Эффект Кориолиса объясняет, почему все, что движется в воздухе по прямой линии вбок от направления вращения Земли, отклоняется вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Все дело в том, что под нами поворачивается Земля. Классический пример: представьте, что вы стоите в центре большой карусели и кидаете мяч кому-нибудь, находящемуся на краю. Когда мяч долетит до края, тот, кому вы его кидали, продвинется вперед, и мяч пролетит позади него. В его глазах это будет выглядеть так, будто мяч отклонился в сторону. Это и есть эффект Кориолиса, и именно он заставляет тропические циклоны крутиться волчком. Сила Кориолиса объясняет, почему при стрельбе из корабельных орудий делается поправка влево или вправо; иначе снаряд, летящий на 25 км, отклонится примерно на 100 м и безобидно плюхнется в море.
Принимая во внимание практическую и психологическую важность погоды почти для каждого из нас, удивительно, что метеорология не существовала как наука до самого начала XIX века (правда, сам термин «метеорология» существует с 1626 года, когда его употребил Т. Грейнджер246 в книге о логике).
Проблема отчасти заключалась в том, что для получения удовлетворительных результатов в метеорологии нужны точные измерения температуры, а термометры долгое время было изготовлять труднее, чем можно подумать. Для получения точных показаний требовалось проделать в стеклянной трубке очень ровное отверстие, а это было нелегко. Первым, кто решил эту задачу, был голландский инструментальный мастер Габриель Даниель Фаренгейт. В 1717 году он изготовил точный термометр. Правда, по непонятным причинам он градуировал прибор таким образом, что тот обозначал точку замерзания 32 градусами, а точку кипения 212 градусами.247 Эта числовая эксцентричность с самого начала создавала известные неудобства, и в 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий придумал конкурирующую шкалу. Как бы в доказательство того, что изобретатели редко делают все абсолютно правильно, Цельсий принял точку кипения за нуль, а точку замерзания за 100 градусов. Правда, вскоре их поменяли местами.
Чаще всего отцом современной метеорологии называют английского фармацевта Люка Хоуарда, получившего известность в начале XIX века. Сегодня о нем главным образом помнят в связи с тем, что в 1803 году он дал названия типам облаков. Хотя Хоуард был активным и уважаемым членом Линнеевского общества и применял принципы Линнея в своей новой системе, в качестве форума для сообщения о своей новой классификации он выбрал менее известное Аскезианское общество. (Вы, возможно, вспомните по одной из предыдущих глав, что члены его предавались необычным удовольствиям от вдыхания закиси азота, так что нам лишь остается надеяться, что там отнеслись к сообщению Хоуарда с незамутненным вниманием, как оно того заслуживало. В этом вопросе его биографы хранят странное молчание.)
Хоуард разделил облака на три группы: слоистые для облаков, стелющихся на определенной высоте, кучевые для пушистых облаков и перистые для высоких неплотных образований, обычно предвещающих похолодание. К ним он впоследствии добавил четвертое название — дождевые. Прелесть системы Хоуарда в том, что можно свободно объединять основные компоненты, получая описание проплывающих облаков любых очертаний и размеров — слоисто-кучевых, перисто-слоистых, кучево-дождевых и так далее. Она сразу приобрела огромный успех, и не только в Англии. Система настолько захватила Гете, что он посвятил Хоуарду четыре стихотворения.
С годами система Хоуарда значительно пополнилась; настолько, что всеобъемлющий, хотя и мало читаемый «Международный атлас облаков» вырос до двух томов, но интересно, что практически все послехоуардовские типы облаков — например, мамматусы, пилеусы, небулосисы, списсатусы, флоккулы, медиокрисы — никогда не имели смысла для тех, кто не связан с метеорологией, да и в среде метеорологов, как мне говорили, они не слишком много значат. Кстати, в первом, значительно более тонком издании этого атласа, вышедшем в свет в 1896 году, облака подразделялись на десять основных типов, среди которых самые пухлые и мягкие, как подушка, — кучево-дождевые — числились под номером 9[*]. Видимо, отсюда и пошло английское выражение «быть на девятом облаке».
При всей мощи и неистовстве редких грозовых облаков обычное облако вообще-то кроткое и удивительно бесплотное существо. Пушистое летнее кучевое облако шириной несколько сотен метров может содержать не больше 100–150 литров воды — «достаточно, чтобы наполнить ванну», как заметил Джеймс Трефил. Некоторое представление о бесплотности облаков можно получить, побродив в тумане, который в конечном счете есть не более чем облако, которому не хватает желания взлететь. Снова процитируем Трефила: «Пройдя сотню метров сквозь обычный туман, вы соприкоснетесь лишь с половиной кубического дюйма воды248 — не хватит даже на хороший глоток». Так что облака не являются существенными резервуарами воды. В каждый данный момент над нами проплывает всего лишь около 0,035 % имеющейся на Земле пресной воды.
