| |
 |
Когда именно все это происходило – точно неизвестно. Самые правдоподобные предположения, основанные на химическом составе древних камней, говорят о том, что свободный кислород появился в атмосфере один-два миллиарда лет назад, а жизнь на земле к тому моменту уже существовала еще один-два миллиарда лет.
Примерно 600 000 000 лет назад количество кислорода в атмосфере составляло уже как минимум одну десятую от сегодняшнего. Это вызвало биологическую революцию, и наступил, по терминологии геологов, кембрийский период.
До кембрийского периода, когда в атмосфере не было, или почти не было, кислорода, простейшие формы жизни получали энергию из сложных органических молекул путем разложения их на более простые без произведения каких-либо принципиальных изменений в их химическом строении. Такой процесс называется «ферментация».
Однако, когда в атмосфере появилось более-менее значительное количество кислорода, живые существа, в метаболизме которых используется объединение питательных веществ с атмосферным кислородом, смогли получать из того же количества питательных веществ в двадцать раз больше энергии.
Получение доступа к такому объему энергии стало для жизни сильнейшим толчком к развитию. За сто миллионов лет кембрийского периода появились первые сложные живые формы и разнообразие их многократно возросло.
Возникли первые многоклеточные организмы из собравшихся воедино клеток. Оказавшись в составе таких организмов, определенные группы клеток получили возможность специализироваться. Некоторые из них научились быстро сокращаться, другие – проводить электрические импульсы. Так появились мышцы и нервы. Для придания организму структуры, не позволяющей погибнуть под собственной тяжестью, а заодно и для защиты от внешних воздействий появились раковины и другие жесткие конструкции. Казалось, нет предела изобретательному разнообразию форм жизни, получившей наконец-то доступ к настоящим объемам энергии.
Эти раковины и другие жесткие конструкции оставались и после смерти самого организма, и за тысячи лет окаменели. Камни кембрийского периода хранят очень много подобных останков, именуемых «окаменелостями», в то время, как в камнях, датируемых более ранними периодами, окаменелости отсутствуют.
Предположительно примерно 400 000 000 лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло сегодняшнего уровня. Озоновый щит прочно прикрывал планету, и ультрафиолетовые лучи достигали ее поверхности в столь малом количестве, что живые формы вполне могли долго находиться на открытом солнце без вреда для себя.
Тогда живые существа впервые в истории вышли на сушу, чтобы заселить континенты.
Но эволюция атмосферы не закончилась, придя к сегодняшнему состоянию. Содержание то одного, то другого вещества в ней периодически колебалось, и самые важные последствия имели колебания содержания углекислого газа.
Сегодня углекислый газ составляет лишь 0,03 процента атмосферы, но его значение непропорционально велико. Не только потому, что он представляет собой единственный продукт питания всей растительной (а следовательно, и животной) жизни на Земле, но и ввиду обеспечиваемого им парникового эффекта. Даже небольшие колебания концентрации углекислого газа могут оказывать сильное влияние на температуру Земли.
В истории были периоды, когда благодаря вулканической активности по всей планете в воздух выбрасывалось необычно большое количество углекислого газа, и его концентрация несколько повышалась. В атмосфере накапливалось при этом чуть больше тепла, и Земля начинала нагреваться. В тепле и в условиях большого количества углекислого газа по всей планете начинался расцвет растительной жизни, сушу устилали густые леса. Именно после таких периодов и появлялись угольные и нефтяные месторождения, обязанные своим происхождениям живым существам таких лесов.
А бывало и так, что в периоды активного горообразования огромные объемы каменистой породы выталкивались из недр Земли на поверхность. Вещества этих новых гор, ранее никогда не входивших в контакт с воздухом, начинали вступать в соединение с атмосферным углекислым газом для образования карбонатов. В результате количество свободного углекислого газа в атмосфере падало, парниковый эффект ослабевал, и Земля остывала. Если она остывала ниже определенного порога, начинался ледниковый период. Сейчас мы находимся в конце затянувшегося периода горообразования и нашествия ледников.
Однако теперь человечество и само, посредством собственных технологий, оказывает влияние на климат.
