Сферы хрустальные и каменные

(геосферы)

 

В разряд географических открытий принято относить достижения мореплавателей и землепроходцев, связанные с дальними путешествиями, посещениями неведомых стран. Но, как справедливо отметил Козьма Прутков: «Самый отдаленный пункт земного шара к чему-нибудь да близок, а самый близкий от чего-нибудь да отдален».

Этот принцип относительности открытий путешественников особенно наглядно демонстрирует вторжение европейцев в Новый Свет, в результате чего рухнули существовавшие там своеобразные цивилизации ацтеков, инков и целого ряда местных племен. Вообще, если быть точными, то подлинным открытием Нового Света или Австралии было первое появление там людей около 30 тысячелетий назад. А если считать таким открытием первые письменные или картографические документы, то сплошь и рядом они долго оставались засекреченными, а не менее часто были очень неточными или фантастичными.

Не менее сложно судить о том, что следует считать великим теоретическим открытием в географии. Однако вряд ли можно спорить о значении таких достижений, как определение размеров и наиболее точной формы нашей планеты, познание ее общей структуры и взаимодействия отдельных частей между собой. Сюда относится учение о геосферах.

Идея существования сфер небесных и земных относится к временам доисторическим и сохранилась в мифах некоторых народов, живущих в разных концах света: в Сибири и Австралии, в экваториальной Африке и Центральной Америке. Значит, люди с давних пор задумывались не только о непосредственном своем окружении, но и о всем Мироздании.

Возможно, мысль о многослойных небесах появилась в результате наблюдений за видимым движением звездного небосвода, Солнца, Луны, а также облаков, расположенных на разных высотах. О слоях каменных можно было догадаться, разглядывая обрывы рек или оврагов. Нельзя сбрасывать со счета и проницательность, воображение, интуицию людей. Часто поэтический взгляд на природу бывает плодотворней, чем упрощенный и формальный узконаучный подход.

Для крупных научных обобщений необходим, помимо обширных знаний, творческий порыв и яркое воображение. Не случайно ученого, который первым разработал концепцию земных сфер, называли геопоэтом, — не без некоторой доли иронии. Ученые-педанты не разделяли его восторженного отношения к природе; им не нравился образный язык его произведений (сами они не умели так писать). К счастью, некоторые исследователи думали иначе.

«Эпитет „геопоэт“, — писал академик В.А. Обручев, — является почетным. В общении с природой — величайшим поэтом — Зюсс черпал вдохновение, облекая свои научные труды в художественную форму…»

Австрийский геоморфолог и геолог Эдуард Зюсс первым сумел мысленно охватить взглядом всю Землю, с ее океанами, материками, атмосферой и подземным таинственным миром.

В 1875 году Э. Зюсс предложил выделять: атмосферу (воздушную оболочку), гидросферу (природные воды), литосферу (от греческого «литос» — камень) — твердую земную кору, ниже которой, по его мнению, расположена магмасфера, где горные породы находятся в расплавленном или пластичном состоянии.

В XX веке благодаря геофизическому зондированию земных недр выяснилось, что сплошной магматической сферы нет, хотя на глубинах порядка 100—200 км каменные массы находятся преимущественно в пластичном, ослабленном состоянии. Эта оболочка получила сначала название тектосферы (от греческого «тектос» — оплавленный), а затем укоренился другой термин — астеносфера (от греческого «астенос» — слабый, непрочный).

В начале XX века английский океанолог Джон Меррей обобщил: «Глядя на нашу землю… мы можем видеть духовным оком, что она состоит из концентрических сфер, или слоев вещества в газообразном, жидком и твердом или „сверхтвердом“ состоянии. Им дали название геосфер, а именно: атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы, тектосферы и огромной центросферы… Взаимодействием этих геосфер с энергией, получаемой из внутренних и внешних источников, можно объяснить все существующие на поверхности нашей планеты явления».

Однако разделение планеты на оболочки — это лишь первое приближение к реальности. Например, магнитосфера или ионосфера, находящаяся на границе воздушной сферы и космического пространства, образует так называемые радиационные пояса, сжатые со стороны Солнца (под напором солнечных излучений) и вытянутые в противоположном направлении. Асимметрично расположена гидросфера: воды Мирового океана сосредоточены преимущественно в том полушарии, где находится Тихий океан.

