16. Излучение с небес

16. Излучение с небес

ВОПРОС: Трудно представить, что маленькие частицы, принесенные лучами от взрыва сверхновой, могут пройти миллионы миль к Земле и причинить ей катастрофические события. Как это возможно?

Мы не замечаем того, как невидимые частицы и радиация от сверхновой каждый день бомбардируют наше тело. Путешествуя почти со скоростью света, один атом появляется в каждом квадратном сантиметре внешней части земной атмосферы почти каждую секунду, создавая дождь из частиц. Эти частицы представляют собой космические лучи. Сверхновая в нашей галактике создает их великое множество. Они путешествуют на протяжении многих тысяч лет по всей галактике, повинуясь действию магнитных полей. Большинство из этих атомов являются атомами водорода; гелий, угле-род, железо и все другие элементы в нашей Солнечной системе образуют космические лучи, которые прилегают из глубин космоса в таком же количестве, в котором они присутствуют около Земли. Большая часть космических лучей низких энергий (меньше 1000 Мэв или миллионов электронвольт) происходит от солнечного ветра, в то время как большая часть других лучей приходит из-за пределов нашей Солнечной системы. Космические лучи самых высоких энергий имеют энергии больше, чем 10²⁰ Мэв — энергии хорошо брошенного бейсбольного мяча (но мы не можем видеть этого «питчера», и фактически истинное происхождение этих космических лучей высоких энергии до сих пор представляет для нас тайну).

Что происходит, когда космические лучи врезаются в атмосферу? К счастью, наша атмосфера является столь толстой, что даже лучи с самой высокой энергией не могут достичь Земли. Вместо этого каждый космический луч разбивает атомы в нашей атмосфере (по большей части азот, кислород и аргон), получается «душ» из протонов, нейтронов, пионов, мюонов, электронов и гамма-лучей, которые, в свою очередь, разбивают другие атомы. Каждое столкновение приводит к появлению каскада частиц, многие из которых доходят до Земли, где их легко зафиксировать. Барраж из космических лучей производит нейтроны, которые бомбардируют нас каждую секунду, На уровне моря в секунду пролетает один нейтрон на 11 квадратных дюймов (71 квадратный сантиметр). Это означает, к примеру, что два нейтрона проходят каждую секунду сквозь вашу голову, хотя, конечно, вы их не чувствуете. В большинстве мест Земли воздействие радиации обуславливается в основном действием космических частиц. Если вы живете на большом возвышении, воздействие на вас лучей серьезно, а для летчиков, бывающих на больших высотах, излучение опасно для жизни. Более сильному воздействию подвергаются астронавты, которые часто находятся на самом краю атмосферы и выше. Уберечь астронавтов от смертоносного воздействия радиации — одна из труднейших проблем.

КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ И ЗЕМНАЯ ПОГОДА

Космические лучи от взрыва сверхновой могут также играть важную роль в формировании погоды. Ученые полагают, что космические лучи обычно являются пусковым механизмом для молний, создавая дорожку из ионов через атмосферу. Была найдена корреляция между величиной космических лучей и облачных формаций на низкой высоте. Нигел Марш и Генрик Свенсмарк (2001) нашли эту связь, как показано на илл. 16.1. Вместо ионизации от космических лучей, похоже, облегчается формирование атмосферных молекул, подобных серной кислоте (H₂S0₄), в небольшие капли, которые действуют как ядра конденсации для водяных паров. Относительно климатического эффекта цепь событий происходит следующим образом:

• Ближайшая сверхновая выбрасывает больше космических лучей.

• Большее число космических лучей вызывает большее количество водяных паров, которые могут конденсироваться в облака.

• Большее количество облаков блокирует большее количество приходящего света. Погода становится холодней

• Большее количество бурь — больше дождя и снега. Температура падает.

• Большее количество снега отражает больше света в космос. Атмосфера становится холодней.

• Большее количество холодной воды и льда попадает в океан. Климат становится еще холодней.

