Hi-Tech

Что станет с Землёй через сто, тысячу, миллион лет

Сценарии будущих изменений Земли. Возраст Земли: следующие 5 млрд лет

Что касается Земли, то можно ответить: и да и нет. Является ли прошлое прологом к будущему?

Планету ожидает череда потеплений и похолоданий. Как и в прошлом, Земля продолжает оставаться беспрерывно меняющейся системой. Глобальные тектонические процессы продолжат двигать континенты, смыкать и размыкать океаны. Ледниковые периоды вернутся, так же как периоды экстремальных потеплений. Падение гигантского астероида или извержение сверхмощного вулкана могут снова нанести жестокий удар по жизни.

Чтобы выжить в отдалённом будущем, мы должны колонизировать соседние планеты. Космический полёт или гибель. Вначале надо создать базы на Луне, хотя наш светящийся спутник ещё долго останется негостеприимным миром для жизни.

Мириады живых существ вымрут навсегда. Но будут происходить и иные события, столь же неизбежные, как образование первой гранитной коры. Высока вероятность того, что и человечество тоже обречено. Обречены на исчезновение тигры, белые медведи, горбатые киты, панды, гориллы.

Но изучение этой истории, а также законов природы даёт представление о том, что может произойти в будущем. Многие подробности земной истории по большей части неизвестны, а то и вовсе непознаваемы. Давайте начнём с панорамного обзора, а потом постепенно сосредоточимся на нашем времени.

Эндшпиль: следующие 5 млрд лет

В течение 4,5 млрд лет Солнце светило достаточно стабильно, постепенно увеличивая яркость по мере сжигания своих колоссальных запасов водорода. Земля почти наполовину прошла путь к своей неизбежной кончине. Именно так поступают почти все звёзды большую часть времени. Следующие пять (или около того) миллиардов лет Солнце продолжит вырабатывать ядерную энергию за счёт преобразования водорода в гелий.

Звёзды помельче, достигая этой стадии, просто затухают, постепенно уменьшаясь в размерах и излучая всё меньше энергии. Рано или поздно запасы водорода закончатся. 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. Будь Солнце таким красным карликом, Земля просто промёрзла бы насквозь.

Вспомним, что каждая звезда удерживает в равновесии две противоборствующие силы. Однако Солнцу такая жалкая смерть не грозит, поскольку оно обладает достаточной массой, чтобы иметь запас ядерного топлива для другого сценария.

С другой — ядерные реакции, подобные бесконечной серии взрывов внутренней водородной бомбы, направлены наружу и соответственно пытаются увеличить размер звезды. С одной стороны, гравитация притягивает звёздное вещество к центру, насколько возможно уменьшая её объём.

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.

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. Солнце достаточно велико, чтобы после окончания фазы выгорания водорода началась новая, мощная фаза выгорания гелия.

Оно распухнет до орбиты Меркурия и просто проглотит крошечную планету. За счёт более активных реакций на основе гелия Солнце будет становиться всё больше и больше, вроде перегретого аэростата, превращаясь в пульсирующий красный гигант. Солнце распухнет в сто раз больше нынешнего своего диаметра — вплоть до орбиты Земли. Оно достигнет орбиты нашей соседки Венеры, проглотив заодно и её.

Согласно некоторым чёрным сценариям, красный гигант Солнце просто уничтожит Землю, которая испарится в раскалённой солнечной атмосфере и перестанет существовать. Прогнозы земного эндшпиля весьма мрачные. По другим моделям Солнце выбросит более трети своей нынешней массы в виде невообразимого солнечного ветра (который будет беспрестанно терзать мёртвую поверхность Земли).

Но даже если нас не пожрёт огромное Солнце, всё, что останется от нашей прекрасной голубой планеты, превратится в бесплодную головешку, продолжающую обращаться по орбите. Поскольку Солнце утратит часть своей массы, земная орбита может расшириться — в таком случае она, возможно, избежит поглощения. 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

В самом начале, 4,5 млрд лет назад, свечение Солнца составляло 70% от современного. Медленно, но верно, даже в нынешний спокойный период выжигания водорода, Солнце всё больше разогревается. Спустя миллиард лет Солнце станет светить ещё ярче. Во времена Великого кислородного события, 2,4 млрд лет назад, интенсивность свечения составляла уже 85%.

Чем больше тепловой энергии, тем интенсивнее испарение, следовательно, увеличение облачности, что способствует отражению большей части солнечного света в космическое пространство. Какое-то время, возможно, даже много сотен миллионов лет, обратные связи Земли сумеют смягчать это воздействие. Таким образом, отрицательные обратные связи довольно долго будут сохранять условия для поддержания жизнедеятельности на Земле. Увеличение тепловой энергии означает ускорение выветривания пород, усиленное поглощение углекислого газа и снижение уровня парниковых газов.

Сравнительно небольшой Марс достиг такой критической точки миллиарды лет назад, потеряв всю жидкую воду на поверхности. Но переломный момент неизбежно наступит. Не останется ни ледников, ни заснеженных вершин, и даже полюса превратятся в тропики. Через какой-нибудь миллиард лет земные океаны начнут испаряться с катастрофической скоростью и атмосфера превратится в бесконечную парилку.

Но по мере разогревания Солнца и испарения воды в атмосферу водород начнёт всё быстрее улетучиваться в космос, что вызовет медленное высыхание планеты. В течение нескольких миллионов лет жизнь может сохраняться в таких тепличных условиях. 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

Взгляд в менее отдалённое будущее рисует более привлекательную картину динамично развивающейся и относительно безопасной для жизни планеты. Кончина Земли неизбежна, но случится она очень и очень нескоро. Чтобы представить себе мир через несколько сотен миллионов лет, следует в прошлом поискать ключи к пониманию будущего.

