Солнце — активная звезда, на которой непрерывно происходят разного рода изменения. Пятна появляются и исчезают, корона непрерывно «дышит», протуберанцы взбираются по стропилам магнитного поля и снова обрушиваются вниз. Постоянно происходят и солнечные вспышки, и если они случаются на обращенной к Земле стороне светила, в сторону нашей планеты вылетают огромные облака плазмы.
Куда вода?
К счастью, от этой плазмы мы более или менее защищены оболочками магнитного поля и атмосферы нашей планеты. Когда раскаленное, но очень разреженное облако обтекает Землю, случаются магнитные бури и может выходить из строя связь, но в непосредственный контакт с плазмой мы не вступаем. И все-таки эффект от этого взаимодействия может быть очень сильным.
Как показали три датских геофизика под руководством Хенрика Свенсмарка из Национального космического института королевства, после того как мимо Земли проносится раскаленное облако, из атмосферы над океанами магическим образом исчезают миллиарды тонн мелких капелек воды. Результаты расследования этого загадочного похищения опубликованы в последнем номере Geophysical Research Latters.
Не стоит думать, что плазма «обдирает» нашу атмосферу, унося воду с собой. Как выясняется, капельки исчезают не сразу, а через пять-семь дней после того, как мимо Земли пролетит горячее облако. Более того, пристальный анализ показывает, что это «похищение» — вообще мнимое: вода остается там же, где и была, просто она отказывается слипаться в крохотные капельки, предпочитая оставаться в газообразном виде. Тем не менее из-за такого поведения воды в атмосфере оказывается меньше облаков, до поверхности планеты доходит больше солнечного света, и океаны сильнее нагреваются.
Политический вопрос
Работа Свенсмарка и его коллег — очередной раунд заочного по большей части спора, который уже более полувека ведут сторонники и противники теории влияния космических лучей на земную погоду. Конца этой дискуссии не видно, однако и ставки здесь очень высоки: если связь космических лучей и погоды реальна, то земной климат должна эффективно контролировать и циклически меняющаяся солнечная активность — она оказывает очень заметное влияние на поток бомбардирующих Землю космических частиц.
А отсюда недалеко и до вопросов о причинах глобального потепления. Известно, к примеру, что солнечная активность была повышена всю вторую половину XX столетия, и именно на это же время пришелся стремительный рост среднегодовой температуры планеты. Да и промышленная революция, с которой принято связывать начало глобального потепления, также примерно совпадает с восстановлением нормальных циклов солнечной активности после затяжного перерыва (так называемого минимума Маундера). Конечно, свалить на Солнце почти 40−процентный рост уровня CO2 за это время не получится, но усложнить анализ причин потепления оно вполне в состоянии.
Понятно, почему за спором о влиянии космических лучей на климат с пристальным, хотя и слегка отстраненным интересом наблюдают ученые самых разных специальностей — от климатологов и метеорологов до физиков и астрономов. И даже политики — «скептики глобального потепления» любят кивать на этот малоизученный вопрос. Серьезные исследователи, конечно, редко упоминают о подоплеке дискуссии в своих статьях — дабы не «драматизировать» выводы.
Форбуш-нагрев
Свенсмарк и его коллеги изучили, как ведут себя облачный покров и содержащиеся в воздухе мелкие аэрозоли после так называемых форбуш-понижений — стремительных падений потока космических лучей после солнечных вспышек и следующих за ними магнитных бурь. Считается, что поток падает, и поэтому пролетевшее мимо нас плазменное облако экранирует Землю от космических лучей. Длиться эти события могут от нескольких часов до суток, а сам поток может снизиться в несколько раз — в зависимости от энергии, на которой поток измеряют, и мощности вспышки.
Как оказалось, спутники, а также наземные и плавучие станции наблюдения показывают одну и ту же картину: через пять-семь дней после мощных минимумов Форбуша облачный покров на высоте менее 3 км над океанами в среднем по планете падает. Типичная величина эффекта — несколько процентов, а в случае самых глубоких минимумов облачный покров может отреагировать и 7−процентным снижением. В масштабах планеты это миллиарды тонн водных капелек и 2−3−процентное увеличение нагрева океана. Для сравнения: все «глобальное потепление» за прошлый век пока не дотягивает и до 1% в абсолютной шкале температур.
Кислотные задержки
Еще одно важное наблюдение датчан — снижение концентрации субмикроскопических аэрозолей, в первую очередь мельчайших капелек серной кислоты в атмосфере. Амплитуда эффекта примерно такая же, как и с каплями воды, а вот задержка от наступления минимума Форбуша — всего один-два дня.
Как пишут авторы работы, именно кислотные капельки служат важнейшими зародышами конденсации воды в атмосфере над океаном. Однако «работать» они начинают лишь в тот момент, когда их размер достигает некоторого порогового значения, что-то порядка половины микрона. Как показывают лабораторные опыты, для этого при типичных в нижних слоях атмосферы условиях требуется как раз три-четыре дня. И если по какой-то причине самый первый этап роста этих капелек (до размера порядка 0,1 мкм) нарушен, то через три-четыре дня пропорциональные затруднения возникнут с конденсацией воды в облаках.
По мнению Свенсмарка, именно такая ситуация и реализуется в действительности. Космические лучи, ионизующие атмосферу, играют важную роль именно на первом этапе — они помогают возникнуть зародышам капелек серной кислоты. И если пронесшееся мимо Земли облако солнечной плазмы экранирует часть космических лучей, подавленным оказывается весь каскад процессов, ведущих к появлению облаков над океаном.
Статистический эффект
Разумеется, нет гарантии, что эта работа убедит противоположный лагерь. Подобные исследования проводились и раньше, и их авторы делали противоречивые выводы. Свенсмарк и его коллеги объясняют это тем обстоятельством, что предыдущие авторы мешали в кучу сильные и слабые форбуш-понижения. На слабые события и облачный покров реагирует слабо, а потому реальный эффект тонет в неточностях измерения. Датчане рассмотрели лишь самые сильные за последний десяток лет форбуш-понижения, и в этом анализе на уровне значимости в 95% эффект проявился.
Впрочем, в этом отборе кроется и самое слабое место работы. Величину события Свенсмарк и коллеги определяли по уровню ионизации атмосферы на высоте менее 3 км над океаном — ровно там, где измерялся облачный покров. Не исключено, что на этот показатель влияют и какие-то иные факторы, не связанные с потоком космических лучей, и эти же факторы могут независимым способом влиять на облачный покров. Как известно, статистика не любит слишком вольного обращения с данными, и если при их отборе руководствоваться критерием, от которого может зависеть и искомый эффект, не стоит слишком радоваться его обнаружению.