очень похожа на ДНК и сегодня выполняет множество важных функций в каждой из наших клеток, в том числе действует как переходная молекула между ДНК и синтезом белка, а также действует как переключатель для включения и выключения некоторых генов.[Экстремальная жизнь на Земле: 8 причудливых существ]

Но гипотеза мира РНК не объясняет, как впервые возникла сама РНК. Как и ДНК, РНК представляет собой сложную молекулу, состоящую из повторяющихся единиц тысяч меньших молекул, называемых нуклеотидами, которые связаны между собой очень специфическим, структурированным образом. Хотя есть ученые, которые считают, что РНК могла возникнуть спонтанно на ранней Земле, другие считают, что вероятность того, что это произойдет, астрономическая.

«Появление такой молекулы, учитывая химические процессы, невероятно маловероятно.Это был бы шанс, который случится только раз во вселенной », — сказал Роберт Шапиро, химик из Нью-Йоркского университета.« Чтобы принять эту [точку зрения], вы должны поверить в то, что нам невероятно повезло ».

Антропный принцип

Но «астрономический» — понятие относительное. В своей книге The God Delusion биолог Ричард Докинз рассматривает другую возможность, вдохновленную работами в области астрономии и физики.

Предположим, Докинз говорит, что Вселенная содержит миллиард миллиардов планет (по его скромным подсчетам), то шансы, что жизнь возникнет на одной из них, не так уж велики.

Более того, если, как говорят некоторые физики, наша Вселенная — лишь одна из многих, и каждая вселенная содержит миллиард миллиардов планет, то почти наверняка жизнь возникнет хотя бы на одной из них.

Как пишет Докинз: «Могут существовать вселенные, на небе которых нет звезд, но и у них нет жителей, которые заметили бы их недостаток». Шапиро не считает необходимым вызывать множественные вселенные или полные жизни кометы, врезающиеся в древнюю Землю. Вместо этого он думает, что жизнь началась с молекул, которые были меньше и менее сложны, чем РНК, которые проводили простые химические реакции, которые в конечном итоге привели к самоподдерживающейся системе, включающей образование более сложных молекул.

«Если вы вернетесь к более простой теории, шансы больше не будут астрономическими», — сказал Шапиро Live Science.

Попытка воссоздать событие, произошедшее миллиарды лет назад, — непростая задача, но многие ученые считают, что, как и возникновение самой жизни, это все еще возможно.

«Решение загадки такого масштаба совершенно непредсказуемо», — сказал Фриман Дайсон, почетный профессор физики Принстонского университета в Нью-Джерси. «Это может произойти на следующей неделе или может занять тысячу лет.»

Примечание редактора: Эта статья была впервые опубликована в 2007 году. Тиа Гхош внесла изменения в этот отчет.

Оригинальная статья о Live Science.

Вот как может наступить конец света и что мы можем с этим сделать | Наука

В грязном многоквартирном доме, изолированном слоями висящих ковриков, последняя семья на Земле ютится у костра, плавя горшок с кислородом.Вырванная из-под солнечного тепла бродячая темная звезда, планета была изгнана в холодные дальние пределы Солнечной системы. Одинокий клан выживших должен отправиться в бесконечную ночь, чтобы собрать замороженные атмосферные газы, скопившиеся, как снег.

Что касается сценариев конца человечества, то это мрачное видение из рассказа Фрица Лейбера 1951 года «Ведро воздуха» является довольно отдаленной возможностью. Ученые, размышляющие над такими вещами, думают, что катастрофа, вызванная самим собой, такая как ядерная война или биоинженерная пандемия, скорее всего, нас нанесет.Однако ряд других экстремальных природных опасностей, в том числе угрозы из космоса и геологические потрясения здесь, на Земле, все еще могут подорвать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, разрушая развитую цивилизацию, уничтожая миллиарды людей или потенциально даже истребляя наш вид.

Скачки напряжения из-за солнечной бури потрясли телеграфистов в 1859 году; сегодня они могут нанести ущерб электросетям и электронике.

