Помоги проекту - поделись книгой:
Миллиарда лет по оценкам специалистов было бы достаточно. Но в последние годы стали множиться данные, говорящие о том, что этого миллиарда у жизни в запасе просто не было. Ведь последние массовые падения метеоритов произошли всего 3,8 млрд лет назад, и для появления жизни путем случайных переборов биохимических вариантов вообще не оставалось времени.
И тут на помощь биологам пришли биофизики с биохимиками. Они смело выдвинули очередную гипотезу о животворном протоокеане, предшествовавшем появлению первых РНК. В данном случае речь идет о своеобразных «квазиживых» молекулах, активность которых основана на специфических свойствах водных растворов, сделавших возможным последующее появление архаичных РНК. При этом некоторые исследователи настойчиво ищут особые молекулы, которые состояли бы только из аминокислот, легко образующихся в водном растворе «первичного бульона».
В современной биохимии можно встретить и еще более дерзкие мысли о том, что жизнь вообще возникла без каких-либо специфических «молекул жизни». В этом случае акцент ставится на особые водные циклы биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода магмы океанского ложа или же в окрестностях «черных курильщиков».
Среди биохимиков популярна парадоксальная гипотеза «животворящей глины». В ее основе лежит идея о том, что первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, и в их эволюционном развитии самым активным образом участвовали системы ионов в слое вод ного раствора глины, направляемые и укладываемые послойно именно благодаря свойствам воды как универсального растворителя. На этом пути уже достигнуты определенные результаты, которые показывают, что добавка глины в воду, содержащую смесь положительных ионов и отрицательных нуклеотидов, приводит к самопроизвольному образованию многозвеньевых цепочек РНК.
В современной науке модель водного РНК-мира уже завоевала определенное признание благодаря солидному экспериментальному багажу. Биохимики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. И сегодня во многих лабораториях, стирая грань между живым и неживым, уже растут в животворящей водной среде удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.
Итак, нам пока известен только один вид земной белковой жизни, и мы лишь точно знаем, что для ее зарождения и существования в любом уголке Вселенной абсолютно необходимо простейшее химическое соединение из одного атома кислорода и двух водорода, которое земляне называют водой. Все известные нам свойства живой материи – саморазвитие, рост, размножение, поглощение энергии – так или иначе связаны с жидкой средой и не могут проходить в ее отсутствие. Да и первичная смесь нуклеотидов, жиров и аминокислот в «бульоне Опарина» по своей сути являлась обыкновенным водным раствором, в какой-то определенный момент перешедшим из хаотического состояния в упорядоченное. А сама способность живого к самовоспроизведению немыслима без водной среды, в которой миллиарды лет назад и начали действовать первые «молекулярные заводы и фабрики», воспроизводящие сложные молекулы, собирающие из них фрагменты и соединяющие в себе подобные образования.
Из этого, в частности, следует неожиданный вывод, что искать во Вселенной надо не братьев по разуму, которые неизвестно как проявляют свою разумную деятельность, а планеты с жидкой водой! К сожалению, до сих пор воды не найдено даже в Солнечной системе, что заставляет глубоко задуматься над оптимистичными заявлениями экзобиологов, утверждающих, что даже дальние уголки Метагалактики должны буквально кишеть очагами случайно возникшей жизни, подобно земной. К сожалению, чем дальше мы изучаем ближний космос, тем меньше остается надежд обнаружить вблизи нас планеты с океанами, полными живых существ.
Любопытно, но специалисты, изучающие чудо возникновения живого, так и не выработали его общепринятого определения! И тут все чаще встречается краткое и емкое определение: жизнь – это вода. Одни ученые полагают, что жизнь – это особый химический процесс, связанный с извлечением энергии из окружающей среды. Другие исследователи подчеркивают обязательную индивидуальность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм», третьи, как правило энтузиасты-непрофессионалы, наделяют живую материю всяческими мистическими свойствами наподобие биополя. Но главным все же остается именно роль водной субстанции, так или иначе определяющей ход физико-химических процессов в организмах.
Если заглянуть в глубины истории, то окажется, что первым ученым эпохи Возрождения, заявившим о происхождении живого исключительно из живого, был итальянский естествоиспытатель Франческо Реди. Принцип «ovo ex ovo», провозглашенный Франческо Реди, утвердился в начале XVII века. Общая трактовка принципа Реди – «все живое от живого». Появление любой клетки или любого яйца для воспроизводства обязательно связано с живыми родительскими структурами.
Принцип Реди доказал два века спустя великий физиолог Луи Пастер. В серии изящных опытов с хитро изогнутыми колбами он показал, что «зарождение» микроорганизмов в стерильном бульоне происходит только в том случае, если их зародыши могут попасть в бульон из воздуха или иным путем. Если преградить путь «семенам жизни», даже оставив доступ воздуху, никакого самозарождения не произойдет. Так попутно был открыт метод пастеризации жидкостей и продуктов путем их нагрева до определенной температуры, убивающей микробы и бактерии.