В наше время континенты отделены друг от друга. Глобальные тектонические процессы продолжат играть свою важную роль в изменении облика планеты. 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. Широкие океаны разделяют Америку, Евразию, Африку, Австралию и Антарктиду.

Базальт возле срединных океанских хребтов довольно молод, не старше нескольких миллионов лет. Мы можем установить довольно точные векторы этого движения для каждого материка, изучая возраст базальтов океанского дна. В отличие от него возраст базальта у континентальных окраин в зонах субдукции может достигать более 200 млн лет.

На основе этой информации можно также спроецировать движение континентальных плит на 100 млн лет вперёд. 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.

Через четверть миллиарда лет большая часть земной суши снова станет одним гигантским суперконтинентом, и некоторые геологи уже пророчат его название — Новопангея. С учётом современных траекторий этого движения по всей планете оказывается, что все континенты движутся к очередному столкновению. Однако точное устройство будущего единого континента остаётся предметом научной полемики.

Можно учесть современные подвижки континентов и предсказать их путь на ближайшие 10 или 20 млн лет. Сборка Новопангеи — мудрёная игра. Атлантический океан расширится на несколько сотен километров, в то время как Тихий океан сузится примерно на то же расстояние.

Африка тоже не стоит на месте, медленно продвигаясь на север, вдвигаясь в Средиземное море. Австралия сдвинется на север по направлению к Южной Азии, и Антарктида слегка удалится от Южного полюса в сторону Южной Азии. 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.

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. Таким образом, карта мира через 20 млн лет покажется знакомой, но слегка перекошенной.

Согласно одной теории, экстраверсии, Атлантический океан продолжит раскрываться и в результате обе Америки в конце концов столкнутся с Азией, Австралией и Антарктидой. Однако с этого места модели будущего расходятся.

Все эти части удивительно совмещаются друг с другом. 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. Новопангея окажется единым материком, протянувшись с востока на запад вдоль экватора.

Альтернативный подход, называемый интроверсией, придерживается противоположной точки зрения, ссылаясь на предыдущие циклы смыкания и размыкания Атлантического океана. Основной тезис экстраверсионной модели заключается в том, что крупные конвекционные ячейки мантии, расположенные под тектоническими плитами, сохранятся в их современном виде.

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.

Япетус оказался замкнутым после сборки Пангеи. 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). Когда этот суперконтинент начал раскалываться 175 млн лет назад, образовался Атлантический океан.

Он замедлит ход, остановится и отступит примерно через 100 млн лет. Согласно сторонникам интроверсии (пожалуй, не стоит называть их интровертами), продолжающий расширяться Атлантический океан последует тем же путём. Затем, ещё через 200 млн лет обе Америки снова сомкнутся с Европой и Африкой.

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. Одновременно Австралия и Антарктида соединятся с Юго-Восточной Азией, образуя суперконтинент под названием Амазия.

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. Сейчас обе модели суперконтинентов (экстраверсия и интроверсия) не лишены достоинств и всё ещё пользуются популярностью.

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. Временная сборка континентов в районе экватора уменьшит влияние ледниковых периодов и умеренных изменений уровня моря. Эти изменения будут повторяться в течение всей истории Земли.

Столкновение: грядущие 50 млн лет

Статистически это совпадает с вероятностью смерти от удара молнии или от цунами. Недавний обзор на тему, как погибнет человечество, отразил весьма низкий рейтинг столкновения с астероидами — что-то около 1 на 100 тысяч. Но в этом прогнозе имеется очевидный изъян.

В отличие от этого столкновение с астероидом, возможно, не убило ни одного человека за несколько тысяч лет. Как правило, молния убивает примерно 60 раз в год по одному человеку. Но в один далеко не прекрасный день скромный удар может уничтожить вообще всех.

Но можно не сомневаться в том, что однажды произойдёт крупная катастрофа вроде той, что погубила динозавров. Велика вероятность того, что нам не о чем беспокоиться, да и сотням последующих поколений тоже. Это всего лишь вопрос времени и стечения обстоятельств. В грядущие 50 млн лет Земле предстоит пережить такой удар, возможно, даже не один.

Известны не менее трёхсот таких потенциальных убийц, и в предстоящие несколько десятилетий некоторые из них пройдут в опасной близости от Земли. Самые вероятные злодеи — астероиды, сближающиеся с Землёй, — объекты с сильно вытянутой орбитой, которая проходит недалеко от земной орбиты, близкой к круговой.

29 сентября 2004 года астероид Таутатис, продолговатый объект, примерно 5,4 км диаметром, прошёл ещё ближе. 22 февраля 1995 года обнаруженный в последний момент астероид, получивший благопристойное имя 1995 CR, со свистом пронёсся довольно близко — в нескольких расстояниях Земля–Луна.

Это неприятное соседство неизбежно изменит собственную орбиту Апофиса и, возможно, в будущем ещё больше приблизит его к Земле. В 2029 году астероид Апофис, обломок примерно 325– 340 м в диаметре, должен приблизиться ещё больше, глубоко войдя в лунную орбиту.

