Влияние Гольфстрима на климат арктических регионов. — Проникает ли Гольфстрим в арктические регионы? Нагреваются ли моря вокруг Шпицбергена и Северной Гренландии теплыми водами этого течения?
Те, кто отрицает это, тем не менее признают существование арктического течения. Они признают, что огромная масса холодной воды постоянно течет на юг из полярных регионов вокруг Гренландии в Атлантику. Если признать, что масса воды течет через полярный круг с севера на юг, то необходимо также признать, что равная масса течет через него с юга на север. Также очевидно, что вода, пересекающая круг с юга на север, должна быть теплее воды, пересекающей его с севера на юг; ибо умеренные регионы теплее арктических, а океан в умеренных регионах теплее океана в арктических; следовательно, течение, которое втекает в арктические моря для компенсации холодного арктического течения, должно быть более теплым течением.
Является ли Гольфстрим этим теплым течением? Исходит ли это компенсирующее теплое течение из Атлантики или из Тихого океана? Если оно исходит из Атлантики, то это просто теплая вода Гольфстрима. Мы можем называть ее теплой водой Атлантики, если хотим; но это не может существенно повлиять на обсуждаемый вопрос, ибо тепло, которым обладают воды Атлантики, как мы видели, в огромной степени происходит от воды, приносимой из тропиков Гольфстримом. Если мы отрицаем, что теплое компенсирующее течение приходит из Атлантики, то мы должны предположить, что оно приходит из Тихого океана. Но если холодное течение течет из арктических регионов в Атлантику, а теплое компенсирующее течение — из Тихого океана в арктические регионы, то самая высокая температура должна наблюдаться на тихоокеанской стороне арктических регионов, а не на атлантической; однако дело обстоит наоборот. В Атлантике, например, изотерма 41° достигает широты 65°30′, тогда как в Тихом океане она нигде не выходит за пределы широты 57°. Изотерма 27° достигает широты 75° в Атлантике, но в Тихом океане она не проходит далее 64°. А изотерма 14° достигает севера Шпицбергена на широте 80°, тогда как на тихоокеанской стороне арктических регионов она не доходит до широты 72°.
Ни в одной точке земной поверхности средняя годовая температура не поднимается так высоко над нормой, как в северной Атлантике, прямо у полярного круга, в месте, которое считается находящимся посреди Гольфстрима. Это место находится не менее чем на 22°·5 выше нормы, тогда как в северной части Тихого океана температура нигде не поднимается более чем на 9° выше нормы. Эти факты доказывают, что теплое течение направляется вверх по Атлантике в арктические регионы, а не по Тихому океану, или, по крайней мере, что большая часть теплой воды должна поступать в арктические регионы через Атлантику. Другими словами, Гольфстрим является теплым компенсирующим течением. Должен существовать не просто теплый поток, но поток весьма значительного объема, чтобы компенсировать огромное количество холодной воды, постоянно вытекающей из арктических регионов, а также поддерживать температуру этих регионов настолько выше температуры космического пространства, насколько она есть на самом деле.
Несомненно, когда результаты недавней экспедиции по драгированию будут опубликованы, они прольют много дополнительного света на направление и характер течений, образующих северо-восточную ветвь Гольфстрима.
Среднее количество тепла, получаемого арктическими регионами в целом на единицу поверхности, по отношению к количеству, получаемому на экваторе, как мы уже видели, составляет 5,45 к 12, при условии, что процент лучей, поглощаемых атмосферой, одинаков в обоих местах. В этом случае средняя годовая температура арктических регионов, взятых в целом, составляла бы около −69°, если бы эти регионы зависели исключительно от тепла, получаемого непосредственно от солнца. Но температура не достигла бы даже этого значения; ибо процент лучей, поглощаемых атмосферой в арктических регионах, как правило, считается большим, чем на экваторе, и, следовательно, фактическое среднее количество тепла, получаемого арктическими регионами, будет меньше 5,45/12 от того, что получается на экваторе.