Естественная история оказалась в логическом тупике. Доказав невозможность самозарождения, ученые должны были теперь долго и мучительно доказывать его возможность. Поначалу грань между живой и неживой материей казалась непреодолимой. Однако прошли десятилетия, и биохимики научились получать многие органические вещества из неорганических. Следовательно, хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно в результате очень долгой «молекулярной эволюции». С тех пор и до сегодняшних дней усилия ученых направлены на поиски доказательств и развитие этой гипотезы. Что касается идеи Вернадского об изначальности жизни, то она сейчас практически не имеет сторонников, поскольку на первых этапах развития Вселенной синтез даже самых простых органических соединений был невозможен.
Между химическими реакциями возникала своеобразная конкуренция – борьба за одни и те же вещества, «пищу» для дальнейшего развития. В такой борьбе всегда побеждает та реакция, которая идет быстрее. Начинается удивительный «естественный отбор» среди химических процессов. Медленные реакции постепенно затухают и прекращаются, вытесняемые более быстрыми. Важнейшую роль в этом соревновании играли именно водные растворы катализаторов – веществ, ускоряющих те или иные химические превращения. Огромное преимущество получали именно те реакции, которые происходили в теплой водной среде, катализируемые своими собственными продуктами.
Следующий этап на долгой дороге от неживого к живому – формирование самостоятельно обеспечивающихся химических циклов. В их развитии происходит не только синтез катализаторов, но и частичное возобновление расходуемых веществ. Отсюда уже недалеко и до настоящей жизни, ведь жизнь в основе своей – это самоподдерживающийся процесс.
Следует упомянуть и довольно спорную гипотезу панспермии, в основе которой лежат известные факты обмена веществом между небесными телами. Так, при столкновении планеты с крупным астероидом из ее поверхности выбиваются фрагменты породы, которые могут улететь в космос и попасть на другие планеты. К примеру, на поверхность Земли часто прилетают метеоры с Марса. Благодаря такому обмену возникшие в ходе химической эволюции на одной из планет вещества и катализаторы могут попасть на соседние тела и даже в другие звездные системы. Так за несколько сотен миллионов лет распространение «кирпичиков» жизни может охватить всю нашу Галактику. Подобным образом масштаб химической кухни, готовящей молекулярные блюда для будущей жизни, может расшириться от планетарного до галактического.
Обрабатывая спутниковые данные, астрономы высказали предположение, что за время существования Земли она ежегодно подвергалась бомбардировке миллионов небольших кометообразных тел. Вывод основан на необычном распределении в земной атмосфере кислорода, излучающего в ультрафиолетовой части спектра. Спутники зафиксировали своеобразные «дыры» протяженностью в тысячи километров, в пределах которых подобное свечение наиболее интенсивно. Возможно, подобные дыры образуются под воздействием небольших комет, состоящих из рыхлого снега, покрытого непрочной и тонкой коркой пыли.
Дальнейшие исследования показали, что для возникновения наблюдаемого количества дыр с Землей должны были сталкиваться ежегодно десятки миллионов комет диаметром в десятки метров, несущих сотни тонн воды каждая; этого было бы достаточно для образования со временем на Земле всего Мирового океана.
Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, иногда называют самыми первыми живыми существами на древней Земле. Цианобактерии способны к смешанному питанию: они совмещают фотосинтез с поглощением готовых органических веществ, это обеспечивает их существование в темноте и вдвое увеличивает скорость размножения.
Цианобактерии до сих пор отличаются от остального населения планеты своим необычайно упрощенным свойством: они не имеют ядра и пола. Фотосинтез у них, однако, проходит обычным путем: под действием света поглощенный из воздуха углекислый газ расщепляется, углерод усваивается, а кислород выделяется обратно в атмосферу.
Но есть у цианобактерий еще одно важное свойство: они прямо поглощают атмосферный азот. При нормальном освещении цианобактерии выделяют много кислорода, а азота поглощают мало. Однако стоит повысить интенсивность света, как фотосинтез подавляется, кислород перестает выделяться, зато азот начинает поглощаться в повышенных дозах. Как это понимать? Тут, может быть, стоит вспомнить, что в условиях бескислородной атмосферы древней Земли предки сине-зеленых подвергались интенсивному облучению солнечной радиацией. Результатом их деятельности того периода послужили, во-первых, накопление связанного азота – источника питания будущих более высокоорганизованных форм живого и, во-вторых, постепенное выделение кислорода в атмосферу и произошедшее из-за этого ослабление интенсивности солнечного света. А цианобактерии, видимо, в любой момент готовы вернуться к прежней жизни в бескислородной среде, той самой, которая была у них в архее.
