Сценарии будущих изменений Земли. Возраст Земли: следующие 5 млрд лет.
Большая статья, собранная по материалам научных книг профессоров и геологов мира. Отблагодари подпиской и лайком. Спасибо. Ну приступим:
Как и в прошлом, Земля продолжает оставаться беспрерывно меняющейся системой. Планету ожидает череда потеплений и похолоданий. Ледниковые периоды вернутся, так же как периоды экстремальных потеплений. Глобальные тектонические процессы продолжат двигать континенты, смыкать и размыкать океаны. Падение гигантского астероида или извержение сверхмощного вулкана могут снова нанести жестокий удар по жизни.
Космический полёт или гибель. Чтобы выжить в отдалённом будущем, мы должны колонизировать соседние планеты. Вначале надо создать базы на Луне, хотя наш светящийся спутник ещё долго останется негостеприимным миром для жизни.
Но будут происходить и иные события, столь же неизбежные, как образование первой гранитной коры. Мириады живых существ вымрут навсегда. Обречены на исчезновение тигры, белые медведи, горбатые киты, панды, гориллы. Высока вероятность того, что и человечество тоже обречено.
Многие подробности земной истории по большей части неизвестны, а то и вовсе непознаваемы. Но изучение этой истории, а также законов природы даёт представление о том, что может произойти в будущем. Давайте начнём с панорамного обзора, а потом постепенно сосредоточимся на нашем времени.
Эндшпиль: следующие 5 млрд лет
Земля почти наполовину прошла путь к своей неизбежной кончине. В течение 4,5 млрд лет Солнце светило достаточно стабильно, постепенно увеличивая яркость по мере сжигания своих колоссальных запасов водорода. Следующие пять (или около того) миллиардов лет Солнце продолжит вырабатывать ядерную энергию за счёт преобразования водорода в гелий. Именно так поступают почти все звёзды большую часть времени.
Рано или поздно запасы водорода закончатся. Звёзды помельче, достигая этой стадии, просто затухают, постепенно уменьшаясь в размерах и излучая всё меньше энергии. Будь Солнце таким красным карликом, Земля просто промёрзла бы насквозь. Если бы на ней и сохранилась какая-то жизнь, то только в виде особо выносливых микроорганизмов глубоко под поверхностью, где ещё могли бы оставаться запасы жидкой воды.
Однако Солнцу такая жалкая смерть не грозит, поскольку оно обладает достаточной массой, чтобы иметь запас ядерного топлива для другого сценария. Вспомним, что каждая звезда удерживает в равновесии две противоборствующие силы.
С одной стороны, гравитация притягивает звёздное вещество к центру, насколько возможно уменьшая её объём. С другой — ядерные реакции, подобные бесконечной серии взрывов внутренней водородной бомбы, направлены наружу и соответственно пытаются увеличить размер звезды.
Нынешнее Солнце находится в стадии сжигания водорода, достигнув стабильного диаметра около 1,4 млн км — этот размер продержался 4,5 млрд лет и продержится ещё примерно 5 млрд.
Солнце достаточно велико, чтобы после окончания фазы выгорания водорода началась новая, мощная фаза выгорания гелия. Гелий, продукт слияния атомов водорода, может соединяться с другими атомами гелия, образуя углерод, но эта стадия эволюции Солнца будет иметь катастрофические последствия для внутренних планет.
За счёт более активных реакций на основе гелия Солнце будет становиться всё больше и больше, вроде перегретого аэростата, превращаясь в пульсирующий красный гигант. Оно распухнет до орбиты Меркурия и просто проглотит крошечную планету. Оно достигнет орбиты нашей соседки Венеры, проглотив заодно и её. Солнце распухнет в сто раз больше нынешнего своего диаметра — вплоть до орбиты Земли.
Прогнозы земного эндшпиля весьма мрачные. Согласно некоторым чёрным сценариям, красный гигант Солнце просто уничтожит Землю, которая испарится в раскалённой солнечной атмосфере и перестанет существовать. По другим моделям Солнце выбросит более трети своей нынешней массы в виде невообразимого солнечного ветра (который будет беспрестанно терзать мёртвую поверхность Земли).
Поскольку Солнце утратит часть своей массы, земная орбита может расшириться — в таком случае она, возможно, избежит поглощения. Но даже если нас не пожрёт огромное Солнце, всё, что останется от нашей прекрасной голубой планеты, превратится в бесплодную головешку, продолжающую обращаться по орбите. В недрах могут ещё на миллиард лет сохраниться отдельные экосистемы микроорганизмов, но её поверхность уже никогда не покроется сочной зеленью.
