Многослойная планета
За 4,5 млрд лет Земля в процессе своего формирования разделилась на слои: тяжелые металлы залегают на глубине, более легкие породы – ближе к поверхности. Температура повышается с глубиной, внутри ядра она достигает 4700 °C.
Линии на глобусах и картах
Экватор делит Землю на два полушария, Северное и Южное. Земная ось, проходящая от одного полюса к другому через центр планеты, отклонена от вертикали на 23,5°. Поэтому первые полгода Солнце больше освещает Северное полушарие, а вторые полгода – Южное. Северный тропик проходит там, где в Северном полушарии во время летнего солнцестояния Солнце в полдень поднимается в зенит. Южный тропик – там, где это происходит в Южном полушарии.
Смена времен года
Из-за наклона земной оси происходит смена времен года. Лето приходит, когда Солнце находится над тропиком в вашем полушарии, зима наступает, когда Солнце над тропиком в другом полушарии. Осень и весна – переходные периоды между ними. Дни равноденствия – это два дня в году, один весной и один осенью, когда Солнце стоит прямо над экватором, а ночь и день во всем мире имеют одинаковую продолжительность.
Времена года
Если вы не земледелец, то вам, вероятно, будет трудно осознать всю важность погодных изменений. В древние времена земледельцами были все, и понимание цикличных изменений в природе стало краеугольным камнем формирования нашей цивилизации.
Интиуатана – это священный резной камень в городе инков Мачу-Пикчу (Перу), также известный как «место, к которому привязано Солнце». Его точное предназначение не установлено, но предполагается, что это некие часы или календарь для наблюдения за движением Солнца и других астрономических тел, чтобы определять благоприятные дни и подходящее время для значимых ритуалов, включая жертвоприношение детей.
В каждой культуре есть свои дни пиршества в честь мифологических или религиозных событий. Часто они посвящались личному или общественному совершенствованию, своего рода борьбе добра со злом.
Эти торжества олицетворяли борьбу света и тьмы. Празднества в честь зимнего солнцестояния отмечали переход от самого темного и холодного времени года к более длинным и теплым дням. Весенние праздники посвящались подготовке к посевному сезону, люди доедали последние запасы скоропортящихся продуктов и распределяли остальные ресурсы, чтобы дотянуть до нового урожая. Осенние же празднества, происходившие во время относительного изобилия, предвещали возвращение темного времени и помогали людям противостоять страху перед неизвестностью на пороге новой зимы.
Измерение продолжительности дня
Сельскохозяйственное планирование напрямую связано с календарным годом, определение которому было дано еще на заре цивилизации. Чтобы выращивать урожай земледельцы должны были учитывать изменения природных условий, которые были связаны со временем года, в первую очередь с продолжительностью дня и ночи. Даты проведения таких праздников, как Лори, Рождество и Ханука, совпадают с днем зимнего солнцестояния в Северном полушарии, когда день короче всего. Летние праздники проходят в июне в самый длинный день (день летнего солнцестояния). Пасха, Хэллоуин, Дивали – праздники равноденствия. Эти традиции отражают нашу неразрывную связь с планетой, что лежит в основе исследований, называемых науками о Земле.
Рассвет метеорологии
В индийской мифологии бог Индра, владыка небес (изображен верхом на своем слоне Айравате), отвечает за погоду и часто использует гром и молнии, чтобы преподать смертным урок. В Упанишадах, одном из самых ранних религиозных текстов, созданном около 5000 лет назад, описывается природа Вселенной и пантеон богов; а кроме того, там содержатся первые метеорологические наблюдения с рассуждениями о том, как образуются облака и какие климатические сдвиги происходят в связи со сменой времен года.
Четыре элемента
Идея о том, что окружающий мир во всем многообразии предметов и явлений состоит из набора простых веществ, возникает интуитивно. В древних теориях она излагалась чрезвычайно просто.