Земная преджизнь
Скорее всего, поначалу жизнь существовала именно в виде своеобразных водяных растворов, но, чтобы окончательно не «рассосаться» в водах первичного протоокеана, подобные жидкие сущности должны были забиваться в мельчайшие щели горных пород. Здесь им вполне могли встретиться некоторые минералы-катализаторы биохимических реакций. Так водная среда юной планеты несла дальше волны эволюции.
Пролетели сотни тысячелетий, и первичная жизнь перешла в следующую фазу, отделившись от окружающего мира собственными мембранными оболочками. Можно сказать, что именно тогда вода буквально родила первых по-настоящему живых существ, перешедших от «жидкостного» состояния к организменному. Конечно же, сама вода и помогла создать прообраз тончайшей кожицы для первых обособленных сущностей. Для этого она использовала идеальный «оболочечный материал» – особые молекулы, которые способны образовывать на поверхности жидкости тончайшие пленки.
Раз на Земле существовали океаны, то над ними обязательно простиралась атмосфера, а в ней дули ветры, вместе с частыми тогда землетрясениями взбалтывающие и без того бурные воды первичного океана. Все это вызывало образование множества мельчайших пузырьков – водяных капелек, покрытых оболочкой. Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ путем избирательной проницаемости: одни молекулы сквозь них проходят, другие нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.
Первые подобные капельки жизни вполне могли самопроизвольно образоваться из молекул, возникших неорганическим путем, а впоследствии вступить в симбиоз с «живыми растворами» – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК. Подобное сообщество уже можно назвать организмом.
Даже сейчас между биологами не утихают дебаты о том, происходит ли все разнообразие жизни на нашей планете от одного-единственного «универсального органического звена» – или же все разнообразие окружающего животного и растительного мира пошло разными путями еще в водах первичного океана. В последнее время чаша весов в этих спорах все больше склоняется к мнению о наличии нескольких общих предков, ведь в противном случае живые существа быстро израсходовали бы все свои жизненные ресурсы, в итоге отравив себя продуктами собственной жизнедеятельности. Замкнутость циклов может быть обеспечена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биохимические функции. Таким образом, земная преджизнь, плескавшаяся в водах первичного океана, скорее всего была сообществом из множества простейших систем, в которых происходил активный обмен наследственным материалом между организмами.
Разнообразие, симбиоз, разделение функций, информационный обмен – все это изначальные свойства земной жизни.
Земля сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад, но от первых нескольких сотен миллионов лет ее существования в земной коре не осталось практически ничего. Все первичные породы и минералы полностью перемешали и переплавили последующие глобальные катаклизмы. Не знаем мы и точного времени появления жизни на Земле. Тем не менее современная молекулярная биология уверенно заявляет, что ей при поддержке биохимии и биофизики точно известно, кто был одним из самых первых предков всего живого на планете Земля. Более того, этого загадочного пра-пра-пра-… прародителя можно увидеть! Достаточно заглянуть в чашку с бульоном и внимательно присмотреться к капелькам жира на его поверхности… Это и есть очень близкий к реальному образ нашего предка, жившего более четырех миллиардов лет назад в теплых водах первичного океана.
Конечно, науке скорее всего никогда не будет дано найти реальные следы этих первых частичек преджизни нашего мира, и единственное, что мы можем уверенно утверждать, – это то, что белковую жизнь на нашей планете породила и вскормила именно водная среда!
История эволюции живых существ на Земле полна парадоксов. Так, творческий союз палеонтологов, геофизиков, геохимиков и… астрономов надежно установил, что развитие жизни на нашей планете как минимум пять раз резко меняло свое направление. Астрономическая наука внесла свой важный вклад, определив те воздействия ближнего и дальнего космоса, которые смогли серьезно повлиять на условия существования белковых организмов. Прежде всего это касается чудовищных глобальных катастроф, вызванных падением астероидов. Вот и сегодня профессиональные ученые с трепетом исследуют остатки древнейших циклопических кратеров, возникших от непрошеных космических гостей, кардинально изменивших ход эволюции земной фауны и флоры.
Впрочем, геологи давно утверждают, что по результатам анализа многочисленных данных наша планета около четырех миллиардов лет назад подверглась первой чудовищной бомбардировке огромными астероидами и метеоритами, которые буквально испещрили поверхность гигантскими воронками – кратерами. Геофизиков поддерживают астрономы, изучающие планеты Солнечной системы. Они авторитетно заявляют, что большинство кратеров на поверхности Меркурия, Марса и Луны возникло именно в то далекое время (наверняка метеоритные кратеры есть и у Венеры, но ее поверхность покрыта плотной облачностью).
Количество и сила этих каменных дождей заставляет задуматься о том, как выстояла перед ними поверхность земной коры. Ведь по оценкам ученых на Земле должны были образоваться десятки тысяч кратеров диаметром в десятки километров. По меньшей мере полсотни из них должны были иметь диаметр около тысячи километров, а несколько ударов вызвало появление циклопических воронок диаметром в несколько тысяч километров. В тот же период колоссальные метеоры должны были сыпаться каменным дождем и на поверхность нашего естественного спутника Луны. Там хорошо сохранились эти древние кратеры, а вот на Земле они давно исчезли в результате произошедших с тех пор геологических процессов. То же касается и большинства марсианских кратеров, образовавшихся в ту же эпоху.
