Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
Можем ли мы заглянуть так далеко в бездну времени и пространства, чтобы узнать, что происходило с космическими лучами сотни миллионов лет назад? Шавив дает замечательный ответ: да, можем. Заново проанализировав данные о радиоактивности железных метеоритов, собранные немецкими учеными, он обнаружил ритм, в котором космические заряженные частицы поступали на Землю.
Когда астероиды сталкиваются друг с другом где-то далеко в Солнечной системе, их фрагменты, выбрасываемые в пространство, могут включать в себя кусочки железа. Эти фрагменты продолжают вращаться вокруг Солнца сотни миллионов лет, и, пока они кружатся, под ударами космических заряженных частиц в них образуются радиоактивные атомы. В конце концов некоторые обломки астероидов попадают на Землю — мы называем их «железными метеоритами». Если вы попытаетесь узнать, сколько лет провел метеорит, блуждая в космосе, то, вероятно, вы захотите измерить соотношение атомов радиоактивного калия и стабильных атомов. Однако колебания интенсивности космических лучей в Солнечной системе исказят полученные результаты.
Когда космических лучей мало, часы метеоритов идут медленно и «омолаживают» своих обладателей. Приступая к исследованию, Нир Шавив сперва исключил метеориты, похожие по характеру и возрасту, предположив, что они произошли в одинаковых космических обстоятельствах. После этого у него все еще оставалось около пятидесяти железных метеоритов, возраст которых доходил до миллиарда лет. Тщательно изучив их, Шавив пришел к выводу, что мощность космических лучей росла и падала циклично, и этот цикл длился 143 миллиона лет (плюс-минус 10 миллионов лет), что согласуется с движением Солнечной системы сквозь спиральные рукава Галактики.
Этот результат поразительным образом совпал с многолетними записями изменений климата. За последние полвека геологи многое узнали о медленных чередованиях теплых и холодных фаз климата, и датировка смен этих состояний все время уточнялась. Шавив попытался найти возможную периодичность в изменениях климата и обнаружил климатический цикл в 145 миллионов лет, что оказалось очень близко к его циклу космических лучей.
Анализ Шавива охватывал, как уже упоминалось, последний миллиард лет. Первая часть этого периода включала космические и климатические потрясения другого вида, оставим их до седьмой главы. А в данный момент давайте посмотрим, что может сказать астрономия об испытаниях, выпавших на долю многоклеточных. Окаменелости, хорошо сохранившиеся с кембрийской эпохи, которая началась 542 миллиона лет назад, говорят о появлении и бурном расцвете разнообразных организмов.
Весь временной этап с начала кембрия до сегодняшних дней носит название «фанерозойский эон», что означает «время явной жизни».
Жизнь в спиральной галактике полна стрессовПройдя через рукав Стрельца — Киля, Земля наконец вырвалась из ледяных оков. Жесткий климат, кажется, заставил жизнь задуматься над тем, что было бы неплохо разработать некоторые эволюционные новшества. В 1970-е годы Джеймс Валентайн из Калифорнийского университета в Беркли обнаружил, что, конструируя будущие тела животных, природа начала ставить эксперименты уже на первых поколениях червей, ползавших по морскому дну. Черви весьма неуязвимы к сезонным и долгосрочным изменениям климата, без жалости оставляющим других животных голодными.
Когда наступили теплые времена фанерозоя, предшественники всех основных ветвей царства животных уже были на месте. Пока Солнце и Земля двигались по отрезку между двумя спиральными галактическими рукавами, количество космических лучей было низким, а уровень моря — высоким. Жизнь нежилась на континентальных шельфах. Среди великого разнообразия беспозвоночных животных были похожие на головастиков личинки, получившие в дар от природы раннюю половую зрелость. Они основали династию, потомками которой стали рыбы и все остальные позвоночные.
Теплые условия сохранялись и в ордовикский период, но затем Солнечная система нанесла визит в рукав Персея. Около 445 миллионов лет назад ордовик внезапно закончился, на Землю пришла стужа, и уровень моря упал. Хотя этот период был относительно недолгим, ледники стартовали сразу, как по сигналу, — по схеме Шавива, это произошло, как только Солнечная система вышла из рукава Персея и попала в район максимальной интенсивности космических лучей.
