Краткая история климатологии

 20. Краткая история климатологии

Кое-что об изменении климата говорилось в разделах 2 и 3. Но я не удержался, чтобы не привести сокращенный пересказ одного из разделов прекрасной книги [63], посвященного истории становления климатологии. На протяжении нескольких последних столетий формировалось и уточнялось представление о климате Земли. Одновременно с этим возникло понимание того, что климат Земли не является «вещью», однажды данной и неизменной. Оказывается, что климат меняется, а причины изменения климата являются предметом изучения климатологии.    

Как только человек  стал достаточно глубоко понимать основные процессы, определяющие погоду и климат в каждой точке земного шара, сразу возникли вопросы о стабильности повторяемости сложившейся погоды и об устойчивости  климата. Ясно, чтобы иметь возможность ответить на эти вопросы, нужно обладать весьма глубокими знаниями в области физики и математики, поскольку первая из этих наук дает объяснение процессам, происходящим в атмосфере, а вторая предоставляет язык для непротиворечивого описания этих процессов. «Метеорология – это раздел физики, а физика использует два инструмента: эксперимент и математику. Первый из этих инструментов вообще отвергается метеорологами, а второй не представляется им полезным при решении климатологических проблем», - писал  в  1939 г. президент Королевского метеорологического общества сэр Симпсон (George Simpson). Он отмечал, что имеется очень много взаимозависимых факторов, влияющих на климат,  и их просто невозможно описать математически, не принимая множества упрощающих предположений. Так что результат никогда не будет соответствовать реальности.

Простейшая и наиболее широко принимаемая модель климатических изменений базируется на концепции саморегуляции, означающей, что любые изменения являются только временными отклонениями от некоторого естественного равновесия. Именно поэтому в учебниках по климатологии первой половины  ХХ века само слово «климат» трактовалось, как  долговременные средние погодные условия – точка стабильности, вокруг которой флуктуируют годовые температуры и осадки.

С другой стороны, было известно, что климат меняется. Уже было известно, что Земля прошла через ряд ледниковых периодов. В 1862 году  Тиндалл (John Tyndall) пришел к выводу, что климат может изменяться при изменении состава атмосферы. В своей лаборатории он выяснил, что некоторые газы, например, водяной пар и углекислый газ непрозрачны для теплового излучения. И он понял, что такие газы высоко в атмосфере способствуют сохранению тепла на планете посредством поглощения выходящего теплового излучения.

Однако такого рода физическая интерпретация того, как  состав атмосферы может влиять на климат, была дана еще раньше – в 20-х годах XVIII века Фурье (Josef Fourier) первый объяснил, что земная атмосфера возвращает к Земле тепловое излучение. Фурье посчитал, что без учета атмосферы температура Земли в условиях равновесия с поступающим солнечным излучением должна быть много ниже нуля градусов. Он попытался разрешить это противоречие  наличием атмосферы у планеты и неизвестным пока механизмом, посредством которого атмосфера сберегает излучаемое поверхностью Земли тепло. Он попытался объяснить этот механизм, сравнивая Землю и покрывающую ее атмосферу с коробкой, закрытой стеклом. Это был хорошо известный эксперимент, в ходе которого внутренность коробки нагревалась солнечными лучами, не выпуская тепло наружу. Правда, это был слишком примитивный пример, поскольку основная роль стекла заключалась в удержании воздуха, нагретого при контакте с облучаемыми стенками коробки. Тем не менее, сохранение тепла атмосферой получило в дальнейшем название «парниковый эффект». Простое объяснение (без математических выкладок и оценок) заключалось в следующем. Видимое солнечное излучение легко проникает сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли. Нагретая Земля испускает невидимое тепловое излучение, и некоторая часть его вместо  того, чтобы беспрепятственно уйти в мировое пространство, поглощается такими атмосферными составляющими, как водяной пар и углекислый газ, и нагревает атмосферу. Теплая атмосфера испускает тепловое излучение, и часть его возвращается к поверхности Земли, способствуя дополнительному ее нагреву.

Эти простейшие соображения были развиты в 1896 г. шведским физическим химиком Аррениусом (Svante Arrhenius), который попытался выяснить, как увеличение количества углекислого газа в атмосфере может повлиять на климат. В частности, Аррениус пришел к выводу, что более эффективное блокирование атмосферой теплового излучения Земли приведет к уменьшению температурной разницы между зимой и летом и между тропиками и полюсами. Используемая им модель основывалась на рассмотрении  радиационного баланса системы Земля-атмосфера – поступающей, поглощаемой и отраженной солнечной радиации.