Этот страшный ливень обломков продолжался весьма короткий геологический период – всего около двух сотен тысяч лет. Изредка каменный ураган затихал, но все равно раз в столетие нашу планету сотрясали страшные удары, по силе равные тому, что уничтожил через миллиарды лет динозавров. Можно представить, какие катаклизмы то и дело сотрясали нашу планету, как рвалась, кипела, пузырилась и взрывалась тонкая оболочка едва затвердевшей коры, извергая колоссальные потоки лавы и магмы наружу.
Существовала ли в то время первичная водная оболочка Земли? Большинство геофизиков и планетологов склоняются к положительному ответу, и тогда перед нашим воображением предстает феерическая картина бушующей гидросферы, взметающихся ввысь и кипящих у подводных воронок вод молодых океанов.
Астрономы считают, что первую атаку на новорожденную Землю совершили именно астероиды, уничтожив даже все первичные скальные породы, успевшие сформироваться на Земле, чего бы не смогли сделать осколки комет. Это означает, что геологи никогда не смогут найти какие-либо скалы старше 4 млрд лет, и любые сообщения о таких находках требуют самой тщательной перепроверки.
Все это, естественно, напрямую касается и поисков древнейших следов жизни, ведь если она к тому времени уже возникла, то палеонтологи также никогда не смогут преодолеть временную границу этих каменных дождей. Такая мощная и длительная бомбардировка могла в принципе испарить все первичные океаны, так что они должны были образоваться заново. С другой стороны, при ударе метеоритов и астероидов о Землю в них неизбежно возникали трещины, из которых выделялась горячая вода, насыщенная органическими молекулами, и такие трещины могли стать очагами процессов, которые привели к быстрому появлению жизни по окончании бомбардировки.
Большинство биологов сходятся сейчас во мнении, что жизнь зародилась именно в горячей воде гидротермальных источников, причем условия в трещинах космических пришельцев были настолько благоприятными, что первые живые клетки могли появиться уже через несколько сот тысяч лет после окончания «обстрела», то есть примерно 4 млрд лет назад. Эта дата действительно близка к возрасту обнаруженных в последние годы первых признаков жизни на Земле.
Что могло быть причиной такой колоссальной по масштабу и охвату бомбардировки? Не исключено, что она стала результатом распада под воздействием притяжения Юпитера зарождавшейся планеты Солнечной системы. Этой планете писатели-фантасты придумали поэтическое название Фаэтон. Такой планетоид (несостоявшаяся планета) должен был двигаться по орбите между Марсом и Юпитером, там, где сейчас как раз и находится знаменитый пояс астероидов. Особенности наиболее типичных представителей из этого пояса, достигающих земной поверхности, подтверждают гипотезу о том, что метеорами древнейшей космической бомбардировки были такие же осколки астероидов.
Важную роль в гипотезе космических спор играет то, что астероид, входя в земную атмосферу, разогревается от трения. Между органическими молекулами начинаются интенсивные химические реакции, возникают сложные органические молекулы. (Эти молекулы были такими стойкими, что уцелели и заселили наш мир, перенеся и высокую температуру, и катастрофический удар о земную поверхность.)
К счастью, за прошедшие миллиарды лет пояс астероидов пришел в относительно равновесное состояние; астероиды в нем движутся по более или менее стабильным и известным орбитам, и вероятность столкновения Земли с очередным чудовищным обломком является не столь уж большой. Сегодня считается, что около Земли проходят траектории полета не менее полутора тысяч астероидов размерами от нескольких сот метров до нескольких километров в диаметре. При этом астрономы и математики оценивают вероятность столкновения Земли с одним из них, диаметром около километра, как один шанс из пяти тысяч в ближайшее столетие. Много это или мало? К примеру, крупные космические аварии случаются с вероятностью один шанс из трех тысяч… Но это опять-таки вероятность, а вот недавно астрономы зафиксировали пролет вблизи орбиты Луны астероида диаметром в несколько сотен метров. Это уже очень опасные космические «маневры». Ведь при попадании такой осколок оставил бы на Земле кратер величиной в десятки километров, а приводнившись в океан – вызвал бы сильнейшее цунами.
Конечно же, эти столкновения несравнимы с древнейшей космической бомбардировкой, но и они равнялись по мощности одновременному взрыву 10 млн мегатонн тротила. Многие биологи считают, что именно встречи с астероидами были причиной всех больших и малых биологических катастроф, произошедших на Земле в тот период – последствия ударов для живых существ на планете должны были быть, бесспорно, катастрофическими.
