Светило, но не грело

Влияет ли Солнце на климат? Сама постановка вопроса может показаться абсурдной – ведь это ближайшая к нам звезда и первоисточник энергии для большинства природных процессов. Однако стоит копнуть глубже, и вопросов станет куда больше, чем ответов.

Солнце изменчиво. Иногда оно становится более активным, это сопровождается появлением тёмных пятен на его поверхности. Это было известно с древности, и сейчас невозможно сказать, кто первым открыл солнечные пятна. Количественные исследования активности Солнца начались с 1610 года, после изобретения телескопа Галилеем. С этого момента существуют регулярные записи числа пятен на Солнце.

Уильям Гершель, астроном, прославившийся открытием планеты Уран, в 1801 году опубликовал трактат под длинным названием «Наблюдения с целью понять природу Солнца, с тем, чтобы найти причины и симптомы непостоянства испускания им тепла и света, с замечаниями о вероятной пользе, что может быть извлечена из наблюдений за Солнцем». Там он впервые высказал мысль о том, что солнечная активность может серьёзным образом влиять на климат, а значит, и на экономику [192]: «…с 1695 по 1700 год пятен на Солнце не наблюдалось. Этот период продолжался 5 лет, они снова появились в 1700 году. Средняя цена пшеницы в это время составляла 3 фунта 3 шиллинга 3 1/5 пенса за кварту. Пять предыдущих лет – с 1690 по 1694 год – она стоила 2 фунта 9 шиллингов 4 4/5 пенса, а пять следующих лет – с 1700 по 1704 год – 1 фунт 17 шиллингов 11 1/5 пенса. Оба этих отличия весьма существенны: последнее составляет не менее 5:3».

Взаимосвязь между процессами на Земле и в Космосе исследовали русские космисты – в частности, А. Л. Чижевский и В. И. Вернадский. Чижевский утверждал, что пятна на Солнце влияют на многие биологические и социальные процессы [135]. Однако только сейчас благодаря развитию новых инструментальных методов химического и изотопного анализа появляется возможность количественно исследовать столь сложные взаимосвязи.

Более полутора веков назад, в 1843 году, немецкий астроном Генрих Швабе обнаружил, что количество пятен на Солнце меняется циклически, максимумы активности случаются в среднем через 11 лет и перемежаются минимумами. Однако Густав Шпёрер (1887) первым обратил внимание на исключение из этого правила. В XVII веке в течение почти 70 лет пятна на Солнце, по-видимому, отсутствовали. Позже эти выводы подтвердил Эдвард Уолтер Маундер (1890), проанализировав записи прежних лет. В то время выводы Маундера многим показались сомнительными, скептики были склонны относить их на счёт нерегулярности и неполноты наблюдений. Однако в XX веке было независимым способом подтверждено, что т. н. минимум Маундера действительно имел место с 1645 по 1715 год.

Наша планета постоянно находится в потоке галактических космических лучей (ГКЛ) – заряженных частиц сверхвысокой энергии, по большей части протонов, происхождение которых до конца не выяснено. Исследователи склонны считать интенсивность ГКЛ постоянной в течение длительного периода времени. Взаимодействуя с атомами атмосферы, космическое излучение приводит к образованию радиоактивных атомов некоторых элементов, например радиоуглерода (¹⁴C) и бериллия (⁷Be и ¹⁰Be) – так называемых космогенных радионуклидов. Проникновению космического излучения в атмосферу препятствует магнитосфера Солнца. То есть чем активнее Солнце, тем меньше поток космических лучей и тем меньше образуется космогенных радионуклидов. Следовательно, анализируя годичные кольца деревьев на радиоактивный углерод или донные отложения, ледники и конкреции на радиоактивный бериллий, мы узнаем, как менялась солнечная активность, и увидим рост активности этих радионуклидов, соответствующий минимуму Маундера. Более того, тот факт, что два радионуклида с очень разным геохимическим поведением (углерод и бериллий) имеют сходное распределение в естественных архивах, означает, что это распределение обусловлено именно разной интенсивностью образования, а не влиянием общих, например, климатических факторов [157]. Так было доказано, что минимум Маундера действительно был. Так же можно наблюдать минимумы солнечной активности Дальтона, Шпёрера, Вольфа и Орта, имевшие место в течение прошедшего тысячелетия, причем три последних – ещё до начала астрономических наблюдений числа пятен. По времени они примерно соответствуют Малому ледниковому периоду.

