Полярные сияния греют полюса

Геолог С. Орлова (с необычной ее гипотезы мы начали) поступила до странного просто. Она решила учитывать только один климатический фактор, пренебрегая всеми прочими, - количество солнечного тепла, приходящееся в год на тот или иной широтный пояс. Сейчас полярный круг получает пять - десять килокалорий в год (на квадратный сантиметр), а экватор - восемьдесят - сто. И понятно, почему: угол, под которым падает солнечный луч на земную поверхность, на разных широтах разный.

То, что ученые называют морозным климатом, начинается там, где максимальный угол падения солнечных лучей на земную поверхность равен сорока градусам. Все, что полярнее, - это в среднем морозный климат, все, что ближе к экватору, - холодный.

Так же можно подсчитать и другие климатические границы. Граница между холодным и умеренно холодным климатами - пятьдесят четыре градуса, между умеренно холодным и умеренно теплым - шестьдесят четыре, между умеренно теплым и теплым - семьдесят четыре, между теплым и жарким - семьдесят восемь.

Этот максимальный угол падения солнечных лучей (α) связан простой формулой с наклоном земной оси (ε) (сейчас земная ось отклоняется от "вертикали" перпендикуляра к плоскости земной околосолнечной орбиты на двадцать три градуса) и широтой (φ):

Фφ - еε = 90° - аα

или

ε - φ = 90° - α

(это если ε больше φ).

Можно, конечно, минуту поупражняться и узнать, в каком поясе вы живете. Узнать, что, скажем, в Москве (56° с. ш.) максимум стояния солнца над горизонтом - пятьдесят семь градусов, в Феодосии (45° с. ш.) - шестьдесят восемь, а в Ленкорани (39° с. ш.) - целых семьдесят четыре градуса. И получается, что грубо приближенно Москва находится в умеренно холодном климате, Феодосия - в умеренно теплом, а Ленкорань на границе субтропиков и теплого климата.

Но С. Орловой эта формула послужила совсем для другого. Она решила посмотреть, что будет, если считать, что широта любого места на Земле не менялась или менялась мало (то есть пренебрегла движением полюсов и континентов). Климатические пояса, предположила С. Орлова, всегда располагались в зависимости от этого максимального угла падения солнечных лучей. Границы между климатическими поясами пермокарбона она восстановила, изучив колоссальную геологическую литературу, по древним осадкам. Скажем, моренные отложения - явный признак морозного климата, отложения карбонатов в океанах - умеренно теплого и т. д.

Распределение зон в пермокарбоне было очень странным.

Жаркий пояс был в Арктике. Граница между жарким и теплым поясами прошла по семьдесят восьмому градусу северной широты, по Шпицбергену. Граница между теплым и умеренно теплым - по семьдесят четвертому градусу (Таймыр, Тикси). И так далее.

Каждую из этих цифр Орлова вставляла в формулу вместе с соответствующим максимальным углом падения солнечных лучей. Получилось, что наклон оси, менявшийся в течение геологической истории очень прихотливо, в пермокарбоне был особенно велик. Земля лежала почти на боку. Если считать по границе между жарким и теплым поясами, наклон достигал семидесяти градусов (сейчас - двадцать три), по границе между теплым и умеренно теплым - семидесяти одного градуса, по границе же пермокарбоновых ледников в Африке - целых восьмидесяти градусов (но если учесть все же некоторый последующий сдвиг Африки в результате дрейфа, то цифра снижается до тех же семидесяти градусов). Совпадение всех этих цифр, полученных разными путями, поразительно. С. Орлова считает его важным доказательством своей правоты.

Однако очень уж важные основы приходится ломать, в том числе устойчивые представления небесной механики: все-таки Земля не простой волчок. Чтобы завалить ее ось набок, нужна огромная сила, которой С. Орлова не нашла ни в космосе, ни на Земле.

К тому же, хотя полюса лежащей на боку Земли и получают в год тепла столько же, сколько современные тропики, тем не менее жарко (и очень) на полюсах будет только в полярный день - около полугода. А остальное время, в сверх-долгую полярную ночь? И почему эта полярная ночь никак не отразилась на тропической растительности, процветавшей, скажем, на Шпицбергене?

Нужен другой небесный механизм, который мог нагревать полюса, оставляя прохладными или даже холодными более низкие широты. И такой механизм есть.

Полярные сияния... Они и сейчас немного разогревают атмосферу полярных областей. Заряженные частицы, мечущиеся по магнитным силовым линиям Земли, взаимодействуют в приполярных областях с атомами ионосферы и гибнут, излучая слабый свет и... тепло - преображенную энергию солнечных корпускулярных потоков, достигающих Земли при вспышках солнечной активности.

Повышенный приток этой энергии снижает в Арктике и Антарктике высоту тропопаузы - теплого слоя с плюсовой температурой, отделяющего тропосферу от стратосферы. И намного. Если на экваторе тропопауза - на высоте восемнадцати километров, то у полюса - на высоте семи с половиной километров. Этот уровень колеблется в зависимости от состояния солнечной погоды. И возможно, были за долгую историю взаимоотношений Солнца и Земли эпохи, когда Солнце активизировалось особенно сильно, когда тропопауза могла спускаться к самой поверхности. И когда не могло быть в полярных странах жестоких морозов и вечных льдов.

Профессор Д. Мензел, известный американский астроном, подсчитал, что в иные эпохи, например в пермокарбоне, энергия сияний была достаточной, чтобы действительно нагревать приполярные области.

"Неоднородности... в ионных облаках, приходящих с Солнца на Землю, - утверждает он, - могут приводить к искривлению, а при некоторых условиях даже к разрыву магнитных силовых линий. Когда выпуклая поверхность (система магнитных силовых линий) становится вогнутой, действие поля становится обратным. Вместо того, чтобы служить защитным магнитным "зонтом", оно действует как своеобразная "воронка", втягивающая вещество".

Д. Мензел дальше пишет, что энергия частиц при этом как бы собирается с огромной области пространства и обрушивается на крошечный полярный "пятачок" - зону действия полярных сияний. Энергия, приходящая в эту зону, может сравняться при этом с энергией остальной солнечной радиации и даже превысить ее!

Самое удивительное, что общее усиление солнечной радиации (а ученые допускают, что солнечная постоянная могла колебаться процентов на десять) могло вызвать одновременно с теплом, благоденствием в полярных странах оледенение умеренных широт...

"Не уменьшение интенсивности солнечной радиации, - утверждает Д. Мензел, - а скорее, ее увеличение может явиться достаточной причиной начала оледенения за счет увеличения испарения с поверхности океанов".

А влажность в карбоне была действительно очень высокой. Правда, само по себе увеличение влажности еще не означает изобилия облаков. Нужны ядра конденсации - либо пылинки, брызги водяной океанской пыли, либо частицы дыма, либо мельчайшие кристаллики льда.

Для снежных, недождевых облаков это требование особенно жесткое. И ученый называет виновников бурных снегопадов, начавших превращение Гондваны, гористого огромного континента умеренных и теплых широт, в ледяную страну.

Это - вулканы Гондваны, которых было много на рубеже перми и карбона. Пепел вулканических взрывов (а извержения тоже, видимо, усиливаются в годы повышенной солнечной активности) закрыл, полагает Мензел, солнце, сконденсировал на себе нерассеивающиеся облака. Сначала были дожди: нелегко было охладить нагретую теплым карбоном Землю, потом снег с дождем. И наконец снег, снег, снег.