Эту особенность назвали надвигами, а способ их возникновения — теорией разломов (основа, которая помогла по-новому взглянуть на орогенез, процесс формирования гор). Согласно теории, когда породный слой сжат горизонтально, разлом позволяет одной его части скользить вдоль другой, создавая более плотное образование. Когда целые континенты сталкиваются друг с другом, образуется горный хребет, возвышающийся высоко над уровнем моря. Изучение разломов коры в мелком масштабе дало представление о глобальных процессах, сформировавших нашу планету.
Осевое давление сначала приводит к выпуклому изгибу линейной антиклинали. Затем слои начинают распадаться, образуя более сложный ландшафт.
Эль-Ниньо
Перуанские моряки рассказывали о теплом северном течении, наиболее заметном в дни Рождества. Они дали ему имя Эль-Ниньо («малыш, мальчик»), так называют младенца Христа. Сегодня Эль-Ниньо известно как глобальное природное явление.
Камило Каррильо Мартинес, прежде чем стал министром финансов Перу в 1870-х годах, сделал блестящую военно-морскую карьеру.
Впервые Эль-Ниньо с отсылкой к климату упомянул капитан Камило Каррильо Мартинес в 1892 году, объясняя обычаи и предания старых моряков географическому обществу в Лиме. Сегодня мы знаем Эль-Ниньо как теплую фазу океанической системы, называемую Южной осцилляцией. Это явление возникает, когда в экваториальной части Тихого океана образуется область нагретых приповерхностных вод (это происходит примерно между меридианом 180° — линией перемены даты, и 120° с. ш.). С прибытием Эль-Ниньо к концу года нагретые воды смещаются к западному побережью Южной Америки. Однако Южная осцилляция — это не ежегодное явление, а многолетний цикл колебаний температуры поверхностного слоя воды. В некоторые годы вода значительно холоднее — это другая фаза, получившая название Ла-Нинья.
В год Эль-Ниньо теплая вода океана накапливается у западного побережья Южной Америки, в другое время там протекает холодное течение. Этот сдвиг является частью цикла климатических воздействий, который влияет на весь Тихоокеанский регион и даже за его пределами.
Эль-Ниньо несет высокое атмосферное давление и засуху в западную часть Тихого океана, низкое давление и сильные ливни — в восточную. В среднем от одного Эль-Ниньо до другого проходит четыре года, хотя некоторые циклы могут длиться около семи лет. Влияние Эль-Ниньо сказывается на производительности сельского хозяйства в Тихоокеанском регионе, так как температура и уровень осадков различаются в разное время цикла. Среди последствий, которые мы испытываем на себе в связи с изменением климата, — увеличение разницы температур между теплой и холодной фазами, которое может вылиться в еще более экстремальные погодные явления, такие как засуха.
Холодная фаза Эль-Ниньо, или Южной осцилляции, называется Ла-Нинья, что означает «малышка, девочка», указывая на оборотную сторону цикла Эль-Ниньо. В этот период поверхностные воды восточной и центральной части Тихого океана становятся холоднее из-за подъема глубинных вод. Более теплые же воды перемещаются в западную часть Тихого океана на несколько лет. Периоды Ла-Ниньи холодные, но сухие в Южной Америке и более влажные в западной части Тихого океана. Продолжая цикл, холодные поверхностные воды перемещаются на запад, а теплые воды движутся в восточную сторону на небольшой глубине, прежде чем подняться на поверхность недалеко от Перу, возвещая возвращение Эль-Ниньо.
Парниковый эффект
В 1896 году шведский химик Сванте Аррениус дал первое полное определение современному понятию «парниковый эффект». Он заинтересовался этим явлением, работая над теорией о том, как Земля может остыть до состояния ледникового периода. Сегодня парниковый эффект помогает нам понять климат.
Видимые волны солнечного света могут проникать в атмосферу Земли, но не вся невидимая тепловая энергия может выбраться обратно — совсем как в теплице. В конечном итоге воздух на планете нагревается.
Парниковый эффект — природное явление, благодаря которому атмосфера Земли поглощает из космоса часть солнечной энергии. Это позволяет сохранять температуру на планете на среднем допустимом уровне — 14 °C, без парникового эффекта на поверхности планеты было бы очень холодно (–18 °C). В течение XIX века было открыто его существование и принцип действия, а также Аррениус описал его влияние на изменение климата в долгосрочной перспективе. В последние годы фразу «парниковый эффект» часто употребляют на научных и политических дебатах, обсуждая, как человеческая деятельность отразится на атмосфере и климате уже в недалеком будущем.
