Также в экологическом аспекте большое значение в поведении воды имеет то, что при изменении температуры меняется ее плотность. Холодная вода более плотная, чем горячая, так что первая опускается, а вторая поднимается. То же верно и для воздуха. Но плотность воды меняется не так равномерно. Она достигает наибольших значений при 4 °C. Поэтому, когда весной озера прогреваются от 0 до 4 °C и лед тает, поверхностные воды опускаются. Более плотные, они вытесняют со дна холодную воду с ее питательными веществами – те поднимаются к поверхности и питают живые организмы наверху.
В геологической истории Земли случаются регулярно повторяющиеся ледниковые периоды, связанные с астрономическим циклом наклона земной оси (Imbrie, Imbrie, 1979) – циклом Миланковича (по имени Милутина Миланковича, который его открыл). В данный момент Земля находится в фазе похолодания, начавшейся 7000 лет назад. Но сейчас вместо похолодания мы испытываем глобальное потепление, потому что климатические изменения, вызванные деятельностью человека, перевешивают похолодание вследствие астрономического цикла. Углекислый газ, выделяющийся при сжигании ископаемого топлива, накапливается в атмосфере быстрее, чем его поглощают лесные деревья и другие растения. Он работает как термальное покрывало и удерживает солнечное тепло. В отличие от астрономического цикла, который протекает постепенно и к которому можно приспособиться в процессе эволюции, это новое явление в истории планеты возникло внезапно. Оно еще повлияет и на корольков, и на человека.
2. Снег и подснежное пространство
В октябре листва начинает опадать и ярким покровом ложится на лесную почву. В одно прекрасное утро на листьях появляется белая корочка ледяных кристаллов – изморозь. Может пройти еще несколько недель, прежде чем с темнеющего неба станут, кружась, падать снежинки – формирующиеся в воздухе скопления бесчисленных снежных кристаллов. Дети всех возрастов гоняются за ними, пытаясь поймать самые крупные на язык.
Уилсон Элвин Бентли, позже получивший прозвище Снежинка, тоже ловил снежные кристаллы – на предметное стекло микроскопа. Он жил на семейной ферме в городке Джерико, штат Вермонт, с братом Чарльзом, родителями, бабушкой и дедушкой, а позже с женой и детьми Чарльза. Жизнь на ферме крутилась вокруг сельскохозяйственных работ, а 9 февраля 1880 года, на свое пятнадцатилетие, Уилсон получил от матери старый микроскоп. Этот подарок определил его судьбу. «Снежинки оказались чудом красоты, – скажет он позже. – Каждый кристалл был шедевром, и ни один не повторялся».
Благодаря фотографиям и трудам Бентли на эту тему сегодня каждый ребенок знает, что двух одинаковых снежинок не существует, хотя исследователь и указывал, что «нетрудно найти два и больше кристаллов с похожими, если не одинаковыми очертаниями». Для Бентли снежные кристаллы олицетворяли красоту мира. Они открывали «путь в волшебную страну», где «даже буря может быть источником глубочайшего удовлетворения и удовольствия, когда она несет из темноты мятежный океан облаков, чьи очертания заставляют вашу душу горячо трепетать от радости».
Ученые и натуралисты писали о структуре снежинок и до Бентли, но тогда авторов занимало не столько их разнообразие, сколько шестиугольная форма. Считается, что в 1610 году Иоганн Кеплер (знаменитый множеством открытий, в частности о том, что планеты обращаются по орбитам в форме эллипса, а не окружности) первым задал вопрос: почему, когда начинает идти снег, первоначальная форма снежинок всегда соответствует шестиконечной звезде? Не знаю, есть ли ответ на него сегодня, но уверен, что такая конфигурация как-то связана с наиболее экономичным способом расположения молекул в кристалле, когда тот образуется в воздухе, где ничто не мешает ему расти в любых направлениях.
В 17 лет Бентли объединил микроскоп с новым устройством – фотоаппаратом, надеясь исполнить свою мечту и запечатлеть красоту снежного кристалла на снимках. Каким-то чудом его отец согласился заплатить сотню долларов за детали, из которых можно было собрать простенькую камеру. Бентли неделями упорно экспериментировал, и вот 15 января 1885 года в дровяном сарае семейной фермы ему удалось проявить первую в мире микрофотографию снежинки.
Наконец Бентли захотелось показать свои снимки кому-то, кто мог бы оценить их по достоинству, и он отправился за 15 километров от дома, в Вермонтский университет в Берлингтоне, чтобы встретиться с профессором Джорджем Генри Перкинсом, биологом и экологом, который уже долгое время здесь преподавал. Профессора Перкинса поразило качество работ Бентли, и он сказал, что тому обязательно нужно написать о них и показать свои снежинки миру. Бентли вернулся домой и попробовал писать, но с досадой бросил это дело. Он снова обратился к Перкинсу с просьбой составить подписи к фотографиям, и в 1898 году в журнале Appletons’ Popular Science Monthly
[7] появилась статья под названием «Исследование снежинок» авторства У. Бентли и Дж. Перкинса. Перкинс, будучи не только ученым, но и джентльменом, писал, что, хотя статью по заметкам и снимкам Бентли составил он, «все факты, теории и иллюстрации выросли из работы и неустанных исследований [Бентли]».
С этой статьи началась карьера Бентли, который посвятил снежинкам всю жизнь. По-видимому, публикация также помогла ему преодолеть сложности с письмом. Бентли написал еще 50 популярных и специальных работ о снеге, которые в 1931 году, в год смерти автора, увенчала книга «Снежные кристаллы» (Snow Crystals), где было опубликовано более 2500 из его пяти с лишним тысяч снимков.
Образование снега только начинается с кристалла. Снежинки часто состоят из сотен кристаллов, столкнувшихся друг с другом по пути из облака вниз. Какого размера получится падающая снежинка, зависит от множества факторов, в том числе от количества кристаллов в облаке, расстояния, которое они пролетят, и температуры. В начале зимы обычно образуются самые крупные снежинки. Позже, при более низкой температуре, кристаллы льда, которые сеют облака, соединяются друг с другом хуже. На морозном воздухе они становятся ломкими, постоянные столкновения по пути вниз повреждают и рушат их замысловатую красивую структуру. Лучики кристаллов обламываются, и тогда снег состоит из их крошечных осколков. Ветер несет фрагменты кристаллов, которые продолжают разрушаться, а на земле прочно соединяются в плотную решетку, при достаточно низкой температуре – около –30 °C – приобретающую структуру и внешний вид пенопласта. И ходить по снегу в сильный мороз все равно что ходить по пенопласту. Снег в этом состоянии можно нарезать плитами – люди веками строили из таких плит зимние жилища.
Плотный снег – прекрасный изолятор. Иглу отлично удерживает тепло от небольшой масляной лампы и человеческих тел, не выпуская его в бездонный теплоприемник – небо над снежной крышей. Ветер не проникает за стены, а в то же время кислород и углекислый газ свободно циркулируют через толщу снега и входной коридор. Коридор позволяет снизить конвекцию, например от ветра, а у входа инуиты устраивают препятствие – возвышение, которое не впускает стелющийся по земле холодный тяжелый воздух. Обычно это возвышение покрывают шкурами северного оленя.