Земная кора тоже распределена неравномерно. По составу она разделяется на океаническую, более тяжелую и менее мощную, и континентальную. На это одним из первых указал Меррей. Тем самым удалось выяснить принципиальное отличие прибрежных, или внутренних, морей от океанов, которое заключается в строении и составе земной коры, подстилающей толщу воды.

Дно морей сложено земной корой континентального типа с разнообразными осадочными породами, достигающими большой мощности (десятки километров) и метаморфическими, измененными в глубоких недрах (преимущественно гранитного состава). Дно океанов сложено своеобразной корой океанического типа с тонким однообразным осадочным слоем и плотными массивами горных пород преимущественно базальтового состава.

Среди геосфер Зюсс, а затем Меррей выделили совершенно особенную, являющуюся средой обитания для живых организмов и местом взаимодействия воздушной, водной и каменной оболочек. Они назвали ее биосферой.

Само по себе указание на существование такой сферы еще нельзя считать великим географическим открытием. Но последующая разработка этой идеи имела колоссальное значение для наук о Земле, в первую очередь для географии и экологии.

 

ВТОРЖЕНИЕ В СТРАТОСФЕРУ

 

Мы обитатели дна воздушного океана. Атмосфера обволакивает землю сплошным и достаточно весомым покровом, но для нас он является привычной средой обитания. То, что люди не только почувствовали, но и поняли существование воздуха и его движений, было великим открытием, но вне индивидуальных усилий исследователей.

Наблюдать движения воздуха в нижних слоях атмосферы можно, следя за облаками. А когда мореплаватели освоили практически все акватории в разные сезоны, то были собраны ценные сведения о преобладающих ветрах на обширном пространстве — почти на всей планете.

Однако оставалось совершенно неясно, что же происходит выше самых высоких горных вершин и облаков? Подъемы на обычных воздушных шарах тут помочь не могли. Об этом некоторые теоретики догадывались, но решающие эксперименты воздухоплаватели проводили на себе, рискуя жизнью.

Рекордный подъем в тропосферу осуществили на аэростате английские ученые Глешер и Коксвель в сентябре 1862 года. Утром облачность была небольшая, и они начали подъем. Однако сравнительно быстро облака сгустились, и аэронавты находились в темноте и сырости, среди сплошного слоя облаков. По мере подъема температура опустилась до нуля и продолжала снижаться. Стало трудно дышать. Высота была около 8 км.

По словам Глешера, у него ухудшилось зрение. Не удалось разглядеть показания приборов. Руки отказывались слушаться. Оцепенение сковало тело. Пропало ощущение ног. Голова бессильно упала на левое плечо, хотя мысли оставались ясными.

Он почти лежал, опираясь на стенку кабины. Понимал, что надо начинать спуск, иначе они погибнут. Но не мог пошевелиться. Увидел, что Коксвель взялся за веревку клапана. Что произошло дальше, не помнил: сначала утратил зрение, а вскоре и сознание…

Очнулся, когда почувствовал, что товарищ пытается его приподнять. Сознание и слух вернулись. Через некоторое время он уже мог говорить и двигаться.

По словам Коксвеля, он больше всего страдал от холода. Ледяная пленка покрыла веревки шара. Руки окоченели. Увидев, что Глешер в обмороке, попытался ему помочь, но не смог сдвинуться с места. Понял, что подъем продолжать нельзя. Из последних сил добрался до веревки, регулирующей клапан, чтобы открыть его. Руки отказались ему служить. Чувствуя, что силы его покидают, вцепился в веревку зубами. Клапан, наконец, открылся. Начался спуск.

Им удалось достичь рекордной высоты, на которую не поднимался ни один человек: 8838 м. Мороз достигал —16°C. Интересно, что, несмотря на сильный стресс, астронавты успешно приземлились и чувствовали себя нормально. Даже Глешер, перенесший обморок, был вполне крепок и прошел пешком две мили до ближайшего поселка.

Систематические исследования границы между тропосферой и стратосферой на воздушных шарах и шарами-зондами начали с 1893 года французы Эрмит и Безансон. Выяснилось, что температура воздуха понижается лишь до определенной высоты, а затем начинает постепенно повышаться. Впервые было отмечено увеличение в стратосфере концентрации озона.

На шаре с открытой гондолой в 1901 году немецкие ученые Берсон и Зюринг достигли высоты 10800 м, используя для дыхания специальные приборы.

