Довольно рано исследователи поняли, что ключ к тайне ледниковых периодов надо искать как раз в движении Земли по околосолнечной орбите. В 1842 г. первую попытку предпринял французский математик Жозеф Адемар в своей книге «Возмущение моря». Адемар предположил, что в прошлом Земля успела пережить не один ледниковый период, которыми она обязана форме своей орбиты и прецессии равноденствий (см. определение возраста пирамид в главе 4). Из-за формы земной орбиты и некоторого смещения Солнца от центра северному полушарию сейчас достается чуть больше летних дней, чем зимних. В результате, согласно выводам Адемара, в Антарктиде увеличивается число темных зимних ночей, и, получая с каждым годом меньше тепла, она постепенно охлаждается.
За наступление ледникового периода, по мнению Адемара, прежде всего отвечает прецессия равноденствий. Как мы уже говорили выше, в ходе этого процесса меняется ориентация планеты, которая влияет на соотношение времен года при обращении Земли вокруг Солнца в течение цикла в 26 000 лет. Адемар знал, что в настоящее время северное полушарие в летние месяцы наиболее удалено от Солнца, однако через 13 000 лет картина сменится на прямо противоположную. Он утверждал, что в результате этих процессов ледниковый период должен наступать в том полушарии, которое в зимний период наиболее удалено от Солнца. Ледниковые периоды возникают в разных полушариях в разное время.
Предположение было смелым, однако абсолютно ошибочным. К 1852 г. стало известно, что на количество тепла, получаемого от Солнца в течение года, — солнечное излучение или инсоляцию — прецессия никак не влияет. Оба полушария получают за год абсолютно одинаковое количество солнечного тепла. Значит, ледниковый период не мог быть вызван прецессией. Но в одном Адемар оказался прав. В 1860-1870-х гг. геологи начали находить фрагменты растений между остаточными ледниковыми рельефами в Шотландии и Северной Америке, доказывающие, что Великий ледниковый период был не один. Адемар посеял зерно истины. Однако как докопаться до остального?
Эстафету подхватил британский ученый Джеймс Кролл. Это был удивительный человек. Он сменил несколько профессий: работал колесным мастером, продавцом чая, гостиничным управляющим, пока не устроился в 1859 г. в возрасте 38 лет вахтером в Андерсоновский колледж и музей в Глазго. Ему отчаянно требовался доступ в институтскую библиотеку. В 1864 г. вахтер выпустил свою первую монографию на тему многократных ледниковых периодов. Он утверждал, что основной причиной их наступления стало изменение формы земной орбиты (ее «эксцентричность») с эллиптической до почти круговой и снова на эллиптическую в течение 100 000 лет. Однако, в отличие от Адемара, Кролла не интересовало количество получаемого Землей за год тепла.
Для Кролла значение имело другое: как тепло распределяется в течение года. Из-за обращения вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите Земля в одно время года получает больше тепла, чем в другое. В наиболее удаленной от Солнца точке орбиты зима на Земле получается крайне лютой. Кролл утверждал, что для образования массивного снежного покрова требуется несколько холодных зим подряд при движении по сильно вытянутой эллиптической орбите. Растущие снеговые шапки, обладающие отражающими свойствами (альбедо), будут отражать все больше и без того скудные солнечные лучи. Поэтому станет еще холоднее. Прецессия могла влиять на процесс лишь в то время, когда эксцентричность орбиты была достаточно высока. Когда это происходило (и в этом Кролл поддерживает Адемара), ледниковые периоды накрывали разные полушария в разное время.
Поскольку в то время орбита считалась более приближенной по форме к окружности, Кролл утверждал, что с влиянием прецессии можно не считаться. Орбита была недостаточно эллиптической, чтобы на планете нарос достаточный слой льда для наступления ледникового периода.