Когда такой летающий объект, в конце концов, обнаружат, может оказаться слишком поздно для того, чтобы что-то предпринять. На каждый известный ныне астероид, пересекающий ор биту Земли, имеется с десяток или более ещё не обнаруженных. Если мы окажемся мишенью, то, возможно, в нашем распоряжении будет всего несколько дней для предотвращения опасности.

Почти ежегодно на Землю падают обломки около 10 м в диаметре. Бесстрастная статистика приводит нам расчёты вероятности столкновений. 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.

Пятнадцатикилометровый валун опустошит планету, где бы он ни упал. Последствия таких столкновений зависят от размера астероида и местности падения. (Например, астероид, погубивший динозавров 65 млн лет назад, был, по расчётам, около 10 км в поперечнике.)

Исчезнет всё, что находится ниже 1000 м над уровнем моря. 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.

Будет уничтожено всё в радиусе двух–трёх тысяч километров, а по всему материку, который окажется несчастливой мишенью, пронесутся опустошительные пожары. Если астероид такого размера рухнет на сушу, разрушение будет более локальным.

Фотосинтез практически сойдёт на нет. 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. Часть человечества может выжить в этой катастрофе, но цивилизация в том виде, в каком мы её знаем, будет уничтожена. Растительность погибнет, и пищевая цепь прервётся.

Что же делать? 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. Можно ли каким-то способом отклонить крупный обломок? Можем ли мы игнорировать угрозу как нечто отдалённое, не столь значительное в мире и без того полном проблем, требующих немедленного решения?

Публично и в частных беседах, а большей частью в своей знаменитой телепередаче «Космос» он ратовал за согласованные действия на международном уровне. Покойный Карл Саган, пожалуй, самый харизматичный и влиятельный представитель учёного сообщества за последние полвека, немало размышлял об астероидах.

Если бы такой объект рухнул на Землю, погибли бы миллионы людей. 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. — Вряд ли кто-то придёт к нам на помощь». «Земля — крошечный уголок на огромной арене космоса, — сказал он.

Нам нужны точные телескопы, снабжённые цифровыми процессорами, чтобы локализовать приближающиеся к Земле летающие объекты, вычислить их орбиты и сделать расчёты их будущих траекторий. 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. Конечно, можно было бы совершить больше, но по крайней мере какие-то усилия предпринимаются. Стоит это не так уж дорого, и кое-что уже делается.

Саган, а вместе с ним и целый ряд других учёных и военных считают, что самый очевидный путь — вызвать отклонение траектории астероида. А что если мы обнаружим крупный объект, который может врезаться в нас через несколько лет? 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.

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. Он доказывал, что разработка такого проекта требует интенсивной и долгосрочной программы космических исследований. Выбор прост — улететь в космос или погибнуть».

Чтобы выжить в отдалённом будущем, мы должны колонизировать соседние планеты. Космический полёт или гибель. Следующий — Марс, где наличествуют более солидные ресурсы — не только большие запасы замороженных грунтовых вод, но и солнечный свет, минералы и разрежённая, но атмосфера. Вначале надо создать базы на Луне, хотя наш светящийся спутник ещё долго останется негостеприимным миром для жизни и работы.

Но если поселиться там и культивировать почву, наш многообещающий сосед вполне может стать важной ступенью в эволюции человечества. Это не будет лёгким и дешёвым предприятием, и вряд ли Марс в ближайшем будущем превратится в процветающую колонию.

Первое — деньги. Два явных препятствия, возможно, отдалят, а то и вовсе сделают невозможным поселение людей на Марсе. Международное сотрудничество явилось бы единственным выходом, но пока таких крупных международных программ не состоялось. Десятки миллиардов долларов, которые понадобятся на разработку и осуществление полёта на Марс, превышают даже самый оптимистичный бюджет NASA, и это при благоприятных финансовых условиях.

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. Другой проблемой является вопрос выживания астронавтов, ибо практически невозможно обеспечить безопасный полёт на Марс и обратно.

Но полёт на Марс продлится несколько месяцев; в любом космическом полёте принцип один: чем дольше время, тем больше риск. Астронавтам «Аполлона», с их недельными полётами на Луну, несказанно повезло, что в это время ничего не случилось.

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. Более того, существующие технологии не позволяют снабдить космический корабль достаточным для обратного полёта запасом топлива. 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.

Если NASA объявит о регистрации добровольцев на односторонний полёт на Марс, тысячи специалистов запишутся не задумываясь. Человечество не утратило азартного стремления к участию в таких рискованных предприятиях.

Гораздо менее очевидна участь человечества. Через 50 млн лет Земля всё ещё будет живой и обитаемой планетой, а её голубые океаны и зелёные континенты сместятся, но останутся узнаваемыми. 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. Может быть, человек вымрет как вид.

Однако человек может и выжить, и даже эволюционировать, колонизировать вначале ближайшие планеты, а затем и ближайшие звёзды. Каким-нибудь инопланетным палеонтологам придётся попотеть, чтобы обнаружить мельчайшие следы нашего существования в приповерхностных отложениях.

Может быть, только покинув свою планету, человечество, наконец по-настоящему оценит место рождения нашего вида. В таком случае если наши потомки выйдут на космический простор, тогда Земля будет цениться ещё выше — как заповедник, музей, святыня и место паломничества.

Изменение карты Земли: следующий миллион лет

Конечно, сместятся континенты, но не больше чем на 45–60 км от нынешнего расположения. Во многих отношениях через миллион лет Земля не так уж значительно изменится. Солнце будет светить по-прежнему, всходя каждые двадцать четыре часа, и Луна будет совершать оборот вокруг Земли примерно за один месяц.