В самом конце XIX века француз Тейссерен-де-Бор и немец Ассман успешно зондировали высокие слои атмосферы с помощью небольших шаров, наполненных водородом. К ним привязывали самопишущие приборы, отмечающие изменение температуры и давления. Шары поднимались до 30—35 км над уровнем моря. В разряженной среде их оболочка раздувалась и в конце концов лопалась. Приборы опускались на землю на парашюте или специальном дополнительном шаре. При таком способе изучения атмосферы приходится разыскивать спустившийся «с небес» контейнер с приборами, записями. Когда появились усовершенствованные радиопередатчики, их стали использовать для замеров параметров стратосферы в момент полета. Это уже были радиозонды.

В конце концов выяснилось, что на значительных высотах абсолютно преобладают горизонтальные перемещения очень разреженного воздуха. Там почти нет водяного пара, создающего у земной поверхности мощные вертикальные потоки благодаря затратам энергии на испарение и отдаче — при конденсации. Эту область воздушной оболочки назвали стратосферой (от греческого «стратум» — слой), нижнюю придонную, до высот 8—12 км — тропосферой (от греческого «тропос» — поворот, т.к. здесь существуют круговороты воздуха).

Но у людей всегда остается потребность самим достичь рекордных высот или глубин, побывать там, где еще не бывал ни один человек (да и шары-зонды не позволяли в те времена проводить сложные измерения, в частности, исследовать загадочные космические лучи).

Пришлось конструировать специальные воздушные шары, получившие название стратостатов. Они обладали большой подъемной силой, и в связи с этим имели огромные размеры (более 15 тыс. куб. м). Из-за разреженности атмосферы на больших высотах и низких температур подъем в открытой гондоле можно осуществлять только с использованием скафандров и обогревающих устройств.

Переход к непосредственным исследованиям стратосферы предполагал — как всякое крупное географическое открытие — сочетания нескольких факторов. «Для достижения успеха требовалось три специалиста: физик — чтобы дать идею, инженер — чтобы воплотить ее в жизнь, и пилот — чтобы поднять воздушный шар в воздух, — верно отметил швейцарский профессор Огюст Пиккар, добавив: — Я владел одновременно этими тремя профессиями. Именно мне нужно было взяться за дело. И я довел его до конца».

Эти три составляющие успеха были необходимы, но не достаточны. Требовались легкие и прочные материалы для оболочки стратостата, строп, герметичные гондолы, приспособления для регуляции состояния среды внутри кабины, а самое главное: знание природы, вера в науку (а не только знания сами по себе), личное мужество, стремление к новым горизонтам познания.

Остроумие Пиккара помогло ему не только при конструировании летательного аппарата и приборов. В качестве балласта он решил использовать свинцовую дробь, занимающую значительно меньший объем, чем обычный песок или вода (разрешенные законом виды балласта). Пиккар сделал вычисления и доказал, что свинцовая песчинка безопасна, ибо весит менее 10 миллиграмм. Ему не поверили. Он предложил опыт: сбросить на него свинцовую дробь с высокой трубы брюссельского университета, где он преподавал. Ему не позволили. «Закон есть закон!» И тогда он нашел выход: написал, что в гондоле будет находиться «свинцовый песок». Решающее определение «песок» сломило сопротивление чиновников.

Рассказывая о том, как проходил полет, мы воспользуемся материалами из книги французских публицистов Пьера де Латиля и Жана Вивуара «С небес в пучины моря».

Ранним утром 27 мая 1931 года Огюст Пиккар и его ассистент геофизик Кипфер вошли в гондолу и закрыли крышки люком. Усиливавшийся ветер грозил сорвать стратостат с места. Он стал подниматься слишком быстро.

В 3 часа 57 минут Кипфер, взглянув в иллюминатор, воскликнул: «Под нами фабричная труба!» Вдруг раздался тревожный свист: еще перед стартом разбился изолятор одного из электрических зондов, выведенных через стенку гондолы наружу, и теперь воздух стал вытекать из кабины в атмосферу, давление которой по мере набора высоты все уменьшалось.

Пиккар заранее запасся паклей и вазелином. Через несколько минут ему удалось законопатить дыру. Однако за это время успело вытечь столько воздуха, что давление в гондоле упало больше чем на одну треть. Открыв на несколько мгновений один из баллонов с кислородом, давление удалось поднять почти до нормального.

Через 28 минут после старта Кипфер заметил, что приборы показывают высоту 15500 м. Стратосфера!