Из-за нехватки фундаментальных знаний вопрос о воздействии солнечной активности на климат оставался вне сферы внимания и климатологов, и астрофизиков практически до начала 1980-х. Возможно, первая попытка связать два события – минимум Маундера и Малый ледниковый период – была сделана Д. Эдди [181]. Многие исследования весьма убедительно подтверждают связь солнечной активности и климата – более тёплые периоды соответствуют более активному Солнцу. Во многих естественных архивах температурные и «космические» сигналы на удивление хорошо совпадают. В качестве наиболее показательных примеров можно привести изменения толщины ежегодных слоёв озёрных донных отложений в Финляндии [190], размеров Большого Алечского ледника в Швейцарских Альпах [158], содержания тяжёлого кислорода ¹⁸O в сталагмите из пещеры в Омане [280]. Минимумы Солнца совпадают с температурными аномалиями в пределах последних сотен и тысяч лет, таким образом, влияние солнечной активности на климат можно считать весьма вероятным. Но механизм этого влияния пока не ясен^[29]. Десять лет назад в журнале Nature [284] была опубликована реконструкция солнечной активности за 11400 лет. Авторы обнаружили, что в последние 70 лет наблюдается аномальное число пятен на Солнце; в прошлый раз такая активность наблюдалась около 8000 лет назад. Возможно, этот фактор вносит значительный вклад в нынешнее потепление. Другим безусловным фактором является рост содержания углекислого газа в атмосфере, поглощающего инфракрасное излучение Земли (парниковый эффект). Сейчас его содержание достигло 400 ppm (частей на миллион), что значительно выше, чем в течение, по крайней мере, полумиллиона лет^[30].

Чем бы ни были вызваны климатические изменения, они, несомненно, оказывали влияние на ход исторических событий, и этот фактор, судя по всему, недооценен (рис. 1–5). Одним из наиболее известных примеров является Гренландия, оказавшаяся весьма удачным объектом изучения. Во-первых, исторические события, связанные с колонизацией острова, детально зафиксированы в исландских и норвежских документах. Во-вторых, история климата Гренландии, в отличие, скажем, от баренцевоморского региона или Сибири, изучена наиболее подробно, благодаря американским и европейским исследованиям трехкилометровой толщи гренландского ледникового щита, начавшимся в 1961 году.

Рис. 1–5. Важнейшие морские арктические экспедиции с конца XV по начало XX века.

Кабот (1497), Уиллоуби и Ченслер (1553–1555), Фробишер (1576–1578), Пет и Джекмен (1580), Дэвис (1585–1587), Баренц (1594–1597), Гудзон (1607–1611), Баффин (1615), Великая Северная экспедиция (1733–1743), Чичагов (1765–1766), Фиппс (1773), Росс и Парри (1818), Франклин (1845–1850?), Виггинс (1874), Норденшельд (1878–1879), Нансен (1893–1896), Амундсен (1903–1906), Пири (1909), Гидрографическая экспедиция Северного Ледовитого океана (1910–1915).

Также на шкале показаны минимумы солнечной активности. Нетрудно заметить, что большая часть полярных экспедиций пришлась на период активного Солнца

Первые в Арктике

Заселение Гренландии стало одним из этапов экспансии викингов на запад – они постепенно проникли на Оркнейские, Шетландские и Фарерские острова, а в середине IX века открыли Исландию. Первые колонисты отправились туда в 870 году, а к 930 году в Исландии насчитывалось уже около 60 тысяч человек. Именно Исландия впоследствии стала базой для колонизации Гренландии. Гренландия так же стала лишь промежуточным пунктом в экспансии. Уже через несколько лет викинги двинулись дальше на запад, но закрепиться на берегах Америки им не удалось, в первую очередь из-за конфликтов с индейцами. В 1960 году на побережье Ньюфаундленда было обнаружено самое западное из известных поселений викингов – Л’Анс-о-Медоуз. Найденные при раскопках артефакты соответствуют более ранним находкам, сделанным в Гренландии, и подтверждают, что викинги побывали на американском континенте примерно за 500 лет до Колумба. Гренландцы продолжали посещать Америку (по-видимому, побережье Лабрадора) на протяжении нескольких столетий, они плавали туда за строительным лесом.