В силурийский период вместе с теплом, вернувшимся после того ужасного перерыва, объявились и новые обитатели суши — первые растения и животные. Тогда же появились и костные рыбы, ставшие наиболее удачливыми из всех позвоночных животных. Следующий, девонский, период также был теплым.
В первом варианте работы Шавива оставались неточности, касающиеся местоположения следующего спирального рукава, куда предстояло отправиться Земле. Астрономические прогнозы расходились с предположениями Шавива, основанными на изучении им железных метеоритов. Впоследствии он разработал более четкую интерпретацию рисунка спиральных рукавов, и расхождения сошли на нет. Во всяком случае, метеоритные данные, касающиеся космических лучей, теперь вполне совпадали с геологическими данными, свидетельствующими о сильном похолодании, максимум которого пришелся на конец каменноугольного периода, около 300 миллионов лет назад.
Этот эпизод «ледника», давно известный геологам как пермско-каменноугольное оледенение, длился довольно долго. Он накрыл каменноугольный период, названный так из-за больших залежей угля, откладывавшегося в болотистых лесах. Тогда появились первые рептилии и позвоночные животные, способные жить исключительно на суше. Леса разрастались, но при этом ледовые поля и ледники наступали на континенты, лежавшие в те времена ближе к Южному полюсу. «Ледник» продолжился и в начале пермского периода.
Конец пермского и весь следующий за ним триасовый период Солнечная система провела в темном пространстве между галактическими рукавами, в условиях «парника». Катастрофа разразилась в конце пермского периода, 245 миллионов лет назад. Предположительно ее вызвало столкновение Земли с кометой или астероидом, грубо нарушившим все правила игры, и это привело к массовому вымиранию видов. Комета возвестила наступление мезозойской эры, самой известной из всех благодаря динозаврам. Но Земля все еще не покинула «парник», что в данном случае говорит об отсутствии связи между эволюционными изменениями и климатом.
Проход через рукав Центавра вновь принес с собой холод, державшийся в течение юрского и раннего мелового периодов. Среди новых видов, появившихся тогда, были первые цветковые растения и первые птицы. Приблизительно 120 миллионов лет назад холод сменился «парником» позднего мелового периода, что возвращает нас к началу этого рассказа, к белым скалам Мёнс Клинт.
Любой, кто радуется тому, как сходятся друг с другом научные дисциплины после целого столетия разделения на узкие специализации, наверняка получит удовольствие, увидев, как тесно связаны между собой названия спиральных рукавов Млечного Пути и холодные геологические периоды, во время которых Земля посетила эти места.
Рукав Персея — от ордовикского периода до силурийского.
Рукав Наугольника — каменноугольный период.
Рукав Щита — Южного Креста — юрский период и начало мелового периода.
Рукав Стрельца — Киля — эпоха миоцена, почти сразу (по геологическим меркам) переходящая в
Рукав Ориона — от плиоцена к эпохе плейстоцена.
События и эволюционные последствия перехода к рукаву Ориона мы рассмотрим в седьмой главе. А пока мы хотели бы привести ошеломительный пример того, как астрономический прогноз был сразу же поддержан и геологическими свидетельствами, и найденными окаменелостями. Речь идет о происхождении птиц.
Перья, чтобы не замерзнутьКогда 230 миллионов лет назад первые маленькие динозавры и млекопитающие впервые выступили на арену, Солнце и Земля были приблизительно там, где они находятся и сейчас. В течение этого времени Солнечная система сделала полный оборот вокруг центра Галактики. И большую часть путешествия динозавры были властителями Земли, оставив млекопитающих на низшем уровне, хотя самим динозаврам так и не удалось завершить великое путешествие.
Путешествие началось в теплый триасовый период. Путеводитель по Галактике для динозавров, учитывающий потоки космических лучей, сообщил бы, что приближается рукав Щита — Южного Креста, и пообещал бы «ледник» в юрском и меловом периодах. До сих пор поколениям студентов и поклонников гигантских рептилий говорили, что на протяжении всей динозаврьей мезозойской эры условия жизни на планете были едва ли не курортными: тепло, льда на суше практически нет. Если какие-либо геологические представления и входили в противоречие с расчетами космических лучей, то это были именно стереотипы, сложившиеся вокруг мезозоя, и Нир Шавив это хорошо понимал.