Во многих точках земного шара необратимые геологические процессы преобразуют ландшафт. Но кое-что изменится весьма основательно. Особенно заметно изменятся уязвимые очертания берегов океана.

Ведь размер всего графства составляет всего 8 км и ежегодно уменьшается почти на 30 см. Графство Калверт в штате Мэриленд, одно из моих самых любимых мест, где миоценовые скалы с их на вид безграничными запасами окаменелостей тянутся на многие километры, в результате стремительного выветривания исчезнет с лица Земли. При такой скорости графство Калверт не продержится и 50 тыс лет, не то что миллион.

Действующий подводный вулкан неподалёку от юго-восточного побережья самого крупного из Гавайских островов поднялся уже выше 3000 м (хотя по-прежнему покрыт водой) и с каждым годом прибавляет в росте. Другие государства, напротив, обзаведутся ценными земельными участками.

В то же время потухшие вулканические острова к северо-западу, включая Мауи, Оаху и Кауаи, соответственно уменьшатся под воздействием ветра и океанских волн. Через миллион лет из океанских волн поднимется новый остров, уже получивший название Лоихи.

Изменение скорости рифтового вулканизма будет сказываться очень и очень долго, в зависимости от того, насколько больше или меньше лавы будет застывать на океанском дне. Что касается волн, специалисты, исследующие горные породы на предмет будущих изменений, приходят к выводу, что самым активным фактором в изменении географии Земли станет наступление и отступление океана.

Уровень моря может значительно понижаться в периоды затишья вулканической деятельности, когда придонные скалы остывают и успокаиваются: как полагают учёные, именно это и вызвало резкое понижение уровня моря непосредственно перед мезозойским вымиранием.

Наличие или отсутствие больших внутренних морей вроде Средиземного, а также сплочение и раскол континентов вызывают существенные изменения в размерах прибрежных шельфовых участков, что также сыграет важную роль в формировании геосферы и биосферы в течение грядущего миллиона лет.

Если человек выживет как вид, то Земля может претерпеть изменения также и в результате нашей прогрессирующей технологической активности, причём такие, что трудно даже себе представить. Миллион лет — это десятки тысяч поколений в жизни человечества, что в сотни раз превышает всю предыдущую человеческую историю.

На суше и в море будет продолжаться жизнь; совместная эволюция геосферы и биосферы быстро восстановит доиндустриальное равновесие. Но если человечество вымрет, то Земля останется примерно такой же, как теперь.

Мегавулканы: следующие 100 тысяч лет

Вулканизм в планетарном масштабе сопровождал практически все пять массовых вымираний, включая и то, что было вызвано падением астероида. Внезапное катастрофическое столкновение с астероидом меркнет в сравнении с продолжительным извержением мегавулкана или сплошным потоком базальтовой лавы.

Обычные извержения сопровождаются потоками лавы, хорошо знакомыми обитателям Гавайских островов, живущим на склонах Килауэа, чьи жилища и всё, что окажется у неё на пути, она разрушает, но в целом такие извержения ограничены, предсказуемы и от них нетрудно уклониться. Последствия мегавулканизма не следует путать с заурядными разрушениями и потерями при извержениях обычных вулканов.

Несколько более опасны в этой категории заурядных извержения пирокластических вулканов, когда огромное количество раскалённого пепла устремляется вниз по склону горы со скоростью около 200 км/ч, испепеляя и погребая под собой всё на своём пути.

Елены, штат Вашингтон, и вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году; в этих катастрофах погибли бы тысячи людей, если бы не заблаговременное предупреждение и массовая эвакуация. Именно так обстояло дело в 1980 году с извержением вулкана Св. Ещё более грозную опасность представляет третий тип вулканической деятельности: выброс огромных масс мелкого пепла и ядовитых газов в верхние слои атмосферы.

Тем не менее они на несколько дней парализовали воздушное сообщение в Европе и нанесли вред здоровью многих людей из близлежащих местностей. Извержения исландских вулканов Эйяфьяллайокудль (апрель 2010 года) и Гримсвотн (май 2011 года) относятся к сравнительно слабым, поскольку сопровождались выбросами менее 4 км³ пепла.

При этом погибла четверть населения Исландии, часть из которых скончалась от непосредственного отравления кислотными вулканическими газами, а большинство — от голода в течение зимы. В июне 1783 года извержение вулкана Лаки — одно из крупнейших в истории — сопровождалось выбросом более 12 тысяч м3 базальта, а также пепла и газа, что оказалось вполне достаточно, чтобы надолго окутать Европу ядовитой мглой.

Но самым смертоносным было извержение вулкана Тамбора в апреле 1815 года, в ходе которого было выброшено более 20 км³ лавы. Последствия катастрофы сказались на расстоянии более тысячи километров в сторону юго-востока, и десятки тысяч европейцев, в основном жителей Британских островов, умерли от затяжного воздействия этого извержения.

Тамборское извержение сопровождалось выбросом огромных масс сернистых газов в верхние слои атмосферы, что привело к блокированию солнечных лучей и ввергло Северное полушарие в «год без солнечного света» («вулканическую зиму») в 1816 году. При этом погибли более 70 тысяч человек, большинство из них от массового голода, возникшего в результате урона, нанесённого сельскому хозяйству.

Конечно, число жертв не идёт ни в какое сравнение с сотнями тысяч людей, погибших от недавних земле трясений в Индийском океане и на Гаити. Эти исторические события до сих пор поражают воображение, и не без причины. Но между извержениями вулканов и землетрясениями существует важное, пугающее различие.