Их главная угроза для земной жизни состоит в выбросе огромного количества токсичных газов, которые обязательно должны были образоваться при этом, – вот от них-то многое живое наверняка могло погибнуть. И действительно, в упомянутых крупных биологических катастрофах всякий раз погибало до 90 % всех биологических видов, существовавших в то время на Земле.
Что произошло бы при падении на Землю астероида величиной в десятки километров? Геофизики в самом общем случае выяснили последствия такой глобальной катастрофы. Прежде всего, образовался бы кратер диаметром в сотни и глубиной в десятки километров. Затем в атмосферу были бы выброшены десятки тысяч кубических километров обломков, причем половина из них достигла бы верхних слоев стратосферы со скоростью, опережающей звук. При попадании на водную поверхность астероид образовал бы стометровые волны цунами с разбегом на тысячи километров от места удара. Вследствие удара возникло бы планетарное землетрясение в 13 баллов по шкале Рихтера в эпицентре, что в миллион раз сильнее самого мощного землетрясения, когда-либо зафиксированного в земной истории. Наконец, пыль и пепел, поднявшись в верхние слои атмосферы, вызвали бы наступление искусственной зимы, ведь под их непроницаемым покровом температура даже на экваторе около года держалась бы вблизи нулевой отметки.
Вообще-то токсичные и угарные газы выделяются при всех больших вулканических извержениях. Но скорость их выделения при вулканической деятельности способна вызвать лишь медленное и постепенное вымирание живых существ, даже если предположить, что это мощные и продолжительные извержения, какие имели место в глубоком прошлом Земли, охватывая целые регионы земного шара и продолжаясь тысячелетия.
Дело в том, что при извержениях концентрация токсичных газов нарастает этапами. А между тем по сегодняшним представлениям главная общая особенность всех больших биологических катастроф состоит в их относительной стремительности.
Сегодня предположение, что динозавры погибли именно от удара астероида, а не от вулканических извержений, принято практически повсеместно. Однако в последнее время ситуация стала и здесь меняться в пользу гипотезы космических столкновений.
След космических столкновений должны были сохранить удивительные образования фуллерены с захваченным в них космическим газом. (Фуллерены – полые шарики из десятков атомов углерода, обладающие исключительной способностью улавливать благородные газы гелий, неон и аргон.) Это породило мысль, что фуллерены могут служить еще одним признаком космического столкновения. Если в пластах определенной эпохи будет найдено множество фуллеренов, содержащих благородные газы в том соотношении, какое характерно для метеоритов и космической пыли, а не с земными характеристиками, это станет доказательством, что в ту эпоху Земля претерпела столкновение с метеоритом или астероидом.
Чему же приписать самые известные биологические катастрофы сотни миллионов лет назад – космическим столкновениям или «серийным» извержениям вулканов?
Наибольший интерес ученых вызвало исследование периода самого грандиозного, пермско-триасового катаклизма, иногда именуемого палеонтологами «великим побоищем».
Во время этой вселенской трагедии погибло около 90 % тогдашних биологических видов, а Земля была усыпана сажей, пеплом и мельчайшими остатками метеоритного вещества. Все эти приметы позволяют предположить, что пермско-триасовая катастрофа тоже была следствием столкновения Земли с астероидом. Однако этот вывод нельзя было считать надежно доказанным, поскольку на тот же период приходится и самое огромное и затяжное во всей земной истории извержение сибирских вулканов.
Примерно 450 млн лет назад последствия чудовищного взрыва положили конец господству трилобитов – разнообразнейших членистоногих обитателей Мирового океана. Затем, 80 млн лет спустя, в конце палеозойского периода, следующая глобальная катастрофа, также вызванная падением небесного тела, уничтожила царство кораллов и рыб. Но, пожалуй, самая страшная катастрофа в истории Земли произошла 250 млн лет назад. В результате этой катастрофы небо над планетой на протяжении многих тысячелетий оказалось затянуто непроницаемыми облаками пыли. Когда тучи разошлись, оказалось, что из гигантской армии пресмыкающихся, оккупировавших к моменту катастрофы сушу, выжили лишь считаные виды. Вместо погибших видов на обновленной планете расплодились терапсиды – уже весьма близкие к млекопитающим существа. Но и им удалось взрастить свою эволюционную ветвь лишь на два десятка миллионов лет. Ковчег нашей планеты снова налетел на какой-то небесный риф или айсберг. Терапсиды вымерли, и им на смену пришли динозавры, настал знаменитый юрский период.
Правильнее было бы считать, что падение астероидов, кроме собственных разрушений, запускает чисто земные катаклизмы: землетрясения, цунами и извержения вулканов. Это косвенно подтверждает сенсационная находка на северо-западе Австралии полузасыпанного древнего метеоритного кратера диаметром 200 км. По своим размерам этот двухсоткилометровый кратер превосходит все известные астроблемы (следы столкновения с земной поверхностью космических тел; от др. – греч. αστρον – звезда и греч. βλημα – рана, то есть звездная рана).
