При сравнении температур поверхности Земли и других планет Солнечной системы (не говоря уже о звездах) обнаруживается удивительное постоянство температуры на Земле. При этом постоянство сохраняется от суток до геологических эр. Прямое следствие такой особенности нашей планеты - исключительное разнообразие жизни, особенно в экваториальной зоне, сложность сообществ организмов и многосотнемиллионолетний их возраст. Но в мире нет ничего постоянного, и применительно к температуре Земли это означает, что температура колеблется, по космическим меркам, в очень узком диапазоне - всего от нескольких до десятых и сотых долей градуса. Вместе с тем температура отдельных точек поверхности Земли разнится значительно больше, но эти колебания разнофазны и на планете в целом взаимно компенсируются. Однако не полностью.

Годовые вариации температуры на Земле выравниваются главным образом за счет переноса тепла воздухом (ветры) и водой (океанические течения). При полном постоянстве температур естественным было бы их точное повторение в один и тот же день из года в год. Этого не случается по множеству причин. Среди них выделить главные и второстепенные со всей определенностью пока не удалось. Ведь есть причины, действующие в прямо противоположных направлениях. И это еще больше затрудняет отыскание закономерности в терморегуляции Земли. Практическое же значение этой закономерности огромно, особенно в эпоху гигантских современных воздействий на климат Земли в результате хозяйственной деятельности человеческого общества. В исследовании этой закономерности важнейшей основой может стать закон сохранения энергии.

Из космоса на Землю поступает примерно в 3000 раз больше энергии, чем из недр планеты. Почти вся она рождается Солнцем. Из глубин Галактики с метеоритами поступает не более миллионной доли потока энергии. Космическая энергия столь мала, что не влияет на режим температуры Земли. Правда, в геологическом прошлом кратковременно мог возрастать поток звездной радиации из-за вспышек сверхновых в окрестностях Солнца.

Из тела Земли поток энергии идет главным образом с водой горячих источников, выбросами вулканических газов, пеплов и лав. Около четверти этого потока составляет тепло разогретых толщ мантии и более глубоких слоев земного вещества.

Вблизи земной поверхности, поглощающей ²/₃ космической энергии, тепло возникает в результате приливного трения в океане и атмосфере. Ныне к нему добавилось тепло от сжигания ископаемого топлива. Его уже больше, чем расходуется на образование торфа, химическое и физическое выветривание коренных пород, но температуру Земли оно повышает всего на тысячные доли градуса.

Все потоки энергии непостоянны. Самый неустойчивый - поток энергии вулканизма. При катастрофических извержениях он возрастает в десятки раз, но ненадолго, и влияние его на температуру Земли ничтожно. Косвенное же влияние извержений намного сильнее: рассеянная высоко над землей мелкая вулканическая пыль экранирует земную поверхность от солнечной радиации, температура ее снижается. Самые сильные из известных вулканических взрывов -Тамборо (1815 г.), Кракатау (1883 г.), Катмай (1912 г.) - снижали инсоляцию и температуру поверхности Земли (на десятые доли градуса) всего на несколько месяцев.

Особенно устойчив поток молекулярного тепла из недр планеты. Его изменения известны лишь из теоретических расчетов и характеризуются миллионолетними периодами.

Итак, колебания земных потоков энергии для терморегуляций земли несущественны. А какова роль колебания потока солнечной радиации и условий его поглощения планетой?

Светимость Солнца лишь кажется неизменной. В действительности на нем ритмически образуются менее горячие участки - пятна. При этом инсоляция уменьшается очень незначительно, и надежных данных об изменениях температуры Земли при увеличении числа пятен нет. Кроме пятен на Солнце возникают и более горячие, более яркие участки - факелы. Число таких участков много больше, чем пятен, обширнее и площади факелов, но существуют они менее продолжительное время. Замечено, что максимум излучения Солнца приходится на время некоторого оптимального сочетания пятен и факелов, после чего светимость снижается из-за роста площади пятен. Колебание потока солнечной радиации не превышает 3% и прямых подтверждений колебаний температуры на Земле из-за изменений блеска Солнца не получено. Ученые до сих пор спорят о том, влияет ли это свойство Солнца на температуру Земли. Большинство склонно отрицать такое влияние.

