ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАСТРОФЫ
ЭВОЛЮЦИЯ ИЛИ КАТАСТРОФА!
Мысль о глобальных катастрофах и их влиянии на развитие живых организмов належит выдающемуся французскому ученому XVIII ст. Ж. Кювье. Он считал, Ідо спокойное развитие жизни на Земле много раз перерывалась революционными быстрыми изменениями катастрофического характера, вследствие которых кардинально менялся состав животных и растений, которые населяло Землю. Кювье считал, что такими катастрофами были всемирные потопы. О причинах таких потопов Кювье в своих произведениях не пишет, но с его книг вытекает, что он имел в виду затопления континентов вследствие их опускания ниже уровня океана.
Если в конце XVIII ст. Н. Палас сообщил о находках в Сибири скелетов и даже туш мамонтов в мерзлому сибирскому грунті, это было воспринято как доказательство потопа, воды которого принесли к Сибири с далекой Индии. Авторы гипотезы всемирных потопов ссылались и на авторитет Библии, где описанная такая вселенская катастрофа.
С появлением эволюционного учения Ч. Дарвина теорию катастроф как движущих сил развития жизнь на Земле отвергли. Отвергли, как сегодня обнаруживается, не совсем обосновано. Дело в том, что фактический материал, собранный палеонтологами, климатологами, астрономами, свидетельствует, что в истории Земли много процессов имеет циклический характер, причем одни из отрезков этих циклов можно рассматривать как медленную эволюцию, другие же — как быстрые революционные изменения. В особенности убедительно об этом свидетельствует история органического мира. Палеонтологам ныне известные «критические эпохи» в развития биосферы, на протяжении которых вымирали большие систематические группы растений и животных, которые к тому Существовали десятки миллионов лет, а также эпохи быстрого развития отдельных систематических групп. Так, в начале палеозойской эры в морях резко уменьшилось количество без скелетных организмов, вместе с тем бурно начали развиваться скелетные, покрытые панцирями,— трилобиты, моллюски. В конце палеозоя вымерли большие земноводные и большинство папоротевих растений, в середине мелового периода быстро появились покрытосеменные растения, а в конце — внезапно вымерли динозавры, вместе с тем бурно начали развиваться млекопитающие.
|
|
Перечень таких примеров можно было бы продолжить. Причем много что переломные моменты в развития биосферы имеют катастрофический характер. Рассмотрим, например, вымирания динозавров. Эта группа животных властвовала на Земле на протяжении почти 150 млн лет. Миллионы, если не миллиарды этих рептилий, травоядных и хищных, гигантов, таких, как 70-тонный диплодок, существа размером с голубая, сухопутные и морские, бегая по земле и парящие в воздухе, населяли всю Землю. Это была настоящая эра ящеров. И вот завершается меловый период, а с ним и вся мезозойская эра. И случается невероятное: динозавры исчезают! Гиганты и пигмеи, сухопутной, морские и летающие — все до одного, на всей Земле не оставив потомков. Как писал американский палеонтолог Д. Симпсон, «наиболее загадочное событие в истории Земли — это переход от мезозоя, века рептилий, к кайнозою, века млекопитающих. Впечатление такое, будто во время спектакля, в который все главные роли выполняли рептилии, и в частности толпы разнообразнейший динозавров, занавес на миг упавшая и здесь же поднялась снова, открыв те же декорации, но совсем других актеров: ни одного динозавра, другие рептилии на заднем плане в роли статистов, а в главных ролях — млекопитающие, о которые в предшествующих действиях не было и языка».
|
|
Идею о катастрофических событиях в истории Земли, в частности об экологических катастрофах, ныне разделяет много ученых. Обсуждаются причины и масштабы таких катастроф, их вероятность в будущем и влияние на биосферу. Среди причин катастрофических быстрых изменений, в частности и экологических, называют внутренние, обусловленные свойствами самой Земли как планеты, и внешние, космические. Тем не менее следует подчеркнуть, что четкой границы между этими двумя группами причин провести невозможно, так как все внутренние, земные причины, при более детальном рассмотрении обнаруживаются так или иначе связанные с внешними, космическими.
ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Одной из особенностей нашей планеты есть ее магнитное поле. Мы не будем касаться довольно сложного вопроса о причинах его наличия, но подчеркнем, что оно есть одной из необходимых условий существования жизнь на нашей планете. Все живые существа Земли миллионы лет эволюционировали именно в условиях магнитного поля и без него существовать не могут. Канадский ученый Я. Крейн исследовал живые организмы, которые находилось в специальной камере с меньшей, чем земная, напряженностью магнитного поля. После 72-часового пребывания в таких условиях резко (в 15 раз) уменьшалась способность бактерий к размножению, снижалась нейромоторная активность птиц, у мышей поднимался обмен веществ. В случае большего пребывания в условиях послабленного магнитного поля в тканях возникали необратимые изменения и развивалось бесплодие.
|
|
Но же геофизики (палеомагнитологи) установили, что на протяжении геологической истории нашей планеты магнитное поле неоднократно снижало свою напряженность и даже изменяло знак (то есть северный и южный магнитные полюса менялись местами). Таких эпох изменения знака магнитного поля, или инверсий, ныне установлен много десятков, они отразились в магнитных свойствах горных пород. У эпохи непосредственного изменения знака магнитного поля это поле исчезало, чтобы потом снова появиться, нарастая к норме, но уже с противоположным знаком. Сколько времени продолжительная эпоха без магнитного поля, палеонтологи сказать сегодня не могут, но думают, что несколько тысяч лет. Например, нынешняя магнитная эпоха условно названа эпохой прямой полярности. Она длится уже близко 700 тыс. лет. Тем не менее напряженность поля медленно, но неуклонно снижается. Если этот процесс будет развиваться и в дальнейшем, то приблизительно через 2 тыс. лет напряженность магнитного поля Земли упадет к нулю, а потом, через определенное время «без магнитной эпохи», начнет нарастать, но будет иметь противоположный знак.
Если опыты Крейна считать адекватными, то «безмагнитная эпоха» может восприниматься живыми организмами как катастрофа. Многие из них вымрут или изменят свои свойства. Тем не менее существует еще и Другая опасность. Дело в том, что магнитное поле Земли есть щитом, защищает жизнь на Земле от потока солнечных и космических частиц (электронов, протонов, ядер некоторых элементов). Двигаясь с огромными скоростями, такие частицы являются сильным ионизирующим фактором, который, как известно, влияет на живу ткань, и, в частности, на генетический аппарат организмов.
С помощью первых спутников, запущенных на космические орбиты, были выявленные радиационные пояса вокруг нашей планеты. Установлено, что земное магнитное поле отвергает траектории космических ионизирующих частиц и «закручивает» их вокруг планеты.
Итак, у эпохи, если Земля не имеет магнитного поля, у нее исчезает защитный антирадиационный щит. Значительное (в несколько раз) увеличение радиационного фона может значительно влиять на биосферу: одни группы организмов должны вымирать, среди других может резко возрастать количество мутаций и т.п.. А если принять во внимание солнечные вспышки, то есть колоссальные за мощностью взрывы на Солнце, которые изрыгают чрезвычайно, сильные потоки космических лучей, то следует сделать вывод, что эпохи исчезания магнитного поля Земли эпохами катастрофического влияния на биосферу со стороны Космоса.
ВСПЫШКИ НАДНОВЫХ ЗВЕЗД
В 1957 г. русские ученые В. Красовский и Й. Шиолковський рассмотрели еще одну возможную космическую причину земных катастроф. В нашей и других галактиках астрономы время от времени наблюдают грандиозные космические явления — вспышки надновых звезд. Некоторые звезды, которые существенным образом не отличаются от других, вдруг вспыхивают и начинают излучать света в миллионы раз большее, чем к вспышке. В нашей Галактике последнее такое событие было зафиксировано старинными китайскими астрономами, которые описали появление «звезде-госте». Эта звезда была настолько яркой, что ее наблюдали даже днем, она была ярче чем Венеру и уступала светимостью лишь Месяцу. Через несколько месяцев звезда постепенно угасла. Современные астрономы на месте «звезде-госте» наблюдают Крабовидную туманность — светлую газовую оболочку надновой звезды, которая продолжает расширяться после вспышки.
Установлено, что взрыв надновой звезды сопровождается очень большими дозами ультрафиолетового и рентгеновского излучения и потоками космических лучей высокой энергии. К счастью, вспышка надновой звезды в Крабовидныой туманности состоялся очень далеко от Земли — на расстоянии свыше 1 тыс; парсеков, итак, эта космическая катастрофа на земную жизнь никак не повлияла. И возможные ли такие грозные явления близ Земли?
В. Красовский и Й.Шкловський подсчитали, что вспышки надновых звезд в нашей Галактике происходят в средний раз на 100 лет, в частности в окраинах Солнечной системы (на расстоянии до 10 парсеков) раз на 750 млн лет, а возможно, даже раз на 200 млн лет. То есть за время существования на Земле биосферы такие явления имели место несколько раз. Которые это могло иметь следствия?