Человек добывает из земли уголь и нефть, которые откладывались миллионами лет, и сжигает все за пару веков. При этом снова образовывается углекислый газ, тысячи лет назад встроенный растениями в собственные ткани, ставшие потом углем и нефтью.
Ежегодно сжигается шесть миллиардов тонн угля, нефти и природного газа, и уровень углекислоты в атмосфере медленно растет (несмотря на то, что в основном он растворяется в океане и потребляется растениями). Подсчитано, что если темпы производства человеком углекислого газа останутся на прежнем уровне, то к 2000 году его будет содержаться в атмосфере на 25% больше, чем сейчас, а к 2300 году – вдвое больше.
От наличия в воздухе 0,06% углекислого газа никто из нас не отравится, конечно, но что же произойдет с парниковым эффектом? Средняя температура на Земле медленно поползет вверх. Она уже несколько поднялась в первой половине 20-го века, возможно, именно благодаря увеличению содержания углекислого газа в воздухе.
Если на Земле станет чуть теплее, можно ожидать таяния полярных льдов, в результате чего уровень воды в мировом океане поднимется. Даже если считать, что увеличившееся давление воды продавит океанское дно, все равно после полного таяния ледниковых шапок уровень моря будет метров на 60 выше, чем сейчас.
Все прибрежные территории континентов, где сейчас проживает больше всего людей, окажутся затопленными. Правда, по предварительным подсчетам, даже при самом резком развитии ситуации полностью полярные шапки растают не быстрее, чем лет за 400, так что у человечества будет время подготовиться. Например, справиться с ситуацией помог бы полный отказ от сжигания угля и нефти в пользу применения атомной энергии. Специально разработанные устройства для широкомасштабного устранения углекислого газа из атмосферы могли бы остужать Землю, а по океанам можно было бы рассеивать вещества, с помощью которых удавалось бы эффективнее отражать солнечный свет.
В качестве последнего средства, можно было бы переселить людей из некоторых районов поближе к полюсам – ведь эти пустынные сейчас местности смогут в случае потепления прокормить множество людей.
Атмосфера Земли, не раз уже устраивавшая кризисные ситуации всему живому на нашей планете, грозит уже в ближайшем будущем разразиться еще одним, небывалым кризисом.
Глава 14. Атмосфера Луны. (1)
(1) впервые опубликовано в Venture Science Fiction за март 1958.
Сейчас, когда запущенные человеком космические аппараты приближаются к Луне, кружатся вокруг нее, опускаются на нее, и мы готовимся к тому, чтобы высадить на Луну человека, нам полезна любая информация о Луне, какую мы только можем получить. Вот что мы можем сказать, к примеру, об атмосфере Луны?
Вы скажете, что на Луне нет атмосферы.
Да, действительно, ничего даже отдаленно напоминающего земную атмосферу, на Луне нет. И все же что-то на ней присутствует. Она не может вообще не иметь атмосферы. Вот как это можно показать:
Земля состоит из двух радикально различающихся между собой частей (как яйцо, состоящее из центрального желтка и окружающего его белка). «Желтком» Земли является никелево-железное ядро, плотность которого примерно в десять раз больше плотности воды. Его окружает «белок» - силикатная кора, плотность которой мала – всего втрое больше плотности воды. Соответственно, средняя плотность Земли представляет собой значение, среднее между этими двумя цифрами – в 5,5 больше плотности воды (или 5,5 граммов на кубический сантиметр).
Плотность Луны – 3,3 грамма на кубический сантиметр. Для того, чтобы иметь настолько меньшую, чем Земля, плотность, Луна должна быть лишена какого-либо крупного ядра из железа и никеля, и представлять собой практически сплошной силикат.
Логично предположить, что по химическим элементам состав Луны сходен с составом земных горных пород. И то, и другое формировалось в одно и то же время, и из одних и тех же материалов. Если в земной коре содержится 2% калия, то и от Луны (целиком) следует ожидать того же.
Масса Луны – 73 430 000 000 000 000 000 000 килограммов, то есть, грубо округляя, 80 квинтиллионов тонн. Масса лунного калия (в первом приближении) – 1 800 000 000 000 000 000 000 килограммов, или 2 квинтиллиона тонн.