«Вокруг нас только небо, — писал впоследствии Пиккар. — Красота его для нас невиданная, захватывающая. Оно темное, темно-синее или фиолетовое, почти черное»

Во время подъема баллон стал из грушевидного сферическим. Теперь он пребывал в стратосфере в устойчивом равновесии.

Пиккар сбросил 50 кг груза, чтобы подняться еще на несколько сот метров. Он намеревался выполнить измерения на высоте, где атмосферное давление составляет только одну десятую часть нормального (16000 м над уровнем моря).

Но когда он дернул за веревку, чтобы открыть маневровый клапан, то понял, что она перестала действовать! (Впоследствии было установлено, что веревка переплелась с дополнительным стартовым канатом, прикрепленным незадолго до отлета.) Чтобы спуститься на землю, не оставалось ничего другого, как ждать вечера после захода солнца, когда баллон охладится, его объем и, следовательно, подъемная сила уменьшатся.

Только теперь аэронавтам стало по-настоящему страшно. Если бы недавно им не удалось прекратить утечку воздуха, то давление в гондоле продолжало бы падать; им осталось бы только открыть люки и выброситься с парашютом. Разреженный воздух стратосферы непригоден для жизни человека.

Но злоключения стратонавтов еще не закончились. Во-первых, запаса кислорода едва хватало, чтобы дождаться захода солнца, во-вторых, стратостат дрейфовал, несомый воздушным течением неизвестно куда. Не исключено, что вечером он приводнится где-нибудь посреди Адриатического моря.

При спуске шар удлинится, клапанная веревка, сильно натянувшись, автоматически откроет клапан и оставит его в таком положении. Спуск сразу же ускорится, и удар при приземлении может оказаться очень сильным. Пиккар и Кипфер решили не сбрасывать больше балласт. Оставшийся груз следовало сохранить на случай слишком быстрого приземления, чтобы несколько притормозить его. Стратонавты упаковали приборы, чтобы они не разбились при слишком жесткой посадке.

Потянулись томительные часы ожидания, разнообразие вносили только новые, непредвиденные и опасные происшествия.

Прежде всего — разорвавшаяся клапанная веревка. Это отняло последнюю надежду на маневрирование, зато исчезла опасность, что клапан останется заблокированным в открытом положении.

Затем — возобновившаяся утечка воздуха через поврежденный изолятор в стенке гондолы. К счастью, у аэронавтов оставалось достаточно пакли и вазелина, чтобы заново законопатить дыру.

Разбился один из ртутных барометров. Вылившаяся ртуть растеклась по днищу гондолы и могла быстро разъесть алюминий. Нужно было немедленно удалить ее за борт, использовав для этого разрежение внешней среды. Один конец шланга присоединили к крану, выходящему наружу, другой подвели к поверхности ртути, и ее удалось отсосать за борт.

Пронизывающий холод сменился немилосердным пеклом. Пиккар предполагал регулировать температуру внутри гондолы путем поворота ее вокруг оси. Для этого одну сторону гондолы окрасили в черный цвет, другую оставили блестящей. Лучи солнца должны были поглощаться или отражаться — в зависимости от того, какой стороной обращена к нему гондола. Но мотор, предназначенный для выполнения этого маневра, вышел из строя. И эта простая система терморегулирования не функционировала. Внутренние стенки гондолы покрылись тонким слоем инея, который выпал в снег, когда температура резко подскочила до 40° выше нуля.

Наконец, мучившая аэронавтов жажда. Они собирались взять с собой две бутылки с водой, а нашли в гондоле только одну маленькую бутылку! Пришлось утолять жажду инеем и конденсационной водой.

К четырнадцати часам стратостат медленно пошел на снижение. Мир ничего не знал о судьбе стратонавтов. Эта неопределенность постепенно перерастала в тревогу, вечерние газеты объявили даже, что Пиккар погиб. Французское правительство поспешило «посмертно» наградить этого мученика науки розеткой ордена «Почетного легиона».

С наступлением ночи стратостат, все еще освещенный лучами солнца, ослепительно сверкал на темном небе. Его видели многие люди, принимая за небесное светило, быть может, за Венеру.

Наконец спуск пошел быстрее. На высоте около 4500 метров Пиккар и Кипфер открыли люки. Ночью гондола коснулась снежного поля на высоте 2800 метров. Это было далеко не идеальное место для посадки. Сброшена часть балласта. Стратостат подскочил, перелетел через ледник и приблизился к ровной площадке. Пиккар, не колеблясь, дернул за фал разрывного полотнища, чтобы вскрыть оболочку. Шар освободился от газа, гондола покатилась вниз и остановилась у медленно оседавшей оболочки.