Твёрдая порода может выдержать определённое давление, прежде чем расколется; прочность породы может вызвать весьма разрушительное, но всё же локальное землетрясение — магнитудой девять баллов по шкале Рихтера. Размер мощнейшего из возможных землетрясений ограничен прочностью породы.

На самом деле геологические данные неопровержимо свидетельствуют об извержениях, в сотни раз более мощных, чем вулканические катастрофы, сохранённые исторической памятью человечества. В отличие от этого извержения вулканов не имеют ограничений в масштабе. Такие гигантские вулканы могли на годы затмевать небо и на многие миллионы (не на тысячи!) квадратных километров изменять облик земной поверхности.

Вулкан Тоба на Суматре взорвался 74 тысячи лет назад и изверг более 2800 км³ лавы. Гигантское извержение вулкана Таупо на Северном острове, Новая Зеландия, произошло 26 500 лет назад; было извергнуто более 830 км³ магматической лавы и пепла. Последствия аналогичной катастрофы в современном мире трудно представить.

В отличие от одноразовых извержений супервулканов потоки базальта охватывают огромный временной период — тысячи лет беспрерывной вулканической активности. И всё же эти супервулканы, породившие величайшие катаклизмы в истории Земли, меркнут по сравнению с гигантскими потоками базальта (учёные называют их «траппы»), обусловившими массовые вымирания.

Самая крупная катастрофа произошла в Сибири 251 млн лет назад во время великого массового вымирания и сопровождалась растеканием базальта на площади более миллиона квадратных километров. Мощнейшие из таких катаклизмов, как правило, совпадающих с периодами массового вымирания, распространяли сотни тысяч миллионов кубических километров лавы.

Гибель динозавров 65 млн лет назад, которая часто приписывается столкновению с крупным астероидом, совпала по времени с гигантским разливом базальтовой лавы в Индии, породившим крупнейшую магматическую провинцию Деканские Траппы, общая площадь которых составляет около 517 тысяч км², а объём выросших гор достигает 500 тысяч км³.

Современные модели базальтовых формаций отражают представление о древнейшей эпохе вертикальной тектоники, когда гигантские пузыри магмы медленно поднимались от границ раскалённой сердцевины мантии, раскалывая земную кору и выплёскиваясь на холодную поверхность. Эти громадные территории не могли образоваться в результате простого преобразования коры и верхней части мантии.

Согласно одной из теорий, между потоками базальтов временной интервал составляет примерно 30 млн лет, так что вряд ли мы доживём до следующего. Такие явления в наше время случаются крайне редко.

Сейсмологи способны отследить поток горячей, расплавленной магмы, восходящей к поверхности. Наше технологическое общество, безусловно, получит своевременное предупреждение о возможности такого события. Но если человечество попадёт в очередной всплеск вулканизма, мы мало что сможем противопоставить этому жесточайшему из земных испытаний. В нашем распоряжении могут быть сотни лет, чтобы подготовиться к такому стихийному бедствию.

Фактор льда: следующие 50 тысяч лет

В течение нескольких сотен тысяч лет глубина океана в сильной степени зависит от общеземного объёма замёрзшей воды, включая ледяные шапки гор, ледники и континентальные ледовые щиты. В обозримом будущем самым существенным фактором, определяющим облик земных континентов, является лёд. Уравнение несложное: чем больше объём замёрзшей воды на суше, тем ниже уровень воды в океане.

Результаты наблюдения с помощью спутников за уровнем воды в океанах, хотя они и невероятно точные, ограничены последними двумя десятилетиями. Прошлое — это ключ к прогнозированию будущего, но откуда нам знать глубину древних океанов? Измерения уровня моря уровнемерами, хотя менее точные и подверженные местным отклонениям, собраны за последние полтора столетия.

Геологи, исследующие побережья, могут прибегнуть к картированию признаков расположения береговой линии в древности — например, приподнятых береговых террас, которые можно обнаружить по отложениям прибрежно-морских осадков, насчитывающих десятки тысяч лет, — такие приподнятые участки могут отражать периоды повышения уровня воды.

Относительное положение ископаемых кораллов, которые обычно растут в зоне прогреваемого солнцем мелководного океанского шельфа, могли бы продлить нашу запись событий былого вглубь веков, но эта запись будет искажена, так как такие геологические образования эпизодически вздымаются, погружаются и наклоняются.

Такие соотношения могут рассказать гораздо больше, чем расстояние между каким-либо небесным телом и Солнцем. Многие специалисты стали обращать внимание на менее очевидный показатель уровня моря — на изменения соотношений изотопов кислорода в мелких раковинах морских моллюсков. Благодаря своему свойству реагировать на смену температур изотопы кислорода дают ключ к расшифровке объёмов ледяного покрова Земли в прошлом и соответственно — к изменению уровня воды в древнем океане.

Считается, что самым распространённым изотопом кислорода, составляющим 99,8% кислорода воздуха, которым мы дышим, является лёгкий кислород-16 (с восемью протонами и восемью нейтронами ). Однако связь между количеством льда и изотопами кислорода — дело мудрёное. Один на 500 атомов кислорода — тяжёлый кислород-18 (восемь протонов и десять нейтронов).

Когда океан нагревается от солнечных лучей, вода, содержащая лёгкие изотопы кислорода-16, испаряется быстрее, чем с кислородом-18, а потому вес воды в низкоширотных облаках легче, чем в самом океане. Это означает, что одна из каждых 500 молекул воды в океане тяжелее обычных.

