Если поверхность раздела жидкости и пара исчезает (то есть океана больше нет), всем ограничениям приходит конец: температура может подниматься и опускаться до любых значений. Когда холодным сырым вечером столбик термометра начинает опускаться, в определенный момент похолодание прекращается (хотя из-за сырости кажется, что очень холодно). Пар из воздуха начинает конденсироваться на мокрых ветках, оседать в виде росы на траву и на одежду. Может даже начать моросить мелкий дождь. Все эти капли и аэрозоли имеют свои поверхности. Температура перестает снижаться, когда формирование таких поверхностей приводит к равновесному значению величины, называемой энтропией (я не буду даже пытаться объяснять это понятие, потому что сам его не понимаю). В сухой пустыне, где относительная влажность составляет примерно 20 %, в теплый солнечный день температура может резко упасть ниже точки замерзания, потому что там нет воды, чтобы конденсироваться. Кроме того, поскольку там меньше молекул H2O, поглощающих инфракрасное излучение, тепло уходит быстрее, и по ночам очень холодно. Такого не может случиться в тропических джунглях или на богатой углекислым газом болотистой планете.
Приведу еще один знакомый всем пример: поставленная в морозильник банка с водой быстро охлаждается до 0 ℃ и потом остается при этой температуре, пока вся вода не замерзнет. Только полностью затвердев, лед продолжит охлаждаться дальше. В процессе превращения в твердое тело содержимое банки расширяется на 9 %, поэтому, если банка наполнена доверху и закрыта, она лопнет. Расширение льда не только губит банки и заставляет лед плавать по поверхности океанов и озер; также оно является одной из важнейших эрозионных сил на Земле. Вода находит себе путь вглубь горных пород, а затем замерзает, и, расширяясь, крошит их. Именно так в Италии добывают мрамор: зимой заливают воду в щели, которые предварительно высекли в камне. Вода твердеет и расширяется, прикладывая огромную и достаточно ровно распределенную силу. Циклическое замерзание и таяние воды, а также тот факт, что ее молекулы притягиваются друг к другу (поскольку они полярны – то есть несут асимметрично расположенные заряды), являются причиной самых разных геологических процессов: от появления из земли валунов в любом месте, где происходит цикл глубокого промерзания-оттаивания грунта
[158], до прорастания в арктических регионах бугров пучения, когда массивы льда до сотен метров в диаметре выдавливаются из земли, как прыщи, из-за накапливания воды вокруг постоянно замерзшего ядра.
* * *
Землю иногда называют планетой Златовласки
[159]: не слишком горячая, не слишком холодная
[160]. Она обращается вокруг стабильной звезды в зоне обитаемости и имеет атмосферу с давлением в один бар
[161], состоящую в основном из азота (78 %), кислорода (21 %), почти 1 % аргона, 0,041 % углекислого газа, а также меняющейся доли водяного пара, которая зависит от температуры, давления и местоположения. На уровне моря она обычно составляет 1 %. Без этого атмосферного одеяла средняя температура у поверхности претерпевала бы резкие колебания вокруг среднего значения в –18 ℃. Океаны бы замерзли.
С начала индустриальной эпохи следовое содержание углекислого газа выросло более чем на 40 %, так как наши двигатели сжигают при работе ископаемое углеродное топливо (нефть, газ и уголь). СО2, основной продукт процесса внутреннего сгорания – газ невидимый (в том смысле, что волны видимого света с ним не взаимодействуют) и в целом весьма инертный. Он не вредит нам, пока не начинает вытеснять кислород, которым мы дышим. Растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и воду, производя атмосферный кислород (О2), а также органические компоненты биома и источники энергии (углеводы), необходимые для растительной и животной жизни, основанной на соединениях углерода
[162].
СО2 – это парниковый газ, и в нашей атмосфере его сейчас слишком много. Видимые (желтые) лучи Солнца проходят сквозь него, чтобы согреть поверхность Земли и океана. Но идущему в обратном направлении инфракрасному излучению согретой поверхности пробиться через него уже сложно. Именно по этой причине небо непрозрачно для астрономических наблюдений в инфракрасной части спектра
[163]. На самом деле самый мощный парниковый газ – это вода, но ее вклад в потепление вторичен. Когда температура низка, воздух становится суше и таким образом вода не оказывает заметного эффекта. Когда тепло, атмосфера содержит больше водяного пара, что усиливает парниковый эффект.
