Сейчас в это трудно поверить, но всего две тысячи лет назад нынешние пустыни Северной Африки снабжали пшеницей Южную Европу.
Тысячу лет назад, в эпоху викингов, Северный ледовитый океан летом был чист ото льда. В гренландских поселениях скандинавских колонистов археологи нашли до трехсот хуторов, много церквей и два монастыря. Но в конце XV века поселения пустеют, связь с Европой прекращается.
О чем говорят эти факты? О том, что климат нашей планеты постоянно меняется.
В наше время крупные ледники можно увидеть лишь в приполярных областях да высоко в горах. А 10—20 тысяч лет назад они покрывали огромные пространства. Пригодные для жизни площади земного шара были на тридцать миллионов квадратных километров меньше, чем сейчас. Большая часть Европы и Северной Америки была покрыта льдом. Ледяной панцирь покрывал нынешнюю территорию Англии, Польши, доходил до Киева.
Холода наступали волнами несколько раз. Землю словно лихорадило, бросало то в жар, то в холод. Одно и то же место оказывалось покрытым то пышными лесами, то толстым слоем льда. Сейчас считается, что было четыре крупных оледенения. Они, в свою очередь, дробятся на ряд более мелких. В периоды неоднократных нашествий ледники сгладили вершины скандинавских гор, образовали широкие долины, оставили отлогие, словно отполированные склоны.
Если вам удастся пролетать на самолете над Карелией, посмотрите вниз. Вы увидите многочисленные озера и болота. Создается такое впечатление, что огромный скребок содрал здесь землю. С севера на юг, по пути движения ледника, протянулись впадины и возвышенности.
Наступающие льды не только изменили лик Земли, они гнали перед собой все живое. Многие не выдержали этого наступления. От морозного дыхания ледников гибли леса, вымирали стада животных, целые племена людей.
Чем же вызваны эти великие оледенения, и не грозят ли они нам в будущем? Точного ответа пока нет, есть только прогнозы. Но не потому, что трудно отыскать причину похолодания. Скорее наоборот — их чересчур уж много. Вычисления показывают, что достаточно понизиться среднегодовой температуре на 2—4 градуса, как это вызовет развитие ледников, что, в свою очередь, приведет к еще большему понижению температуры на Земле. И как результат — ледниковый щит покроет значительную часть планеты.
Было предложено более пятидесяти гипотез, объясняющих установление страшных ледяных зим. Казалось, чего проще: раньше наша планета находилась в расплавленном состоянии, а сейчас остывает. Вот и появляются ледники. Но ведь были периоды, когда они отступали, да и сейчас отстоят далеко.
А может быть, все связано с движением материков? «Заплывают» они в холодные края — и сразу же климат меняется. Но в Верхоянске значительно холоднее, чем на Северном полюсе, а ледники там не образуются. Так, может, виновато поднятие земной коры? Поднимаясь в более высокие, а значит, и более холодные слои атмосферы (через каждый километр подъема температура воздуха снижается на 5—7 градусов), отдельные части суши оказываются во власти снега и льда. Но тогда непонятно многократное изменение климата за одну и ту же эпоху. Не могла же земная твердь так часто подниматься и опускаться.
Все время изменяются наклон земной оси и расстояние от нашей планеты до Солнца. Наклон оси обусловливает смену времен года. Более отвесное положение оси сглаживает сезонные климатические контрасты, более пологое делает их резче. Подсчитано, что в течение 40 000 лет наклон изменяется почти на три градуса, это может значительно менять климат. Меняется с периодом в 92 000 лет и земная орбита. Югославский геофизик Миланкович построил график, на котором можно проследить, как уменьшение или увеличение количества солнечного тепла для определенной параллели зависит от «места под Солнцем», то есть положения Земли относительно светила. Этот график хорошо совпал с хронологией обледенения.
Казалось бы, все ясно и причина оледенения найдена. Однако этот график годен лишь для последнего миллиона лет жизни Земли. А раньше? Раньше оледенений не было, хотя и Земля и Солнце точно так же проходили по небосводу. Значит, учтено было не все.
