Сара Драй: Воды мира

Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу писателя и историка науки Сары Драй «Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты» (перевод Ирины Евстигнеевой).

Сара Драй рассказывает о о людях, которые выяснили, как работают климатические механизмы Земли. Главными героями стали семеро ученых, чей вклад в метеорологию и океанографию актуален до сих пор. Среди них Джон Тиндалл, который считается отцом науки о климате, датчанин Вилли Далсгорд, обнаруживший «климатическую летопись» в ледниках Гренландии, Джоан Симпсон — первая женщина, получившая докторскую степень по метеорологии, и другие. Герои книги поднимались на горные вершины, пролетали через грозовые тучи и с риском для жизни огибали мыс Горн. Постепенно их открытия объединились в единую рабочую теорию климата нашей планеты. Книга вошла в число пяти лучших книг о науке за 2019 год по версии Nature.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

Все эти «кризисы роста», связанные с изменениями в океанографической практике и новыми возможностями изучения океана в глобальном масштабе, носили в основном внутренний характер, отражая конкретную историю океанографии как научной дисциплины и ее становления как физической науки об океане. Но к началу 1970-х гг. в океанографии, как и в метеорологии, на передний план вышли новые внешние факторы. Военное значение этой науки, обеспечившее ей щедрое финансирование и престиж во время и после войны, постепенно уступило место новой важной роли в изучении проблемы прогнозирования климата. К 1974 г. стало ясно, что изменения, происходящие в атмосфере Земли в результате повышения уровня углекислого газа, невозможно понять без понимания Мирового океана. Поскольку к тому времени численные компьютерные модели, на которые ссылался Райнс в своей статье о роли вихрей в общей циркуляции океана, стали играть важнейшую роль в исследованиях климатических изменений, перед океанографами встала задача «добиться прогресса в создании океанической части модели», как говорилось в докладе Национального совета по научным исследованиям «О роли океана в прогнозировании климата». Для координации усилий по изучению «крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы (особенно тех его аспектов, которые связаны с влиянием океана на климат)» был создан новый руководящий комитет под председательством Стоммела. В конце десятилетия Национальный совет по научным исследованиям создал еще один специальный комитет, получивший известность как Комитет Чарни, которому было поручено изучить возможные изменения климата, вызванные увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере. Стоммел был одним из трех океанографов, вошедших в эту группу. В своем докладе океанографы сделали некоторые предположения относительно будущих глобальных средних температур, а также подчеркнули, что реакция океана на атмосферное потепление, проблема поглощения им углерода и его тепловая память во многом пока остаются неизученными.

Стремление понять роль океана как важнейшей составляющей глобальной климатической системы совпало по времени с появлением возможности наблюдать Землю — и океан — из космоса. Океанографы мечтали об этом с 1960 г., когда с помощью метеорологических спутников «Тирос» удалось получить первые снимки облачного покрова. Если бы спутники смогли предоставить достаточно точные измерения высоты морской поверхности (с точностью до 50 см), это дало бы возможность правильно отобразить на карте местоположение морских течений, поскольку они теплее окружающей их воды и выступают на поверхности океана. Пятнадцать лет спустя то, что некогда казалось научной фантастикой, стало реальностью. В 1975 г. спутник «Геос-3» предоставил первое полное изображение геоида океана — неровной поверхности, соответствующей среднему уровню вод Мирового океана, которую тот имел бы в том случае, если бы находился только под переменным воздействием земной гравитации и не подвергался воздействию приливов, волн и других факторов. Чтобы убедиться в точности данных «Геоса-3», ученые использовали их для поиска так называемого ринга с холодным центром (вихря), сравнив с данными, полученными с помощью измерительных буйковых станций в океане, самолетов в небе и инфракрасных (а не альтиметрических) спутниковых систем из космоса. В 1978 г. специальные океанографические спутники «Сиасат» предоставили еще более высокоточные данные о топографии поверхности океана, которые обнаруживали присутствие Гольфстрима.

Новое ви́дение Мирового океана рождалось благодаря снимкам из космоса и климатическим моделям, которые с развитием вычислительных технологий становились всё точнее за счет того, что размеры ячеек расчетной сетки, опутывавшей планету, постепенно уменьшались. Эти модели обещали открыть доступ к новому источнику глобальных знаний, основанному на физических уравнениях, имитировавших поведение реальной воды. Но без данных об океане, на которых можно было бы проверить и откалибровать эти модели, последние не могли приблизиться к реальности. В отличие от плюшевого зайца[1], модели, чтобы стать настоящими, требовали не любви, а данных.

