но он есть и, как во всяком деле, здесь прижившиеся ошибки и шаблоны немало сдерживают общее развитие наук о Земле.

Эта книга полезна всем, кто хорошо осознал или ещё не осознал, что Земля – это наш единый дом, кто любит порядок в своём доме, кто болеет душой за судьбу своего дома, необходимого не только нам, но и нашим потомкам на многие тысячелетия.

Сейчас думы о Земле повсеместно и постоянно фокусируются на понятии «экология» – учении о взаимодействии человека и всего живого с окружающей неживой природой. Однако состояние самой экологии в первую очередь и повсеместно зависит от климата. Даже незначительные его трансформации вызывают чувствительные изменения существования не только для всех бегающих и плавающих живых существ, и растительности, но и для человека и его производства. Вот почему тревога о климате и о возможности его изменений звучит ныне, хотя и не столь часто, как о возможном нарушении экологии, зато она неизбежно присутствует почти в каждом сетовании на экологию. Здесь всё усложняется ещё и тем, что на отнюдь неясные проблемы вероятности естественных изменений климата накладываются зримые, но столь же неясные и мрачные перспективы непреднамеренных воздействий человека на климат.

Но самая страшная, обескураживающая человеческий разум правда состоит в том, что до сих пор мы мало достоверно знаем о механизмах, формирующих климат, и потому всякие наши рассуждения о возможности воздействия на него в лучшем случае сказываются сомнительными и, вполне вероятно, что часто вовсе неверными. Пока мы беспомощны перед угрозами изменений климата. Тридцать ведущих ученых-климатологов из 14 стран мира это хорошо осознали. Собравшись вместе, они не смущаясь, констатировали: «Мы встревожены тем, что существуют большие и серьёзные пробелы в наших знаниях о тех процессах, которые определяют климат». (Непреднамеренные воздействия на климат, 1974, с 14).

Такое заключение актуально по сей день. Я убедился в этом, лично участвуя в Международном симпозиуме на тему «Взаимодействие оледенения с океаном и атмосферой», состоявшемся осенью 1990 года в Ленинграде (Санкт-Петербург). Здесь было сообщено о многих новых наблюдаемых фактах, не получивших объяснения, но практически не сообщено ни об одной новой обещающей концепции по основам природы климатоформирования. В этом главном вопросе неясностей не убавилось.

В предисловии к русскому переводу вышеназванной книги её ответственный редактор, наш известный климатолог, член-корреспондент АН СССР М. И. Будыко, похоже, вовсе не разделяя тревоги зарубежных ученых пишет о каких-то достижениях в области познания климатической роли углекислого газа и аэрозолей в атмосфере, что даёт якобы возможность «наряду с рассмотрением непреднамеренных воздействий на климат обсуждение различных методов глобального регулирования климата».

Откуда такой оптимизм? А всё от тех же доперестроечных настроений.

Ведь и у нас были и есть ученые, которые сомневались в методологической непогрешимости преувеличения роли углекислого газа, в корректности теплобалансовых расчетов и многих иных наших теорий, о которых мы пишем далее, но критика их якобы ставила нашу науку в невыгодное положение и потому умалчивалась в угоду более оптимистической лженауке.

Нельзя сказать, что наши ученые мало работали. У нас постоянно создавались новые институты, интенсивно множились ряды кандидатов и докторов наук, лавиной шли научные публикации. Наша наука не сидела без дела, она не просто двигалась, она бежала и по сей день бежит. Но бежала и бежит без оглядки и потому во многих направлениях заскочила в беспросветные тупики. Оглядываться ей не позволяют многочисленные и строгие бюрократические запреты на повторение пройденного, на дублирование, а бежать заставляли подстегивания призывами «догнать и перегнать»! Ученый, задумавший повторение неверно начатого пути исследования, часто обречен расстаться с наукой. Мысль в жесткой упряжке тематических планов исследований не имеет права лавировать в поисках верного пути. Уклониться от плана значит ничего не сделать. Значит лучше сделать неверно, чем повернуть на более обнадёживающий путь. Негласно принятый в науке принцип, что отрицательный результат есть тоже научный результат, действует исправно и легко покрывает промахи.