Растения приводят в равновесие уровень углекислого газа в воздухе и используют его как удобрение для роста. Животные едят растения, еда окисляется, соединяясь с кислородом, и выделяется энергия. Неиспользованный углекислый газ снова возвращается в атмосферу. И так по кругу. Однако ископаемое топливо, такое как нефть, газ и уголь, — это насыщенные углеродом останки древней жизни. При горении углекислый газ, выделяющийся в воздух, не является частью естественного углеродного цикла, поэтому он продолжает накапливаться в атмосфере.
Идея парникового эффекта была предложена французским математиком Жозефом Фурье в 1824 году. В 1856 году американка Юнис Ньютон Фут с помощью эксперимента представила доказательства, что тепловые свойства атмосферных газов различаются. Она открыла, что на солнце диоксид углерода (или углекислый газ) нагревается гораздо сильнее, чем кислород и азот.
Статья Сванте Аррениуса «О влиянии содержания углекислоты в атмосфере на температуру поверхности Земли» определенно оставила след в истории.
Спустя несколько лет ирландский физик Джон Тиндаль прославился тем, что измерил тепловое излучение у разных газов, многократно повторяя эксперимент. Он не доверял выводам Фут. Как бы там ни было, именно Аррениус, эксперт по поглощению и выделению энергии химическими веществами, определил влияние парникового эффекта на климат. Наша атмосфера преимущественно прозрачна, поэтому свет проходит сквозь нее (хотя, синие лучи рассеиваются, поэтому небо голубого цвета). Солнечный свет нагревает поверхность Земли, которая отражает энергию обратно в космос в виде невидимого инфракрасного излучения. Кислород, азот и аргон, из которых на 99 % состоит воздух, пропускают тепло в неизменном виде. Однако диоксид углерода, составляющий всего 0,04 % атмосферы, и другие парниковые газы, такие как метан и водяной пар, поглощают тепло, повышая температуру атмосферы. Садоводы знают, что стены парника выполняют ту же функцию — пропускают свет и не дают выходить теплу. Нильс Густав Экхольм точно знал, потому что в 1902 году именно он ввел термин «парниковый эффект».
В настоящее время земля и океаны способны поглощать половину избыточного углекислого газа, выделяемого человеком. Если в будущем уровень поглощения снизится, в атмосфере соберется больше углекислого газа, что приведет к потеплению. Используя данные картографического спутника, измеряющего уровень углекислоты, НАСА составило карту Земли, показывающую высокую концентрацию углекислого газа и низкую в случае, если степень поглощения уменьшится наполовину. Судя по карте, север нагреется гораздо больше, чем остальные области.
Углекислый газ выделяется в атмосферу как продукт жизнедеятельности. Аррениус связывал изменение температуры с изменением количества углекислого газа в воздухе. Он задумывался, может ли внезапное падение уровня углекислого газа в воздухе привести к ледниковому периоду. Но при повышении уровня климат тоже изменится. Даже во времена Аррениуса растущие промышленные предприятия использовали в качестве источника энергии ископаемое топливо. Предполагалось, что растения и океан просто поглощают углекислый газ, выделяемый предприятиями, но к концу 1950-х годов стало очевидно, что уровень углекислого газа в воздухе повышается, и сегодня он продолжает расти. Расчеты Аррениуса не двусмысленны — воздух медленно, но верно становится теплее. Экстремальные погодные условия являются одновременно и симптомом, и результатом меняющегося климата. Колебания уровня моря связаны с количеством намерзшего вокруг полюсов льда, и все это можно отслеживать по изменению количества парниковых газов.
У нашего ближайшего соседа по космосу, планеты Венеры, тоже есть своя атмосфера с парниковым эффектом, только гораздо более экстремальная. Поверхность планеты (изображение получено с помощью радиолокационного сканирования) скрывается за густой туманной атмосферой, состоящей преимущественно из углекислого газа. Из-за парникового эффекта Венера — самая горячая планета из всех, температура поверхности составляет 462 °C, а атмосферное давление в 90 раз выше, чем на Земле.
Исследование Антарктиды
Раньше считалось, что большую часть Южного полушария занимает бескрайний континент. Однако впоследствии исследователи обнаружили там небольшой, но опасный океан, айсберги и ледяные щиты. Интерес к региону возрос, и в попытках лучше его узнать предпринимались рискованные экспедиции.
В 1920-е годы героический век антарктических открытий уступил место веку индустриальному. Сегодня в летний период в Антарктиде живут около 4000 человек, большинство из них — ученые, изучающие Землю. На некоторых базах есть ледяные взлетно-посадочные полосы для самолетов. Зимой численность населения падает примерно до 1000 человек. Здания медленно погружаются под снег. Например, британскую исследовательскую станцию Халли заменяли 6 раз за последние 65 лет. Последняя база (на иллюстрации) ходит на гидравлических ногах, она может выбраться из скопившегося вокруг нее снега и переместиться в местечко получше.