20. Колесо пассатов

Эдвард Лоренц, метеоролог, в войну служивший синоптиком в американской авиации, в начале 1961 года гонял на ламповой вычислительной машине игрушечную погоду. Модель была из дюжины чисел вроде температуры, давления и ветра: машина пересчитывала их шаг за шагом и печатала строками. Погода в строках походила на настоящую и никогда не повторялась. Чтобы рассмотреть один кусок подробнее, Лоренц ввёл числа с середины старой распечатки и ушёл за кофе. Через час машина насчитала около двух месяцев модельной погоды. Первые дни новая распечатка повторяла старую, потом отошла от неё, а во втором месяце сходства не осталось.

Машина была исправна. Распечатка показывала три знака после запятой, а в памяти хранилось шесть, и Лоренц набрал округлённые. Разница в десятитысячных долях росла сама и примерно каждые четыре модельных дня удваивалась. Погода оказалась хаосом с законами: всё в ней задано правилами, но крошечная неточность на входе со временем дорастает до размеров самой погоды. В средних широтах на это уходит около двух недель. Лучшие прогнозы сегодня держатся дней десять, и даже вдесятеро более точные измерения дотянули бы их только до стены, но не дальше. Эту стену ставит сама атмосфера, а не слабость машин.

Климату нужны двое: планета и её звезда. Планета дала вращающийся шар с самыми лёгкими и подвижными оболочками, воздухом и океаном. Солнце работает краном, который не закрывается, и греет неровно: экватор сильнее, полюса слабее. Пока кран открыт, воздух и вода не могут успокоиться. Каменный регулятор из прошлой главы всё ещё крутится под всем этим, но переключается так медленно, что воздух и вода его не замечают.

У экватора нагретый воздух поднимается выше, чем летают самолёты, растекается в вышине к полюсам и опускается около тридцатой широты. Опускаясь, он сжимается, греется и сохнет, и на этих широтах по обе стороны экватора поясом лежат Сахара, Аравия, Калахари, пустыни Австралии и Атакама. У земли воздух возвращается к экватору постоянными ветрами тропиков, пассатами. Полоса между тридцатыми широтами занимает ровно половину поверхности шара: два таких колеса накрывают полпланеты. Ни одна молекула не знает, где Сахара. Она поднимается, потому что нагрелась, и опускается, потому что остыла, а пустыня получается у колеса целиком. Воздух проходит сквозь колесо и уходит, а колесо стоит на месте.

Колесо носит имя Джорджа Хэдли, юриста по образованию, который в 1735 году на двух страницах объяснил, почему пассаты дуют с востока. Воздух, идущий к экватору, приходит с широт, где земля под ним движется медленнее, и отстаёт от неё. Посчитал он с ошибкой: расчёт поправили только через сто лет, но мысль была верной.

Одно колесо до полюса не достаёт: в каждом полушарии их три, и на стыках в вышине дуют струйные течения, ветровые реки со скоростью в сотни километров в час. В феврале 2020 года такая река донесла рейсовый «Боинг» из Нью-Йорка в Лондон меньше чем за пять часов. Ширину колёс задаёт вращение. Венера поворачивается вокруг оси медленнее, чем обходит Солнце, и её тропические колёса тянутся почти до полюсов. Юпитер оборачивается меньше чем за полдня, и воздух на нём дробится на полосы, которые видно в школьный телескоп.

Колёса умеют и качаться. В 1899 году в Индии провалился муссон, летний ветер, который поворачивает с моря на прогретую сушу и несёт дожди. Голод унёс, по разным оценкам, от одного до нескольких миллионов жизней. Через пять лет главой обсерваторий Индии стал кембриджский математик Гилберт Уокер по прозвищу Бумеранг: он сам запускал бумеранги и изучал их полёт. Чтобы научиться предсказывать муссон, он годами перебирал связи давления и дождей по всей планете и нашёл качели, которые назвал Южным колебанием: когда давление над Тихим океаном растёт, над Индийским падает. Муссон по его формулам предсказывался плохо, коллеги упрекали его в связях без механизма, и он умер, так и не узнав, что качается.

После его смерти механизм нашёл норвежский метеоролог Якоб Бьеркнес. Пассаты гонят тёплую воду на запад, к Индонезии, а у берегов Перу на её место поднимается холодная из глубины. Ослабли пассаты — холодной воды поднимается меньше, восток теплеет, разница между краями океана падает, и пассаты слабеют ещё. Вода и ветер раскачивают друг друга, как двое на одной доске, а потом петля так же сама разворачивается обратно. Тёплую воду у Перу рыбаки звали Эль-Ниньо, Младенцем, потому что она приходила к Рождеству. Качели Уокера и тёплая вода оказались одной петлёй. Она повторяется раз в два-семь лет, хотя такого периода не задают ни Солнце, ни календарь, и приносит разом засуху в Индонезию и ливни в Перу.

Погоду на месяц вперёд не угадать, а Эль-Ниньо предсказывают за месяцы. Климат — статистика погоды: средние, разброс, частота крайностей. Никто не скажет, пойдёт ли дождь в какой-то день следующего июля, но июль точно будет теплее января. Память климата живёт в океане. Он в сотни раз тяжелее атмосферы, и чтобы нагреть на градус слой воды высотой с комнату, нужно столько же тепла, сколько на весь воздух над ним.

Медленная часть умеет и перескакивать. В Атлантике тёплая солёная вода идёт у поверхности на север, у Гренландии остывает, тяжелеет, тонет и уходит на юг по глубине. Этот конвейер несёт в десяток с лишним раз больше воды, чем все реки Земли вместе. Ещё в восьмидесятых геохимик Уоллес Брокер предупреждал, что такой насос может выключаться скачком.

Улики лежали во льду. В начале девяностых группа датчанина Вилли Дансгора прочла трёхкилометровый ледяной столб из центра Гренландии. В последнюю ледниковую эпоху климат не сползал, а прыгал: раз за разом температура над Гренландией подскакивала на пять, десять, а то и шестнадцать градусов за несколько десятилетий, на глазах одного поколения, а потом веками сползала назад. Это скачки над Гренландией, а не над всей планетой, и что их включало, до конца не выяснено.

Порог, за которым часть климата сама уходит в другое состояние и не возвращается, даже если толчок убрать, называют точкой опрокидывания. Так ведёт себя стул на двух ножках: пока наклон мал, он встаёт обратно, а за точкой равновесия падает сам. Тим Лентон с коллегами составили список таких частей: конвейер, ледяные шапки Гренландии и Западной Антарктиды, Амазония, муссоны. Что скачки бывают, доказал гренландский лёд. Где и когда случится следующий, спорят: для конвейера оценки расходятся от ближайших десятилетий до «вряд ли в этом веке».

Колёса климата решают, где встанут леса, а где пустыни, куда придут дожди и урожаи. Отсюда ветка тянется к жизни, и жизнь ответит: переделает состав воздуха, а с ним и сам климат. Амазония из списка Лентона стоит ровно на этом стыке.

Колёса держатся, пока греет Солнце и крутится шар. Шар при этом крутится всё медленнее, хоть нам этого и не заметить. Его понемногу тормозят приливы, которые гоняет по тому же океану Луна.