Кибернетика, ноосфера и проблемы мира - Коллектив авторов

В истории Земли и ее биосферы было одно событие, которое, по всей видимости, может иметь прямое отношение к обсуждаемой теме. Мы имеем в виду массовое и одновременное исчезновение многих рептилий, в частности динозавров, значительного числа групп морских беспозвоночных и больших групп растений около 65 миллионов лет тому назад на границе мелового и третичного периодов геологической истории Земли. Многие поколения ученых, начиная с великого французского палеонтолога и анатома Ж. Кювье в начале XIX в. пытались объяснить это явление. Кювье предложил гипотезу катастроф, однако вскоре большинство ученых отвергло ее и в течение последующих примерно полутора веков она не пользовалась популярностью.

Тем не менее к концу семидесятых годов уже нашего века стало ясно, что биосфера в ее разнообразии наиболее чувствительна к климатическим изменениям, которые легко нарушают цепи питания в природе вследствие различной приспособляемости разных организмов к изменениям температуры, влажности и т. п. К этому же времени в разных частях земного шара бесспорно была установлена одновременность гибели за короткий промежуток времени фитопланктона морских поверхностных вод, многих семейств зоопланктона. Имеются убедительные свидетельства в пользу одновременности исчезновения 65 млн. лет тому назад динозавров и других рептилий, хотя этих данных не так много[79]. В 1979 г. группа сотрудников Калифорнийского университета (Беркли) объявила о том, что обнаружила аномально большие содержания тяжелого элемента иридия в морской формации близ Губбио в Аппенинских горах в Италии[80]. Иридий был лишь в слое глины мощностью 1–2 см, отделяющем морские известняки позднемелового периода от покрывающих их известняков раннетретичного возраста. Известняки под глинами содержат морские организмы, типичные для позднего мела. В глинах не обнаружено никаких организмов. В известняках над слоем глины организмы мелового периода не встречаются, но есть организмы, типичные для третичного периода.

Обогащение глины иридием, обнаруживаемом путем нейтронного активационного анализа, было в 30 раз больше по сравнению с обычными концентрациями в земных породах. Аналогичные результаты по обогащению иридием осадочных пород, датируемых переходом от мелового периода к третичному, были обнаружены в районе Стевнс Клинт, в Дании, где обогащение иридием было в 160 раз больше нормы, в ряде осадочных морских пород по данным глубоководного бурения в Атлантике, Тихом океане и в некоторых пресноводных озерах.

Как тяжелый элемент платиновой группы иридий в земной коре содержится в гораздо меньших концентрациях, чем в веществе солнечной системы, в частности в метеоритах. По всей видимости, он сконцентрирован в ядре Земли. Все это заставило ученых Калифорнийского университета предположить, что в породах, датируемых разделом мелового и третичного периода, иридий внеземного происхождения. Глобальная распространенность иридия дала возможность оценить поперечник упавшего на Землю небесного тела приблизительно в 10 км.

Какой же астероид таких размеров мог столкнуться с Землей 65 млн. лет тому назад и какова частота таких столкновений? Наиболее вероятным кандидатом считается астероид из группы Аполлона. Ее формируют небольшие небесные тела, чьи орбиты пересекают плоскость орбиты Земли. Сейчас известно около 30 объектов с диаметрами от 0,2 до 8 км. Учитывая несистематичность и неполноту их поиска с помощью телескопов и малость размеров, число астероидов в этой группе с диаметром больше 1 км может быть оценено приблизительно в 750. Неизбежно столкновение некоторых из них с Землей.

При таком столкновении на поверхности Земли создается кратер диаметром, примерно в 10 раз большим диаметра падающего тела, и с глубиной до двух его диаметров. Сам астероид практически полностью испаряется, выбрасывая «вместо себя» массу породы порядка сотни масс астероида. Некоторая часть продуктов выброса — мелкоизмельченная порода — может быть заброшена высоко в атмосферу и даже в стратосферу и оставаться там продолжительное время.

Может ли падение такого метеорита привести к глобальным климатическим изменениям, и как вообще это могло повлиять на биосферу? Наиболее полный ответ в настоящее время на этот вопрос дает модель, разработанная американскими учеными[81]. Хотя в их модели искомые величины усреднены по горизонтам, она прослеживает временную эволюцию профиля по вертикали, изменение распределения частиц по размерам вследствие их выпадения, вымывания осадками, коагуляции и т. д. Аккуратно учитывается взаимодействие с частицами солнечной радиации, а также теплового излучения Земли и атмосферы. Модель рассчитывалась отдельно над сушей и над океаном.