Что делает здравомыслящий человек, если, плутая по незнакомой дороге, он уперся в тупик? Он возвращается либо до первого пройденного поворота дороги, либо к исходному пункту и начинает искать дорогу снова. И в этой книге, кратко анализируя современное состояние того или иного спорного представления в области науки о климате, мы будем по возможности каждый раз, не пренебрегая и школьными истинами, начинать с азов. Наверное, не все новые пути, которые мы выберем и по которым пойдём на поиск истины, не все рождающиеся при этом гипотезы или версии окажутся верными, но зато мы лишний раз убедимся, что повторение не просто «мать учения», но и, пожалуй, самый верный способ вывести мысль из тупика.

В начале книги и реже далее встречаются вроде бы уж вовсе лишние, сродни назиданиям, пояснения элементарных понятий о теплообмене. Но не спешите обойти их вниманием, ибо даже в самом понятии «теплообмен» имеются нюансы, способные увести мысль в сторону. А на представлениях о физике фазовых превращениях, знакомых школьникам, основательно спотыкались крупнейшие ученые, трудами которых питалась сама климатология. Мало того, мой опыт общения со многими учеными показывает, что мы очень часто не понимаем друг друга в полемике о теплообмене лишь только потому, что по-разному понимаем явления, сопутствующие намерзанию и таянию льда, теплообмену при парообразовании и так далее.

А истина однозначна.

Во второй части книги мы познакомимся с казалось бы невероятным, но очевидным научным открытием, подающимся из первых рук и послужившим главным толчком для написания этой книги. А какие коренные изменения вносит это открытие во многие важнейшие представления о климате и механизмах его формирования, читатель узнает из многих последующих разделов книги.

Все природные явления на Земле строго регламентируются фундаментальными законами физики. Это верный компас исследователя. Но, как и компас может отклонить стрелку от нечаянно поднесенного к нему кусочка железа, так и писанный физический закон может увести исследователя в сторону от пути к истине, если вы вовремя не заметите, что на его курсе маячит субъективная помеха какого-то недостаточно проверенного, не принятого за истинное, представление. И в книге показывается как недостаточно физически обоснованное представление о якобы обязательном полном балансировании теплообмена земной поверхности с приходящей солнечной радиацией приводило к непреднамеренному нарушению закона сохранения энергии, а вместе с тем и к глубокому искажению показателей теплообеспеченности подстилающей поверхности на разных широтах Земли. Исправив эту ошибку, мы одновременно обнаружим ранее остававшиеся неизвестными разительные различия климатов Земли.

Особенно не повезло известному Второму началу термодинамики, основанному на постулате Клаузиуса и констатирующему вроде бы очевидный факт, что теплота не может сама собой переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому. Но многие и многими реально наблюдаемые факты казалось бы противоречат этому постулату возможностью проистекания обратного теплообмена. Обобщение таких фактов и составило суть представления о закономерности неравновесности теплообмена замерзающих водоёмов с внешней средой.

Их очевидность уже не вызывала сомнений, они легко подтверждались многочисленными расчётными проверками и по-новому осмысленными и объясненными фактами. Наконец-то стало ясно, почему вечная мерзлота промерзает очень глубоко, а тут же существующие озера глубоко не промерзают: я увидел, как значительна всюду роль талого стока в переносе энергии, о чём еще редко кто догадывался и ещё много нового, но над всем этим с трудом добытым принципиально новым знанием на многие годы нависла угроза краха, только из-за того, что сама закономерность не согласовывалась с постулатом Клаузиуса. И не случайно я подключился к хору критики этого постулата. И всё-таки сам же нашёл, что передача тепла от более холодной (в среднем за год) атмосферы к более теплой воде замерзающих полярных бассейнов происходит не сама собой, а под воздействием работы внешней силы … земного притяжения, постоянно удерживающей лёд на поверхности воды. И хотя я признал правоту постулата Клаузиуса, не стал исключать из книги и сетования на него, ибо нахожу, что препоны, которые ставит этот постулат, перед исследователями и изобретателями обходятся невосполнимыми потерями. Не должна же из-за этого страдать наука и техника, выдающая и использующая очевидные факты неравновесных процессов, хотя ещё и не получивших в каждом конкретном случае исчерпывающих объяснений.

Ведь живём же мы энергией Солнца, до сих пор доподлинно не зная, почему оно светит и греет и никому не приходит в голову назвать это невозможным.

Найдя разгадку неравновесности теплообмена через плавучий лёд в силе земного притяжения, довелось написать, кажется, новую главу об участии тяготения в формировании климата.