В статье о климате в «Британской энциклопедии» приведена таблица, рассчитанная на том принципе, что количество поглощенного тепла пропорционально числу частиц воздуха, с которыми лучи должны столкнуться, прежде чем достигнут поверхности земли, — что, как общее правило, если пути лучей следуют арифметической прогрессии, то уменьшенная сила, с которой лучи достигают земли, будет образовывать убывающую геометрическую прогрессию. Согласно этой таблице, около 75 процентов солнечных лучей поглощается атмосферой в арктических регионах. Если бы 75 процентов лучей поглощались атмосферой в арктических регионах, то прямые солнечные лучи не могли бы поддерживать среднюю температуру на 100° выше температуры космического пространства. Но это, несомненно, слишком высокий процент для количества поглощенного тепла; ибо недавние открытия в отношении поглощения лучистого тепла газами и парами доказывают, что таблицы, вычисленные на этом принципе, должны быть неверными. Исследования Тиндаля и Меллони показывают, что когда лучи проходят через какое-либо вещество, поглощение сначала происходит быстро, но затем лучи «просеиваются», как это называется, и проходят дальше почти без дальнейшего препятствия. Тем не менее, из-за густых туманов, которые преобладают в арктических регионах, количество поглощенного тепла должно быть значительным. Если бы 50 процентов солнечных лучей поглощались атмосферой в арктических регионах, количество тепла, получаемого непосредственно от солнца, было бы недостаточно для поддержания средней годовой температуры −100°. Следовательно, арктические регионы должны в огромной степени зависеть от океанических течений в плане своей температуры.
Влияние океанических течений, показанное другим методом. — То, что температура арктических регионов колоссально упала бы, а температура экватора колоссально возросла бы, если бы все океанические течения прекратились, можно показать другим методом, а именно: взяв среднюю годовую температуру от экватора до полюса вдоль меридиана, проходящего через океан, скажем, Атлантический, и сравнив ее со средней годовой температурой, взятой вдоль меридиана, проходящего через большой континент, скажем, Азиатский.
Профессор Дж. Д. Форбс в интересном мемуаре [26] попытался этим методом определить, какой была бы температура экватора и полюсов, если бы земной шар состоял только из воды или только из суши. Он взял температуру двух меридианов из таблиц и карт профессора Дове и установил точную пропорцию суши и воды на каждые 10° широты от экватора до полюсов с целью определения того, какая часть средней температуры земного шара на каждой параллели обусловлена сушей, а какая — водой, которая соответственно к ней относится. Затем он пытается получить формулу для выражения средней температуры данной параллели и отсюда приходит к «приблизительному ответу на вопрос о том, какой была бы экваториальная или полярная температура земного шара, или температура любой широты, если бы его поверхность состояла полностью из суши или из воды».
Результат, к которому он пришел, таков: если бы поверхность земного шара состояла только из воды, температура экватора составила бы 71°·7, а температура полюсов — 12°·5; а если бы поверхность состояла только из суши, температура экватора составила бы 109°·8, а температура полюсов — −25°·6.
Но в расчетах профессора Форбса совершенно не учитывается влияние течений, будь то воды или воздуха, а разница температур приписывается исключительно разнице широт и физическим свойствам суши и воды в отношении их способности поглощать и удерживать солнечные лучи, а также законам теплопроводности и конвекции, которые регулируют внутреннее движение тепла в тех и других. Он считает, что эффекты течений полностью компенсируют друг друга.
«Если течение горячей воды, — говорит он, — смягчает холод лапландской зимы, то противотечение, которое приносит холод Гренландии к берегам Соединенных Штатов, в значительной мере восстанавливает баланс температуры, насколько он нарушен этим конкретным влиянием. Господствующие ветры, подобным же образом, включая пассаты, хотя и делают некоторые части континентов в среднем более жаркими или более холодными, чем другие, производят прямо противоположный эффект в других местах. Каждый континент, если имеет холодный восточный берег, имеет также и теплый западный; и даже местные ветры по большей части имеют установленные законы компенсации. На данной параллели широты все эти вторичные причины местного климата можно представить как взаимно компенсирующие, и остаточная градация средней или нормальной температуры будет главным образом зависеть, во-первых, от эффекта широты просто; во-вторых, от распределения суши и воды, рассматриваемых в их первичном или статическом эффекте».
Удивительно, что такой проницательный физик, как профессор Форбс, в вопросе, подобном этому, оставляет без внимания влияние течений под впечатлением, что их эффекты являются компенсирующими.