Пустыня: 2 млрд лет спустя
Медленно, но верно, даже в нынешний спокойный период выжигания водорода, Солнце всё больше разогревается. В самом начале, 4,5 млрд лет назад, свечение Солнца составляло 70% от современного. Во времена Великого кислородного события, 2,4 млрд лет назад, интенсивность свечения составляла уже 85%. Спустя миллиард лет Солнце станет светить ещё ярче.
Какое-то время, возможно, даже много сотен миллионов лет, обратные связи Земли сумеют смягчать это воздействие. Чем больше тепловой энергии, тем интенсивнее испарение, следовательно, увеличение облачности, что способствует отражению большей части солнечного света в космическое пространство. Увеличение тепловой энергии означает ускорение выветривания пород, усиленное поглощение углекислого газа и снижение уровня парниковых газов. Таким образом, отрицательные обратные связи довольно долго будут сохранять условия для поддержания жизнедеятельности на Земле.
Но переломный момент неизбежно наступит. Сравнительно небольшой Марс достиг такой критической точки миллиарды лет назад, потеряв всю жидкую воду на поверхности. Через какой-нибудь миллиард лет земные океаны начнут испаряться с катастрофической скоростью и атмосфера превратится в бесконечную парилку. Не останется ни ледников, ни заснеженных вершин, и даже полюса превратятся в тропики.
В течение нескольких миллионов лет жизнь может сохраняться в таких тепличных условиях. Но по мере разогревания Солнца и испарения воды в атмосферу водород начнёт всё быстрее улетучиваться в космос, что вызовет медленное высыхание планеты. Когда океаны полностью испарятся (что, возможно, произойдёт через 2 млрд лет), поверхность Земли превратится в бесплодную пустыню; жизнь окажется на краю гибели.
Новопангея, или Амазия: 250 млн лет спустя
Кончина Земли неизбежна, но случится она очень и очень нескоро. Взгляд в менее отдалённое будущее рисует более привлекательную картину динамично развивающейся и относительно безопасной для жизни планеты. Чтобы представить себе мир через несколько сотен миллионов лет, следует в прошлом поискать ключи к пониманию будущего.
Глобальные тектонические процессы продолжат играть свою важную роль в изменении облика планеты. В наше время континенты отделены друг от друга. Широкие океаны разделяют Америку, Евразию, Африку, Австралию и Антарктиду. Но эти громадные участки суши находятся в постоянном движении, и его скорость составляет примерно 2–5 см в год — 1500 км за 60 млн лет.
Мы можем установить довольно точные векторы этого движения для каждого материка, изучая возраст базальтов океанского дна. Базальт возле срединных океанских хребтов довольно молод, не старше нескольких миллионов лет. В отличие от него возраст базальта у континентальных окраин в зонах субдукции может достигать более 200 млн лет.
Несложно учесть все эти возрастные данные состава океанского дна, перемотать ленту глобальной тектоники назад во времени и получить представление о подвижной географии земных континентов за последние 200 млн лет. На основе этой информации можно также спроецировать движение континентальных плит на 100 млн лет вперёд.
С учётом современных траекторий этого движения по всей планете оказывается, что все континенты движутся к очередному столкновению. Через четверть миллиарда лет большая часть земной суши снова станет одним гигантским суперконтинентом, и некоторые геологи уже пророчат его название — Новопангея. Однако точное устройство будущего единого континента остаётся предметом научной полемики.
Сборка Новопангеи — мудрёная игра. Можно учесть современные подвижки континентов и предсказать их путь на ближайшие 10 или 20 млн лет. Атлантический океан расширится на несколько сотен километров, в то время как Тихий океан сузится примерно на то же расстояние.
Австралия сдвинется на север по направлению к Южной Азии, и Антарктида слегка удалится от Южного полюса в сторону Южной Азии. Африка тоже не стоит на месте, медленно продвигаясь на север, вдвигаясь в Средиземное море. Через несколько десятков миллионов лет Африка столкнётся с Южной Европой, сомкнув Средиземное море и воздвигнув на месте столкновения горный хребет размером с Гималаи, по сравнению с которым Альпы покажутся просто карликами.
Таким образом, карта мира через 20 млн лет покажется знакомой, но слегка перекошенной. Моделируя карту мира на 100 млн лет вперёд, большинство разработчиков выделяют общие географические признаки, например, соглашаясь, что Атлантический океан обгонит по размеру Тихий и станет самым крупным водным бассейном на Земле.
