На северо-западе США 18 мая 1980 года произошло извержение вулкана Сент-Хеленс (Святая Елена). В результате извержения в атмосферу был выброшен большой шлейф пепла. Он быстро распространился над восточной частью штата Вашингтон, а также над соседними штатами Айдахо и Монтана. Измерения на метеорологических станциях позволили установить, что дневная температура (но не средняя!) в местностях под облаком пыли уменьшилась на 8 °C. Причина ясна — уменьшилось солнечное излучение, которое нагревало земную поверхность и нижнюю атмосферу. В то же время ночная температура под облаком повысилась на 4–6 °C. Это тоже понятно — облако заэкранировало Землю и тепло от нее труднее излучалось в сторону космоса. Рассеивание излучения происходило на частицах, из которых состояло облако. Их по оценкам специалистов было около двух миллионов тонн. Размеры их составляли от 1 до 10 мкм (микрометров). Более мелких частиц было значительно меньше. Частицы таких размеров, из которых состояло облако, очень эффективно поглощают и вновь испускают тепловое излучение. Поэтому облако и не давало ночью земной поверхности остывать.

Более мощным было извержение вулкана Тамбора, которое произошло в 1815 году в Индонезии. При этом взрыве в атмосферу поступило 150–180 кубических километров пепла и пемзы. Но об этом извержении имеется меньше фактических данных, поскольку мировой сети наблюдений за погодой еще не было. Однако достоверно известно, что летом 1816 года в Европе и Северной Америке была столь низкая температура, что этот год назвали «годом без лета». В результате был нанесен существенный ущерб природе. Пострадали и люди. Многие тысячи людей в регионах, очень далеких от места взрыва, погибли от голода, поскольку резко снизилась урожайность.

Несмотря на то, что специальных наблюдений за погодой и климатом не велось, ученые находят возможность получить информацию не только об изменении климата, но и о самих извержениях. Для этого изучают слои льда, который оставался нетронутым тысячи лет, то есть крупных ледников, которые сформировались за очень продолжительное время. Причем проводят тщательный химический анализ состава льда. Так определяют в слоях льда соединения серы, которые попали на поверхность льда из атмосферы после взрывов вулканов. Слой за слоем ледник записывал информацию (причем достаточно подробную) об извержениях вулканов, о составе выбросов, а также о времени, когда это происходило.

Таким методом специалисты установили, что в 536 году произошло очень сильное извержение взрывного типа. В исторических записях позднеантичного времени говорится о том, что в этом году в атмосфере образовалась малопрозрачная пелена, которая сохранялась целых два года. Очевидцы писали, что яркость Солнца из-за этой пелены снизилась до яркости Луны. Установлено также, что извержение произошло в тропическом поясе. Об этом можно судить по тому пути, который прошло облако (и оставило свои следы). Специалисты заключают, что аэрозольное облако от извержения этого вулкана было примерно вдвое более плотным, чем то, что было выброшено в атмосферу при взрыве вулкана Тамбора. Не вызывает сомнения, что при этом произошли значительные климатические изменения, но конкретных данных мало. Известно только, что в том году не вызрели фрукты в странах Средиземноморского бассейна и Месопотамии.

Примерно в 1500 году до нашей эры произошло извержение вулкана на острове Санторин в восточной части Средиземного моря. Историки полагают, что вызванная извержением этого вулкана климатическая катастрофа привела, в частности, к гибели высокоразвитой крито-микенской цивилизации, которая до этого времени процветала. В Библии говорится «о тьме египетской».

Можно не сомневаться, что за продолжительные интервалы времени, длящиеся целые геологические эпохи, имели место и намного более мощные извержения вулканов. Последствия таких извержений не могли не быть катастрофическими.

До сих пор мы говорили об отдельных, единичных извержениях вулканов. Это естественно — они более вероятны. Но когда речь идет о длительных интервалах времени (миллионы лет), то надо учитывать и парные или тройные извержения. Вероятность их за такое продолжительное время отнюдь не равна нулю. Кроме того, надо иметь в виду, что в течение геологических периодов вулканическая активность менялась. В определенные интервалы она была значительно выше, чем сейчас. По этим причинам количество аэрозоля, который поступает в атмосферу от взрывных извержений вулканов за одно десятилетие, примерно в 10–20 раз больше того количества аэрозоля, которое поступило в атмосферу от вулкана Кракатау. Земной термос — воды Мирового океана — зависит от количества воды в океане. А это количество за всю историю Земли менялось очень сильно. Когда воды было мало — термос работал плохо и температура уменьшалась очень сильно. Во всяком случае, не менее чем на 5 °C, в результате чего неизбежно должны наступить катастрофические последствия для биосферы.

Специалисты оценили, что если аэрозольное облако будет существовать десяток лет (взрывы идут один за другим), то термос не справляется со своей задачей и наступление глобальной климатической катастрофы в этом случае становится неотвратимым. Конечно, раньше были и другие ситуации, когда извержение вулкана было единичным, но оно было в десять раз мощнее, чем извержение вулкана Кракатау. Ясно, что последствия для климата были не менее трагичными. Специалисты научились определять по количеству аэрозольных частиц то понижение температуры, которое оно вызовет. Так, во время извержения вулкана Эль-Чичон, когда в атмосферу было выброшено несколько миллионов тонн аэрозолей, средняя температура воздуха у поверхности Земли могла понизиться примерно на одну десятую градуса.

Этот вопрос, ввиду его важности, был разработан учеными весьма детально с применением методов математической статистики. Это позволило им сделать вывод, что за достаточно длительные интервалы времени могут возникать мощные аэрозольные слои, в результате чего средняя глобальная температура нижнего слоя атмосферы может понизиться не только на 5, но и на все 10 °C. Это средняя температура. Над сушей она меняется значительно сильнее, чем над водой. Надо ли говорить, что это истинная катастрофа для всего живого. Можно не сомневаться, что Земля пережила такие катастрофы, которые сопровождались вымиранием многочисленных видов животных и растений.

Надо сказать, что пыль в атмосфере образуется не только при извержениях вулканов. Она в большом количестве заносится в атмосферу при пыльных бурях, а также при падении небесных тел на Землю. Так, при падении больших метеоритов образуется дополнительный аэрозольный слой, а точнее, увеличивается, как говорят специалисты, оптическая плотность существующего аэрозольного слоя в атмосфере.

То, что Землю бомбардировали крупные метеориты, хорошо известно. Их размеры могли превышать не только сотни метров, но и достигать километров. Были проведены оценки, которые свидетельствуют о том, что падение одного крупного метеорита на Землю может привести к понижению температуры примерно на 5 — 10 °C. Оно будет продолжаться несколько месяцев, а последствия этого, бесспорно, будут катастрофическими для биосферы. Схема действия метеорита на температуру та же самая: образуются аэрозоли и перекрывают путь солнечному излучению. Может оказаться, что ослабленного этим аэрозолем солнечного излучения будет недостаточно для того, чтобы процесс фотосинтеза протекал успешно. Из-за ослабления солнечного излучения образовавшимся слоем аэрозоля температура воды в Мировом океане может понизиться на 2–3 °C, и это похолодание может затянуться на два года и более. Менее инерционна суша. Поэтому здесь температура понизится значительно сильнее (на несколько десятков градусов). Но она быстрее начнет восстанавливаться. На суше такого восстановления можно ожидать через полгода, а воздух над океаном восстановит свою температуру только спустя два года или более. Было оценено, что в течение первых десяти месяцев после падения астероида средняя глобальная температура может снизиться в среднем на 9 °C.