Гигантские каменные глыбы прилетающих из космоса астероидов, оказывается, могут не только менять течение эволюции живой материи, но и гасить хрупкое пламя разу ма… Так, средства массовой информации продолжают эксплуатировать рудиментарные страхи человечества картинами будущих космических катастроф, причем делают это со все большим наукообразием. В повседневных сенсациях после оживших динозавров, летающих тарелок и тонущих лайнеров все чаще встречаются предсказания космических катастроф с гигантскими волнами и падающими кометами.
Две трети земной поверхности занимают моря и океаны, следовательно, наиболее вероятно падение астероида именно в акваторию Мирового океана. Подобный удар породит мощную волну – цунами. Более половины крупных городов мира расположены на побережье. Компьютерные модели показывают, что волны, возникшие при падении в океан астероида, захлестнут берег на расстояние до 2 км. При своевременном оповещении вполне можно эвакуировать людей из зоны бедствия.
Тем не менее всегда есть потенциальная метеоритная угроза уничтожения крупных городов или опустошительных цунами, ведь, по существу, Земля окружена густым роем астероидов. Начиная с тридцатых годов прошлого века, когда близ нее пролетел астероид Гермес диаметром в 1,5 км, было замечено более двух десятков крупных объектов, приблизившихся к Земле на крайне опасное расстояние лунной орбиты.
И сегодня встреча Земли с космической километровой скалой была бы смертельно опасной для флоры и фауны нашей планеты, не говоря уже о человечестве. Огненный шар, ворвавшийся в атмосферу на скорости в несколько сотен тысяч километров в час, на тысячелетия нанес бы огромный урон животным и растениям. Гигантские участки суши могли бы уйти под воду, небо покрыли бы непроницаемые пылевые облака, и на планете началась бы глобальная зима. По расчетам экспертов, при современной плотности населения в случае падения астероида диаметром около километра погибнет каждый четвертый житель планеты. Причинами гибели будут землетрясения, пожары, ураганы, цунами (при падении в океан), а также голод, вызванный климатическими изменениями, такими же, как при «ядерной зиме».
Ну а если земную орбиту пересечет космический айсберг, состоящий из замерзшей воды с примесью камней, песка и пыли?
Подобные небесные тела хорошо известны, это космические скитальцы – кометы. Ядро комет состоит из водного льда и различных замерзших газов, которые, приближаясь к Солнцу, начинают бурно испаряться и образуют роскошный хвост.
Уже первые приблизительные оценки показывают, что последствия от падения ледяной горы будут несколько иными, чем от обломка каменной скалы. Компьютерные модели демонстрируют: в зависимости от скорости и угла вхождения в атмосферу на некоторой высоте ледяное тело обязательно должно взорваться, так и не достигнув поверхности Земли. При тех же километровых размерах это будет чудовищный взрыв, эквивалентный тысячам атомных бомб, сброшенных в свое время на Хиросиму и Нагасаки. Однако происходить он будет принципиально иным образом.
Прежде всего, уже в верхних слоях атмосферы на траектории полета ледяного болида начнет выделяться колоссальное количество водяного пара. При этом от основного тела будут откалываться крупные фрагменты, тут же испаряющиеся в огненных вихрях, ну а особо крупные обломки должны через некоторое время взрываться, порождая гигантские облака перегретого водяного пара. В конце своего пути на высоте в несколько километров взорвется и ядро летающего айсберга. Причина взрыва может быть только одна: сжатый воздушной оболочкой перегретый пар вырывается наружу. Это очень напоминает взрыв парового котла исполинских размеров. Последствия подобного катаклизма будут принципиально различными для суши и моря. Причем можно сказать, что в данном случае результат не только теоретически предсказуем, но и исследован в реальных условиях. Это некогда секретные отчеты по воздушным ядерным взрывам и… разгадка тайны тунгусского дива.
Взрыв атомной бомбы на атолле Моруа показал, что ударная волна, сметая все с водной поверхности, тем не менее не образует какого-либо подобия цунами. А в нижние слои стратосферы выбрасывается парогазовое облако с относительно небольшим содержанием радиоактивной пыли. Любопытно, что и подводными ядерными взрывами не удалось вызвать что-либо напоминающее цунами, скорее всего для возникновения этого устрашающего явления требуются именно подводные колебания океанского дна в ходе «моретрясений».
Еще более удивительны результаты многих экспедиций на место падения Тунгусского метеорита. Среди десятков основных версий этого феномена ученые в конце концов остановились именно на гипотезе взрыва ледяного кометного ядра. Сценарий именно такого развития событий, произошедших более столетия назад в небе Восточной Сибири над рекой Подкаменная Тунгуска, подтверждает очень своеобразный вывал леса в эпицентре взрыва, отсутствие ярко выраженного кометного кратера и каких-либо остатков самого метеорита.
