Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
Почему же тогда должна была благоденствовать жизнь? Возможно, по тем же причинам, что и в сегодняшнюю ледниковую эру. Температурный контраст между теплыми тропиками и заледеневшими полюсами создает сильные ветры и стремительные океанские течения, и их воздействие на жизнь Земли заметно даже из космоса. Спутники могут оценить продуктивность жизни на морской поверхности, измерив количество содержащегося там хлорофилла. Они наблюдают огромные площади субтропических океанов, где на каждый квадратный километр приходится гораздо меньше жизни, чем в штормовых средних широтах и субполярных морях, поверхность которых лучше пополняется необходимыми питательными веществами, например, фосфором. Для более спокойных периодов в истории Земли характерен недостаток питательных веществ, и это ограничивало развитие биосферы — полнота жизни хотя и сохранялась, но была все же весьма умеренной.
Неудивительно, что для карбонатных пород, формировавшихся во время эпизодов «Земли-снежка», то есть в периоды, отделенные от нас 2300 и 700 миллионами лет, свойствен чрезвычайно низкий уровень углерода-13: в те холодные времена наземный лед практически остановил процесс фотосинтеза и мертвые организмы возвращали природе накопленный ими углерод-12. Но эти времена упадка жизни перемежались взрывами яркого и бурного роста. Когда бы ни наступал перерыв в чрезмерном оледенении, жизнь в море тут же энергично восстанавливалась. Помимо того что при этом высвобождаются питательные вещества (не важно, в каменноугольный период или в наши дни), происходит обогащение органического материала соединениями углерода за счет необыкновенно высокого уровня углекислого газа, — именно это, возможно, подстегивало рост жизни в паузах между эпизодами «Земли-снежка».
Эти ремарки к драме жизни, вписанные атомами углерода, заставили Свенсмарка по-новому взглянуть на миллиарднолетнюю историю переменчивой фортуны нашей планеты. Оказалось, что звездное окружение Земли в Млечном Пути не только решает, куда должна крениться продуктивность океанской жизни — в сторону изобилия или в сторону скудости, но и задает наклон этого крена.
Изменчивость жизни и космические лучиКолебания жизни были значительны — она то почти исчезала, как во времена «Земли-снежка», то нагуливала жирок, как это происходило в продуктивные времена наподобие каменноугольного периода, и этому соответствовали вполне логичные изменения в уровне углерода-13. Однако, помимо «углеродной» логики, работало что-то еще. Беспрерывные колебания жизни заставляют думать о каких-то тонких, неустойчивых, еле уловимых взаимосвязях между геологией, климатом и биологией. Причем интенсивность самих этих колебаний изменяется от одной фазы в истории Земли к другой.
В 2005 году Свенсмарк заметил, что вариабельность углерода-13 тесно связана с вариабельностью морских температур, определяемых с помощью кислорода-18. На протяжении последних 500 миллионов лет частые изменения климата сопровождались большими и тоже частыми переменами в продуктивности жизни. Но когда Свенсмарк заглянул в еще более далекое прошлое, он увидел, что изменчивость биосферы была временами не в пример значительнее.
Свенсмарк изумился, осознав, что изменчивость биосферы достигла максимума в период между отметками 2,4 и 2 миллиарда лет назад — это примерно соответствовало первому эпизоду «Земля-снежок». Как раз в то время интенсивность космических лучей была особенно велика вследствие звездных взрывов в нашей Галактике. Тогда Свенсмарк взял отрезок времени в 3,6 миллиарда лет, разделил его на сегменты по 400 миллионов лет и сравнил изменения в вариабельности углерода-13 с расчетными показателями интенсивности космических лучей.
Совпадение было почти невероятным и составило 92 процента. 100 процентов означало бы прямолинейную корреляцию. Одной из причин такого подобия графиков могло быть то, что, когда интенсивность потоков заряженных частиц очень высока, колебания этой интенсивности также происходят в довольно широком диапазоне. А вывод здесь вот какой: на Земле не просто холодно, когда космических лучей много, — увеличивается сам размах колебаний климата между указателями с надписями «теплее» и «холоднее», по мере того как Солнце и Земля обращаются вокруг центра Галактики и контраст между спиральными рукавами и межрукавными областями становится более сильным.