Недавно появились генетические данные [142], подтверждающие доколумбово открытие Америки. Был проведён анализ ДНК жителей Исландии, родословная которых примерно с 1700 года надёжно установлена. В ряде случаев в митохондриальной ДНК обнаружен фрагмент, характерный только для североамериканских индейцев. Согласно выводу генетиков, это можно объяснить тем, что из Северной Америки была вывезена женщина, ставшая прародительницей части современных исландцев. Весьма любопытными также оказались результаты генетических исследований современных гренландских эскимосов. Анализ митохондриальной ДНК не выявил европейского генетического материала. Тогда как анализ Y-хромосом, наследующихся по мужской линии, напротив, выявил фрагменты, характерные для европейцев, причём скорее исландцев, нежели датчан, колонизировавших остров в XVIII веке. Указанные факты однозначно опровергают теорию, согласно которой викинги ассимилировались эскимосами [213].

Открытие викингами новых земель, в том числе и Америки, часто происходило по причине несовершенства средств навигации – их корабли нередко сбивались с курса. Викингам был неведом магнитный компас – в Европе он появился только в XII–XIII веках, поэтому их единственным навигационным инструментом было незаходящее полярное солнце. В саге о Сигурде упоминается, что король Олоф в облачный, снежный день определял положение Солнца с помощью «солнечного камня». В 1967 году Т. Рамскоу, датский археолог, предположил, что «солнечный камень» – это кристалл исландского шпата, прозрачной формы кальцита, повсеместно встречающейся в Скандинавии. Он предположил, что если через кристалл смотреть на Солнце сквозь облака, то при определённой ориентации кристалла Солнце станет видимым, поскольку он пропускает свет, поляризованный в определённых направлениях. Это предположение было наконец подтверждено во время рейса шведского ледокола «Оден» в 2005 году [240]. Однако по-прежнему неизвестно, использовали ли викинги этот прием.

Стимулом к заселению новых земель порой становились конфликты с законом в метрополии. Эйрик Торвальдссон (по прозвищу Рыжий) был изгнан из Норвегии за убийство и перебрался в Исландию, но и оттуда вскоре был изгнан по той же причине. Он обосновался на острове в 986 году, именно он и назвал остров Гренландией. Последовавшие за ним колонисты расселились в двух местах, на берегах закрытых фьордов, вдававшихся в глубь острова. Восточное поселение располагалось на 61-м градусе, втрое меньшее Западное – на три градуса севернее (рис. 1–6). Вопреки названию, оба поселения находились на западном побережье. В период расцвета Гренландии её население составляло, по-видимому, несколько тысяч человек, впоследствии археологи обнаружили руины более чем 300 хозяйств и 14 церквей (гренландцы приняли христианство одновременно с исландцами, в 1000 году). До 1261 года Гренландия была независимой республикой, затем признала власть норвежского короля Хакона Хаконсона. В 1536 году Норвегия объединилась с Данией, и Гренландия формально стала датской территорией. Впрочем, на острове о смене подданства никто не узнал: сообщение с Европой давно прекратилось и к этому времени гренландцев уже не существовало. И Восточное, и Западное поселения опустели, по всей видимости, были брошены жителями. Куда они делись – по сей день остаётся загадкой. Тел последних поселенцев на острове не найдено, в то же время в исландских и норвежских хрониках не упоминается о том, чтобы кто-то из гренландцев вернулся обратно.

Рис. 1–6. Поселения викингов в Гренландии

Война викингов с эскимосами

Бесследное исчезновение целого сообщества по сей день является одной из неразгаданных тайн арктической истории. Понадобились многолетние исследования самых разных специалистов – историков, археологов, климатологов, зоологов и палеоэкологов, – чтобы по фрагментам восстановить мрачную картину гибели гренландских поселений [197]. Исследователи сходятся в том, что причинами постепенного угасания жизни в Гренландии стали ухудшение климата, истощение ресурсов острова за счёт их нерационального использования, вынужденная изоляция колонистов из-за прекращения торговых отношений с Европой, а также недружественное соседство с эскимосами. Нет единого мнения о том, что из перечисленного добило гренландцев, но в экстремальных условиях Арктики неблагоприятные факторы накладывались, усиливая друг друга.

В 2011 году группа американских и британских исследователей [146] провела анализ донных отложений гренландских озёр, расположенных вблизи Западного поселения. Выяснилось, что примерно 900 лет назад началось резкое похолодание, примерно на 4 градуса за 80 лет (рис. 1–7). Реконструкции палеотемператур в Гренландии делались и до этого, но они основывались на анализе толщи ледникового щита. Они показывают существенно меньший разброс температур в течение последнего тысячелетия (рис. 1–2), однако климат в глубине острова и на побережье мог значительно различаться.