В результате близкой вспышки надновой звезды Земля на протяжении нескольких тысячелетий облучалась потоком жестких рентгеновских и ультрафиолетовых и космических лучей. На Земле резко повышался радиационный фон. Все это могло иметь серьезные биологические, прежде всего генетические следствия. Увеличивалась частота мутаций, которые в особенности сильно влияло на долгоживущие организмы. По мнению В. Красовского и Й. Шкловського, с такой космической катастрофой может быть связана, в частности, и гибель динозавров в конце мелового периода.
МЕТЕОРИТНЫЕ ВЗРЫВЫ
Возможно, более всего понятию «катастрофа», которое ввело Ж. Кювье, отвечали грандиозные явления, которые сопровождали в далеком прошлом падения на поверхность Земли больших космических тел (метеоритов, астероидов, комет). В последнее время ученые обнаружили на Земле много следов таких катастроф в виде метеоритных кратеров. Это воронкообразные углубления в земли диаметром десятки, а то и сотни километров. Например, в Украине в Днепропетровской области вблизи с. Болтишка найдены заполненный осадочные породы кратер диаметром 25 км. Он образовался в результате падения большого метеорита 100 млн. лет тому. Еще больший кратер диаметром близко 100 км выявлен в Сибири, в бассейне г. Хатанги.
Катастрофа маленькая место С млн. лет тому, если космическое тело с большой скоростью пробило осадочные породы Сибирской платформы толщиной 1,2 км и столкнулось с кристаллическими породами фундамента, мгновенно превратившись на высокотемпературный газ, то есть взорвав. О силе этого взрыва свидетельствуют обломки скал диаметром в 20 г, разбросанные на расстояния до 40 км от кратера. Энергия этого колоссального взрыва оценивается в 1023 Дж, то есть она в тысячи раз превышала энергию мощнейших вулканических взрывов и в сотни тысяч раз — сильнейших землетрясений. Эта колоссальная энергия равняется энергии взрыва 120 млн. атомных бомб такой мощности, которую было сброшено на Хиросиму.
Большая мощность взрывов во время столкновенья. Земли с космическими телами (метеоритами, астероидами, кометами) предопределяется их высокими скоростями и большими массами. В результате столкновенья колоссальная кинетическая энергия космического тела мгновенно превращается в тепло, которое вызовет выпаривание большой массы горных пород. У воздуха поднимается много пыли; что в случае мощных взрывов может вызвать значительные климатические изменения (уменьшение солнечной инсоляции, похолодание и т.п.).
Поскольку большая часть (71 %) поверхности Земли покрытая океанами, можно предположить, что большинство космических тел падала именно в океан. Расчеты ученых свидетельствуют, что в случае падения крупного метеорита или астероида в океан він. пробивает всю толщу воды и взрывается, столкнувшись с породами дна. У воздуха поднимается очень много пыли, а еще большее — паров воды. Это вызовет катастрофические сливы на большей части поверхности Земли.
Польский исследователь Л. Крживский смоделировал подобное катастрофическое явление на ЭВМ. Были приняты такие параметры: диаметр метеорита (астероида) — 10 км, скорость его столкновенья с Землей — 20 км/с, глубина океана в месте падения — 5 км, кинетическая энергия — 1030—1031 эрг. В результате его взрыва на дне океана образуется большой кратер, возникнут высокотемпературные ударные волны, которые нарушат озонового пласта атмосферы. На С °С повышается глобальная температура верхних пластов атмосферы, испарится огромное количество воды (в 100 раз большая за массу астероида), у воздуха будет поднят 106 т пыли, которая сократит фотосинтез и охладит тропосферу. На Земле прольются опасные за продолжительностью и массой осадков ливня. В океане вследствие взрыва возникнет колоссальная за масштабами волна цунами высотой 3 км (наибольшие с известных нам сейсмогенных цунами имели высоту —50 м). Эта волна многократно обогнет земную пулю, затапливая и смывая все на своем пути на огромных площадях материков.
Это ли не такое явление, как всемирный потоп, описан в Библии и других старинных текстах? Конечно, сливы, какими бы колоссальными они не были, и даже трех километровая волна цунами не могли укрыть водой всю Землю вместе с высочайшими горами, как утверждают эти тексты, тем не менее в низменной библейской Месопотамии действительно могло быть затоплено все. Кстати, следы такого наводнения в Месопотамии геологи нашли!