Эти очень похожие диаграммы, поступившие из совершенно разных сфер — астрономии и геологии, — показывают, что изменчивость жизни на нашей планете зависит от галактического окружения Земли и общей интенсивности космических лучей. Верхняя диаграмма демонстрирует приток космических лучей на разных этапах истории в сравнении с современным уровнем, принятым за единицу, а «изменчивость изобилия биосферы» — это статистический индикатор, дающий представление о колебаниях доли атомов углерода-13 в морских отложениях.Около 3,4 миллиарда лет назад действия юного Солнца по отражению космических лучей были весьма успешны, интенсивность заряженных частиц оставалась на низком уровне, и продуктивность жизни, как свидетельствует углерод-13, колебалась в малых пределах. Между отметками 3,2 и 2,8 миллиарда лет назад скорость звездообразования была такая же, как сегодня. Похожими были и колебания биологической продуктивности в океане.
Как любопытно! Тогда существовали только бактерии, а сейчас трудятся целые флотилии куда более совершенных организмов, поддерживая пищевые цепочки, идущие снизу вверх — от простейших до высших рыб и китов. И все же общая чуткость первых бактерий и современной экосистемы к переменам климата примерно одна и та же, если судить по отклонениям в ту и другую стороны от средней скорости поглощения организмами двуокиси углерода, требуемой им для роста.
Около 2,8 миллиарда лет назад интенсивность космических лучей сильно возросла, принеся с собой значительное изменение климата, и жизнь стала активнее. На пике звездных взрывов, произошедших 2,4–2,2 миллиарда лет назад, вместе с которыми началось превращение Земли в «снежок», космические лучи все еще были сильными, так же как и колебания углерода-13, на что впервые обратил внимание Свенсмарк.
Между отметками 2 и 1,2 миллиарда лет назад поток космических лучей опять оставался на низком уровне, и продуктивность биосферы изменялась незначительным образом. Зато следующий всплеск звездной рождаемости побудил жизнь собрать все свои силы и вызвал изменения, продолжавшиеся даже тогда, когда 750 миллионов лет назад вся планета покрылась льдом. Это было время «большого взрыва» в эволюции, которая изобрела многоклеточные эукариоты — предшественников животных и высших растений. 800 миллионов лет назад вариабельность биосферы была относительно высока. После этого она пошла на убыль и вернулась к показателям, существовавшим 3 миллиарда лет назад.
Эта новая история биосферы, рассказанная путем истолкования данных об углероде-13 с привлечением астрономической хроники, очаровывает и озадачивает своей простотой. Содержание истории открыто для широкого обсуждения. Например, уровни содержания углерода-13 задаются не только ростом живых организмов. Высокая скорость оседания органического материала на морское дно может увеличить пропорцию углерода-13 за счет вытеснения углерода-12. Когда же трупы мертвых существ растворяются в морской воде и возвращают ей углерод-12, пропорция углерода-13 идет вниз. И еще: уровень углерода-13 в морской воде связан с преобладанием в атмосфере двуокиси углерода.
Также можно сказать, что периоды в 400 миллионов лет, предложенные Свенсмарком, — слишком длительные сроки, в течение которых и биосфера, и ландшафт планеты могут сильно измениться. Эти периоды в шесть раз шире пропасти, отделяющей нас от времени вымирания динозавров. За 400 миллионов лет континенты не раз могут перегруппироваться, а Солнце и Земля могут дважды или трижды забежать в гости в разные спиральные рукава Галактики.
Представления о том, как земная жизнь реагирует на льющиеся на нее потоки заряженных частиц, поможет по-новому взглянуть на историю Земли. Появление многоклеточных, после того как климат резко накренился в сторону последнего «снежка», позволяет говорить о том, что сильно изменчивый климат, в отличие от «обычных» климатических перемен, может подтолкнуть живых существ к радикальным нововведениям. С другой стороны, менее изменчивый климат позволяет природе проводить не столь резкие, зато более изысканные усовершенствования, и в результате получается красочное разнообразие видов, которых отлично устраивает господствующий климат. Возможно, даже чересчур устраивает. Перед созданиями, прекрасно приспособившимися к имеющимся условиям жизни, встает угроза пасть жертвами грядущих изменений климата.