_{Илл. 16.1 Линия интенсивности космических лучей (черная линия) почти точно совпадает с количеством дней с низкими облаками за последние двадцать лет, это говорит о том, что рост уровня радиации приводит к появлению большего числа облаков, которые изменяют климат. По Маршу и Свенсмарку (2001)}

Имея этот сценарий, можно сделать вывод, что взрыв сверхновой может изменить климат, причем есть несколько условий, при которых сверхновая может вызвать возрастание космических лучей. Если магнитное поле Земли ослабевает, тогда большее количество космических лучей попадет в нашу атмосферу, после чего должно произойти то же самое похолодание. К тому же когда на Солнце появляются пятна, количество космических лучей возрастает. Это происходит оттого, что солнечная плазма больше не оберегает Землю и большее излучение ведет к глобальному похолоданию. Эти процессы, однако, не приводят к такому сильному и внезапному похолоданию, как от вспышки сверхновой.

КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ ОТ СВЕРХНОВОЙ

Мы сосредоточились на эффектах космического излучения, вызванного взрывом сверхновой, поскольку многие космические лучи, которые ударяют в Землю, происходят в окрестностях галактики именно по этой причине. Из-за того, что этот район в прошедшие тысячелетия имел более чем достаточно сверхновых, объем получаемых Землей космических лучей в наши дни, по всей вероятности, выше, чем в отдаленном прошлом

Очевидная связь между недавно прибывшими космическими лучами и климатом заставляет задуматься о том, что, возможно, изменения космической радиации воздействуют на цикл наступления холода на Земле, составляющий миллионы лет. Согласно работе Шавива и Вейзера (2003), так оно и есть. Эти исследователи сравнивали величину космических лучей с климатом Земли на протяжении последних 500 миллионов лет и нашли на удивление сильную корреляцию, которая показана на илл. 16.2. Каждый раз, когда интенсивность космических лучей увеличивается, климат становится холодней, а когда уменьшается, климат становится теплее.

_{Илл. 16.2. Черная температурная линия, подсчитанная из космических потоков лучей, точно прослеживает существующий климат в течение последних 500 млн лет. Шесть из девяти последних затуханий также соединяются с увеличивающейся радиацией}

Заметьте также, что большинство периодов массового вымирания (черные полосы на нижней линии) довольно точно совпадают по времени с самыми холодными периодами, отображенными на графике. Только несколько вымираний пришлось на более теплые периоды с небольшим космическим излучением. Это заставляет предполагать, что изменяющиеся уровни космической радиации прямо воздействуют на скорость вымирания живого.

МАССОВОЕ ВЫМИРАНИЕ ЖИВОГО

В 80-х годах XX века Луис Альварес и группа других ученых обнаружили свидетельства массового вымирания динозавров от столкновения Земли с космическим телом, которое исследователи в данном случае связали с кратером, спрятанным в земле полуострова Юкатан. До них никто не мог найти серьезной связи между столкновениями и вымираниями. Прошло немного времени, и в 1984 году Пол Роп и Джек Сепскоски предположили, что вымирание динозавров было только одним из примерно десяти больших вымираний, которые, похоже, регулярно происходили каждые 26 миллионов лет. Из десяти пять самых больших произошли примерно 65,210,245,364 и 440 миллионов лет назад, как показано на илл. 16.2 Если брать большую часть вымираний, то от 20 до 60 процентов всех видов исчезли сравнительно недавно; 245 миллионов лет назад вымирание было особенно катастрофическим — с лица Земли исчезло невероятное количество живого — 90 процентов!

Теория регулярно повторяющихся вымираний до сих пор вызывает споры, но ученые сходятся на том, что вымирания действительно имеют место. Но что их вызывает? Удалось с достаточной степени достоверности связать некоторые вымирания со столкновениями с кометами и астероидами; другие вымирания связаны с активностью вулканов; причины остальных до сих пор не ясны. Однако недавно Эдриан Мелотг и группа астрономов (2004) предположили, что второе по величине вымирание,440 тысяч лет назад (когда вымерло две трети видов), может быть вызвано взрывом сверхновой. По их теории, гамма-лучи разрушили озоновый слой Земли, позволив ультрафиолетовому излучению «стерилизовать» большую часть планеты.

