На международной мадридской конференции 1995 года Организация Объединенных Наций официально признала глобальное потепление климата Земли во второй половине ХХ века научным фактом. Основной виновник этого нехорошего процесса, по мнению сторонников теории глобального потепления, - неконтролируемые выбросы в атмосферу продуктов переработки углеводородного топлива. Выбросы эти значительно повышают концентрацию в земной атмосфере антропогенных парниковых газов, таких как двуокись углерода, метан, закись азота, тропосферный озон.
Наиболее убежденные последователи этой теории руководствуются главным образом многостраничными докладами патронируемой ООН Межправительственной комиссии по климатическим изменениям (IPCC). Тезис об определяющем влиянии на климат Земли именно человеческого фактора стал для этих людей чем-то вроде заклинания. Апофеозом их активности, как известно, стало подписание в 1997 году многими странами мира Киотского протокола, закрепившего необходимость жесткого контроля за промышленными выбросами в атмосферу, а также активное развитие альтернативных - "чистых" - энергетических технологий.
Однако упрямое меньшинство ученых-оппозиционеров утверждает, что рост содержания углекислого газа и прочих выбросов не играет существенной роли в климатических пертурбациях на Земле. Основную причину долговременных температурных колебаний, по мнению этой группы исследователей, следует искать вне нашей планеты.
О космическом происхождении облаков
Одним из первых нарушителей спокойствия стал американский геофизик Фанцюнь Юй из Университета Нью-Йорка (Олбани). В августе 2002 года он обнародовал свою новую гипотезу, согласно которой главной причиной климатических изменений на планете может оказаться так называемое космическое излучение (см. "В потеплении виноваты гости из космоса", N40, за 2002 год).
Под общим термином "космические лучи" физики подразумевают всю совокупность частиц и излучения внеземного происхождения, которые заполняют пространство вокруг Земли. Эти частицы с очень высокой энергией по большей части представляют собой положительно заряженные атомные ядра. Около 92% частиц приходится на ядра атомов водорода - протоны, примерно 6% составляют ядра атомов гелия - aльфа-частицы, 1% приходится на долю более тяжелых атомных ядер, а кроме того, в космических лучах присутствует небольшое число электронов, их доля составляет около 1%. Происхождение космического излучения - один из спорных вопросов современной астрофизики. Согласно наиболее популярной версии, впервые предложенной академиком Виталием Гинзбургом, эти лучи образуются преимущественно при взрывах сверхновых звезд, периодически вспыхивающих в нашей Галактике Млечный Путь.
По мнению Фанцюнь Юя, космическое излучение самым непосредственным образом влияет на формирование облачного слоя в атмосфере нашей планеты. Заряженные частицы, пришедшие из космоса, инициируют конденсацию водяных паров (эффект, наблюдаемый при работе известной камеры Вильсона), а долгосрочные изменения структуры облачного слоя, в свою очередь, существенно сказываются на изменениях земного климата. Расчеты, сделанные исследователем, показали довольно четкую корреляцию между тем самым глобальным потеплением на Земле в ХХ столетии и заметным снижением интенсивности потока космических лучей. Есть основания говорить о прямой зависимости между интенсивностью этого излучения и степенью концентрации в земной атмосфере низких облаков. А низкие облака, обладающие значительной отражающей способностью (альбедо), оказывают охлаждающее воздействие на поверхность Земли, тогда как высокие, напротив, по большей части пропускают сквозь себя солнечные лучи. Таким образом, новая гипотеза объясняет рост земных температур, отчасти обусловленный понижением плотности слоя низких облаков, именно убывающей интенсивностью космического излучения.
Всего через два месяца после публикации статьи Фанцюнь Юя его экзотические умозаключения получили неожиданное подтверждение. Группа немецких специалистов из Института ядерной физики Макса Планка (Гейдельберг) обнаружила в нижних слоях атмосферы многочисленные сгустки заряженных частиц. Последующая конденсация водяного пара на них, вероятно, и приводит к образованию плотных туч. Поскольку на долю атомных ядер приходится большая часть первичного космического излучения, впервые обнаруженные в тропосфере крупные положительно заряженные ионы стали очень веским аргументом в пользу гипотезы о космическом происхождении облаков.
В галактическом рукаве
В июле 2003 года гипотеза Фанцюнь Юя получила неожиданное развитие. Журнал Американского геологического общества опубликовал статью Нира Шавива из иерусалимского Hebrew University и Яна Вейзера из Канадского университета Оттавы. Применив в своем исследовании уникальный междисциплинарный подход (Шавив - астрофизик, а Вейзер - геохимик), ученые показали, что обнаруженная Фанцюнь Юем корреляция между колебаниями земной температуры и плотностью потока космических лучей - только "момент" процесса с очень длительным характерным временем. Речь идет о сотнях миллионах лет, точнее, о последних 550-570 млн лет жизни нашей планеты, известных в геохронологии как фанерозойский эон (начало его совпадает с наступлением кембрийского периода палеозойской эры).
Как следует из современной теории астрофизики, наша Солнечная система медленно перемещается по круговой траектории внутри Галактики Млечный Путь, периодически входя в четыре ее ярких "спиральных рукава", характеризующихся повышенной концентрацией разнообразных космических объектов (прежде всего, звезд). Благодаря большому скоплению межзвездного вещества в этих галактических рукавах, там с высокой частотой происходит образование гигантских, но короткоживущих звезд. В конечной фазе своего жизненного цикла эти звезды превращаются в сверхновые, вспышки которых, по теории Гинзбурга, и являются основным источником потока космических лучей. Таким образом, в период прохождения Солнечной системы через один из таких галактических спиральных рукавов она принимает на себя усиленный поток космического излучения. В течение же того периода, когда Солнечная система выходит за пределы этих рукавов, интенсивность потока ослабевает.