Пиккар и Кипфер легли спать прямо на леднике (как выяснилось на следующий день, это был ледник Гургль в австрийском Тироле). Чтобы спастись от холода, они завернулись в оболочку воздушного шара.

На заре, связавшись веревкой и на каждом шагу пробуя снег бамбуковой палкой, имеющейся в снаряжении стратостата, они стали осторожно спускаться в долину. В полдень они были замечены группой лыжников, которые проводили их в деревню — маленькое тирольское селение Гургль.

Скоро мир с облегчением узнал о благополучном приземлении исследователей. Французскому правительству, наградившему побежденного стихией розеткой «Почетного легиона» в петлицу, не оставалось ничего другого, как пожаловать победителю шейную ленту этого ордена! Так профессор Пиккар не только стал кавалером ордена «Почетного легиона», но и совершил самое быстрое восхождение по его степеням.

Это был триумф! Человек впервые вторгся в пределы стратосферы.

А Пиккар был недоволен. Для него главным был не рекорд, а научный результат, который оказался минимальным из-за неисправности приборов. Через год он превысил свое достижение. В августе 1932 г. с инженером Козинсом поднялся на 700 м выше. Шар был выкрашен в белый цвет для отражения солнечных лучей. Результат снова был неожиданным: в гондоле температура упала до —15°C. Зато удалось провести ряд научных экспериментов. Пиккар зафиксировал резкое увеличение интенсивности космических лучей. Ученый высказал предположение, что в будущем можно будет использовать космическую энергию стратосферы.

 

ТРАГИЧЕСКИЙ РЕКОРД

(советские аэронавты)

 

В первые десятилетия XX века нижние слои атмосферы стали осваивать с помощью летательных аппаратов, которые тяжелее воздуха — аэропланов, как их тогда называли. Однако со временем усиливался интерес к более высоким слоям, входящим в стратосферу. Огюст Пиккар, первым глубоко вторгнувшийся в ее пределы, преследовал прежде всего научно-теоретические цели, стремясь выяснить природу и свойства космических лучей.

Надо заметить, что в ту пору некоторые ученые (в нашей стране, например, А.Л. Чижевский) высказывали гипотезы о влиянии космических излучений не только на биологические процессы, но и на психику людей, вследствие чего якобы возникают войны и революции.

Но были и более реалистические причины для исследований стратосферы. Ничтожная плотность воздуха на больших высотах могла существенно облегчить полет здесь ракет и реактивных самолетов. Да и артиллерийские снаряды могут в разреженной атмосфере преодолевать значительные расстояния. Подобные проблемы стали особенно актуальны после Первой мировой войны, когда началось обновление военной техники. Естественно, что СССР не остался в стороне от подобных разработок и исследований: ведь теперь милитаризация буржуазных держав определялась не только их междоусобицами, но и враждебностью по отношению к первому рабоче-крестьянскому государству и опасностью распространения «революционной заразы». Кроме того, для СССР были существенны и соображения престижа: ведь страна с огромными усилиями развивала науку, технику и промышленность, переходя в разряд крупнейших индустриальных держав мира.

30 сентября 1933 года в воздух с московского аэродрома поднялся стратостат «СССР» с объемом оболочки 24340 куб. м (диаметр около 36 м). Вес трехслойной оболочки с принадлежностями превышал 1 т. Гондола имела форму шара диаметром в 2, 3 м с плетеным ивовым амортизатором внизу. Внутри гондолы — сиденья для экипажа, электрическое освещение, приборы.

В полет отправились командир корабля летчик Прокофьев, инженер Годунов, радист Бирнбаум. Стратостат, не вращаясь, быстро устремился вверх. С ним постоянно поддерживалась радиосвязь. Из шести наблюдательных пунктов геодезисты фиксировали положение стратостата.

За полчаса прошли тропосферу и достигли высота 17 км. Отцепляя мешки с балластом, продолжали подъем. В кабине, разогретой на солнце, температура поднималась до +31°C, тогда как за бортом стояла стужа (—65°). В 12 часов 45 минут была достигнута рекордная высота: 19 км. Еще более 2 часов пробыв на достигнутом рубеже, делая измерения, пошли на снижение. Спуск продолжался около 3 часов. Приземлились за Коломной на берегу Москвы-реки.