Многие ученые признают это космическое столкновение во времена исчезновения динозавров примерно 65 миллионов лет назад. Интересно, что и в этом случае могла оказать влияние вспышка сверхновой. Известно, что в то время произошло значительное похолодание климата; в 1970-х Рассел (1977) высказал предположение, что вспышка сверхновой привела к климатическим изменениям и привела к массовому вымиранию, В качестве доказательства Рассел описал огромную, быстро растущую оболочку межзвездного водорода, которая носит название Кольцо Лидблада. Оно составляет 18 тысяч миль в диаметре и является частью нашего «местного пузыря». Если это Кольцо было остаточной оболочкой сверхновой, центр ее взрыва 65 миллионов лет назад находился в опасной близости от Земли. Это привело Рассела к заключению, что сверхновая играла главную роль в вымирании динозавров, в том числе тем, что вызвала столкновение Земли с небесным телом.

В более близкие к нам времена произошло меньшее по масштабам вымирание, которое, согласно Бениту и его коллегам (2002), могло быть связано со сверхновой в группе молодых звезд на границе созвездий Скорпиона и Кентавра. Эта сверхновая может быть ответственной за появление «местного пузыря». Бенит и его команда нашли, что примерно 2 миллиона лет назад некоторые звезды из этой группы могли пройти на расстоянии менее 130 световых лет от Земли — достаточно близко для того, чтобы сверхновая «обдала» нас космическим излучением и множеством частиц. Когда эти исследователи поняли, что звезды были так близко, они стали искать свидетельства взрыва — и нашли их. В коре океанского дна исследователи обнаружили большое количество железа-60, одного из изотопов, производимого сверхновой. Этот слой датируется временем 2 миллиона лет назад — точное время вымирания. Имея это свидетельство, Бенит и его коллеги сделали заключение, что тогда сверхновая убила миллионы растений и животных.

Это лишь три примера возможной связи между сверхновой и некоторыми из самых больших массовых вымираний; однако почти наверняка можно найти и другие случаи. Сверхновые — это одна из нескольких причин, которые могут привести к массовым вымираниям, но ими занимались меньше всего, отчасти потому что взрывы были очень далеко и их труднее изучать, чем большие кратеры, изменения климата и извержения вулканов. Те не менее они могут быть «пусковым механизмом», который привел в действие наиболее известные нам эффекты.

СВЕРХНОВАЯ И НИТРАТЫ

Группа Мелотта, которая изучала самые древние массовые вымирания, связанные со сверхновыми, предположила, что излучение сверхновой заставляет окисляться азот, отчего в атмосфере образуется смог. Если то же было характерно для нашей недавно взорвавшейся сверхновой, это должно было как-то отразиться на Земле. Уровень азота также должен был повыситься, когда в земную атмосферу влетали какие-либо тела.

Одну из самых глубоких проб, GISP2, полученных в Гренландии, ученые проверили на нитрат, или NО₃. Этот нитрат производят растения, связан он и с человеческой деятельностью. Маевский и Легранд (1990) нашли, что этот нитрат может быть индикатором полярных стратосферных облаков и, как мы видели выше, облачность имеет связь с ростом уровня космической радиации. Дрешхофф и Целлер (1998) высказали предположение, что нитрат мог попасть в лед в ходе сильных солнечных выбросов, которые могли иметь связь с двигающейся к Земле ударной волной с веществом сверхновой. Нитрат может также появиться от столкновения комических тел: когда какой-нибудь объект с большой скоростью входит в атмосферу Земли, он «сжигает» азот и производит нитрат, вместе с другими содержащими азот компонентами.