По мере того как облака поднимаются в более прохладные слои атмосферы, вода с тяжёлым кислородом-18 конденсируется в дождевые капли быстрее более лёгкой воды с изотопом кислорода-16, и кислород в составе облака становится ещё легче.

Когда над полярными ледниками и глетчерами выпадают осадки, лёгкие изотопы застывают во льду и морская вода становится ещё тяжелее. В процессе неизбежного перемещения облаков к полюсам кислород в составляющих их молекулах воды становится намного легче, чем в морской воде.

В периоды глобального потепления и отступления ледников уровень кислорода-18 в морской воде снижается. В периоды максимального охлаждения планеты, когда более 5% земной воды превращается в лёд, морская вода становится особенно насыщенной тяжёлым кислородом-18. Таким образом, тщательные измерения соотношения изотопов кислорода в прибрежных осадочных породах могут дать представление об изменениях объёма поверхностного льда в ретроспективе.

Эти отложения, в которых записана геологическая история последних 100 тысяч лет, насыщены раковинами микроскопических ископаемых организмов, называемых фораминиферами. Именно этими исследованиями и занимается геолог Кен Миллер с коллегами в Университете Ратгерса уже несколько десятков лет, изучая мощные слои морских осадков, покрывающих побережье в Нью-Джерси.

Измерение изотопов кислорода в береговых отложениях Нью-Джерси, слой за слоем, предоставляет простое и точное средство для оценки объёма льда в соответствующий период времени. Каждая крошечная фораминифера хранит в своём составе изотопы кислорода в той пропорции, какая была в океане в то время, когда организм вырастал.

На пике ледниковых периодов более 5% воды на планете превращалось в лёд, понижая уровень моря метров на сто относительно современного. В недавнем геологическом прошлом ледяной покров то уменьшался, то разрастался, что сопровождалось соответствующими значительными колебаниями уровня моря каждые несколько тысяч лет.

В тот же самый период не существовало Ла-Манша, и между Британскими островами и Францией пролегала сухая долина. Считается, что около 20 тысяч лет назад, в один из таких периодов низкого стояния воды образовался сухопутный перешеек через Берингов пролив между Азией и Северной Америкой — именно по этому «мосту» в Новый Свет мигрировали люди и другие млекопитающие.

В периоды максимального потепления, когда ледники практически исчезали, а на вершинах гор истончались снежные шапки, уровень моря повышался, становясь примерно на 100 м выше современного, погружая под воду сотни тысяч квадратных километров прибрежных территорий по всей планете.

Один цикл может слегка отличаться от другого, но события происходят с очевидной периодичностью и связаны с так называемыми циклами Миланковича, именованными так в честь сербского астронома Милутина Миланковича, который обнаружил их примерно столетие назад. Миллер и его сотрудники вычислили более сотни циклов наступания и отступания ледников за последние 9 млн лет, и по меньшей мере дюжина из них приходится на последний миллион — диапазон этих бешеных колебаний уровня океана достигал 180 м.

Эти сдвиги воздействуют на поток солнечной энергии, достигающий Земли, и таким образом вызывают значительные колебания климата. Он выяснил, что хорошо известные изменения параметров движения Земли вокруг Солнца, включая наклон земной оси, эксцентриситет эллиптической орбиты и незначительное колебание собственной оси вращения, обусловливают периодические изменения в климате с промежутками от 20 тысяч лет до 100.

Можно не сомневаться, что резкие колебания уровня моря продолжатся, и не раз он то опустится, то поднимется. Что же ожидает нашу планету в ближайшие 50 тысяч лет? Иногда, вероятно, в течение следующих 20 тысяч лет, снежные шапки на вершинах буду расти, ледники продолжат увеличиваться, а уровень моря опустится метров на шестьдесят или более — до такого уровня море опускалось не менее восьми раз за последний миллион лет.

Восточное побережье США расширится на много километров в восточном направлении, по мере того как будет обнажаться мелководный материковый склон. Это окажет мощное воздействие на очертания континентальных береговых линий. Все крупные гавани Восточного побережья, от Бостона до Майами, превратятся в сухие внутренние плоскогорья.

Богатые рыбные промыслы вдоль континентальных шельфов станут частью суши. Аляску соединит с Россией новый покрытый льдом перешеек, а Британские острова могут снова стать частью материковой Европы.

Вполне возможно, даже очень вероятно, что через следующую тысячу лет уровень моря поднимется на 30 м и выше. Что касается уровня моря, если он понижается, то затем непременно должен повыситься. Такой подъём уровня Мирового океана, довольно скромный по геологическим меркам, неузнаваемо перекроит карту Соединённых Штатов.

Главные прибрежные города — Бостон, Нью-Йорк, Филадельфия, Вашингтон, Балтимор, Уилмингтон, Чарльстон, Саванна, Джексонвилл, Майами и многие другие — окажутся под водой. Тридцатиметровый подъём уровня моря приведёт к затоплению большей части прибрежных равнин на Восточном побережье, сдвинув береговые линии до полутора сотен километров в западном направлении. Лос-Анджелес, Сан-Франциско, СанДиего и Сиэтл исчезнут в морских волнах.

Под водой окажется большая часть штатов Делавэр и Луизиана. Затопит почти всю Флориду, на месте полуострова раскинется мелководное море. Перестанут существовать целые страны — Голландия, Бангладеш, Мальдивы. В других частях света урон, нанесённый подъёмом уровня моря, окажется ещё более опустошительным.