В последнее время появились весомые свидетельства в пользу того, что катастрофа в конце мелового периода, что привела к гибели динозавров, могла обусловиться именно падением на Землю одного или нескольких больших космических
тел. Доказательством этого есть иридиевая аномалия на границе мелового и палеогенового периодов. В тех местах земной пули, где наблюдается непосредственный переход (без перерыва) меловых пород в палеогеновому, геологи обнаружили тонкую прослойку глины, обогащенной иридием, кобальтом, никелем и другими элементами, которые характерные для метеоритов. Здесь же найден частицы сажи и мелкие зерна минералов, которые свидетельствуют о влиянии сверхвысоких давлений и температур,— високобаричных минералов (коэсит, высокотемпературная шпинель и т.п.). Ученые считают их появление следствием колоссальных взрывов и вызванных ними больших пожаров, которые охватили большую часть материков. Климатическая катастрофа, которая была следствием падения астероида (загрязнение атмосферы пылью и сажей пожаров, вызванное этим похолодание и т.п.), привела к быстрой гибели динозавров. Млекопитающие, которые были в те времена небольшими животными размером из щура, жили в норах и питались насекомыми, пережили вселенскую катастрофу. Исчезновение с сцены динозавров, которые продолжительное время «не давали жизни» млекопитающим, разрешило последним быстро освоить жизненное пространство.
Найден несколько ископаемых (перекрытых осадочными породами) кратеров, которые могут быть связаны с катастрофой конца мелового периода. А именно, в конце мела — начала палеогена образовались Курский (диаметр 65 км) и Усть-Карский (25) кратеры на Пай-Хои (полярное Приуралье), Каменский (22) и Гусевський (4 км) кратеры на Донбассе. Возможно, будут найденные и другие кратеры, связанные с катастрофой, в частности и такие, что находятся на дне океана. Кстати, расчеты астрономов свидетельствуют, что если более или менее большой астероид входит в поле тяготения Земли, он обязательно может разорваться за счет приливных сил, и на Землю выпадет не одно крупное тело, а много более мелких.
Возможное ли столкновенье Земли с крупным метеоритом или астероидом в наше время? Последнее такое событие произошло близко 50 тыс. лет тому, если образовался Аризонський кратер в США диаметром 1,2 км и глубиной 180 г. Метеорит упал в пустынном районе, который никаких важных следствий для окружающей жизни не имело.
Кое-кто из астрономов предполагает, что знаменитый Тунгуский феномен в 1908 г. был вызван взрывом в атмосфере небольшой кометы. Энергия этого взрыва составляла 1016 Дж, и он вызвал большой пожар и вызвал леса на площадях в сотни квадратных километров. Если бы это событие случилось не над безлюдной сибирской тайгой, а над густонаселенной частью Земли, следствия были бы трагические, хотя, конечно, вселенской катастрофой этот взрыв назвать никак нельзя.
Большое беспокойство вызвало сообщение астрономов о близком прохождении близ Земли астероида Ікар в 1968 г. Пророчили даже близкий конец мира вследствие падения на Землю этой космической глыбы массой сотни миллионов тон. Действительно, если бы произошло такое столкновенье, то сила взрыва была бы эквивалентной силе тысячи водородных бомб. К счастью, астероид прошел на расстоянии близко 6 млн. км от Земли.
Таких астероидов размером 1 км и большее, орбиты которых пересекают орбиту нашей планеты и которые в принципе могут столкнуться с Землей, астрономы насчитали близко 1300. Вероятность такого катастрофического события оценивается как один случай на 100 тыс лет. Будем надеяться, что человечество найдет методы борьбы с этой потенциальной угрозой. Уже во время прохождения Икара близ Земли обсуждалось предложение выслать навстречу астероиду ракету с ядерной боеголовкой, чтобы взрывом раздробить его, на мелкие фрагменты. Во всяком случае ныне существуют специальные астрономические программы слежения за движением астероидов, которые подходят близко к Земле.
Другие катастрофические события, что время от времени случаются на Земле — извержение вулканов, землетрясения, тайфуны и т.п., имеют локальный характер и повлиять на эволюцию биосферы в целом не могут. Как свидетельствуют гляциологичные исследование, обледенение, которые неоднократно происходило в истории нашей планеты, тоже не имели глобального характера. В частности, никогда, какое бы сильным и продолжительным обледенение не было, ледники не достигали тропических широт, то есть северная и южная ледниковые шапки не смыкались. Итак, у органического мира Земли всегда оставалась резервная территория, не занятая льдом, и большинство видов животных и растений могли мигрировать в экваториальную зону и пережить там похолодание. Однако, конечно, в тех широтах, которые переживало похолодание, органический мир изменялся кардинально, смещались границы климатических и биогеографических зон и т.п..