Исследования показали, что в низах стратосферы температура повышается оттого, что ультрафиолетовое излучение Солнца задерживается трехвалентным кислородом — озоном. Вдобавок было экспериментально доказано, что ионизация воздуха на больших высотах возрастает в сотни раз. Следовательно, озоновый слой защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых лучей.

Через два месяца американцы Сэттль и Форденей попытались побить рекорд советских аэронавтов, но не дошли до этого рубежа (им оставалось всего 140 м).

Советский стратостат «Осоавиахим-1» с тремя аэронавтами — П.Ф. Федосеенко, И.Д. Усыскиным, А.Б. Васенко — стартовал 30 января 1934 года из Москвы. Подъем шел быстро. В 11 часов 42 минуты была достигнута высота 20600 м и началось снижение.

Через 17 минут стратонавты сообщили, что радиосвязь будет временно прекращена для включения патронов, поглощающих углекислый газ. Больше никаких сигналов на землю не поступало. До поздней ночи судьба экипажа оставалась неизвестной. Вдруг поступила телеграмма со станции Кадошкино Казанской железной дороги о том, что найдена гондола с тремя погибшими исследователями стратосферы.

Комиссия, изучившая обстоятельства катастрофы (в частности, по сохранившемуся бортовому журналу), выяснила, что с высоты 12 км стратостат начал быстро падать. От резких неравномерных нагрузок разорвалась часть строп. Падение продолжалось, гондола оторвалась и в 16 часов 23 минуты врезалась в землю.

До последних минут экипаж не терял самообладания. Запись за 13 минут до трагического финала завершилась карандашной чертой — как бы от сильного внезапного толчка. С этого момента, по-видимому, началось стремительное падение.

На торжественных похоронах урны с прахом аэронавтов несли руководители страны (Сталин, Молотов, Ворошилов). Пиккар и его спутники по стратосферным полетам Козинс и Кипфер почтили память «трех героев, наиболее приблизившихся к солнцу». Было установлено, что предельная высота подъема составила 22 км.

Этим полетом завершилась, по сути дела, целая эпоха в аэрологии, когда осуществлялись «пассивные» подъемы людей и приборов в стратосферу на воздушных шарах. Наступала пора ракетных двигателей. Еще до Второй мировой войны предлагались проекты зондирования стратосферы с помощью ракет, оснащенных приборами. В книге советских ученых Д.О. Святского и Т.Н. Кладо «Занимательная метеорология», изданной в 1934 году было проницательно отмечено: «И если надеются со временем осуществить межпланетные перелеты на ракете, то проникнуть на ракете в стратосферу, а тем более, запустить туда ракету без пассажиров — вероятно, дело уже недалекого будущего».

Осуществлению таких проектов содействовала военная техника, достигшая необычайных успехов на фоне разрушительнейшей из всех войн в истории человечества. Реактивные самолеты и ракеты стали «бороздить» стратосферу, проникая еще выше, в ионосферу, расположенную выше 80 км над земной поверхностью. Здесь поток жестких космических лучей сдирает с одиноких атомов их электронные оболочки. Атомы превращаются в ионы. Эту область называют еще термосферой. Скажем, на высоте 200 км температура превышает 600° — согласно расчетам, ибо привычными нам приборами ее невозможно измерить.

А что находится выше ионосферы? В начале XX века некоторые ученые предполагали, что благодаря магнитному полю Земли образуется нечто подобное магнитной ловушке для частиц, излучаемых Солнцем. Позже появилось утверждение, что наша планета находится в пределах солнечной короны.

Но это — общие соображения. А советские и американские спутники обнаружили два радиационных пояса, большим и малым кольцами окружающие Землю на высотах 25—35 и 40—60 тыс. км. Однако их динамика и воздействие на область жизни изучены еще мало.

 

МОРОЗНЫЙ СЛОЙ — КРИОСФЕРА

 

Об открытии этой оболочки Земли упоминают очень и очень немногие специалисты. И это одно из очевидных проявлений инерции мысли, склонности ученых и популяризаторов науки к устоявшимся мнениям, занесенным в учебные пособия и справочники. Тем более что даже крупные теоретические открытия в географии обычно недооцениваются, тогда как о достижениях путешественников-первооткрывателей пишут много и подробно.