Если существует постоянный перенос горячей воды из экваториальных регионов в полярные, а холодной воды из полярных регионов в экваториальные (что профессор Форбс признавал), то может быть только одно место между экватором и полюсом, где две системы течений компенсируют друг друга. Во всех местах на экваториальной стороне от этой точки результатом является охлаждающий эффект. Начиная от этой нейтральной точки, преобладание охлаждающего эффекта над нагревающим увеличивается по мере приближения к экватору, а преобладание нагревающего эффекта над охлаждающим увеличивается по мере удаления от этой точки к полюсу — при этом охлаждающий эффект достигает максимума на экваторе, а нагревающий эффект — максимума на полюсе.
Если бы профессор Форбс заметил этот важный факт, он сразу бы увидел, что низкая температура суши в высоких широтах по сравнению с температурой моря вовсе не является показателем того, насколько сильно упала бы температура этих регионов, если бы море было полностью удалено и поверхность стала бы сушей; ибо нынешняя высокая температура моря обусловлена не только физическими свойствами воды, но в значительной степени теплом, приносимым течениями от экватора. Теперь, если не известно, какая часть абсолютной температуры океана на этих широтах обусловлена течениями, мы не можем сказать, насколько удаление моря понизило бы абсолютную температуру этих мест. Если бы море было удалено, континенты в высоких широтах не просто потеряли бы преимущества нагрева, которые они в настоящее время получают от самого факта близости к такому количеству моря, но это удаление, в дополнение к этому, лишило бы их огромного количества тепла, которое они в настоящее время получают из тропиков посредством океанических течений. И, с другой стороны, на экваторе, если бы море было удалено, континенты там не просто потеряли бы охлаждающие влияния, которые являются результатом их близости к такому количеству воды, но, в дополнение к этому, им пришлось бы выносить палящие эффекты, которые возникли бы из-за тепла, которое в настоящее время уносится из тропиков океаническими течениями.
Мы уже видели, что профессор Форбс пришел к выводу, что удаление моря повысило бы среднюю температуру экватора на 30° и понизило бы температуру полюсов на 28°; поэтому совершенно очевидно, что если бы он добавил к своему результату эффект, обусловленный океаническими течениями, и если бы он знал, что около одной пятой всего тепла, которым обладает Атлантика, фактически получено от экватора посредством Гольфстрима, он приписал бы экватору и полюсам земного шара, состоящего только из суши, температуру, не сильно отличающуюся от той, которая, как я заключил, была бы температурой этих мест, если бы все океанические и воздушные течения прекратились и каждое место зависело бы исключительно от тепла, которое оно получало непосредственно от солнца.
Без океанических течений земной шар не был бы обитаем. — Все эти вышеприведенные соображения показывают, в какой степени климатическое состояние нашего земного шара обусловлено тепловым влиянием океанических течений.
Что касается северного полушария, у нас есть два огромных океана, Тихий и Атлантический, простирающиеся от экватора почти до северного полюса, или, возможно, до самого полюса. Между этими двумя океанами лежат два великих континента, восточный и западный. Из-за сферической формы земли на экваторе получается слишком много тепла, а в высоких широтах — слишком мало, чтобы сделать землю пригодным местом обитания для разумных существ. Функция этих двух великих океанов заключается в том, чтобы забирать тепло с экватора и переносить его в умеренные и полярные регионы. Воздушные течения не могли бы этого сделать. Они могли бы забирать тепло с экватора, но они не могли бы, как мы уже видели, переносить его в умеренные и полярные регионы; ибо большая часть тепла, которое воздушные течения забирают с экватора, рассеивается в звездном пространстве: только океан может переносить тепло к далеким берегам. Но воздушные течения имеют важнейшую функцию; ибо какая польза была бы от того, что океанические течения переносили бы тепло в высокие широты, если бы не было средств распределения этого тепла по суше? Функция воздушных течений заключается в этом. От этого двойного устройства зависит тепловое состояние земного шара. Исключите воды Тихого и Атлантического океанов из умеренных и полярных регионов и поместите их на экватор, и ничто из существующего ныне на земном шаре не смогло бы жить в высоких широтах.
Если бы эти два великих океана были помещены рядом друг с другом на одной стороне земного шара, а два великих континента — рядом друг с другом на другой стороне, северное полушарие не было бы пригодно для нынешнего порядка вещей: суша в центральной и восточной части объединенного континента была бы слишком холодной.