В зависимости от того, куда упадет молекула воды, ее дальнейшая судьба может сложиться по-разному. Если она опустится на плодородную почву, то ее усвоят растения, и не более чем через несколько часов или дней она снова испарится. Но если она найдет путь к грунтовой воде, то может не увидать солнца много лет — тысячи лет, если проникнет по-настоящему глубоко. Когда вы глядите на озеро, то видите скопление молекул, находящихся там около десяти лет. В океане же, как считают, длительность их пребывания исчисляется примерно сотней лет. В целом приблизительно 60 % падающих с дождем молекул воды возвращается в атмосферу в течение одного-двух дней. Испарившись, они проводят на небе около недели — Драри249 говорит, 12 дней, — прежде чем снова выпасть в виде дождя.
Испарение — скоротечный процесс, как вы можете легко оценить по участи лужицы в летний день. Даже такой большой водоем, как Средиземное море, может высохнуть, скажем, за тысячу лет, если его постоянно не пополнять. Такое явление имело место чуть менее 6 млн лет назад и привело к тому, что в науке называют Мессинским кризисом солености. А случилось то, что материковые подвижки перекрыли Гибралтарский пролив. По мере высыхания Средиземного моря его испарения выпадали в виде пресноводного дождя в другие моря, слегка уменьшая их соленость, и в результате они стали замерзать на больших, чем обычно, пространствах. Расширившаяся поверхность льда отражала больше солнечного тепла, тем самым отбрасывая Землю в ледниковый период. Так, по крайней мере, гласит теория.
О чем можно говорить с полной определенностью, так это о том, что незначительные изменения в геодинамике могут иметь последствия, которые невозможно вообразить. Одно из таких событий, как мы увидим чуть ниже, возможно, привело к нашему возникновению.
Подлинной движущей силой, определяющей состояние поверхности планеты, служат океаны. Метеорологи на деле все больше рассматривают океаны и атмосферу как единую систему, и потому мы должны сейчас уделить им немного внимания. Вода чудесно удерживает и передает тепло, притом в огромных количествах. Гольфстрим ежедневно переносит в Европу количество тепла, эквивалентное мировой добыче угля за десять лет, поэтому в Англии и Ирландии мягкие по сравнению с Канадой и Россией зимы. Но вода также медленно нагревается, поэтому в озерax и плавательных бассейнах вода холодна даже в самые жаркие дни. По этой же причине, судя по нашим ощущениям, времена года наступают с некоторым запозданием по сравнению с их официальным, астрономическим началом. В Северном полушарии весна официально начинается в марте, но в большинстве мест ощущение весны приходит самое раннее в апреле.250
Океаны не являются единой однородной массой воды. Различия в их температуре, солености, глубине, плотности и так далее очень сильно влияют на перенос тепла, что, в свою очередь, сказывается на климате. Атлантический океан, например, солонее Тихого, что, кстати, неплохо. Чем солонее вода, тем она плотнее, а плотная вода опускается в глубину. Без дополнительного соляного бремени атлантические течения уходили бы в Арктику, обогревая Северный полюс, не лишая благотворного тепла Европу. Основным фактором переноса тепла на Земле является так называемая термосолевая циркуляция, берущая начало в медленных глубинных течениях далеко от поверхности — процессе, впервые открытом в 1797 году ученым и искателем приключений графом фон Румфордом[*].
Происходит следующее: поверхностные воды по мере приближения к Европе становятся плотнее, опускаются на большую глубину и начинают медленный обратный путь в Южное полушарие. Достигнув Антарктики, они подхватываются антарктическим циркумполярным течением и переносятся в Тихий океан. Движение это очень медленное — чтобы воде из Северной Атлантики попасть в середину Тихого океана, может потребоваться полторы тысячи лет, — однако объемы перемещаемого тепла и воды очень значительны и их влияние на климат огромно.
(Ответ на вопрос, как вообще можно определить, сколько времени потребуется капле воды, чтобы попасть из одного океана в другой, состоит в том, что ученые могут измерять содержание растворенных в воде соединений вроде хлорфторуглеродов, и на этой основе вычислять, как давно они поступили из воздуха. Сравнивая данные по множеству образцов с различных глубин и из разных мест, можно более или менее точно составить картину перемещения воды.)
Термосолевая циркуляция не только переносит тепло, подъемы и опускания водных слоев также способствуют перемешиванию питательных веществ, делая огромные объемы океанов пригодными для обитания рыб и других морских существ. К сожалению, океаническая циркуляция, по-видимому, тоже может оказаться очень чувствительной к изменениям. Согласно результатам компьютерного моделирования даже незначительное снижение содержания соли в океанской воде, например из-за увеличившегося таяния гренландского ледяного щита, может катастрофически нарушить этот кругооборот.