Мы имеем три примера связи между сверхновой и нитратами, так что это должно отразиться на образцах из глубин ледника. На илл. 16,3 можно видеть, что повышение количества нитратов имеет место три раза и совпадает с датами из нашей теории: 13 тысяч, 34 тысячи и примерно 41 тысяча лет назад. Пик, приходящийся на дату 13 тысяч лет назад, является самым большим, это очень отчетливый острый пик, в три раза превосходящий нормальный уровень за все 110 тысяч лет, когда велись записи. Следующие два самых старых пика соответствуют ударной волне от сверхновой (34 тысячи лет назад) и импульсу излучения (41 тысячу лет назад).

_{Илл. 16.3. Уровень нитрата из образца GISP2 из ледника в Гренландии. Заметьте, что во время «События» количество нитратов почти удвоилось и достигло максимума за последние 110 тысяч лет. Данные из: Маевский и др. (1997)}

Но, возможно, пики вызваны климатом? Может быть, и так, поскольку содержание нитратов имеет тенденцию увеличиваться, когда погода становится теплее, как в наши дни. Мы можем проверить это, исследовав другой образец, GRIP, опять же из глубин ледника Гренландии, Этот образец относится к периоду 130 тысяч лег назад, когда климат был практически таким же, как в наши дни. Удивительно, но этот образец показывает, что уровень нитратов во время последнего межледникового периода был самым низким за период в 154 тысячи лет. Таким образом, не похоже, что высокое содержание нитратов является следствием нашего более теплого климата. Теперь, когда мы знаем это, сложнее утверждать, что пик не связан со сверхновой и столкновениями с космическими телами, поскольку других причин нет. Напротив, теперь свидетельства говорят в пользу «События», поскольку увеличение числа нитратов связано со вспышкой сверхновой, причем несколькими путями: еще больше нитратов могло подняться в нашу атмосферу из-за вызванных сверхновой космических лучей, от столкновения и от вспышек на Солнце. Все эти три причины являются частью «сценария» «События». Не удивительно ли, что уровень нитратов 13 тысяч лет назад был выше, чем в любое другое время за последние 154 тысячи лег? Это было необычное время.

ПРИЧИНА ВЫМИРАНИЯ

Почти все массовые вымирания последнего времени демонстрируют последовательность событий, когорте происходили одновременно или почти одновременна. Если вы упоминаете динозавров, чаще всего слушатель думает о кратере от астероида, хотя это только одно звено в цепи серьезных событий, многие из которых взаимосвязаны. То же самое относится и к массовому вымиранию в ледниковый период

Мы не думаем, что одна лишь сверхновая или одно столкновение с космическим телом могут вызвать исчезновение крупных животных, — все гораздо сложнее. Отдельные виды растений и животных исчезли от одной из следующих причин, при этом некоторые из них являются наиболее важными:

• излучение от сверхновой (прямое или посредством генетических нарушений);

• бомбардировка высокоскоростными частицами от сверхновой;

• столкновение с ударной волной и тепло;

• связанное со столкновением падение на зем?ио вещества сверхновой;

• пожары (как непосредственно, так и посредством уничтожения пищи);

• токсические химические соединения и тяжелые металлы в воздухе и воде;

• связанное с «Событием» изменение климата — прямое или путем уничтожения пищи («теория похолодания»);

• эпидемии, вызванные радиацией и разрушением экосистемы («теория болезней»);

• хищники, люди и животные, которые охотятся на выживших животных («теория чрезмерной охоты»).

Как вы можете видеть, теории «похолодания», «болезней» и «чрезмерной охоты» совместимы с теорией «События» и почти наверняка сыграли свою роль. Надо сказать, что хотя можно подумать, что слово «вымирание» означает гибель всех животных в один день, такого произойти не могло. Небольшие изолированные группы могли существовать сотни или тысячи лет до исчезновения.

ПРОДОЛЖАЮЩЕЕСЯ ВЫМИРАНИЕ

До сих пор мы по большей части говорили о вымирании, которое прекратилось 13 тысяч лет назад, и коснулись вымираний, которые имели место миллионы лет назад. Поскольку они были в отдаленном прошлом, вы можете задаться вопросом; зачем нам надо было их вообще касаться?