Значительно более мощный фактор терморегуляции Земли, описанный автором в 1971 и 1974 гг., - процесс изменений отражательной способности (альбедо) Земли под воздействием корпускулярных потоков от хромосферных вспышек на Солнце. Из астрономических наблюдений в 1911 —1958 гг. обнаруживается, что в эпохи обильных хромосферных вспышек альбедо Земли уменьшается, она поглощает больше солнечной радиации, ее температура должна быть выше. В годы минимума вспышек альбедо возрастает, и температура, по видимому, снижается. Подтверждение этого процесса требует сложных расчетов, которые еще предстоит выполнить.

Сильным терморегулирующим свойством обладают также колебания величины приливообразующей силы океанов с периодами до 1850 лет.

Изменения режима приливообразования вызывают флуктуации течений: размеров положения и температуры струй. В свою очередь они влияют на направления перемещений циклонов и антициклонов в атмосфере, осложняя температурный режим, маскируя его зависимость от солнечной активности (пятна, факелы и др.).

Еще одна группа важных терморегулирующих механизмов вызвана вариациями параметров земной орбиты и наклона оси вращения планеты к плоскости ее орбиты. Периодичность действия каждого из них и их сочетаний измеряется десятками и сотнями тысячелетий. Есть веские основания объяснять действиями этих факторов возникновение и распад крупных ледниковых покровов на суше умеренных широт северного полушария Земли и горных ледников в других тепловых поясах планеты.

Еще более мощный фактор терморегуляции на Земле - изменения площади и рельефа суши, а также ее географического положения на земной поверхности. Дело в том, что водная поверхность отражает падающую на нее солнечную радиацию слабее, чем суша. Следовательно, чем больше площадь водной поверхности, тем меньше альбедо, тем больше солнечной энергии поглощается Землей. Над водными пространствами вертикальные движения воздушных масс ослаблены, а потому образование устойчивых облачных систем затруднено. Обширные площади суши повышают отражательную способность Земли, увеличивают засушливость климата, рост суточного и годового хода температуры и понижают ее в среднем за год. Геологическая история подтверждает эту закономерность. Тектонические процессы радикально изменяют природные условия на планете. Видимо, именно они на протяжении многих миллионов лет подготавливали условия для возникновения на Земле крупных ледниковых покровов в Антарктиде и в полярной области северного полушария.

Однако основная роль в терморегуляции Земли принадлежит ее матери - Солнцу. Развитие звезд типа Солнца свидетельствует о постепенном разогревании центрального тела нашей планетной системы. За время ее существования светимость (блеск) нашей звезды возросла примерно на 20 - 30%. Соответственно возрастала и температура поверхности планеты. Монотонным это возрастание температуры не было не только потому, что неоднократно, изменялось устройство ее поверхности, но и потому, что существенно менялся состав газов атмосферы Земли. До возникновения кислородной атмосферы углекислый газ был не примесью в ней, как теперь (0.3%). а одним из основных компонентов. И потому так называемый оранжерейный эффект был выражен намного сильнее, нежели сейчас. Так что пониженная светимость Солнца могла компенсироваться мощным противоизлучением атмосферы. Земля как бы куталась в собственную шубу, чтобы не очень мерзнуть у медленно разгоравшегося космического костра.

Современная хозяйственная деятельность основана на потреблении горючих ископаемых. Сжигая углеродное топливо, человечество повышает долю двуокиси углерода в атмосфере, усиливает ее противоизлучательную способность - утепляет газовую шубу планеты. Последствия этого уже весьма ощутимы. После непродолжительного периода некоторого снижения планетной температуры - на несколько десятых градуса в течение двух десятилетий по сравнению с эпохой длительной температурной аномалии 30 - 40-х годов - она вновь стала повышаться. Это повышение началось примерно на 20-30 лет раньше, нежели его ждали на основе гипотез о ритмичности солнечной активности. Господство существующей технологии и структуры производства энергии до конца столетия не вызывает сомнений. Рост производства также. Нетрудно подсчитать, что к началу следующего века превышение температуры вблизи поверхности Земли поднимется примерно на 1° (по сравнению с концом прошлого века) и будет сопровождаться повышением уровня океана примерно на 20 см. Это, возможно, вызовет более частые наводнения у низменных берегов приморских стран. Чтобы «шуба» не стала слишком теплой, нужно как можно быстрее развивать электроэнергетику на ядерной основе (другие крупные источники энергии пока несовершенны и дороги) и другие, главным образом комплексные, меры по охране природы, и в частности по защите атмосферы.