Современные химики расскажут, что на Земле обнаружено 90 химических элементов естественного происхождения, хотя некоторые из них – в таком ничтожном количестве, что существуют скорее в теории. Еще 28 элементов созданы искусственно. Представлению об элементах как о веществах, которые нельзя разложить на составляющие, не менее 3500 лет. Древние культуры составляли списки, в которые входили земля, вода, воздух, металл, дерево и огонь. Однако в Западном научном мышлении вплоть до конца XVIII века доминировал список из четырех элементов, составленный греками. В V веке до н. э. греческий философ Эмпедокл изящно изложил эту мысль в своей поэме «О природе»: «четыре есть корня Вселенной: Зевс лучезарный, и Аидоней, и животворящая Гера, также слезами текущая в смертных источниках Нестис». Зевс, верховный бог, олицетворяет огонь небес, его жена Гера – воздух и ветры, Аидоней (или Аид), бог подземного царства мертвых, представляет землю и в течение полугода держит в заточении Нестис (прим. сицилийское имя богини Персефоны) с ее водами, освобождая их по весне, чтобы в поля вернулась жизнь.
Эмпедокл жил во времена, когда так называемая западная философия только зарождалась, поэтому он находился под влиянием пришедших с Востока идей, таких как реинкарнация. Эмпедокл верил, что, накапливая знания, можно прервать круг перерождений, и чтобы доказать это, прыгнул в жерло Этны. Вулкан поглотил его, выплюнув одну сандалию.
Водный мир
Эмпедокл отталкивался от идей первого поколения греческих натурфилософов, возглавляемых Фалесом, предполагавших, что вода – это первичная сущность природных явлений и вещей. Ксенофан, современник Фалеса, обнаружил окаменелые останки морских ракушек и других представителей морской флоры и фауны на камнях далеко от моря и даже в горах. Его находки подтверждали теорию Фалеса. Это говорило о том, что поверхность Земли некогда была покрыта водой и сильно изменялась в далеком прошлом.
Морские окаменелости, найденные на материке вдали от побережья, свидетельствуют о том, что в прошлом Земля менялась. Изменяется ли она сейчас?
Катастрофы Платона
Платона, как философа, больше интересовало постижение границ реального и нереального, чем устройства Земли. Тем не менее в его трудах нашли запись об одном из величайших геологических событий древности.
В диалоге «Государство», посвященном устройству идеального общества, Платон упоминает исчезнувшую страну, где такое общество якобы существовало. Это была Атлантида – остров, на котором обитала развитая цивилизация. Платон рассказал, что из-за землетрясения Атлантида ушла под воды океана, который теперь мы называем Атлантическим. Хотя разрушительные силы Земли действительно грандиозны, Платон был не прав. Более поздние исследования позволяют предположить, что Атлантида – это на самом деле Акротири, город на острове Санторини в восточных водах Средиземного моря, который принадлежал крито-минойской культуре. Большая часть Санторини – а вместе с ним и Акротири – была уничтожена извержением вулкана в XVI веке до н. э., за 1250 лет до изложения событий Платоном.
Статуя Платона перед Афинской национальной академией в Греции.
«Метеорологика» Аристотеля
Если Платона больше занимали идеи, то его ученик Аристотель предпочитал познавать мир эмпирическим путем. Подход Аристотеля лег в основу метеорологии и нескольких других наук.
В 350 году до н. э. Аристотель, – ученик Платона и влиятельный мыслитель своего времени, а также по меньшей мере последующего тысячелетия – написал трактат «Метеорологика», больше известный как «Метеорология» Аристотеля. В результате существовавшего заблуждения слово «метеорология» в современном английском языке буквально означает «изучение метеоров». Под метеорами Аристотель подразумевал атмосферные явления – погоду, – однако в его дни к ним причислялись и падающие звезды. Сегодня мы знаем, что эти короткие вспышки света в ночном небе – астрономическое явление, вызванное попаданием частиц пыли (а иногда и более крупных объектов) из космоса в атмосферу. Вопреки ошибочно закрепившемуся названию, современные метеорологи не изучают метеоры.
Помимо погоды «Метеорология» затрагивает все науки о Земле: геологию, геодезию (науку о форме и размерах Земли), гидрологию – науку о водных пространствах и движении воды в природе.
Аристотель мог видеть как течение рек, так и хорошо заметные морские течения, но его наблюдения пока не позволяли сделать вывод о круговороте воды в природе.
Силы стихии
Мы до сих пор говорим про погоду, особенно плохую, – «стихия разбушевалась», и Аристотель бы это одобрил. Метеорология стремилась к пониманию того, почему в природе постоянно происходят изменения. Согласно теории Аристотеля, причина кроется в борьбе четырех основных элементов между собой. Природные явления – это результат того, что каждый элемент стремится занять свой уровень. На нижнем уровне находится земля, о чем свидетельствуют суша и морское дно. Затем вода, покрывающая скалистую поверхность, потом – воздух, из которого состоит небо, и наконец кольцо огня, образовавшее границу между небесами и Землей по эту сторону Луны.
Аристотель утверждал, что такие природные явления, как молния, происходят, когда элементы отделяются друг от друга, переходя в чистое состояние.
На глубину
Наследие Аристотеля не знает себе равных. Он не только заложил основы большинства естественных наук, но также был наставником Александра Македонского, одного из величайших полководцев, создателя великой империи. Говорят, что в 332 году до н. э. Александр, воспользовавшись заметками учителя о том, как ныряльщики за губками продлевают время своего нахождения под водой, послал диверсантов внутри водолазного колокола, чтобы разрушить морскую оборону города Тира (современный Ливан). Говорят, что Александр и сам совершил разведывательное погружение (см. рисунок), которое некоторые считают первой океанографической экспедицией (но слухи о том, что он использовал стеклянный колокол, совершенно необоснованны).
Сферический мир
Представление Аристотеля о многослойности нашего мира опирается на знание о сферической форме планеты. Греки считали сферу наиболее гармоничной формой из-за очевидной геометрической простоты. Однако Аристотель нашел доказательства того, что наша планета шарообразна: когда корабль уходит за горизонт, сначала скрывается его корпус, а в последнюю очередь – мачта. Это происходит из-за того, что поверхность Земли закругляется. И что особенно показательно, во время лунного затмения тень Земли на Луне всегда круглая. Ни одна другая форма, кроме сферы, не может отбрасывать такую тень.
Эта идея выглядела крайне убедительно, потому что подтверждалась самыми примитивными наблюдениями. Например, когда шел дождь, вода отделялась от воздуха и падала вниз. Вспышки молний и хвосты метеоров – это огонь, который высвобождался из воздуха. Дерево горело, потому что представляло собой смесь земли, огня и воздуха. Огонь отделялся в виде языков пламени, воздух в виде дыма, а пепел был земной составляющей. В конце концов, говорил Аристотель, все четыре элемента полностью разделятся, и с их переходом в идеально чистое состояние наступит конец всего сущего. Философы спорили о том, уравновешивается ли разделение элементов смешиванием, в то время как ученые видели в этой теории много неувязок. Если горение – это высвобождение вещества, почему некоторые материалы становятся тяжелее? Истинное наследие Аристотеля в том, что наука доказала его неправоту.
Путешествие Пифея
В нашем маленьком мире, где все давно открыто, путешественникам часто приходится придумывать себе цель, которой нужно достичь. Вот и их предшественник Пифей сделал нечто подобное 2350 лет назад, когда отправился на поиски полюса холода. Он нашел его на скованном льдом острове, которому дал название Туле.
Считалось, что четыре классических элемента – это нечто большее, чем набор физических свойств. В различных культурах им приписывали эмоциональные и магические качества. Когда речь шла о погоде и других естественных процессах, жара и холод имели решающее значение. Главным источником тепла, очевидно, служило Солнце, и согласно философии гармонии греки полагали, что холод возникал в противоположном месте – в центре Земли.
На этой фреске, найденной на развалинах Помпеи, римского города, уничтоженного вулканом в 79 году н. э., изображен земной шар с венчающей Северный полюс горой, которая, вероятно, изображала источник холода, а позднее стала считаться магнитной горой.