Конечно, при подобном математическом моделировании всегда есть много неопределенностей в оценке различных параметров и процессов. Поэтому был рассчитан ряд сценариев. Во всех сценариях учитывается быстрое горизонтальное распространение пыли, благодаря возникновению температурных контрастов между загрязненными частями атмосферы, которые сильно поглощают солнечное излучение и потому разогреваются быстрее в сравнении с еще чистыми ее областями (именно этот механизм способствует быстрому — за одну-две недели — глобальному распространению облаков пыли на Марсе).

Несмотря на разброс, результаты всех рассчетов по различным сценариям показывают, что приблизительно месяц солнечное излучение будет настолько отрезано от поверхности, что там наступит полная тьма, на время до нескольких месяцев станет невозможен фотосинтез, в течение примерно полугода температура поверхности суши окажется ниже 0 С, т. е. ниже точки замерзания воды, а максимальное падение температуры поверхности суши до — 20 °C продлится месяц или больше.

Верхний слой океана вследствие его большой тепловой инерции за время около года, когда пыль оседает из тропосферы и стратосферы, успевает остыть всего лишь на несколько градусов. Перенос тепла из атмосферы над океанами на континенты способен уменьшить похолодание внутри континентов на 20–30 % и вблизи берегов в два-три раза, но в целом температура поверхности суши окажется существенно ниже нуля.

Эти результаты — изменение температуры атмосферы, поверхности суши и океана можно получить не только на больших численных моделях теории климата, общей циркуляции атмосферы и океана, но и с помощью совсем простой модели, доложенной авторами этой статьи на конференции «Мир после ядерной войны» 1 ноября 1983 г. в Вашингтоне. По этой модели авторы рассчитали изменения температуры во время «ядерной зимы» в гипотетическом случае падения астероида на Землю, а также при глобальных пыльных бурях на Марсе.

Результаты модельных расчетов американских авторов и наших собственных согласуются с тем, что вымирание морских организмов на границе мелового и третичного периодов было вызвано временным (на несколько месяцев) прекращением фотосинтеза в морских поверхностных водах и разрывом поэтому цепей питания. Прекращение фотосинтеза и похолодание на суше могло не так сильно повлиять на растения суши, так как они размножаются семенами, которые могли это пережить, а также потому, что цикл углерода на суше имеет время порядка нескольких лет или больше. Крупные животные могли вымереть как от холода, так и потому, что в условиях длительной темноты им было трудно находить пищу. Мелкие животные могли лучше приспособиться к уменьшениям света и температуры, например, зарывшись в землю.

Остается вопрос, есть ли на Земле кратер, который был бы отождествлен с падением такого астероида. В качестве наиболее вероятного кандидата был предложен Карский кратер (вблизи реки Кара, начинающейся на Северном Урале и впадающей в Байдарацкую губу Карского моря), Согласно данным, полученным путем палеонтологического анализа профессором МГУ В. И. Фельдманом, возраст кратера датируется между 60 и 66 млн. лет.

Карский кратер или карская депрессия, по терминологии ленинградского геолога В. Л. Масайтиса, впервые описавшего его как ударный кратер, состоит из двух кратеров: основного (Карского) диаметром 60 км и второго (Усть-Карского) диаметром 25 км, частично уходящего на дно Байдарацкой губы. Интересно, что В. Л. Масайтис отождествил с тем же ударом и третий Каменский кратер около г. Ростова (Ярославского) диаметром приблизительно 5 км. Все эти кратеры находятся на одной дуге большого радиуса и явно произошли от дублета (или триплета), который в космосе был единой системой, связанной своим слабым полем тяготения, но развалившейся в гораздо более сильном поле тяготения Земли по мере приближения к ней. Такая система при столкновении с Землей вполне могла поднять в воздух количество пыли, достаточное по порядку величины, чтобы вызвать описанную экологическую катастрофу, поскольку одновременное соударение двух (или трех) астероидов высвобождает больше энергии и поднимает больше пыли, чем один астероид суммарной массы[82]. В заключение стоит сказать, что гипотеза о падении небольшого астероида (или двух-трех астероидов) представляется достаточно обоснованной для объяснения причин экологической катастрофы 65 млн. лет тому назад. Ясны и физические механизмы воздействия на биосферу: запыление атмосферы, прекращение доступа солнечного света к поверхности, в результате чего прекращается фотосинтез и наступает резкое похолодание поверхности суши. Хотя запыление атмосферы было тогда в сотни раз большим, чем после возможного ядерного конфликта, для резкого падения температуры поверхности суши вовсе не нужно ослабления солнечного света в десятки тысяч раз, как при падении астероида, достаточно ослабления всего в несколько раз, чтобы осуществилось основное понижение температуры.