Существует три вида атомов калия. Два из них, калий-39 и калий-41, составляют примерно 99% от общих запасов калия. Однако, 0,0119% от всего калия существует в виде редкого изотопа, калия-40, обладающего интересными свойствами. Общая масса калия-40 на луне может составить 214 000 000 000 000 000 килограммов, или 325 триллионов тонн.
Необычное свойство калия-40 – это его радиоактивность. Период полураспада этого элемента – 1,3 миллиарда лет, что означает, что за такой срок половина существующих атомов калия-40 распадется. Большинство распадающихся атомов (точнее – 89 процентов), отдают один электрон и становятся стабильными атомами кальция-40. Однако ядро остальных 11 процентов, напротив, принимает электрон из окружающей среды, и эти атомы становятся, таким образом, стабильными атомами аргона-40.
Когда известен период полураспада радиоактивного вещества, легко подсчитать скорость его распада в единицу времени. На луне каждую секунду распадается 3600 граммов калия-40, в результате чего каждую секунду образуется 3240 граммов кальция-40 и 360 граммов аргона-40.
Именно аргон-40 нас интересует в первую очередь, поскольку аргон – это газ, а значит, на Луне идет постоянный процесс образования собственной атмосферы. Да, 360 граммов – это немного, но это ведь только за одну секунду, а сколько их проходит, этих секунд…
Не стоит забывать, что раньше на Луне, как и везде, было больше калия-40 – 1,3 миллиарда лет назад его было вдвое больше, чем сейчас, а четыре миллиарда лет назад – в восемь раз больше.
Если подсчитать, сколько аргона было образовано за те четыре миллиарда лет, в течение которых Луна является твердым телом, с учетом того, что с самого начала калия-40 было в несколько раз больше, то получится, что всего за все это время было образовано 150 000 000 000 000 000 килограммов, или около 170 триллионов тонн аргона.
Для сравнения – это почти в три раза больше аргона, чем имеется в нашей собственной атмосфере (куда он попал и продолжает попадать точно таким же образом – формируясь из калия-40).
Если бы весь этот аргон сейчас присутствовал на поверхности Луны, на ней имелась бы сейчас атмосфера с массой, равной 1/30 земной атмосферы. Кроме того, поскольку площадь поверхности Луны в 16 раз меньше плотности поверхности Земли, ее атмосфера имела бы при этом плотность всего в два раза меньше земной.
Однако, как нам хорошо известно, на Луне атмосферы нет. Что же случилось с производимым Луной аргоном?
Во-первых, калий-40 все же распределен по всей массе Луны. Аргон, образуемый во внешних слоях лунной почвы, еще может каким-то образом выбраться наружу, но формируясь в более глубоких слоях, он оказывается в ловушке, из которой не в силах выбраться. (Аргона, вырабатываемого на земле, это тоже касается. Общее количество аргона, замурованного в земной коре, как минимум в пять, а возможно – и в пятнадцать раз больше, чем аргона, имеющегося в атмосфере).
Но ведь даже и 1/15 вырабатываемого на Луне аргона хватило бы, чтобы на ней сейчас существовала атмосфера плотностью 3 процента от земной – а этого мы не наблюдаем.
Действительно, есть и еще одна причина. Гравитационное поле Луны в 6 раз меньше, чем Земли. У него просто не хватает сил удержать вырабатываемый аргон. Луна теряет свой аргон почти с той же скоростью, с какой он просачивается наружу сквозь поры лунного грунта.
Почти с той же, но не совсем! На то, чтобы улетучиться с Луны, аргону требуется некоторое время, так что вблизи лунной поверхности всегда существует некоторое небольшое количество аргона.
На самом деле, наблюдая за радиоволнами, испускаемыми различными небесными телами, астрономы давно обратили внимание на свойства волн, которые по пути к Земле задевали Луну. Эти волны приходили в слегка искаженном виде, и было подсчитано, что причиной таких искажений может быть лунная атмосфера, состоящая из заряженных частиц и имеющая плотность в десять триллионов раз меньше, чем земная атмосфера.
Немного – но хоть что-то!
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21 :: 22 :: 23 :: 24 :: 25 :: 26 :: 27 :: 28 :: 29 :: 30 :: 31 :: 32 :: 33 :: 34 :: 35 :: 36 :: 37 :: 38 :: 39 :: 40 :: 41
| |
| |
|
|
|