А может быть, тут виноваты солнечные циклы? Причем не те, которые длятся одиннадцать лет, а долговременные — вековые и более долгие? В этом случае похолодание связано с пульсацией солнечной радиации, с минимумами солнечного излучения. Однако эти циклы плохо изучены, и их тщательное исследование — дело будущего.
Есть и еще одна теория, связанная с деятельностью Солнца. Расходуя ядерное горючее и переходя в другую «возрастную категорию», наше светило должно было многократно и на долгие сроки изменять интенсивность своего излучения. Но эта гипотеза пока тоже недостаточно разработана.
Для объяснения нашествия ледников привлекают и другие теории. Вот одна из них. В межзвездном пространстве плавают гигантские облака космической пыли. Когда Солнце проходит через них, частицы пыли рассеивают, не пропускают к Земле живительные солнечные лучи — и планета
охлаждается. Выходит Солнце из пылевого облака — планета «отогревается» вновь. Однако математические расчеты опровергают эту гипотезу. Плотность «космического тумана» не так уж и велика. На таком небольшом, по космическим масштабам, конечно, расстоянии, как Солнце — Земля, влияние пыли почти не сказывается.
А вот еще одна теория, она связывает длительные охлаждения земной атмосферы с выходом на поверхность Мирового океана холодных масс воды — гигантских внутренних волн. Эти подводные волны высотой в сотни метров зарождаются тогда, когда на нашу планету накладываются гравитационные воздействия Солнца и Луны: плоскости орбит всех этих трех небесных тел оказываются максимально приближенными друг к другу, а Луна и Солнце проходят строго над экватором. В эти периоды наступает «век страшных зим». Такие события случаются раз за два тысячелетия. Последний раз это произошло в середине второго тысячелетия нашей эры.
В 1909 году шведский ученый, директор Нобелевского института Сванте Аррениус, впервые отметил огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к поверхности нашей планеты, но поглощает большую часть теплового излучения Земли, уходящего в космическое пространство. Это — экран, препятствующий охлаждению планеты. Считалось, что теплые межледниковые периоды соответствуют повышенному содержанию углекислоты, выбрасываемой вулканами в атмосферу. Сейчас ее содержание не превышает 0,03%. Если эта цифра уменьшится вдвое, то среднегодовая температура в умеренных поясах снизится на 4—5°, что может привести к началу нового ледникового периода.
Вулканы не только изменяют газовый состав атмосферы, они и загрязняют ее. Огромные массы пепла, достигающие миллиардов тонн, выбрасываются в воздух вулканами, а затем рассеиваются по всему земному шару. Так, например, через несколько суток после извержения вулкана Безымянного в 1956 году его пепел был обнаружен под Лондоном. Вулканический пепел значительно уменьшает прозрачность атмосферы — пылинки закрывают землю от световых и тепловых лучей. После извержения в 1902 году вулкана Мон-Пеле, расположенного на острове Мартиника, во многих местах земного шара интенсивность солнечной радиации упала на 20%, а загрязнение воздуха в 1883 году вулканом Кракатау сопровождалось двухлетним понижением температуры в тропиках в среднем на два градуса.
Кроме того, частицы пепла увеличивают облачность. Дело в том, что возрастание влажности воздуха само по себе недостаточно для образования облаков. Нужны центры конденсации, облегчающие сгущение водяных паров. Они становятся зародышами будущих капелек или кристалликов льда. Появление в воздухе пылинок способствует зарождению облаков, а увеличение облачности уменьшает приток солнечной радиации. Расчеты показывают, что, если облачность возрастет с пятидесяти процентов (а именно такой уровень существует сейчас) до шестидесяти, это приведет к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на два градуса.
До недавнего времени роль вулканизма в загрязнении атмосферы преуменьшалась, а ведь некоторые извержения сопровождались очень большими выбросами пепла. Так, например, вулкан Катман в 1912 году выбросил двадцать восемь кубических километров пепла. Однако крупные извержения отделены друг от друга десятками лет, в течение которых пепел успевает осесть задолго до следующего извержения. Поэтому, хотя вулканизм и сказывается на климате, но только кратковременно, и оледенения вызвать не может. Но в более ранние периоды развития Земли картина могла быть иной и вулканическая деятельность была более интенсивной. Она охватывала огромные территории и, конечно, могла привести к возникновению ледников. Причинная связь этих явлений очевидна.