Если потепление окажется стремительным, как полагают многие эксперты, уровень воды будет подниматься быстро, примерно на 30 см за десятилетие. Геологические данные неопровержимо свидетельствуют: подобные изменения будут происходить и впредь.

Несомненно, это станет проблемой для человечества, но окажет весьма незначительное воздействие на Землю. Обычное тепловое расширение морской воды во время периодов глобального потепления способно увеличить подъём уровня моря в среднем до трёх метров.

Это станет концом нашего мира. Всё же это не станет концом света.

Потепление: следующие сто лет

Нас беспокоят более насущные заботы: как мне оплатить высшее образование для ребёнка через десять лет? Большинство из нас не заглядывает на несколько миллиардов лет вперёд, как не заглядывает на несколько миллионов лет или даже на тысячу лет. Пойдёт ли на следующей неделе рынок акций вверх? Получу ли я повышение по службе через год? Что приготовить на обед?

Исключая непредвиденную катастрофу, наша планета через год, через десять лет почти не изменится. В этом контексте нам незачем волноваться. Любая разница между тем, что есть сейчас, и тем, что будет через год, почти незаметна, даже если лето окажется небывало жарким, или урожай пострадает от засухи, или налетит необычайно сильная буря.

Есть много признаков грядущего глобального потепления и таяния ледников, возможно, отчасти ускоренного деятельностью человека. Несомненно одно: Земля продолжает меняться. В течение следующего столетия последствия этого потепления коснутся многих людей в самых разных аспектах.

Выбор места для обсуждения будущего был весьма удачный, так как изменения климата происходили непосредственно за пределами конференц-зала в уютном отеле «Арктика». Летом 2007 года я участвовал в Симпозиуме по проблемам будущего в рыбацком посёлке Илулиссат на западном побережье Гренландии, почти у Северного полярного круга.

Тысячу лет рыбаки зимой, когда гавань замерзала, занимались подлёдным ловом. На протяжении тысячи лет эта гавань, расположенная вблизи отрога могучего Илулиссатского ледника, являлась местом прибыльного рыболовецкого промысла. В 2000 году впервые (по крайней мере согласно тысячелетней устной истории) гавань не замёрзла зимой. То есть занимались до начала нового тысячелетия.

Ещё одно изменение: тысячу лет в Илулиссате и близлежащих посёлках не водились насекомые -паразиты, но в 2007 году и во все последующие годы в августе появлялись тучи комаров и мошки. Могучий ледник, объект природного наследия, отступает с поразительной скоростью — почти 9 км за три года после многих десятилетий стабильного состояния. Можно считать это забавной мелочью, но насекомые являются несомненными предвестниками неизбежных и значительных перемен.

С берега Чезапик-Бэй сообщают об устойчивом повышении уровня прилива по сравнению с предыдущими десятилетиями. И такие перемены наблюдаются по всему земному шару. Год за годом Сахара распространяется всё дальше на север, превращая некогда плодородные сельскохозяйственные угодья Марокко в пыльную пустыню.

Средние температуры воздуха и воды постоянно растут. Стремительно тают и раскалываются льды Антарктиды. Всё это отражает процесс последовательного глобального потепления — процесс, который Земля переживала уже бессчётное число раз в прошлом и будет испытывать в будущем.

Гольфстрим, мощное океанское течение, несущее тёплую воду от экватора к Северной Атлантике, управляется большой разницей температур между экватором и высокими широтами. Потепление может сопровождаться и другими, порой парадоксальными эффектами. Если в результате глобального потепления контраст температур уменьшится, как следует из некоторых моделей климата, то Гольфстрим может ослабеть или вовсе остановиться.

По иронии судьбы, непосредственным результатом этого изменения станет превращение умеренного климата Британских островов и Северной Европы, которые сейчас обогреваются Гольфстримом, в гораздо более прохладный.

Аналогичные перемены произойдут и с другими океанскими течениями — например, с течением, идущим из Индийского океана в Южную Атлантику мимо Африканского Рога, — это может вызвать похолодание мягкого климата Южной Африки или изменение муссонного климата, обеспечивающего часть Азии плодородными дождями.

По самым скромным расчётам, он повысится на полметра-метр в следующем столетии, хотя, по некоторым данным, в отдельные десятилетия рост уровня морской воды может колебаться в пределах нескольких сантиметров. Когда ледники тают, уровень моря повышается.

По крайней мере ближайшие одно-два поколения жителей могут не беспокоиться о наступлении моря на сушу. Такие изменения уровня моря затронут множество жителей прибрежных территорий по всему миру и станут настоящей головной болью для инженеров-строителей и владельцев пляжных участков от Мэна до Флориды, но в принципе с подъёмом до одного метра в густонаселённых прибрежных зонах можно справиться.

Таяние полярных льдов на севере уменьшит зону обитания белых медведей, что весьма неблагоприятно для сохранения популяции, численность которой и без того сокращается. Однако отдельные виды животных и растений могут пострадать гораздо серьёзнее. Стремительный сдвиг климатических зон по направлению к полюсам отрицательно скажется на других видах, прежде всего на птицах, которые особенно восприимчивы к переменам в сезонной миграции и кормовых зонах.

Согласно некоторым данным, средний прирост температуры на планете всего на пару градусов, что предполагает большинство климатических моделей грядущего столетия, может сократить поголовье птиц почти на 40% в Европе и более чем на 70% в благодатных дождевых лесах северо-восточной Австралии.