Лики и Левин (1995) могли бы ответить на этот вопрос. В своей книге «Шестое вымирание» («The Sixth Extinction») они описывают период, в котором к Земле исчезло 50 процентов жизни; причем случилось это не в отдаленном прошлом, а в наши времена. Происходящее вымирание является самым интенсивным за последний миллион лет, и некоторые полагают, что оно будет пятым из шести самых крупных в истории Земли, причем исчезнет более 50 процентов живого, включая, возможно, и человека.

По большей части это шестое вымирание объясняется переизбытком человеческого населения на Земле, чрезмерными охотой и рыбной ловлей, интенсивным использованием природных ресурсов. Однако не во всем стоит винить человека — главную роль в вымирании играют последствия «События». Вы можете спросить: как «Событие», произошедшее в ледниковый период, может иметь отношение к современным проблемам? Чтобы ответить на этот вопрос, нам надо отступить назад, чтобы увидеть картину целиком.

ПОСЛЕДСТВИЯ ВЫМИРАНИЯ

Когда люди используют термин «вымирание», это означает исчезновение множества существовавших видов. Однако это лишь часть истины. Другая часть состоит в том, что некоторые виды выживают. Во время всех последних больших вымираний, когда сильно нарушался баланс экосистемы, многие из оставшихся видов переживали взрывной рост. Это случилось и 13 тысяч лет назад, когда необычное сочетание обстоятельств создало благоприятные условия для человеческого вида.

Во-первых, появились новые гены. Под влиянием генетических мутаций человек получил творческие способности и принялся за технологические новшества, которые повысили результативность охоты. «Событие» уничтожило соперников в виде хищников, а выживших добили умелые охотники, чтобы обеспечить свою безопасность. Человеку стало легче получать пищу, и, соответственно, народонаселение стало быстро увеличиваться.

Во-вторых, улучшение климата (благодаря парниковому эффекту от столкновения) также ускорило рост народонаселения. Более теплый климат, вместе с большими возможностями человека, способствовал появлению сельского хозяйства и освободил человека от кочевого образа жизни. Строились все более хорошие дома, изготовлялась лучшая одежда, совершенствовалось оружие — все это позволяло человечеству быстро размножаться.

В-третьих, увеличение населения привело к появлению деревень и городов, где разделение труда позволило развиваться талантам в разных областях, Это породило почти непрерывный технологический бум во многих областях, в частности, в горшечном деле, металлообработке, развивалась и письменность.

Все это может казаться позитивным, кроме одного, — растущее население, развитие которого ускорило «Событие», содержало «семена» многих наших сегодняшних проблем. Когда у какого-либо вида — у кроликов, саранчи, леммингов или людей — происходит перенаселение, то за этим следуют проблемы, включая эпидемии, голод, крайнюю агрессивность, разрушение экосистемы, обеднение ресурсов — каждая из них является серьезным вызовом для общества наших дней.

СТАДИИ ВЫМИРАНИЙ

Вымирания включают в себя следующие стадии:

• Крупная катастрофа ведет к исчезновению некоторых видов.

• Эти исчезновения ведут к перенаселенности отдельных сохранившихся видов.

• Перенаселенность имеет следствием катастрофическое уменьшение численности вида.

Эта последовательность стадий оказывалась верной для каждого процесса вымирания. В настоящее время мы прошли через первые две стадии. Как во всех последних случаях вымираний, перенаселенность приводит к депопуляции вида, которая, в свою очередь, уничтожает все то зло, которая приносила депопуляция другим видам. Подобно взрывному распространению водорослей, которые создали «черное покрывало», наш вид стал бесконтрольно распространяться по всей планете. В конечном счете водоросли прекратили экспансию и их количество вернулось к нормальному уровню, но с нами этого еще не произошло.

Для любого вида радикальная депопуляция является классическим, хорошо известным результатом проблем, с которыми он сталкивается, Болезни, другие виды, хищники, конфликты и голод «решают» проблему перенаселенности. Мы не видим серьезности проблемы в том, что находимся на второй стадии вымирания, но если мы не возьмем рост населения под контроль, природные силы весьма болезненными методами сделают это за нас.