По словам Нира Шавива, "как элемент Солнечной системы Земля входит в очередной спиральный рукав Млечного Пути примерно каждые 150 млн лет, и, как показывают ретроспективные расчеты, периоды пребывания Земли в зонах галактических звездных скоплений совпадают с периодами ее глобального похолодания."
Для измерения относительной интенсивности потока космических лучей, атаковавших Землю в течение 550 млн лет, Шавив и Вейзер использовали оригинальную методику, основанную на анализе элементного состава осколков метеоритов, посетивших нашу планету в различные исторические эпохи. Под воздействием потоков космических лучей на поверхности этих метеоритов происходил частичный распад тяжелых атомов с образованием более легких элементов. Следовательно, большая концентрация последних в метеоритных осколках свидетельствует о более интенсивном потоке космического излучения.
Для получения информации о колебаниях температуры на Земле в различные исторические эпохи ученые использовали хорошо известную технологию кислородно-изотопных палеотермометров. Этот метод был изобретен еще в середине прошлого века известным американским химиком, лауреатом Нобелевской премии Харолдом Юри. Тогда, исследуя относительное содержание стабильных изотопов кислорода в раковинах ископаемого планктона из керна глубоководных скважин, пробуренных в мировом океане, геохимики научились с высокой надежностью определять время и направление температурных сдвигов.
Сравнив полученные исторические данные по интенсивности потока космического излучения и изменениям земной температуры, Шавив и Вейзер пришли к однозначному выводу: периоды низкой интенсивности потока космических лучей совпадали с "парниковыми" периодами на Земле, тогда как времена высокой интенсивности этого излучения приходились на более холодные, "ледниковые". Например, сто миллионов лет назад, в теплый период (расцвет динозавров, активно освоивших тогда даже высокие широты Земли), наша планета находилась в промежуточной фазе между галактическими спиральными рукавами, т. е. поток космических лучей был низким. Резкое же падение земной температуры на границе эоцена и олигоцена, примерно 35 млн лет назад, совпало с вхождением Земли в очередной галактический рукав созвездий Стрельца и Киля и, соответственно, с ростом интенсивности космического излучения.
Более того, по мнению авторов исследования, холодный этап истории Земли продолжается до сих пор. "Несмотря на то что наша планета уже покинула спиральный участок Стрельца-Киля, она оказалась в зоне малого рукава созвездия Орион, (отростка, торчащего из большого скопления Стрельца-Киля). До того момента когда Земля снова окажется в районе с низкой интенсивностью космического излучения, т. е. испытает очередной парниковый эффект, должно пройти еще несколько миллионов лет. Новый период глобального потепления, в свою очередь, продлится 50-60 млн лет, а затем мы попадем в следующий спиральный рукав - рукав созвездия Персея, и снова наступят холодные времена", - утверждает Нир Шавив.
Солнечный ветер стихает
Шавив и Вейзер полагают, что за последние полмиллиарда лет с циклическими изменениями интенсивности космического излучения четко коррелируют примерно 75% скачков температуры на Земле. В то же время они подчеркивают, что сравнительный анализ периодов колебаний уровня содержания в атмосфере углекислого газа и изменений температуры планеты не выявил практически никакой взаимозависимости между ними.
Шавив и Вейзер не склонны переоценивать эффект парниковых газов и при анализе краткосрочных колебаний земной температуры (от нескольких десятков до нескольких тысяч лет).
Безусловно, повышение уровня того же углекислого газа в атмосфере Земли может служить одной из причин относительного кратковременного потепления. Но выявленные учеными изменения концентраций в земной атмосфере двуокиси углерода запаздывают на несколько столетий по отношению к температурным скачкам. Другими словами, нет окончательной ясности в том, оказывает ли влияние на климат Земли рост содержания углекислоты, или, напротив, изменения климата инициируют последующие изменения содержания углекислого газа в атмосфере. Куда более серьезным краткосрочным климатическим фактором Шавив и Вейзер считают циклические колебания активности Солнца. Но и в этом случае, по мысли исследователей, без "звездного фактора" температурные флуктуации не объяснить.
В периоды роста активности Солнца оно испускает более мощные потоки солнечного ветра - ионизованной плазмы, со сверхзвуковой скоростью истекающей из солнечной короны. Солнечный ветер, в свою очередь, сильнее отклоняет галактические космические лучи, идущие по направлению к Земле. Тем самым он препятствует процессу образования в низких слоях земной атмосферы облачного слоя, защищающего планету от чрезмерного нагревания.
"Интенсивность приходящих к нам от удаленных звезд космических лучей при их столкновении с солнечным ветром понижается, и, соответственно, земной атмосферы достигает меньшее их число. В течение последнего столетия росла сила солнечного ветра, и умеренное потепление земного климата - следствие прежде всего именно этого процесса. Однако, по нашим оценкам, довольно скоро, не позднее чем через сто лет, солнечный ветер должен пойти на убыль, а это неминуемо приведет к восстановлению долгосрочной температурной тенденции - очередному заметному похолоданию", - уверен Ян Вейзер.