Вышеприведенные выводы не зависят от несовершенства данных. — Общие результаты, к которым мы пришли в отношении влияния океанических течений на климатическое состояние земного шара, не зависят от несовершенства использованных данных. Совершенно верно, что существует значительная неопределенность в отношении некоторых данных; но после внесения самых полных поправок на любую возможную ошибку, влияние течений настолько огромно, что общий вывод не может быть существенно затронут. Я с трудом могу представить, чтобы кто-либо, знакомый с физикой этого предмета, мог подумать, что из-за возможных ошибок в данных эффекты, вероятно, были удвоены. Однако, даже допуская, что это было бы доказано, это все равно не изменило бы существенно общий вывод, к которому мы пришли. Влияние океанических течений на распределение тепла по поверхности земного шара все равно оставалось бы, по общему признанию, огромным, независимо от того, пришли бы мы к выводу, что благодаря им нынешняя температура экватора на 55° или 27° холоднее, чем была бы в противном случае, или полюса на 83° или 41° горячее, чем были бы, если бы течения не существовали.
Более того, предположим, что мы снова уменьшим результат вдвое; даже в этом случае нам пришлось бы признать, что благодаря океаническим течениям экватор примерно на 14° холоднее, а полюса примерно на 21° горячее, чем они были бы в противном случае; другими словами, нам пришлось бы признать, что если бы не океанические течения, средняя температура экватора составляла бы около 100°, а средняя температура полюсов — около −21°.
Если бы влияние океанических течений на уменьшение разницы между температурой экватора и полюсов составляло всего несколько градусов, было бы, конечно, излишне придавать большое значение любым результатам, полученным с помощью принятого мною метода расчета; но когда речь идет о двухстах градусах, совсем не вероятно, что общие результаты будут сильно затронуты какими-либо ошибками, которые когда-либо могут быть обнаружены в данных.
Возражения палеонтологического характера часто выдвигались против мнения, что наш остров многим обязан своим мягким климатом влиянию Гольфстрима; но из того, что уже было сказано, должно быть очевидно, что все возражения такого рода малоэффективны. Палеонтолог может обнаружить по характеру флоры и фауны, поднятых со дна моря путем драгирования и другими средствами, наличие теплого или холодного течения; но это никогда не позволит ему доказать, что умеренные и полярные регионы не подвергаются в огромной степени влиянию теплой воды, переносимой из экваториальных регионов. Вопреки всему, что может показать палеонтология, если бы океанические течения прекратились, средняя годовая температура нашего острова могла бы упасть ниже нынешней температуры середины зимы в Сибири. Каким было бы тепловое состояние нашего земного шара, если бы не было океанических течений, — это вопрос для физика, а не для натуралиста.
ГЛАВА IV. ОБЗОР ФИЗИЧЕСКИХ АГЕНТОВ, ПРИВОДЯЩИХ К ВЕКОВЫМ ИЗМЕНЕНИЯМ КЛИМАТА.
Eccentricity of the Earth’s Orbit; its Effect on Climate.—Glacial Epoch not the direct Result of an Increase of Eccentricity.—An important Consideration overlooked.—Change of Eccentricity affects Climate only indirectly.—Agencies which are brought into Operation by an Increase of Eccentricity.—How an Accumulation of Snow is produced.—The Effect of Snow on the Summer Temperature.—Reason of the low Summer Temperature of Polar Regions.—Deflection of Ocean-currents the chief Cause of secular Changes of Climate.—How the foregoing Causes deflect Ocean-currents.—Nearness of the Sun in Perigee a Cause of the Accumulation of Ice.—A remarkable Circumstance regarding the Causes which lead to secular Changes of Climate.—The primary Cause an Increase of Eccentricity.—Mean Temperature of whole Earth should be greater in Aphelion than in Perihelion.—Professor Tyndall on the Glacial Epoch.—A general Reduction of Temperature will not produce a Glacial Epoch.—Objection from the present Condition of the Planet Mars.
Первопричина изменения эксцентриситета орбиты Земли. — Существуют две причины, влияющие на положение Земли по отношению к Солнцу, которые должны в очень большой степени влиять на климат Земли, а именно: прецессия равноденствий и изменение эксцентриситета орбиты Земли. Если мы должным образом изучим совокупное влияние этих двух причин, мы обнаружим, что северная и южная части земного шара подвержены чрезвычайно медленному вековому изменению климата, состоящему в медленном периодическом изменении чередующихся более теплых и более холодных циклов.