Какие бы ещё следствия потепления ни обнаружились в грядущем столетии, похоже, что мы вступаем в период ускоренного вымирания. Серьёзный международный доклад говорит, что из примерно шести тысяч видов лягушек, жаб и ящериц каждый третий окажется в опасности, главным образом из-за спровоцированного тёплым климатом распространения грибкового заболевания, смертельно опасного для амфибий.

Зная историю Земли, мы понимаем, что такие события обычны, а значит, неизбежны в масштабах планеты. Некоторые преобразования в следующем столетии, неизбежные или только вероятные, могут оказаться мгновенными, будь то крупное разрушительное землетрясение, извержение супервулкана или падение астероида диаметром более километра. Тем не менее строим города на склонах действующих вулканов и в самых геологически активных зонах Земли в надежде на то, что мы увернёмся от «тектонической пули» или «космического снаряда».

Между очень медленными и стремительными переменами находятся геологические процессы, на которые обычно уходят столетия или даже тысячелетия, — изменения климата, уровня моря и экосистем, которые могут оставаться незаметными в течение нескольких поколений.

Ибо состояние климата, положение уровня моря или само существование экосистем может достичь критического уровня. Главной угрозой являются не сами изменения, а их степень. То, на что обычно требуется тысячелетие, может проявиться через десяток-другой лет. Ускорение процессов положительной обратной связи может неожиданно ударить по нашему миру.

Некоторое время, до 2010 года, беспокойство по поводу современных событий умерялось исследованиями, взирающими на 56 млн лет назад — время одного из массовых вымираний, резко повлиявшего на эволюцию и распространение млекопитающих. Легко пребывать в благодушном настроении, если неправильно прочтёшь летопись горных пород. Это грозное явление, называемое позднепалеоценовым термическим максимумом, вызвало сравнительно резкое исчезновение тысяч видов.

Вулканическая деятельность вызвала относительно быстрое увеличение содержания в атмосфере углекислого газа и метана, двух неразлучных парниковых газов, что, в свою очередь, привело к появлению положительной обратной связи, которая продержалась более тысячи лет и сопровождалась умеренным глобальным потеплением. Изучение термического максимума важно для нашего времени, поскольку это самый известный в истории Земли, документально подтверждённый резкий сдвиг температур.

Некоторые исследователи усматривают в позднепалеоценовом термическом максимуме явную параллель с современной ситуацией, разумеется, неблагоприятной — с подъёмом глобальной температуры в среднем почти на 10°С, стремительным повышением уровня моря, окислением океанов и значительным смещением экосистем по направлению к полюсам, однако не столь катастрофической, чтобы угрожать выживанию большинства животных и растений.

В 2008 году команда Кемпа получила доступ к материалам, добытым в результате бурения в Норвегии, которые позволили детально проследить события позднепалеоценового термического максимума — в осадочных породах, слой за слоем, запечатлены тончайшие подробности скорости изменения содержания углекислого газа в атмосфере и климата. Потрясение от недавних находок Ли Кемпа, геолога из Университета штата Пенсильвания, и его коллег практически лишило нас всякого повода для оптимизма.

Плохие новости заключаются в том, что термальный максимум, который более десятилетия считался самым быстрым климатическим сдвигом в истории Земли, был обусловлен изменениями в составе атмосферы, по интенсивности в десять раз уступавшими тому, что происходит сегодня.

Глобальные изменения в составе атмосферы и средняя температура, сформированные в течение тысячи лет и в итоге приведшие к вымиранию, в наше время произошли в течение последних ста лет, за которые человечество сожгло громадные количества углеводородного топлива.

На Пражской конференции в августе 2011 года, где собрались три тысячи геохимиков, царило весьма грустное настроение среди специалистов, отрезвлённых новыми данными позднепалеоценового термического максимума. Это беспрецедентно быстрое изменение, и никто не может предсказать, как на это отреагирует Земля.

Концентрация парникового газа увеличивается слишком быстро, а механизмы поглощения этого избытка неизвестны. Конечно, для широкой публики прогноз этих экспертов был сформулирован в довольно осторожных выражениях, однако комментарии, которые я слышал в кулуарах, носили весьма пессимистический, даже устрашающий характер.

Поднимется ли уровень моря на сотню метров, как уже не раз происходило в прошлом? Не вызовет ли это массированного выброса метана со всеми последующими положительными обратными связями, которые влечёт за собой такое развитие событий? Мы вступаем в зону terra incognita, осуществляя плохо продуманный эксперимент в глобальном масштабе, подобного которому Земле не доводилось переживать в прошлом.

Биологическая продуктивность, в частности сельскохозяйственная, на какое-то время упадёт до катастрофического уровня. Судя по данным горных пород, сколь бы устойчивой к потрясениям ни была жизнь, биосфера в переломные моменты внезапных климатических сдвигов находится в сильном напряжении.

Взаимозависимость горных пород и биосферы не ослабеет, но роль человечества в этой саге, продолжительностью в миллиарды лет, остаётся непостижимой. В быстро меняющихся условиях крупные животные, в том числе человек, заплатят дорогую цену.

Возможно, не в текущем десятилетии, возможно, вообще не при жизни нашего поколения. Может быть, мы уже достигли переломного момента? Но такова уж природа переломных моментов — мы распознаём такой момент только тогда, когда он уже наступит.

Население Египта поднимает мятеж. Финансовый пузырь лопается. Мы осознаём то, что происходит, только в ретроспективе, когда уже слишком поздно восстанавливать status quo. Биржа терпит крах. Да и не было в истории Земли такого восстановления.

#будущее

Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть