В одной древней исландской саге описывается эпизод, как суровые викинги поплыли куда-то по своим викингским делам, попали в туман и их мудрый конунг, то есть король, с помощью непонятного предмета, называвшегося солнечным камнем, быстро определил, где прячется солнце, а за ним и юг. Этот камень долгое время считали вымышленным, а не реальным предметом — мало ли что там было в скандинавской мифологии, помимо ужасных волков, белок-грызозубов и прочих хтонических чудищ. Однако в 1967 году датский археолог Торкильд Рамскоу предположил, что королевский гаджет викингов был не чем иным, как природным кристаллом-поляризатором.
Дело в том, что солнечный свет, проходя сквозь атмосферу, немного меняет свои свойства, становясь поляризованным за счёт рассеяния на молекулах воздуха. Невооружённым глазом мы этого не видим (в отличие, например, от пчёл), но если посмотрим на небо через поляризационные очки (или сфотографируем его через поляризационный фильтр), то заметим более тёмную полосу или дугу, расположенную перпендикулярно направлению солнечных лучей. Когда солнце движется по небосводу, то и поляризационная «раскраска» неба неотрывно движется вслед за ним. Самое любопытное в этой истории то, что даже если солнце полностью скрывают облака, то рассеиваемый ими свет всё равно сохраняет свою неоднородную поляризацию. Викинги, конечно, вряд ли знали что-то о рассеянии Рэлея и волновой природе света, но наверняка они были очень любознательными. Потому что, как бы иначе они догадались, что если посмотреть сквозь некоторые прозрачные кристаллы на небо, то можно увидеть, что в нём что-то то темнеет, то светлеет, в зависимости от направления на солнце.
У кристаллов исландского шпата, одного из минералов карбоната кальция, есть интересное свойство — двойное лучепреломление. Если посмотреть сквозь такой кристалл на буквы в книге, то будет видно, что их изображение двоится. Не будем сильно вдаваться в физику процесса прохождения электромагнитных волн через монокристаллы, нам здесь всё-таки важен практический результат. А он такой: если с одной стороны на кристалл кальцита нанести небольшую точку или чёрточку, то, глядя сквозь кристалл и наблюдая, как меняется отноительная яркость одной или другой точки (помним, что изображение в кристалле двоится), можно определить положение той самой дуги на небе с максимальной поляризацией света и уже по её краям отсчитать положение солнца. Если вы заблудились ровно в полдень, то положение найденного за тучами светила покажет вам точное направление на юг. А вот если солнце ещё не в зените или уже его покинуло несколько часов назад, то придётся вносить поправку на положение солнца на небосводе с учётом времени. В сети можно найти много видеороликов, где энтузиасты с помощью кристаллов исландского шпата пробуют искать солнце за тучами и север в тумане. И у них это даже получается.
Но что же викинги? В обломках корабля XVI века, обнаруженного в проливе Ла-Манш в 2002 году, исследователи нашли кристалл исландского шпата, который, как предполагается, могли использовать для навигации. И хотя викинги бороздили северные моря сильно раньше XVI века, гипотеза о том, что в этом им помогал реальный солнечный камень, кажется вполне правдоподобной, если, спустя столетия, другие мореплаватели пользовались этой «маленькой хитростью».
Но если бы викинги дожили до нашего времени и взялись писать не очередную героическую сагу, а полноценный научный обзор на тему использования карбонатов щёлочноземельных металлов в навигации, они бы наверняка упомянули ещё два необычных способа.
Первый — это исследования остаточной намагниченности карбонатных отложений. Дело в том, что сам по себе карбонат кальция к магнитному полю равнодушен, особенно к такому слабому, как магнитное поле Земли. Но к нему восприимчивы другие минералы, например магнетит или гематит, содержащие железо. Задолго до викингов в морях и океанах уже плавали магнитотактические бактерии — особая разновидность бактерий, способных чувствовать магнитное поле. У них есть своя внутренняя «стрелка компаса» — мельчайшие кристаллы магнитных материалов, которые приобретают определённую ориентацию в магнитном поле. Когда бактерия умирает и если её остатки осаждаются на дно, то содержащиеся в них магнитные минералы переходят в состав осадочных пород того же карбоната кальция. И они «запоминают» направление магнитного поля Земли. Самое интересное, что магнитное поле Земли периодически претерпевает инверсию: северный и южный магнитные полюса меняются местами. Когда это происходит, меняется и направление намагниченности осадочных пород, которые, спустя тысячи и миллионы лет, становятся ценным источником палеомагнитных данных для учёных. Так что, добыв из меловых отложений образец и отнеся его в лабораторию, можно по нему понять не только где север, а где юг, но и где они находились в далёком прошлом. Метод не простой, но разве настоящего викинга когда-то останавливали трудности?
Если же с лабораторией палеомагнетизма в вашей местности совсем беда, то есть ещё один «карбонатный» способ определения сторон света, не требующий сложного оборудования. В западной части Австралии находится залив Шарк (Акулья бухта), в котором на мелководье растут самые настоящие строматолиты. Обычно о них говорят в контексте самых древних свидетельств жизнедеятельности цианобактерий. Строматолитами называют слоистые карбонатные структуры, которые образуются в процессе жизнедеятельности разных фотосинтезирующих микроорганизмов. Пока колония бактерий живёт и здравствует, её место жительства постепенно обрастает карбонатными отложениями. Современные строматолиты растут небыстро: в среднем от долей миллиметра до порядка сантиметра в год, а их дом представляет собой невзрачный каменный «пенёк». В конце XX века учёные заметили, что пеньки из залива Шарк слегка наклонены в направлении севера из-за того, что на более освещённой северной стороне бактерии фотосинтезировали активнее (дело было в Южном полушарии, и солнце в нём светит с «неправильной» северной стороны). Правда, ориентируясь по наклонным строматолитам, нужно всегда иметь в виду, что на эффективность роста чего-то фотосинтезирующего может влиять не только положение солнца, но и течения, и много чего ещё.
Напоследок — ещё один пример «карбонатного» ориентирования на местности. Скорость выветривания известняков немного разная для северной и южной сторон. На стороне, обращённой к солнцу, разрушение осадочной горной породы происходит примерно в полтора-два раза быстрее за счёт бoльших перепадов температуры и более интенсивного образования трещин. Вот только не у всех заблудившихся найдётся столько времени, чтобы следить за ростом строматолитов и разрушением горных круч. Так что взять с собой компас будет всё-таки надёжнее.