О том, что в северных краях климат становится холоднее, просвещенные европейцы знали еще в античное время. Еще раньше догадывались об этом в Древней Индии, где некоторые предания повествуют о холодных северных странах. Упоминается о них и в сборнике древнеиранских гимнов «Авеста», приписываемом пророку Зороастру. Некоторые исследователи в конце XIX века, опираясь преимущественно на древние мифы, пришли к выводу, что сведения о полярных областях сохранились в этих преданиях с тех времен, когда арийские племена обитали на севере Европы.

Подобные идеи обобщил русский популяризатор науки Евгений Елачич в книге «Крайний Север как родина человечества» (1910). Однако несмотря на миграцию племен от заполярных областей до тропиков, а также на то, что люди видели покрытые вечными снегами горные вершины, мысль о существовании морозного слоя Земли не приходила никому в голову ни в далекой древности, ни в более поздние времена, когда укрепилась в массовом сознании мысль о шарообразности нашей планеты и зонах ее охлаждения у полюсов.

Не упомянули о существовании морозного слоя ни А. Гумбольдт, ни другие географы, которые в XIX веке давали общие описания Земли, ни Э. Зюсс, открывший систему геосфер. Хотя именно в этом веке начались активные исследования не только заполярных областей Евразии, но и Антарктического региона, а также севера Америки и крупнейшего острова планеты, почти сплошь покрытого ледниками — Гренландии. В начале XX века были достигнуты полюса планеты.

«В конце концов, — писал В.И. Вернадский, — научно охвачена снежная и ледяная природа приполярных стран. В работах А. Добровольского (1924) впервые твердая фаза охвачена как закономерная часть строения земной коры, как криосфера».

В другом месте он отметил: "Все же прав А. Добровольский (1924), говоря о существовании на нашей планете криосферы — ледяной оболочки. Она сосредоточена в биосфере. Ее наиболее яркую форму дают подвижные снежные тучи и рассеянные на необозримых пространствах снежники тропосферы…"

К сожалению, наш великий ученый и замечательный историк науки в данном случае допустил две ошибки: одну несущественную, другую принципиальную. Книга А. Добровольского «История природного льда», на которую он ссылается, вышла в Варшаве не в 1924 году, а в 1923-м. Об этой мелочи и говорить бы не стоило, если б не одно важное обстоятельство. Ни Добровольский, ни Вернадский не упомянули в своих работах о том, что был еще в XVIII веке ученый, который первым открыл существование единого морозного слоя Земли.

Вот что писал он в книге, изданной в 1763 году:

«Кому расстояние вечной зимы, то есть холодного слоя атмосферы от нижней земной или от морской поверхности известно, тот не будет сомневаться о причине столь холодного растворения воздуха в Тибете, в рассуждении других мест на одной широте с ним положение имеющих. Не обинуясь, скажет, что Тибет… стоит в приближении морозного слоя атмосферы, в котором снег и град родится; и из коего, невзирая на летние жары, не токмо в наших краях, но и под самым жарким поясом сверху упадают, доподлинно уверяя, что лютая зима беспрестанно господствует недалече над нашими головами. Отстояние ее показывают завсегда льдом и снегом покрытые высоких гор вершины».

Это — слова М.В. Ломоносова из книги «О слоях земных». Он первым, задолго опередив ученых всех стран, особо выделил «морозный слой атмосферы», где «лютая зима беспрестанно господствует». Более того, он присоединил к этому слою полярные морские льды и область подземной мерзлоты:

«Искусные Астрономы и Географы измерили, что под Екватором морозный слой атмосферы отстоит близко четырех верст от равновесия морской поверхности. Около полярных поясов, то есть на 66 1/2 градусе, лежит уже на земле. Сие соединение переменяется, отдаляясь от оного пояса летом к северу, зимою к полудни; так что тут зима, где морозный слой атмосферы до земли досягает».

В другом месте, говоря о ледниках и плавающих льдах, а также о заснеженных горных вершинах, он восклицает: «Знатная обширность поверхности земной занята льдами и снегами». Действительно, морозный слой обволакивает всю планету, охватывает обширное пространство в приполярных областях в океанах и на континентах, а граница его колеблется от зимы к лету.

Выходит, А. Добровольскому наука обязана благозвучным и достаточно точным термином «криосфера», тогда как открыл и доказал существование «морозного слоя» М.В. Ломоносов. (В «Слове о рождении металлов от трясении земли» в 1757 году он упомянул о «студеном слое атмосферы».)