В том же году, когда Стоммел стал председателем Комитета по изучению взаимодействия океана и атмосферы, в Майами состоялась первая встреча новой группы под названием «Комитет по климатическим изменениям и океану». Вопрос о роли океана в формировании глобального климата становился всё более актуальным по мере того, как ученые постепенно приходили к понимаю: климат Земли представляет собой глобальную и взаимосвязанную систему, и океан — критически важная ее составляющая. На встрече в Майами Карл Вунш заявил, что для лучшего понимания вклада океана в формирование климата было бы неплохо по крайней мере попытаться собрать данные о его глобальной циркуляции. Так возникла почва для нового проекта, впервые объединившего две группы исследователей, чьи судьбы впредь будут тесно переплетены. Этими двумя группами стали океанографы, изучающие океаническую циркуляцию как проблему динамики океана, и новое поколение климатологов (которые до некоторой степени унаследовали озабоченность своих предшественников средними температурами), стремившихся понять, какие отношения связывают океан и атмосферу с точки зрения поглощения антропогенного углекислого газа.

Подобно MODE, новый проект задумывался как эксперимент — Всемирный эксперимент по изучению циркуляции Мирового океана (World Ocean Circulation Experiment, WOCE). И как и MODE, он должен был ответить на конкретный, хотя и глобальный, вопрос: какова природа циркуляции Мирового океана? Масштабы этого вопроса порождали еще один — касательно природы самого проекта: действительно ли WOCE мог быть осуществлен как эксперимент, если понимать под экспериментом сфокусированное во времени и на процессе единичное событие? Или же, чтобы хоть как-то приблизиться к ответу на какой бы то ни было вопрос о Мировом океане, требовались усилия такого масштаба, что WOCE был обречен стать новомодной версией старомодных гидрографических съемок, богатых на наблюдения и бедных на теории?

Стоммел предпочел держаться подальше от WOCE. Масштабность этого проекта пугала его, хотя он всегда приветствовал тесное сотрудничество между теоретиками, разработчиками моделей и наблюдателями и подчеркивал его необходимость. В случае MODE масштаб проекта был, по его мнению, оптимален. Что же касалось более грандиозных программ, таких как WOCE, он опасался, что взаимодействие между исследователями заметно формализуется. Чем масштабнее концепция, тем больше нужно наблюдений — и тем сложнее организация. Стоммел признавал, что формат проекта MODE, который, по его выражению, был реализован «вольным сообществом независимых людей, решивших временно объединиться, чтобы построить сарай соседу», не годится для проверки более масштабных идей, отнимающей больше времени. «Если вы хотите участвовать в одном из таких долгосрочных и крупномасштабных проектов, вы, по сути, должны стать штатным сотрудником строительной компании. А большинство из нас это не очень-то привлекает. Мы немного боимся тех долгосрочных обязательств, которые обычно связаны с такими программами».

С первых этапов планирования проекта WOCE и до полного завершения анализа собранных им данных прошло около 30 лет. В процессе этого WOCE способствовал трансформации океанографии. В 1985 г. была высказана надежда, что этот проект «обеспечит первое всеобъемлющее глобальное видение океана как элемента планетарной климатической системы… поскольку главной движущей силой программы WOCE является признание того, что прогнозирование климатических изменений на десятилетнем интервале будет зависеть от точного расчета изменений в крупномасштабной циркуляции тепла, пресной воды и химических элементов в океанах». Проект выполнил эту задачу, позволив получить упрощенную, но функциональную количественную оценку роли океана в переносе тепла, которая могла быть объединена с такой же оценкой атмосферы для создания модели климатической системы Земли в глобальном масштабе.

Каким бы впечатляющим ни был этот результат, возможно, главным достижением проекта WOCE стало то, что он наглядно продемонстрировал всю глубину неведения океанографов и показал, какими должны быть исследовательские программы, чтобы шаг за шагом накапливать необходимые знания. Размышляя о будущем своей научной дисциплины в начале 1980-х гг., когда шло планирование WOCE, Карл Вунш и Уолтер Мунк написали: «Теперь мы можем оценить масштаб задачи, стоящей перед океанографами, которые хотят понять, как "функционирует" океан, и надеются однажды научиться прогнозировать его изменения. Океан представляет собой глобальную жидкую среду, мало чем отличающуюся от атмосферы, и эту глобальную систему необходимо наблюдать точно так же — во всех значимых пространственных и временны́х масштабах». Задуманный как «моментальный снимок» океана, проект WOCE помог осознать необходимость постоянной программы глобального наблюдения. Это не было возвращением к прежней практике океанографической съемки, но стало своего рода возвращением к дисциплине регулярного наблюдения — с одним отличием: на фоне растущей озабоченности по поводу изменения климата наблюдение уступило место мониторингу. Океан уже не мог быть просто местом поиска знаний (если он когда-либо был таковым) — он стал сигнализировать об изменении глобального климата, и эти сигналы необходимо было внимательно отслеживать.

[1] Здесь автор имеет в виду повесть для детей Марджери Уильямс «Плюшевый заяц, или Как игрушки становятся настоящими». — Прим. пер.