Время от времени, правда очень редко, случается так, что несколько причин действуют одновременно, накладываясь друг на друга. В это время наступают великие оледенения Земли, возникают ледниковые эпохи. В период одного из таких оледенений появился человек.
Это произошло 200 миллионов лет назад. Суровые испытания выпали тогда на долю всего живого. Их могли выдержать только сильные и выносливые виды животных и растений. Естественный отбор действовал беспощадно. Множество невзгод пришлось пережить нашим далеким предкам. В борьбе за жизнь они развили именно те качества, которые и сделали их людьми: сплоченность, смелость, изобретательность. Человек покорил огонь, растения, животных. Смена на протяжении многих тысяч и миллионов лет теплых и холодных периодов закалила людей не только физически, но и духовно. «Абсолютное постоянство солнечного излучения и свойств земной коры… могло бы, лишив климатических стимулов развития, задержать нас на стадии примитивных силурийских илоедов», — говорит крупный исследователь небесных тел X. Шепли. Ледниковый период создал человека.
А что нас ждет в будущем? Новое оледенение или потепление? Наиболее оптимистично настроены ученые, считающие причиной изменения климата астрономические явления. Они уверены, что через несколько десятков тысячелетий в наших северных широтах будут расти тропические растения. Это предположение основано на том, что наша Солнечная система движется в «лучшие районы» Галактики, где количество темных туманностей меньше. Жаль, что нельзя сказать «поживем — увидим», так как свидетелями этих чудес будут наши далекие потомки.
Но есть и противоположное мнение. Количество пыли в атмосфере с каждым годом увеличивается, и это охлаждает планету. Факты свидетельствуют, что начиная с сороковых годов температура на обширных пространствах Европы, Азии, Северной Америки неуклонно понижается. С каждым десятилетием становится холоднее на 0,1 градуса. Это в среднем. На Крайнем Севере похолодание выражено сильнее. В последние годы пернатые обитатели Арктики гнездятся южнее, чем раньше, а леса медленно отступают под натиском тундры. Теперь многие ученые считают, что мы живем в «эпоху малого оледенения», прерываемую эпизодическими оттепелями, как это было, например, в первой половине века. Начало следующей оттепели следует ожидать через несколько лет. Можно утверждать, что к двухтысячному году климат улучшится.
Не исключено, что уже в XXI веке арктический бассейн впервые со времени викингов освободится от ледового плена! Максимальное потепление должно наступить позднее, около 2300—2400 годов. Во второй половине третьего тысячелетия возникнет тенденция к медленному похолоданию. Однако на это не надо смотреть пессимистически. Следует учитывать, что человек уже сейчас в силах предотвратить «ледяную катастрофу». Так что очередного оледенения может и не быть.
Но какое отношение имеет нашествие ледников к теме нашего рассказа? Оказывается, непосредственное. При помощи радиоуглеродного метода удалось установить, как менялся в прошлом климат планеты в различных географических районах.
Пройдите по цветущему лугу, и у вас на обуви и одежде останется желтоватый налет. Это пыльца и споры растений. Тонкой пленкой покрывает она и лужи. Чаще всего такая пленка образуется во время цветения сосен, дающих большое количество пыльцы: одно дерево «пускает по ветру» около шестидесяти тысяч пылинок. Вносят свой вклад в эту «запыленность» и мхи, папоротники, плауны. Похороненные в толще почвы пыльца и споры — эти микроскопические свидетели прошлого — позволяют проследить, как менялся в какой-либо местности растительный мир, а значит, и климат. Возникла даже специальная наука — палинология, или спорово-пыльцевой анализ.
Пыльцу растений стали изучать давно, со времени появления микроскопа, но как наука палинология родилась недавно — лет семьдесят назад. Сначала ученые умели определять пыльцу и споры только в торфяниках и озерных отложениях. Однако сейчас метод разработан настолько хорошо, что ученые распознают присутствие любой растительности в различных по составу исследуемых образцах.
Наиболее изучен последний геологический период — четвертичный, или антропоген, который начался примерно шестьсот тысяч — миллион лет назад.