Однако Кролл на этом не остановился. В 1875 г. он ввел в уравнение третью и последнюю астрономическую характеристику вращения Земли — изменение угла наклона планеты, или «нутацию». К концу XIX в. уже стало известно, что ось наклона может «качаться» вперед-назад от 21,5° до 24,5°. Кролл предположил, что при большем угле наклона ледниковый период менее вероятен, поскольку полюса в течение года будут получать больше тепла. Совокупность этих факторов подсказывала Кроллу, что со времени последнего ледникового периода на Земле должно было пройти по меньшей мере 80 000 лет. С тех пор на планете наблюдалось относительное потепление, так называемый межледниковый период. Теперь требовалось независимым путем установить время последнего ледникового периода. Не забывайте, дело происходило задолго до появления радиоуглеродного метода, который начали применять лишь в середине XX в. А пока исследователи опирались на показатели интенсивности отложения наносов и эрозии, вычисляя, сколько лет ушло на образование озерных дельт и водопадов с момента таяния льдов. Результаты получались самые приблизительные, с невероятными погрешностями, однако в общем и целом они сходились где-то между 10 000 и 20 000 лет назад. Можно ли верить таким результатам? Если да, то они наносят сокрушительный удар орбитальной теории.
В конце XIX в. было обнаружено, что во многих озерах, питаемых ледниковыми водами, образуется строго определенная картина донных отложений. Ледники редко состоят из чистого льда. Обычно они содержат большое количество минеральных вкраплений разного размера, которые попадают в тело ледника из перепаханного им рельефа. Весной и летом часть льдов тает, и вода с каменным крошевом стремится в прилегающие озера. Тяжелые частицы песка первыми оседают слоем на озерном дне. Затем, до следующей весны, по мере того как таяние убывает, на этот нижний, более грубый слой оседает более легкая и мелкая взвесь.
В это время шведский ученый Герард де Геер обнаружил слои такого рода в древних озерных отложениях на территориях, которые когда-то были покрыты ледниками. Он пришел к выводу, что регулярные отложения грубого и мелкого песка, как и годичные кольца у деревьев, отображают отдельные годы. Де Геер ввел термин «варва» (годичный слой отложений) и выдвинул мысль, что по этим слоям можно вычислить, сколько лет ледник питает озеро. Поскольку варвы зависят от количества растаявшего льда, толщина слоев меняется от года к году, от миллиметра до нескольких сантиметров. В соседних, сообщающихся озерах должна наблюдаться сходная картина отложений, поскольку питающие их ледники подвергались одним и тем же климатическим воздействиям. А значит, как и в дендрохронологии, можно создавать сравнительные и перекрестные шкалы.
С 1878 г. де Геер выводил на полевые исследования в шведские долины целые армии студентов, которые должны были сравнивать варвы озер, образовавшихся в местах отступления ледников в конце последнего ледникового периода. С тех пор озера успели высохнуть, и, к счастью для де Геера, их дно теперь прорезано ручьями и потоками, которые обнажили донные отложения. К 1910 г. ученый мог с уверенностью утверждать, что когда-то вся Скандинавия была покрыта огромной ледяной шапкой. Тут-то и вскрылась ошибочность датировки. Отступление ледников началось примерно 10 000 лет назад, а не 80 000, как предполагал Кролл, — в этом и состоял основной промах орбитальной теории.
Решить загадку оказалось под силу одному человеку — сербу по имени Милутин Миланкович, который большую часть Первой мировой войны провел за переосмыслением идей Кролла. В 1920 г. Миланкович вычислил совокупное воздействие эксцентричности, то есть изменения формы орбиты (в рамках 100 000 лет), нутации (за 41 000 лет) и прецессии равноденствий (за 26 000 лет) на количество солнечного тепла, полученного разными земными широтами за последний миллион лет. Миланкович считал, что ключ к разгадке надо искать в высоких широтах, в частности на 65° северной широты: именно там сильнее всего менялось количество получаемого солнечного тепла.
Самое же главное открытие, позволившее Миланковичу сделать шаг вперед, состояло в следующем: он сообразил, что сохранению снежного покрова до следующей зимы способствовали низкие летние температуры. Только при значительном устойчивом снижении максимальных температур лед мог не таять и накапливаться. В этом Миланкович противоречил Адемару и Кроллу, утверждавшим, что начало ледникового периода обуславливают морозные зимы. Результат получился ошеломляющим. Вопреки прогнозам предшественников, считавших, что ледниковый период закончился 80 000 лет назад, Миланкович датировал отступление ледников 10 000 лет назад, в полном соответствии с данными, полученными де Геером и другими.
Таким образом подтвердился возраст последнего ледникового периода, но как быть с остальными? Если ледники наступали не единожды, может ли орбитальная теория помочь в их датировке? Загвоздка состояла в том, что результаты расчетов никоим образом нельзя было перепроверить по земному рельефу. Последний ледник уничтожил почти весь рельеф, созданный своими предшественниками. Лишь кое-где