Элементарные рассуждения и описанный в книге простейший опыт, доступный воспроизведению в невесомости, довольно уверенно утверждают нас в мысли, что всё неживое на Земле и на планетах движется, в конечном счёте, не теплом, как всегда понималось, а работой силы притяжения. Тепловые контрасты сами по себе не могут начать движение, если не происходит перемещений подвижных масс сообразно их изменяющейся от нагрева или охлаждения плотности. А такие движения и перемещения, сортируя массы по плотности, может возбудить только тяготение. Так, в зону нашего внимания попал величайший, но не до конца ещё раскрытый закон Всемирного тяготения Ньютона. Я не удержался подметить и его спорные положения, заодно предположив, что полное раскрытие этого закона непременно принесёт с собой множество новых представлений, в том числе о природе климата Земли и планет, и о законах развития планетных систем. Но это дело будущего. А пока мы использовали этот закон для объяснения движений лишь внешних сфер Земли, в том числе и тех, что определяют термику Мирового океана и парниковый эффект атмосферы Земли и планет.

Практически два основных положения: обнаружение фактов неравновесного теплообмена на внешних сферах Земли и роль тяготения в динамике внешних сфер дали основу для всех дальнейших детализаций теплообменных процессов, участвующих в формировании климата, а также погоды.

Неравновесность теплообмена замерзающих водоёмов с атмосферой, заставила меня по-новому взглянуть на климатоформирующую роль Северного Ледовитого Океана. Стало ясно, что этот Океан вовсе не теряет, как часто думали, а бережёт тепло мирового Океана. Кроме прочего, я попытался по-новому взглянуть на природу теплого течения Гольфстрим. Думаю, что этот экскурс интересен и полезен тем, что помогает понять, как и почему холодные воды полярных бассейнов распространяются на глубины даже приэкваториальных морей. Это в свою очередь позволяет усмотреть существенную климатоформирующую способность межокеанического водообмена и особую, можно сказать, ключевую роль в общем теплообмене Земли Северного Ледовитого Океана. Анализируя эти вопросы, существенно конкретизируется с помощью оценок, выполненных профессором В. Н. Степановым (1983). И тут же Антарктида, вечно подозревавшаяся в общеземной трате тепла. Оказалось, однако, что сколько-нибудь заметного для Земли количества тепла она терять не может по той простой причине, что сама его не имеет и отвлечь со стороны не может.

Далее мы поднимаемся в высоты атмосферы и снова «с азов» пытаемся вникнуть в неясности исходных положений физики атмосферы. Тут мы снова и основательно пытаемся разобраться в прижившемся современном толковании сути парникового эффекта, возвращая ему по прямой принадлежности сам пар и ставя на место роль углекислого газа. Таким путём мы, казалось бы, лишаем себя последней возможности хоть как-то прогнозировать изменения климата. Но далее ищем пути к устранению и этой бреши в наших представлениях.

Заново рассмотрена природа однонаправленного вращения атмосферы между экватором и полюсами, обгоняющего вращение самой Земли. Это позволяет лучше представить, как и почему в атмосфере распространяются всевозможные взвеси и даже погода. А как плохо у нас обстоит дело с прогнозом погоды, знает каждый.

Здесь возлагаются большие надежды на электронно-вычислительные машины, однако мы ещё плохо представляем, сможем ли безошибочно озадачивать эти умные устройства. Без исследования всего комплекса проблемы прогноза погоды, опять же с самого начала «с азов» и здесь не обойтись.

И тут снова возникает дерзкая мысль – а достаточно ли оправдано мы отдали монополию на выдачу прогноза погоды лишь Бюро погоды, к тому же связанному по рукам и ногам всевозможными руководствами и наставлениями ещё более узкого круга специалистов? Иной синоптик и дал бы собственный более надежный местный прогноз, но безопаснее укрыться за руководством! А что бы не попробовать на конкурсной основе позволить давать прогнозы нескольким способным специалистам и даже не специалистам? Вовсе не исключено, что разномыслие, состязательность и гласность может и здесь принести успех и новые знания.

От сегодняшней заботы о повседневном качестве прогноза погоды мы снова возвращаемся к волнующей всех проблеме возможного опасного изменения климата. Изменяющееся представление о сути парникового эффекта, если оно окажется верным, отводит широко оповещаемый призрак неотвратного прогрессирующего потепления климата, грозящего потопами и прочими опасными явлениями. Более обоснованное заключение гляциологов не исключает лишь некоторого потепления на ближайшую тысячу лет. В отдаленном будущем, через 22 000 лет возможно значительное оледенение, но очевидно, что человек уже способен будет упредить это опасное явление. Вовсе нельзя исключить и возможности незначительных похолоданий, например, в силу каких-либо стихийных бедствий: усиление вулканизма.