Интересно, что в учебнике для вузов «Общее мерзлотоведение. Геокриология» (1978) имя Ломоносова упоминается лишь в связи с его теоретическим положением о существовании вечной мерзлоты, точнее, — многолетнемерзлых пород, образующихся в результате воздействия климатических условий. Кстати сказать, Ломоносов предполагал, что подземная мерзлота сохраняется благодаря каким-то катастрофическим явлениям. И в этом случае он проявил поистине гениальную прозорливость. Действительно, только благодаря ледниковой эпохе сформировалась эта область.

Несмотря на то что изучение зоны вечной мерзлоты наиболее активно проходило в России, все мерзлотоведы, упоминая о криосфере, дружно ссылались и продолжают ссылаться на А. Добровольского, не упоминая Ломоносова. Даже странно, что этот упрек можно отнести и к Вернадскому, великолепному знатоку творчества Ломоносова.

Но может быть, открытие морозного слоя планеты — не такое уж большое достижение? Какую роль оно играло в науках о Земле?

Увы, до сих пор идея криосферы слишком медленно входит в сознание исследователей. А ведь именно криосфера наряду с Мировым океаном является главным фактором климатообразования. Временами она властно заявляет о себе на огромных территориях и акваториях. Тогда возникают ледниковые эпохи.

В середине XIX века П.А. Кропоткин (между прочим, автор термина «вечная мерзлота») привел наиболее полные и убедительные доказательства ледниковой теории. Суть ее в том, что многочисленные и разнообразные факты свидетельствуют о существовании в недавнем геологическом прошлом эпохи, когда великие ледники покрывали обширные пространства Северной Евразии и Северной Америки. При этом значительно менялись природные зоны и климатические пояса планеты.

«Теснейшая связь ледниковых периодов с областями охлаждения, — писал Вернадский, — совершенно ясна… Ледниковый период — это период, отвечающий расширению области охлаждения… Есть пульсации криосферы на нашей планете. Пульсациями криосферы будут ледниковые периоды».

Казалось бы, незначительное событие — увеличение морозного слоя атмосферы (или приближение его к земной поверхности) — вызвало колоссальные последствия для всей области жизни. Огромные массы льда накапливались в приполярной зоне, растекаясь под собственной тяжестью на сотни километров к югу. От их морозного дыхания менялся климат, смещались ландшафтные зоны. Значительная часть солнечных лучей отражалась ледяным покровом, уходя в космическое пространство. От этого снижалась общая температура у земной поверхности.

Под неимоверной тяжестью «ледяной пяты» земная кора прогибалась на многие десятки метров. Вода, замороженная в ледниках, изымалась из Мирового океана, уровень которого от этого опускался на десятки метров. Осушались обширные прибрежные пространства — шельфы. Перераспределение масс воды и льда на земном шаре сказывалось на скорости его вращения, что могло активизировать вулканизм, землетрясения, движения блоков земной коры…

Вот неполный перечень событий, вызванных пульсацией криосферы. И вряд ли случайно именно в такую эпоху наиболее активно шла биологическая эволюция наших предков. Человек — дитя ледниковой эпохи, времени наиболее резких колебаний криосферы.

В настоящее время, когда техническая цивилизация уничтожает лесные массивы, создает техногенные пустыни и выбрасывает в атмосферу огромные количества двуокиси углерода и других техногенных газов, со всей определенностью проявляются аномалии погоды и общее потепление на планете. Все эти процессы сказываются на состоянии криосферы, но, к сожалению, на это исследователи практически не обращают внимания. Происходит это по причине значительной инертности научной мысли, растекающейся по уже протоптанным путям. А цельного учения о криосфере так и не создано.

Выходит, великое открытие гениального ученого-мыслителя М.В. Ломоносова до сих пор еще не оценено по достоинству. Остается надеяться, что рано или поздно (лишь бы не слишком поздно) будет создано комплексное учение о морозном слое Земли — криосфере.

 

ДИНАМИКА МИРОВОГО ОКЕАНА

 

Морские течения нередко называют реками в океанах — образно, но не совсем верно. Несоизмеримы масштабы: один лишь Гольфстрим переносит в десятки раз больше воды, чем все реки мира, вместе взятые. По составу текучая океанская вода практически не отличается от той, которая движется медленнее и образует как бы ложе для течения. Характер океанских потоков отличается своеобразием и образует глобальные круговороты с отдельными ответвлениями…