Известно, что каждой климатической зоне свойственна своя растительность. Возьмем, например, пробу из любого торфяника и слой за слоем исследуем ее под микроскопом. По спорам, пыльце, семенам восстановим местные климатические условия прошлых лет. Вот в нижнем слое пыльца карликовой березы, споры мха — значит, здесь была тундра. Затем климат стал мягче, появились следы хвойных деревьев. Следующий слой содержит семена широколистных пород: дуба, липы, граба. Затем их вытесняют хвойные леса и наконец тундра. По этой картине даже неспециалист может сказать, что сначала в местности, откуда была взята проба, было холодно, потом потеплело и через какой-то промежуток времени опять наступили холода.
Но когда это произошло? Вот здесь-то и дает ответ радиоуглерод, содержащийся в мхе и торфянике. Определим его количество, и ответ будет готов.
Торф и сам, даже без включения пыльцы, может рассказать о климате. Вернее сказать, не торф, а его рост. Тепло и влажно — мох растет быстро, сухо и холодно — медленно. Измеряя прирост торфяника в разные периоды времени и определяя радиоуглеродным методом возраст каждого слоя торфа, мы тоже можем судить о былых природных условиях.
При помощи радиоуглерода удалось определить и время ледниковых периодов. С наступлением холодов растительность гибла, гибли и деревья. Ледники при своем движении подминали их, хоронили под собой. Отыскав такие лесоповалы, можно по содержанию углерода-14 определить, когда они образовались. А проверку даст дендрохронология.
Отступали под натиском стужи и люди. Они уходили, отмечая свой путь кострищами. Вот по их-то золе, некогда скрытой под толщей льда, ученые и смогли не только проследить пути отхода наших предков, но и сказать, когда это происходило. Оказалось, за последние 40 000 лет на Земле было три ледниковых периода, причем последний царил более 10 000 лет назад. С тех пор на Земле потеплело, и если похолодания происходят, то только эпизодически.
И об этом тоже поведал радиоуглерод.
Вот и закончился наш рассказ про радиоуглерод. Как некая путеводная нить он позволил нам, переходя от одной области науки к другой, связать их воедино. Мы начали с того, что узнали, как с помощью радиоуглерода можно определять возраст различных археологических находок, выяснили, как новая наука — дендрохронология — помогает ученым в этом.
Но время, когда кругозор человечества ограничивался только рубежами стран и континентов, простой регистрацией исторических событий, прошло. Сейчас, в эпоху стартов к другим планетам, все люди чувствуют себя членами экипажа огромного космического корабля, имя которому — планета Земля. И как раньше моряки с беспокойством вглядывались в безбрежную гладь океана, чутко следили за изменением погоды, отыскивая малейшие приметы надвигающегося шторма, чтобы во всеоружии встретить его натиск, так и сейчас люди Земли задаются вопросами: а всегда ли будет спокойным пока еще во многом таинственный космос? Какие космические бури и ураганы обрушивались на нашу планету в прошлом, и какие беды они могут принести сейчас? Мы узнали, как радиоуглерод позволяет ответить на эти вопросы.
Радиоуглеродный метод стал сейчас мощным орудием познания. Он не только расширил круг исследований, но и свел под «единую крышу» ученых различных специальностей. Ведь одни ученые имели в своем распоряжении разработанную ими прекрасную аппаратуру для измерения ничтожно малых количеств углерода-14, другие разрабатывали методику очистки образцов, а это не такая уж простая задача, ведь из образца надо убрать все вещества, способные повлиять на результаты измерений, исказить их.
И все это нужно ученым для решения тех загадок, которые задала им природа.
Сейчас в Советском Союзе начаты широкие исследования по проблеме «Астрофизические явления и радиоуглерод», в которых принимают участие физические, геологические, ботанические, зоологические, археологические институты, университеты и научные учреждения и лаборатории, занимающиеся вопросами астрофизики. Еще многое в этой проблеме неясно. Поэтому работы все время расширяются и к ним привлекаются все новые и новые отряды специалистов. Почти ежегодно организуются совещания, где «главным героем» является радиоуглерод (кстати, по материалам совещаний и написана эта книга).
Возможно, что с годами в работе этих совещаний примете участие и вы. И если это произойдет благодаря тому, что вас заинтересовали проблемы, связанные с радиоуглеродом, то автор будет считать свою задачу выполненной — книга сыграла свою роль.