В наши дни большинство из текущих проблем человечества, включая голод, войны, загрязнение, глобальное потепление и СПИД связаны со значительной перенаселенностью, которая была вызвана в конечном счете «Событием», Последние свидетельства говорят о том, что эта катастрофа изменила экосистему, а некоторые виды исчезли через большое время после нее. Сейчас человечество может исчезнуть, и это не пустая угроза. Подобное уже случалось много раз.

ВЫЖИВШИЕ: ПЕРСЫ

Ниже мы приводим еще одну легенду, похожую на легенду племени хопи, о холоде, который спустился на Землю после того, как сверхновая послала на нашу планету космические лучи. Эта легенда происходит из Персии, расположенной в Азии, очень далеко от земель хопи. Хотя излучение от сверхновой было кратковременным, климатические изменения произошли по всему земному шару. Это также история о перенаселенности и одном из путей решения этой проблемы.

Самая первая зима

Има был первым смертным, с которым заговорил Творец, потому именно ему было поручено быть посланником на. Землю, что он делал на протяжении 900 лет весьма успешно. За это время на Земле не было ни болезней, ни смертей. Погода никогда не была слишком жаркой или слишком холодной, все ладили друг с другом и преуспевали. Поскольку смертей не было, люди, животные и растения так размножились за 300 лет, что Име пришлось сделать Землю больше. Он быстро осуществил это, используя магическое металлическое кольцо и золотой кинжал, полученный от Творца, чье имя было Ахурамазда. Все ладили на новой увеличенной планете еще 300 лет, после чего пространства снова стало не хватать. Има сделал Землю больше еще раз, но через 300 лет снова появилась та же проблема.

Има пожаловался Ахурамазде, который сказал ему: «Не хочу, чтобы ты больше увеличивал Землю; она уже достаточно большая. Нам просто придется уменьшать количество людей. Я создам зиму и лед, и это решит проблему».

Ахурамазда сказал Име: «Чтобы выжить зимой, ты должен немедленно построить Вару (помещение размером с город) с множеством хранилищ. Затем возьми по паре скота, птиц, собак, лошадей, растений и деревьев, и помести их в хранилище. Когда ты закончишь с этим, возьми свою семью и тысячи пар, которых ты сам выберешь, в Вару, после чего закрой за собой двери. Пока ты будешь там находиться, ты будешь в безопасности». После того, как Има собрал по паре каждого вида, он закрыл, дверь, как его научил Творец, и его семья оказалась в безопасности.

За стенами Вары начал падать снег, а реки стали замерзать. Ахурамазда послал мороз, который убил растения, и снег, который полностью застлал деревья. Прошло немного времени, и весь мир был охвачен зимой — временем года, которого на Земле никогда не видели. Все, кто остался на Земле, погибли о холода. Тем временем в Варе, расположенной под глубоким снегом Северного полюса, Има и другие жили счастливейшей жизнью.

Пересказано по Фрезеру, 1919 г.

ЧТО ПОКАЗЫВАЮТ СВИДЕТЕЛЬСТВА

• Сверхновая порождает космические лучи, которые образуют облака, охлаждающие климат, и становится холоднее.

• Сверхновая могла стать причиной второго по масштабу массового вымирания 440 миллионов лет назад.

• Пожары и столкновения с космическими телами порождают нитраты. Образцы из глубины ледников показывают, что 13 тысяч лет назад уровень нитратов был велик.

• Климат за период в 130 тысяч лет стал самым холодным сразу после вспышки сверхновой 41 тысячу лет назад.

• Процесс «шестого вымирания» является результатом «События», которое началось 41 тысячу лет назад.

• Стадии вымирания: исчезновение некоторых видов, перенаселенность, депопуляция.

• Перенаселенность является главным источником проблем человечества.

• Если ведущая к вымиранию последовательность событий продолжится, мы окажемся перед лицом депопуляции.

Теперь давайте перейдем к другому аспекту «События», перенесясь к «заливам» Северной и Южной Каролины.