Однако с этого места модели будущего расходятся. Согласно одной теории, экстраверсии, Атлантический океан продолжит раскрываться и в результате обе Америки в конце концов столкнутся с Азией, Австралией и Антарктидой.
На поздних стадиях этой сборки суперконтинента Северная Америка замкнёт на востоке Тихий океан и столкнётся с Японией, а Южная Америка загнётся по часовой стрелке с юго-востока, соединившись с экваториальной частью Антарктиды. Все эти части удивительно совмещаются друг с другом. Новопангея окажется единым материком, протянувшись с востока на запад вдоль экватора.
Основной тезис экстраверсионной модели заключается в том, что крупные конвекционные ячейки мантии, расположенные под тектоническими плитами, сохранятся в их современном виде. Альтернативный подход, называемый интроверсией, придерживается противоположной точки зрения, ссылаясь на предыдущие циклы смыкания и размыкания Атлантического океана.
Реконструируя положение Атлантики за последний миллиард лет (или аналогичного океана, расположенного между двумя Америками на западе и Европой вместе с Африкой на востоке), специалисты утверждают, что Атлантический океан смыкался и размыкался трижды циклами по несколько сотен миллионов лет — этот вывод предполагает, что теплообменные процессы в мантии носят изменчивый и эпизодический характер.
Судя по анализу горных пород, в результате движений Лаврентии и других континентов около 600 млн лет назад образовался предшественник Атлантического океана, называемый Япетус, или Япет (по имени древнегреческого титана Япета, отца Атласа). Япетус оказался замкнутым после сборки Пангеи. Когда этот суперконтинент начал раскалываться 175 млн лет назад, образовался Атлантический океан.
Согласно сторонникам интроверсии (пожалуй, не стоит называть их интровертами), продолжающий расширяться Атлантический океан последует тем же путём. Он замедлит ход, остановится и отступит примерно через 100 млн лет. Затем, ещё через 200 млн лет обе Америки снова сомкнутся с Европой и Африкой.
Одновременно Австралия и Антарктида соединятся с Юго-Восточной Азией, образуя суперконтинент под названием Амазия. Этот гигантский материк в форме горизонтально расположенной латинской буквы L включает те же самые части, что и Новопангея, но по этой модели обе Америки образуют его западную окраину.
Сейчас обе модели суперконтинентов (экстраверсия и интроверсия) не лишены достоинств и всё ещё пользуются популярностью. Каков бы ни оказался исход этой полемики, все сходятся в том, что, хотя через 250 млн лет география Земли значительно изменится, она всё же будет отражать прошлое.
Временная сборка континентов в районе экватора уменьшит влияние ледниковых периодов и умеренных изменений уровня моря. В местах столкновения континентов воздвигнутся горные хребты, произойдут перемены в климате и растительности, а также будут иметь место колебания уровней кислорода и углекислого газа в атмосфере. Эти изменения будут повторяться в течение всей истории Земли.
Столкновение: грядущие 50 млн лет
Недавний обзор на тему, как погибнет человечество, отразил весьма низкий рейтинг столкновения с астероидами — что-то около 1 на 100 тысяч. Статистически это совпадает с вероятностью смерти от удара молнии или от цунами. Но в этом прогнозе имеется очевидный изъян.
Как правило, молния убивает примерно 60 раз в год по одному человеку. В отличие от этого столкновение с астероидом, возможно, не убило ни одного человека за несколько тысяч лет. Но в один далеко не прекрасный день скромный удар может уничтожить вообще всех.
Велика вероятность того, что нам не о чем беспокоиться, да и сотням последующих поколений тоже. Но можно не сомневаться в том, что однажды произойдёт крупная катастрофа вроде той, что погубила динозавров. В грядущие 50 млн лет Земле предстоит пережить такой удар, возможно, даже не один. Это всего лишь вопрос времени и стечения обстоятельств.
Самые вероятные злодеи — астероиды, сближающиеся с Землёй, — объекты с сильно вытянутой орбитой, которая проходит недалеко от земной орбиты, близкой к круговой. Известны не менее трёхсот таких потенциальных убийц, и в предстоящие несколько десятилетий некоторые из них пройдут в опасной близости от Земли.
22 февраля 1995 года обнаруженный в последний момент астероид, получивший благопристойное имя 1995 CR, со свистом пронёсся довольно близко — в нескольких расстояниях Земля–Луна. 29 сентября 2004 года астероид Таутатис, продолговатый объект, примерно 5,4 км диаметром, прошёл ещё ближе.
В 2029 году астероид Апофис, обломок примерно 325–340 м в диаметре, должен приблизиться ещё больше, глубоко войдя в лунную орбиту. Это неприятное соседство неизбежно изменит собственную орбиту Апофиса и, возможно, в будущем ещё больше приблизит его к Земле.
На каждый известный ныне астероид, пересекающий орбиту Земли, имеется с десяток или более ещё не обнаруженных. Когда такой летающий объект, в конце концов, обнаружат, может оказаться слишком поздно для того, чтобы что-то предпринять. Если мы окажемся мишенью, то, возможно, в нашем распоряжении будет всего несколько дней для предотвращения опасности.
Бесстрастная статистика приводит нам расчёты вероятности столкновений. Почти ежегодно на Землю падают обломки около 10 м в диаметре. Благодаря тормозящему эффекту атмосферы большинство таких снарядов взрывается и распадается на мелкие части ещё до соприкосновения с поверхностью.
Но объекты диаметром 30 и более метров, встречи с которыми происходят примерно раз в тысячу лет, приводят к значительным разрушениям в местах падения: в июне 1908 года такое тело рухнуло в тайге поблизости от реки Подкаменная Тунгуска в России.
Очень опасные, диаметром около километра, каменные объекты падают на Землю примерно раз в полмиллиона лет, а астероиды в пять и более километров могут упасть на Землю примерно раз в 10 млн лет.
Последствия таких столкновений зависят от размера астероида и местности падения. Пятнадцатикилометровый валун опустошит планету, где бы он ни упал. (Например, астероид, погубивший динозавров 65 млн лет назад, был, по расчётам, около 10 км в поперечнике.)
Если 15-километровый камушек обрушится в океан — 70% вероятности, с учётом соотношения площадей воды и суши, — то почти все горы на земном шаре, кроме самых высоких, будут снесены разрушительными волнами. Исчезнет всё, что находится ниже 1000 м над уровнем моря.
Если астероид такого размера рухнет на сушу, разрушение будет более локальным. Будет уничтожено всё в радиусе двух–трёх тысяч километров, а по всему материку, который окажется несчастливой мишенью, пронесутся опустошительные пожары.
Какое-то время удалённые от удара местности смогут избежать последствий падения, но такой удар взметнёт в воздух безмерное количество пыли от разрушенных камней и почвы, на годы засорив атмосферу пыльными облаками, отражающими солнечный свет. Фотосинтез практически сойдёт на нет. Растительность погибнет, и пищевая цепь прервётся. Часть человечества может выжить в этой катастрофе, но цивилизация в том виде, в каком мы её знаем, будет уничтожена.
Мелкие объекты вызовут менее разрушительные последствия, но любой астероид более сотни метров в диаметре, рухнет ли он на сушу или в море, вызовет стихийное бедствие страшнее тех, что нам известны. Что же делать? Можем ли мы игнорировать угрозу как нечто отдалённое, не столь значительное в мире и без того полном проблем, требующих немедленного решения? Можно ли каким-то способом отклонить крупный обломок?
Покойный Карл Саган, пожалуй, самый харизматичный и влиятельный представитель учёного сообщества за последние полвека, немало размышлял об астероидах. Публично и в частных беседах, а большей частью в своей знаменитой телепередаче «Космос» он ратовал за согласованные действия на международном уровне.
Он начал с того, что рассказал увлекательную повесть о монахах Кентерберийского собора, которые летом 1178 года стали свидетелями колоссального взрыва на Луне — это было очень близкое от нас падение астероида менее чем тысячу лет назад. Если бы такой объект рухнул на Землю, погибли бы миллионы людей. «Земля — крошечный уголок на огромной арене космоса, — сказал он. — Вряд ли кто-то придёт к нам на помощь».
Простейший шаг, который надо сделать в первую очередь, это обратить самое пристальное внимание на опасно приближающиеся к Земле небесные тела — врага надо знать в лицо. Нам нужны точные телескопы, снабжённые цифровыми процессорами, чтобы локализовать приближающиеся к Земле летающие объекты, вычислить их орбиты и сделать расчёты их будущих траекторий. Стоит это не так уж дорого, и кое-что уже делается. Конечно, можно было бы совершить больше, но по крайней мере какие-то усилия предпринимаются.
А что если мы обнаружим крупный объект, который может врезаться в нас через несколько лет? Саган, а вместе с ним и целый ряд других учёных и военных считают, что самый очевидный путь — вызвать отклонение траектории астероида. Если начать вовремя, то даже незначительный толчок ракеты или несколько направленных ядерных взрывов могли бы существенно сдвинуть орбиту астероида — и тем самым направить астероид мимо цели, избежав столкновения.
Он доказывал, что разработка такого проекта требует интенсивной и долгосрочной программы космических исследований. В пророческой статье 1993 года Саган писал: «Поскольку угроза астероидов и комет касается каждой обитаемой планеты в Галактике, если таковые имеются, разумным существам на них придётся объединяться, чтобы покинуть свои планеты и переместиться на соседние. Выбор прост — улететь в космос или погибнуть».
Космический полёт или гибель. Чтобы выжить в отдалённом будущем, мы должны колонизировать соседние планеты. Вначале надо создать базы на Луне, хотя наш светящийся спутник ещё долго останется негостеприимным миром для жизни и работы. Следующий — Марс, где наличествуют более солидные ресурсы — не только большие запасы замороженных грунтовых вод, но и солнечный свет, минералы и разрежённая, но атмосфера.
Это не будет лёгким и дешёвым предприятием, и вряд ли Марс в ближайшем будущем превратится в процветающую колонию. Но если поселиться там и культивировать почву, наш многообещающий сосед вполне может стать важной ступенью в эволюции человечества.
Два явных препятствия, возможно, отдалят, а то и вовсе сделают невозможным поселение людей на Марсе. Первое — деньги. Десятки миллиардов долларов, которые понадобятся на разработку и осуществление полёта на Марс, превышают даже самый оптимистичный бюджет NASA, и это при благоприятных финансовых условиях. Международное сотрудничество явилось бы единственным выходом, но пока таких крупных международных программ не состоялось.
Другой проблемой является вопрос выживания астронавтов, ибо практически невозможно обеспечить безопасный полёт на Марс и обратно. Суров космос, с его бесчисленными метеоритными песчинками-снарядами, способными пронзить тонкую оболочку даже бронированной капсулы, и непредсказуемо Солнце — с его взрывами и смертоносной, проникающей радиацией.
Астронавтам «Аполлона», с их недельными полётами на Луну, несказанно повезло, что в это время ничего не случилось. Но полёт на Марс продлится несколько месяцев; в любом космическом полёте принцип один: чем дольше время, тем больше риск.
Более того, существующие технологии не позволяют снабдить космический корабль достаточным для обратного полёта запасом топлива. Некоторые изобретатели поговаривают о переработке марсианской воды, чтобы синтезировать ракетное топливо и заполнить баки для обратного полёта, но пока это из области мечтаний, причём о весьма отдалённом будущем. Возможно, пока самое логичное решение — то, что так задевает самолюбие NASA, но активно поддерживается прессой, — полёт в один конец.
Если бы мы послали экспедицию, на долгие годы снабдив её провиантом вместо ракетного топлива, надёжным укрытием и теплицей, семенами, кислородом и водой, инструментами для добычи жизненно важных ресурсов на самой Красной планете, такая экспедиция смогла бы состояться.
Она была бы немыслимо опасной, но все великие первопроходцы подвергались опасности — таково было кругосветное плавание Магеллана в 1519–1521 годах, экспедиция на Запад Льюиса и Кларка в 1804–1806 годах, полярные экспедиции Пири и Амундсена в начале 20 века.
Человечество не утратило азартного стремления к участию в таких рискованных предприятиях. Если NASA объявит о регистрации добровольцев на односторонний полёт на Марс, тысячи специалистов запишутся не задумываясь.
Через 50 млн лет Земля всё ещё будет живой и обитаемой планетой, а её голубые океаны и зелёные континенты сместятся, но останутся узнаваемыми. Гораздо менее очевидна участь человечества. Может быть, человек вымрет как вид. В этом случае 50 млн лет вполне достаточно для того, чтобы стереть почти все следы нашего краткого владычества — все города, дороги, памятники подвергнутся выветриванию гораздо раньше конечного срока.
Каким-нибудь инопланетным палеонтологам придётся попотеть, чтобы обнаружить мельчайшие следы нашего существования в приповерхностных отложениях. Однако человек может и выжить, и даже эволюционировать, колонизировать вначале ближайшие планеты, а затем и ближайшие звёзды.
В таком случае если наши потомки выйдут на космический простор, тогда Земля будет цениться ещё выше — как заповедник, музей, святыня и место паломничества. Может быть, только покинув свою планету, человечество, наконец по-настоящему оценит место рождения нашего вида.