Внимание, которое привлек к себе тот небесный гость, породило много гипотез об обстреле Земли именно глыбами смерзшегося льда. Появились даже версии, объясняющие само происхождение земной гидросферы падением сверхгигантского космического айсберга. Правда, большинство ученых относятся к подобным моделям весьма скептически, справедливо полагая, что взрыв, испарение и последующее таяние такого колоссального количества льда, да еще и загрязненного самыми различными газовыми, жидкими и твердыми примесями, оставило бы специфические следы на поверхности планеты. Впрочем, эта гипотеза кажется вполне правдоподобной, если уменьшить размер ледяных «снежков», забрасываемых на земную поверхность. Ведь данные, поступающие с метеорологических и геофизических спутников, показывают, что за время существования Земля ежегодно подвергалась бомбардировке миллионов кометообразных небольших тел. Это заключение основывается на необычном распределении в земной атмосфере кислорода, излучающего в ультрафиолетовой части спектра.
Спутники зафиксировали своеобразные «дыры» протяженностью в несколько тысяч километров, в пределах которых подобное свечение намного ниже средней величины по планете. Возможно, подобные «дыры» образуются под воздействием небольших комет, состоящих из рыхлого снега, покрытого непрочной и тонкой коркой пыли. Дальнейшие расчеты показали, что для возникновения наблюдаемого количества «дыр» с Землей должно было сталкиваться ежегодно 18 млн комет диаметром около 12 м, несущих не менее 100 тонн воды каждая, а этого было бы вполне достаточно для образования со временем на Земле всего Мирового океана.
Другое дело – знаменитый астероид, который якобы уничтожил динозавров около 65 млн лет назад. С ним обычно сопоставляют циклопический кратер на мексиканском полуострове Юкатан, соответствующий астероиду диаметром в десяток километров. Тем не менее в последнее время все чаще можно услышать и альтернативные суждения на доисторическую гибель целого царства пресмыкающихся. В частности, высказываются мнения, что причиной этой судьбоносной для человечества катастрофы послужило именно ядро кометы средних размеров. Взорвавшись где-то над акваторией древнего океана, ледяной болид распылил над просторами планеты массу ядовитых соединений. Можно встретить и совсем смелые идеи о том, что ледяной «снежок», попавший в Землю, нес внутри себя вирусы или бактерии смертельно опасных организмов, в конечном итоге и погубивших рептилий-великанов. Слабым утешением может служить лишь, что такие события, по статистике, случаются приблизительно раз в 100 млн лет.
А сравнительно недавно интернациональная команда геологов, геофизиков и палеонтологов обнаружила следы гигантской волны, прокатившейся по океану около 200 млн лет назад. Следы этой древнейшей катастрофы обнаружились в слое пород и имеют достаточно необычный вид, позволяющий допустить, что в данном случае колоссальная масса льда распалась в верхних слоях атмосферы на несколько километровых фрагментов, которые почему-то не взорвались, приводнившись в воды протоокеана. При этом последовательная серия гидроударов от череды падений исполинских фрагментов вызвала резонансные волны, возможно, достигавшие километровой высоты. Судя по формациям донных отложений главная резонансная волна, вызванная последовательным наложением волн от остатков кометного ядра, несколько раз обежала большую часть Северного полушария, уничтожив три четверти всех видов животных, населявших нашу планету.
Во всей «астероидной проблеме» основным вопросом остается: смогут ли астрономы на основе современных наблюдений достаточно точно и своевременно предсказывать появление космической метеоритной угрозы? Между тем электронное моделирование движения кометных ядер, периодически появляющихся из далеких окрестностей Солнечной системы, показывает, что их траектории достаточно хаотичны. Чаще всего блуждания комет между газовыми гигантами заканчиваются распадом под действием сильнейших сил тяготения и выпадением на Юпитер.
Часть 2. Кухня погоды
Поверхность Земли – это берег космического океана. Почти все наши знания мы получили, не покидая его. Совсем недавно мы вступили в море, зашли по щиколотку, самое большее – по колено. Вода манит. Океан зовет нас. Какая-то часть нашего существа знает, что мы пришли оттуда. Нас тянет вернуться. Эта тяга, я думаю, не таит в себе ничего кощунственного, хотя и способна потревожить всех богов, какие только могут существовать.
Некоторые свойства воды делают ее уникальным инструментом регулирования климата на нашей планете. Например, высокая удельная теплоемкость – энергия, которую необходимо сообщить телу для повышения его температуры на данную величину, поддерживает температуру Земли стабильной. Ведь энергия, требующаяся для нагрева воды, почти в десять раз больше, чем для такой же массы железа, и вся она впоследствии выделяется при остывании. Таким образом, большое количество воды на нашей планете компенсирует резкие скачки температуры в прибрежных районах. С другой стороны, континенты нагреваются и остывают довольно быстро, что и хорошо в комбинации с относительно стабильной температурой водных масс. В результате разные части атмосферы нагреваются по-разному, порождая движение воздушных масс, а это очень важно в глобальной климатической картине перераспределения тепла и атмосферной влаги.
