Кто дирижирует ледниками?
Однако выяснение полной картины этих обледенений, их дат и масштаба потребовало еще многих десятилетий и, по существу, продолжается и сегодня, с помощью новейших методов исследования. Об этих хитроумных методах можно рассказывать часами. Один из них, к примеру, состоит в тончайшем изучении изотопов кислорода в ракушках мельчайших организмов, оседающих на дне океана: соотношение этих изотопов меняется в зависимости от температуры воды и количества льда в ней. В другом методе в роли «часов» выступают извержения вулканов: выброшенная ими пыль, оседая на почву, образует тонкие слои в многовековых отложениях льда, и по этим слоям можно датировать рост ледников. Третий метод состоит в использовании спутников для поиска «царапин», оставленных на Земле ползшими в прошлом ледниками. И так далее.
В результате долгого и кропотливого собирания таких следов ученые уже составили сегодня некое общее представление о нескольких ледниковых эпохах, имевших место в далеком прошлом Земли (за последние 2.5 млрд лет их было 5, каждое следующее короче предыдущего) и довольно четкое детальное представление о последней из них, начавшейся 2.71 млн лет назад и продолжающейся по сей день. Ученые уверены, что она еще продолжается, потому что в прежние межледниковые эпохи вся Земля, включая полярные районы, была свободна ото льда. Они знают также, что внутри нашей ледниковой эпохи имели место очень короткие, протяженностью 10-15 тысяч лет, периоды межледниковых потеплений, которые повторялись с частотой 40 и 100 тысяч лет. Судя по всему, мы сегодня живем в одном из таких периодов, который начался около 20 тысяч лет назад (об этом свидетельствует начавшийся тогда быстрый подъем уровня Мирового океана) и по непонятным причинам затянулся больше обычного.
Естественно, ученых давно занимала загадка появления и отступления ледников, и постепенно они выявили крайне интересные факты. Во-первых, оказалось, что большие количества льда не могут образоваться ни в тропиках, ни в открытом море – это требует наличия суши (и достаточно большой суши) в полярных широтах Земли. Сейчас это Антарктида; но реконструкция далекого прошлого показала, что когда все материки Земли составляли единый супер-материк Гондвана, наступление тогдашней ледниковой эпохи началось только в том момент, когда Гондвана располагалась в районе южного полюса.
Далее, ледниковые эпохи начинаются с выпадения над этой сушей больших количеств снега. А для этого, как ни странно, требуется, чтобы вода мирового океана в умеренных широтах была достаточно: тогда она легко испаряется, в атмосфере собирается много водяных паров и они выпадают обильным снегом в более северных широтах. Многие ученые считают, что наступление нынешней ледниковой эпохи произошло после того, как 3 млн лет назад возник Панамский перешеек, перекрывший путь холодной тихоокеанской воде в Атлантику, в результате чего вода в Атлантике нагрелась и обильные снега начали год за годом покрывать Канаду, Гренландию и Скандинавию.
Но есть еще и третье требование – похолодание, благодаря которому эти снега будут ежегодно накапливаться, а не таять каждую весну. Температура в любом районе Земли зависит от множества факторов, но в основном – от того, сколько солнечной энергии поступает в эти места и сколько ее остается в атмосфере и воде (остальное отражается в космос). Уже давно высказывалась мысль, что поступление солнечной энергии на Землю регулярно меняется в силу астрономических условий. Одним из первых эту мысль уже в 1864 году высказал ученый-самоучка Джеймс Кролл, но, как и в случае теории Эсмарка, идею Кролла долго не признавали. Однако сербский ученый Миланкович подхватил ее и произвел поистине титаническую проверку ее: он вручную вычислил вариации солнечной энергии, приходившей на Землю за последние 600 тысяч лет! Оказалось, что даже при допущении, что само Солнце все это время излучало одинаково, количество энергии в каждом месте Земли менялось в силу трех причин: от наклона земной оси к плоскости земной орбиты (это порождает сезонные изменения, от периодического (с периодом около 100 тысяч лет) изменения формы этой орбиты и от столь же периодического (с периодом около 40 тысяч лет) покачивания земной оси относительно ее среднего наклона.
Поначалу и эти расчеты не убедили ученых, но когда стали накапливаться данные о наличии внутри последней ледниковой эпохи промежуточных ледниковых периодов с периодичностью в 100 и 40 тысяч лет, правота теории Миланковича стала очевидной, и сегодня наука уже признает, что «вариации Миланковича», хоть и небольшие по величине, тем не менее являются, по-видимому, основным триггером, который запускает в ход какие-то сложные земные процессы, ведущие к очередному резкому похолоданию. Выявить эти процессы во всем их взаимодействии пока не удается – именно в силу их сложной взаимосвязи. Но постепенно открываются все новые детали, и два последних исследования, упомянутые в начале данной заметки, как раз и выявили новые важные факты.
Одно из этих исследований, проведенное международной группой ученых (Дафти и др., Geology, 43 №3), выявило точные даты разрастания ледников в Новой Зеландии и Чили в период между 35 и 18 тысяч лет назад. Оказалось, что эти даты приходятся на то же время, что и разрастания ледников на севере, хотя теория Миланковича утверждает, что в то время, когда в северном полушарии имеют промежуточные похолодания, в южном должно происходить промежуточное потепление. Авторы считают поэтому, что взаимосвязь климатов в северном и южном полушариях обуславливается не столько циркуляцией теплых и холодных океанских течений и содержанием СО2 в атмосфере.
Другое исследование, проведенное американскими учеными (Вуддард и коллеги, Science, 346:847), подкрепляет это предположение, но добавляет к нему друние важнеы детали. Авторы обнаружили, что наступлению нашей ледниковой эпохи предшествовало начавшееся 3.1 млрд лет назад разрастание ледникового щита над Антарктидой. Данные авторов говорят, что это вызвало ряд важных последствий. Появление льда в южных широтах уменьшило поток теплой воды из северной Атлантики на юг и повернуло этот поток в сторону северной части Тихого океана. Глубинные воды Тихого океана нагрелись примерно на 1.5 градуса, опреснели и стали подниматься к поверхности. Эти изменения нарушили прежний конвеер глубинных течений, ранее возвращавших тепло в северную Атлантику, и вода там охладилась на 2 градуса. В результате, нарушился прежний теплообмен в атмосфере над этими океанами. Северная Атлантика стала постоянно холодной. К этому добавилось второе последствие обледенения Антарктиды: уменьшившийся кругооборот воды в океанах позволил воде поглотить больше СО2 из атмосферы, что снизило парниковый эффект, тем самым увеличив теплоотдачу в космос и еще более понизив температуру. Измерения авторов показали, что все эти эффекты, начавшись 3.1 млрд лет назад, постепенно нарастали и достигли максимума 2.7 млрд лет, т.е. как раз тогда, когда в северном полушарии началась нынешняя ледниковая эпоха.
Важность новых результатов, как я уже сказал, не только теоретическая. Они ясно показывают, какую роль в глобальных изменениях климата играет сложное, пока еще не до конца понятное взаимодействие таких земных факторов, как потепление или похолодание воды в океанах, уменьшение или увеличение уровня парниковых газов в атмосфере, разрастание или уменьшение ледников Антарктиды. Сегодня все эти факторы явно активизировались: в глубинах океанов, согласно новейшими данным, накапливается тепло (настолько, что это уже вызвало временную остановку глобального потепления), льды Антарктиды отступают, а парниковых газов в атмосфере становится все больше. Похоже, что все это действует в сторону растущего потепления, но поскольку, как уже сказано, взаимосвязь этих изменений пока не поддается точному анализу, то ожидать можно всякого.
**************************************************************************************
Хроника
Японские инженеры из Агентства по изучению воздушного пространства совершили прорыв в деле беспроводной передачи солнечной энергии на большие расстояния. В их эксперименте пучок микроволнового волн, созданных излучателем под воздействием солнечного света, передал, без особых потерь и без всяких проводов, около 2 киловатт энергии (что достаточно для нагрева обычного чайника) на рекордное для таких экспериментов расстояние в 55 метров. Это крупный шаг к давней мечте космических инженеров – опоясать Землю стационарными (на высоте 36 тысяч км) спутниками, которые собирали бы «дармовую» солнечную энергию в космосе и без проводов передавала ее на Землю. Авторы работы выражают уверенность, что если не мы, то наши дети увидят небо в таких алмазах.
Наш мозг устроен «модулярно», т.е. в нем есть особые отделы для разных функций – речи, зрения, обоняния, внимания и т.п. Сейчас нейрологи из университета Вандербильта (США) провели эксперимент, имевший целью выяснить, есть ли в мозгу особый «модуль сознания» Прежние опыты показывали лишь, что в бодрствующем («сознательном») состоянии включены многие разные участки мозга. В новом эксперименте был придуман способ переключать мозг бодрствующего человека из состояния активно работающего сознания в состояние сознания хоть и включенного, но пассивного и сравнивать мозг в этих двух состояниях с помощью метода fMR. Эксперимент показал, что в первом состоянии не только больше включенных участков, но и больше связей между ними, так что активное сознание – это продукт не какого-то одного особого участка (как думал некогда Декарт), а совместной, связной обработки информации всем мозгом в целом.
Как было открыто недавно, процесс изъятия «плохого» холестерола из кровотока состоит в том, что холестерол захватывается специальными рецепторами на поверхности печеночных клеток и уносится вместе с этими рецепторами в глубину этих клеток, а из глубины на смену ушедшим входят новые рецепторы, синтезируемые внутри печеночных клеток. Но оказалось, что в этих клетках есть некий белок (PCSK9), который мешает синтезу этих новых рецепторов и тем самым уменьшает число рецепторов на поверхности печеночных клеток, что снижает изъятие плохого холестерола из кровотока. Сейчас американская фирма Амген завершила предварительные (на 4465-ти больных в течении года) испытания нового типа лекарств – эволокумаба, который подавляет вредную работу белка PCSK9. Испытания показали, что в группе, принимавшей эволокумаб, уровень инфарктов, инсультов и т.п. сердечно-сосудистых «неприятностей», упал до 0.81%, тогда как при приеме обычных статинов он за то же время составил 2.15%. Теперь Амген начал проверку этих обнадеживающих данных в 3хлетнем эксперименте на 27 тысячах больных.
Рафаэль Нудельман
"Окна", 17.9.2015