Это, впрочем, не отменяет того факта, что космические лучи продолжают оставаться важным фоном, на котором разыгрывается драма развития жизни на Земле. Если в целом ситуация на планете благополучна, то эволюция идет своим чередом и по своим законам. Но если происходит что-то из ряда вон выходящее (удары комет и астероидов, интенсивные вулканические извержения и так далее), то повышенный или пониженный фо
Над выводами астрофизиков уже задумались палеонтологи. "Негативное влияние высокого уровня радиации очевидно, однако еще предстоит изучить механизмы, которые могли бы приводить именно к глобальному снижению биоразнообразия, - говорит Александр Алексеев, профессор кафедры палеон-тологии геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и заведующий лабораторией Палеонтологического института им. А. А. Борисяка РАН.P- На протяжении сотен миллионов лет организмы приспособились к колебаниям уровня радиации. Например, во время смены знака магнитного поля Земли его интенсивность снижается в несколько раз и, соответственно, должен возрастать уровень радиации. Между тем в истории Земли насчитывается много сотен таких перемен магнитного поля, которые никак не отражены в изменениях биоразнообразия".
"Еще рано утверждать, что значение имеет лишь один из них, - подчеркивает Михаил Медведев. - Кроме этого, влияние космических лучей заключается, видимо, не столько в непосредственном воздействии на биосферу, сколько в том, что они создают в ней постоянный "стресс", в условиях которого развивается жизнь".
Другой эффект - космические лучи могут косвенным образом влиять на климат Земли. "Космические лучи - основной источник ионизации атмосферы на высотах приблизительно от 3 до 35 километров, - поясняет Юрий Стожков, заведующий лабораторией физики Солнца и космических лучей Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. - Ионы, которые образуются в атмосфере, "прилипают" к центрам конденсации и ускоряют процессы конденсации водных капель, что приводит к появлению облаков. Космические лучи через процесс образования ионов обеспечивают возможность формирования грозовых облаков. А космические частицы с энергией около 1015 электрон-вольт индуцируют появление молниевых разрядов". И это лишь некоторые примеры механизмов действия космических лучей на климат и биосферу Земли.
Как же космические лучи влияют на земные процессы? Во-первых, воздействуя на сами живые организмы. Попадая в атмосферу, высокоэнергичные частицы рождают потоки вторичных заряженных частиц и излучения - составную часть естественного радиационного фона, в котором живут обитатели Земли. Если повышается число бомбардирующих Землю космических лучей, то увеличивается и общий риск повреждений организма под действием естественной радиации. "Этот фон может вызывать мутации, нарушения структуры наследственного аппарата клеток или изменения ее свойств,P- поясняет Владислав Петров, заведующий отделом обеспечения радиационной безопасности космических полетов Института медико-биологических проблем РАН. - Если клетка не гибнет сразу, то может оказаться, что эти процессы оказывают и положительный эффект, но все-таки чаще происходят более печальные вещи: гибель клеток, нарушение нормального функционирования организма и системы в целом. Важно, что эти процессы протекают медленно, постепенно и незаметно для наблюдателя в данный момент".
При этом выяснилось, что самыми опасными из "пришельцев" оказываются космические лучи с энергией порядка 1011-12 электрон-вольт - примерно таких энергий достигают частицы в земных ускорителях, например, в ЦЕРНе или Дубне. Менее энергичные частицы отклоняются магнитным полем Земли и не достигают атмосферы, а более высокоэнергичные хоть и проникают с легкостью вглубь, но их количество не настолько велико, чтобы приводить к заметным эффектам.
На основе этой модели Михаил Медведев построил график увеличения потока космических лучей в зависимости от расположения Солнца относительно галактического диска за последние приблизительно 550 миллионов лет (за это время Солнечная система успела совершить восемь колебаний и сейчас продолжает девятое) и сравнил его с колебанием уровня биоразнообразия в этот же период. Максимумы интенсивности космических лучей с высокой точностью соответствовали минимумам биоразнообразия морской фауны и описывали примерно 30 процентов ее вариаций.
Под космическим ливнем
То же самое происходит и с Солнечной системой: когда в своем путешествии по Галактике она берет слишком к северу, то получает более приличную "дозу" высокоэнергичных космических лучей по сравнению с тем временем, когда она находится в самом галактическом диске или с его южной стороны. По модели, разработанной астрофизиками, поток "внегалактических" космических лучей в этом случае может увеличиться в пять раз.
"Если бы Галактика была неподвижна,P- объясняет Михаил Медведев, - то космические лучи приходили бы к Земле равномерно и с юга, и с севера галактической плоскости. Но наш Млечный Путь движется - со скоростью приблизительно 150-200 километров в секунду он летит к северу в сторону скопления галактик в Деве. При этом получается, что поток набегающего газа "поджимает" область галактического ветра, и, следовательно, расстояние до ударной волны прямо по курсу движения Галактики значительно меньше, чем в "хвосте", и космическим лучам легче проникать в глубь Млечного Пути с севера".
На чем основывались рассуждения ученых? Млечный Путь - это не только спиральный диск, который мы обычно видим на картинках, но и потоки так называемого галактического ветра, горячего газа, который со сверхзвуковой скоростью истекает из Галактики и, говоря образно, окутывает ее. При этом Галактика находится не в абсолютном вакууме, а в межгалактическом газе - очень разреженной, но все-таки ощутимой среде. В результате вокруг Млечного Пути образуется ударная волна, и галактический ветер "встречается" с межгалактическим газом. Именно здесь и происходит ускорение космических лучей до высоких энергий - настолько высоких, что они могут проникать в глубь Галактики, несмотря на ее магнитное поле, и достигать Солнечной системы. Однако это происходит не совсем симметрично.
И лишь Михаил Медведев и Адриан Мелотт, также сотрудник университета Канзаса, предположили, что ключевую роль в появлении 62-миллионолетнего цикла могут играть не галактические факторы, а "пришельцы извне" - заряженные частицы высоких энергий, которые проникают в Галактику из межгалактической среды.
Справедливости ради следует отметить, что на это совпадение обращали внимание и ранее (например, Джек Сепкоски и профессор геологии Чикагского университета Дэвид Рауп предположили, что гравитационные возмущения при проходе Солнца через галактическую плоскость могут приводить к более интенсивным кометным бомбардировкам Земли). Однако все исследователи полагали, что наибольшее влияние Солнечная система будет испытывать в середине галактического диска, где самая высокая плотность вещества. А следовательно, и период возмущений должен быть в два раза короче - около 30 миллионов лет, так как Солнце на своем пути дважды пересекает галактическую плотность за одно колебание.
Основой для гипотезы Медведева стало интересное совпадение. Наряду с периодом колебания биоразнообразия существует похожий период в 63,6 миллиона лет - это период колебаний Солнца, а вместе с ним и всей Солнечной системы перпендикулярно плоскости Галактики. Половину этого времени Солнце проводит в южной (или "нижней") части галактического диска, а вторую половину - в северной, или "верхней", удаляясь от средней плоскости приблизительно на 70 парсек (1 парсек равен приблизительно 3,26 светового года, или 3х10 в 13-й степени километров).
Ситуация оставалась без изменений, пока интерес к проблеме не проявили астрофизики. Михаил Медведев, сотрудник Российского научного центра "Курчатовский институт" и профессор университета Канзаса (США), выдвинул предположение, что в основе 62-миллионолетнего цикла в развитии жизни на Земле лежат вариации в интенсивности заряженных частиц высоких энергий, которые образуются в процессе взаимодействия галактического ветра с окружающим его межгалактическим газом.
Объяснения своему открытию Роде и Муллер не дали, а предложили на суд читателей несколько гипотез, связанных как с земными, так и с космическими факторами, начиная от периодически пробуждающегося вулканизма и заканчивая влиянием гипотетической звезды-компаньона Солнца, которая могла бы периодически возмущать облако Оорта - отдаленную область Солнечной системы, откуда к нам прилетают кометы. Исследователи не забыли упомянуть про сильные и слабые стороны каждой из версий, подчеркнув, что проблема требует дальнейшего изучения.
Приступить к серьезным исследованиям в этом направлении стало возможно лишь с появлением представительной статистики по видовому разнообразию различных эпох. А появилась она только к концу XX века. Одним из фундаментальных исследований, объединяющих результаты трудов нескольких поколений палеонтологов, стал список, составленный американским ученым из университета Чикаго Джеком Сепкоски (он умер несколько лет назад в возрасте около 50 лет). В этот список, опубликованный в 2002 году, вошли сведения о 36 380 родах ископаемых морских животных, и в частности о времени их первого и последнего появления в геологической летописи Земли. Потом за дело взялись представители точных наук - физики и математики. Роберт Роде и Ричард Муллер из университета Калифорнии провели статистический анализ биоразнообразия морской фауны на протяжении всего фанерозоя. Результат, опубликованный в 2005 году в журнале Nature, оказался очень интересен - выяснилось, что в истории земной жизни (в части ее морских представителей) явно выделяется несколько циклов. Закономерности накладывались одна на другую, но наиболее ярко выраженным оказался период продолжительностью около 62 миллионов лет.
История земной жизни со времени ее появления и до сегодняшнего дня насчитывает множество взлетов и падений. Взлеты - это периоды роста биоразнообразия. Падения - неожиданные "откаты" назад, сокращение числа родов животных. Некоторые из падений были столь значительны, что получили название "массовые вымирания". Но и это еще не все. За более чем полмиллиарда лет (период, начавшийся приблизительно 542 миллиона лет назад и получивший название "фанерозой", или "явная жизнь") биота Земли претерпела минимум пять крупных обновлений и множество более мелких. Существуют ли в этих процессах скрытые закономерности и какой механизм стоит за ними? Астрофизики предположили, что в основе изменений лежит космический фактор, а именно - вариации интенсивности внегалактических космических лучей.
По мнению астрофизиков, пульс земной жизни бьется в ГалактикеP- именно оттуда идут импульсы, приводящие к росту и сокращению биоразнообразия на нашей планете
39 (641) / Общество и наука / Технология / Ветром навеяло
Комментариев нет:
Отправить комментарий