Климатологи уже давно предполагают, что у нашей планеты есть своя собственная «кухня» климата. Но вот где она? Мнения разделились, но последнее время метеорологи все чаще указывают на южный ледовый континент. Антарктиду по праву называют континентом холода, ведь даже летом средняя температура здесь колеблется вблизи 30о мороза, а зимой мороз достигает 90о. Огромный материк покрыт многокилометровым вековым ледяным щитом, под которым обнаружены следы… тропических растений и организмов – остатки древней Гондваны. Этот гигантский материк многие миллионы лет занимал значительную часть Южного полушария, пока тектонические процессы не раскололи его. Сначала от него отделилась Южная Америка, а затем Африка. Оставшаяся часть Гондваны 50 млн лет назад поплыла к югу и раскололась на Австралию и Антарктиду.
В те времена к побережью нынешнего ледового континента океанские течения несли теплые воды из тропиков, и на скалах росли даже буковые леса. Но со временем рельеф океанского дна изменился, и вокруг Антарктиды закружило мощное кольцевое течение, преградив путь теплу.
С этого момента Антарктида стала «работать» как гигантская холодильная машина, и к ней, в область пониженного давления, стали стекаться воздушные течения. По пути они впитывали испаряющуюся с поверхности океана влагу и сбрасывали ее в виде снега, который копился и прессовался в мощнейший ледовый щит. Если бы он весь оставался на континенте, то последний представлял бы собой гору выше Эвереста – она росла бы до тех пор, пока вершина не поднялась бы над облаками, несущими влагу. Но Антарктида слишком мала, чтобы удержать на себе весь тот лед, который сама же производит. И его глыбы изо дня в день, из года в год, из века в век сползают с берегов в океан, превращаясь в айсберги.
Самые крупные из этих плавающих ледовых полей имеют размеры в тысячи километров. Течения выносят их далеко за пределы Южной полярной области, где начинается их таяние, отбирающее тепло у океана. В свою очередь ледяная талая вода опускается на дно, заполняя глубинные океанские впадины, – так океан, остывая, отбирает тепло у воздушных масс и понижает среднюю температуру атмосферы.
Итак, Антарктида работает как мощная морозильная камера. Казалось бы, за миллион лет она должна была уже заморозить всю Землю. Почему же этого не случилось? Ответ на вопрос может дать обыкновенная географическая карта. Видно, что на поверхности планеты шестой континент занимает весьма скромную площадь. Во всяком случае, намного меньше территории тропиков, куда Солнце непрерывно выбрасывает огромное количество тепла. Это тепло и согревает Мировой океан. И хотя его теплые течения не могут пробиться к Антарктиде, за пределами кольца он парирует ее холодное дыхание. Словом, по логике вещей между океаном и Антарктидой должно существовать равновесие. Что же тогда служит причиной изменения климата?
Может быть, это подземные озера, ослабляющие сцепление ледяного панциря с его ложем. В ходе их роста и происходит периодический сброс айсбергов в океан. В результате образуются обширные пространства, отражающие солнечные лучи, температура понижается, и в Южном полушарии возникают центры охлаждения атмосферы…
Последние исследования шестого континента предлагают парадоксальный сценарий глобального потепления, плавно переходящего в глобальное похолодание, ведь увеличение ледосброса вызовет резкое похолодание. Но в одном гипотезы потепления и похолодания совпадают: в любом случае быстрое таяние льдов приведет к значительному повышению уровня Мирового океана…
Великий русский ученый Ломоносов писал: «Человеку ничего не осталось бы требовать от Бога, если бы он научился правильно предсказывать погоду». К сожалению, проблема долговременных метеопрогнозов до сих пор не решена. Причем если для суточного метеопрогноза достаточно региональных метеоданных, то для недельной картины климатических изменений уже требуются сведения о глобальном состоянии всей атмосферы планеты. Если учесть, что большая часть поверхности Земли занята океанами, то наиболее эффективным средством сбора оперативной информации, конечно же, становятся метеоспутники. Именно поэтому так важен международный орбитальный патруль погоды, оснащенный телевизионной аппаратурой, передающей изображения поверхности и атмосферы во всех диапазонах. Анализ глобального распределения облачности позволяет видеть струйные течения, атмосферные фронты, скопления кучевых облаков и, самое главное, вовремя определять центры зарождения ураганов и тайфунов.
Анализ телевизионных инфракрасных изображений облачного покрова позволяет оценивать погодные условия скорости восходящих и нисходящих потоков воздуха и направление ветров. Климатологам также важно знать температуру земной поверхности, морей и океанов, а также тропосферы (нижних слоев атмосферы) над ними.
Поделиться книгой: