В 20–40-х годах прошлого столетия сербский астроном Милетин Миланкович развил смелую для того времени концепцию, объясняющую природу климатических циклов.
В основе гипотезы, или теперь уже теории, лежал синтез методов астрономии и климатологии. Основные климатические события ученый объяснял закономерностями вращения Земли, колебанием наклона оси относительно орбиты, неравномерностями вращения.
Ученый смог объяснить асимметрию Земли — преобладание суши в Северном полушарии по сравнению с Южным. На суше во время похолодания образуются обширные ледники, увеличивающие альбедо планеты, то есть долю отраженного солнечного света. Освещенность же северных широт существенно меняется вследствие вариаций астрономических параметров.
Направление оси вращения планеты по отношению к перигелию земной орбиты изменяется с периодом 41–42 тысячи лет. Когда планета медленно проходит афелий орбиты зимой Северного полушария, его средняя освещенность мала, и ледники существенно нарастают. За короткое лето вблизи перигелия они не успевают растаять из-за увеличившегося альбедо.
Через 20 тысяч лет, когда на афелий приходится лето Северного полушария, в Южном ледники существенно не растут — кроме Антарктиды, там для них мало суши. Известно также, что с периодичностью 100 000 лет меняется форма земной орбиты — от более круглой к эллиптической.
С циклом 260 000 лет идут колебания плоскости орбиты.
Не все климатические процессы объясняются теорией Миланковича, поскольку на климат влияет много факторов, помимо колебаний земной оси. Не удается преодолеть основной недостаток теории Миланковича: в ней нет механизма выхода из ледниковых периодов. Но, как одна из сторон объяснения динамики климата, она, несомненно, работает.
Итак, по Чижевскому, в основе всего лежат периодические процессы на Солнце, по Миланковичу — способность Земли воспринимать солнечную энергию. В число астрономических факторов, регулирующих климат, следует отнести и переполюсовку земного магнитного поля.
В среднем раз в четверть миллиона лет магнитное поле Земли меняет полярность. В момент смены полярности атмосфера в меньшей степени защищена от действия солнечного ветра и космических лучей. Начинается нагрев поверхности. Увеличивается количество мутаций у живых организмов. Существенно, что есть еще одно дополнение, мало учтенное работами и Чижевского и Миланковича, — свойства земной атмосферы. Анализ взаимодействия климата со свойствами атмосферы иногда наталкивает на парадоксальные соображения.
Итак, климат в значительной мере определяется Солнцем и взаимодействием в системе Земля — Солнце.
В год наша планета получает от светила 5x1012 килокалорий лучистой энергии. Половина ее идет на испарение океанов. Самый важный экологический процесс — фотосинтез, образование растениями первичных органических веществ, забирает около процента этой энергии. Таково соотношение небиологических и биологических процессов. Силы неживой природы значительнее, чем силы биосферы.
Климат, как вообще на планете, так и в конкретном месте, зависит не только от полученной солнечной энергии, но и от того, как она осваивается, какой процент поглощается, какой отражается обратно в космос. В конце прошлого века стало модно зимой отдыхать в Египте. Зимой в Египте Солнце стоит ниже, чем в Петербурге летом. Однако температура воздуха выше, чем в Северной столице, и туристы загорают намного сильнее. Дело в том, что над Сахарой сформировался исключительно чистый воздух с минимальным содержанием водяных паров, прекрасно проницаемый для лучей дневного светила. В то же время в Сингапуре, который находится в одном градусе от экватора, загореть практически невозможно из-за экстремальной влажности, плохо пропускающей солнечный ультрафиолет.
Один из климатических парадоксов установлен в ходе Международного геофизического года 1957–1958 гг. Оказалось, что самое солнечное место на Земле не Сахара и не Аравийская пустыня, а Антарктида. В центре полярного плато на высоте 4 км на каждый квадратный сантиметр поверхности поступает больше солнечной радиации, чем в тропиках. Воздух на ледяном континенте предельно чист, и слой атмосферы тоньше, чем в других местах планеты. Полярники под лучами самого южного солнца загорают сильнее, чем на пляжах Черного и Красного морей. Почему же в Антарктиде экстремально холодно? На советской антарктической станции «Восток» в 1960 году был зафиксирован мировой рекорд холода — минус 88,3° по Цельсию.