Рис. 1–7. Ход температур в озёрах Гренландии, восстановленный по содержанию ненасыщенных алкенонов. Датировка отложений проводилась радиоуглеродным методом. Заселение Гренландии началось примерно 4,5 тыс. лет назад (Саккакская культура). Примерно 2800 лет назад Саккакская культура была сменена Дорсетской, которая исчезла примерно 2200 лет назад. Исчезновению культур всякий раз соответствовало резкое похолодание. До появления викингов Гренландия оставалась необитаемой. Через 200 – 300 лет после них в Гренландии появились предки нынешних эскимосов (культура Туле) [146]. Видно, что на период викингов пришлось резкое похолодание. Эскимосы, заселившие остров, сумели лучше адаптироваться к неблагоприятным климатическим условиям

Факт резкого похолодания подтверждается также изотопным составом зубной эмали гренландцев. Как уже было сказано, изотопный состав атмосферных осадков, а значит, и питьевой воды определяется климатическими особенностями региона. Этот же состав повторяет и зубная эмаль человека, он формируется в процессе роста и уже не меняется в дальнейшем. Анализ зубов жителей острова (и викингов, и эскимосов), умерших с 1400 по 1700 год, показал снижение содержания тяжёлого кислорода за это время примерно на 3‰, что соответствует похолоданию примерно на 6° [213]. Экономика гренландцев, основанная на рачительном использовании крайне скудных ресурсов острова, такого удара не выдержала.

Поначалу поселенцы старались сохранять примерно тот же уклад жизни, что и их родственники в Исландии и Норвегии, но его приходилось приспосабливать к существенно более суровым условиям острова. Экономика гренландцев была построена на сочетании скотоводства и охоты и была достаточно устойчивой. Несколько столетий им удавалось адаптироваться к похолоданию. Нехватку кормов в неблагоприятный год можно было скомпенсировать охотой на оленей и морских животных. Но постепенно сокращался и без того короткий вегетационный период, и всё большую роль в жизни колонистов стала играть охота на тюленей. Это подтверждается изотопией углерода в костях гренландцев – морская пища содержит больше тяжёлого углерода ¹³C в сравнении с «сухопутной». Видно, что доля морской составляющей (в основном это мясо тюленей) выросла за время существования колонии примерно с 20 до 80 % (рис. 1–8).

Рис. 1–8. Содержание тяжёлого углерода ¹³C в костях гренландцев и определённая, исходя из него, доля морепродуктов в рационе [169]. Большая часть данных относится к Восточному поселению. Любопытная деталь отражает социальные различия в обществе – видно, что епископ питался преимущественно животной пищей. Для сравнения приведены данные по костям вола, очевидно, морской пищи не употреблявшего

Возможно, именно консервативный менталитет гренландцев помешал их адаптации в меняющемся мире. Основным мотивом к заселению Гренландии было освоение новых земель для животноводства, и именно его гренландцы рассматривали как основу жизненного уклада. Поэтому и селились они преимущественно во внутренних частях фьордов – местах с более тёплым микроклиматом и пышной растительностью, но вдали от открытого моря. Охота же для гренландцев носила вспомогательный характер, они охотились на тюленей в период их сезонной миграции в мае-июне. Охота была общественным занятием – в ней были задействованы все свободные руки и плавсредства. Пути миграции тюленей проходили на север вдоль западного побережья острова – в стороне от поселений гренландцев (рис. 1–6). Это создавало дополнительную сложность: не имея дерева и железа, гренландцы не могли строить надёжные суда, необходимые для охоты.

В начале весны ежегодно наступал трудный период, когда запасы еды и кормов оказывались близки к истощению, а сезон охоты ещё не начинался. Домашние животные всю зиму (а это примерно 9 месяцев) содержались в стойлах и кормились сеном, заготовленным в течение августа- сентября. Активное использование земель в качестве пастбищ приводило к эрозии почвы, а значит, к постоянному сокращению и без того скудных ресурсов. Вполне можно предположить, что несколько неблагоприятных лет на фоне постоянного ухудшения условий могли привести к полному краху колонии. Первым перестало существовать Западное поселение, расположенное существенно севернее и меньшее по размеру. Это произошло около 1350 года. Один из скандинавских документов повествует о его конце. Документ написан на норвежском, автор его не известен, рассказ записан в 1341–1363 годы со слов Ивара Бардарсона, управляющего Гардарской епархии (административный центр Восточного поселения).^[31]