Рассматриваются и возможности сильного изменения парникового эффекта от непредвиденных явлений и полного оледенения Земли. И то, и другое может быть вызвано непреднамеренно самим человеком, например, при попытке искусственно изменить климат по ошибочно истолкованным представлениям. Однако парниковый эффект не может развиться до необратимого катастрофического состояния, до тех пор, пока на Земле будут существовать ледники или условия, не исключающие образования снега. Что касается полного оледенения, возможность которого не исключается некоторыми учёными, то исходя из анализа особенностей и возможностей теплообмена ледяных масс с солнечной радиацией и космосом, мы уверенно приходим к заключению, что эта опасность Земле не грозит вовсе.

Очень сложно судить об опасных динамических явлениях в атмосфере. В основе все эти явления имеют вихревую природу, и тут мы с огорчением узнаём, что сама природа вихревых движений изучена ещё недостаточно. Что же удивляться, если самые основательные приступы к раскрытию тайн динамики атмосферы практически ничего ещё не дают для их прогнозирования, не говоря уже о проблеме управления ими. Я и здесь попытался рассмотреть всё сначала и даже нашёл вроде нечто новое, но сколько-нибудь развить этот поиск уже недоставало возможности. Надо было завершить книгу, успеть сказать ещё нечто важное. А важной счёл необходимость поделиться своим мнением о том, как следовало бы беречь климат Земли, экологию человека и всего живого на ней и как научиться исправлять климат и управлять им, если возникает нужда в этом.

При чтении этой книги может возникнуть вопрос: откуда у автора взялась дерзость, а кто-то скажет и наглость, столь решительно уточнять, исправлять, а то и вовсе отвергать ряд слишком известных и хорошо укоренившихся представлений в системе знаний о климате и факторах его определяющих? Тут, пожалуй, следует сослаться на упомянутую концепцию о неравновесности теплообмена внешних сфер земли и на новые мысли, потянувшиеся за ней, которые страстно просились на простор общечеловеческих знаний, но всякий раз спотыкались о них же за не вяжущиеся с ними представления, требующими либо отстранения, либо исправления.

Но главное все-таки не в том, как дать дорогу новым мыслям, а в том, как их добыть. Тут поделюсь своим опытом. Неординарные научные заключения невозможно получить путем ординарного мышления. Если каждый из нас начнет мыслить одинаково, чему, впрочем, учат нас стандартные учебники и выученные по ним педагоги, то нового знания мы вряд ли получим, кроме как в случаях, которые подбрасывает нам сама природа и жизнь.

Неординарно мыслить, это значит отказаться от восприятия чужой готовой мысли, а обязательно проследить (а это можно сделать по тем же учебникам или иной литературе), как возникла эта мысль, может ли быть она получена иным подходом к ней, проверить, совпадают ли ее результаты при разном подходе, а если результаты разные, то уже тщательно проверить, какой из них более правильный. Неординарно мыслить, это значит не жить чужим умом, а для этого, увы, приходится больше работать, как часто говорят учителя «своими мозгами». Но зато знания, полученные таким путем, оказываются более прочными, а часто и более приближенными к истине, если уже не являются самой истиной.

Важность предмета, излагаемого в книге, и большой интерес к нему несомненны. Удалось ли автору за налетом того возбуждения, которое сопутствовало вынашиванию и изложению общей картины нового понимания природы климата, доходчиво и убедительно изложить ее научную суть, пусть судит сам читатель.

При всем этом в проблемах климата и погоды число не решенных задач не убавилось, а скорее наоборот, возросло. Это нормальное следствие развития знаний. Автор надеется, что эта книга не только возбудит у многих читателей новый интерес к этим проблемам, но и будет стимулировать дальнейшее развитие наук о климате нашей планеты.

Итак, эта книга – вызов застою климатологии. Надеюсь, что изложенное в ней окажется доступным всем.

Часть I. Вводная

Что пользы есть в великом множестве разных идей, ежели они не расположены надлежащим образом? Храброго вождя искусство состоит не в одном выборе добрых и мужественных воинов, но не меньше зависит и от приличного установления полков.