Тем не менее, исследований по этому вопросу на удивление мало, говорит Андерс Сандберг, исследователь катастроф из Института будущего человечества Оксфордского университета в Великобритании. В последний раз он проверил: «Работает больше о размножении навозных жуков, чем о вымирании человека», — говорит он. «У нас могут быть неправильные приоритеты».

Частые стихийные бедствия средней тяжести, такие как землетрясения, привлекают гораздо больше средств, чем маловероятные апокалиптические бедствия.Предрассудки также могут действовать; Например, ученые, которые первыми начали исследования ударов астероидов и комет, жаловались на то, что они столкнулись с повсеместным «фактором хихиканья». Сознательно или бессознательно, говорит Сандберг, многие исследователи считают катастрофические риски сферой вымысла или фэнтези, а не серьезной науки.

Однако горстка исследователей упорно думает о немыслимом. По их словам, при наличии достаточных знаний и надлежащего планирования можно подготовиться к редким, но разрушительным стихийным бедствиям, а в некоторых случаях предотвратить их.Хихикайте сколько угодно, но выживание человеческой цивилизации может оказаться под угрозой.

Угроза первая: Солнечные бури

Одна угроза для цивилизации могла исходить не от слишком маленького солнца, как в рассказе Лейбера, а от слишком большого количества. Билл Муртаг видел, как это может начаться. Утром 23 июля 2012 года он сидел перед множеством красочных экранов в Центре прогнозирования космической погоды Национального управления по исследованию океанов и атмосферы в Боулдере, штат Колорадо, и наблюдал за двумя облаками энергичных частиц, известными как выброс корональной массы (CME), — от солнца и бочки в космос.Всего 19 часов спустя солнечная картечь пролетела мимо того места, где всего несколько дней назад находилась Земля. Ученые говорят, что если бы он попал в нас, мы бы все еще пошатнулись.

В настоящее время Муртаг, заместитель директора по космической погоде в Управлении научно-технической политики Белого дома в Вашингтоне, округ Колумбия, проводит большую часть своего времени, размышляя о солнечных извержениях. НВМ не наносят прямого вреда людям, и их последствия могут быть впечатляющими. Направляя заряженные частицы в магнитное поле Земли, они могут вызывать геомагнитные бури, которые вызывают ослепительные полярные сияния.Но эти бури могут также вызвать опасные электрические токи в линиях электропередач на большие расстояния. Токи длятся всего несколько минут, но они могут вывести из строя электрические сети, разрушив высоковольтные трансформаторы, особенно в высоких широтах, где линии магнитного поля Земли сходятся по дуге к поверхности.

В 2012 году спутники отследили выброс корональной массы от Солнца, когда он едва миновал Землю.

Худшее событие CME в новейшей истории произошло в 1989 году, когда в Нью-Джерси сгорел трансформатор, и 6 миллионов человек в провинции Квебек в Канаде остались без электричества. Самое крупное из зарегистрированных событий — Кэррингтонское событие 1859 года, названное в честь британского астронома, который стал свидетелем сопутствующей солнечной вспышки, — было в 10 раз более интенсивным. Он послал обжигающие токи, пронизывающие телеграфные кабели, искры огня и шокирующие операторов, в то время как северное сияние плясало так далеко на юге, как Куба.

«Это было потрясающе», — говорит Патрисия Рейфф, космический физик из Университета Райса в Хьюстоне, штат Техас. Но если еще один шторм такого размера обрушится на сегодняшнюю инфраструктуру, по ее словам, «это будет иметь огромные последствия».

Некоторые исследователи опасаются, что еще одно событие, подобное Кэррингтону, может уничтожить от десятков до сотен трансформаторов, погрузив огромные части целых континентов в темноту на недели или месяцы, а возможно, даже годы, говорит Муртаг. Это потому, что изготовленные по индивидуальному заказу сменные трансформаторы размером с дом нельзя купить с полки.Производители трансформаторов утверждают, что такие опасения преувеличены и что большая часть оборудования выживет. Но Томас Овербай, инженер-электрик из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн, говорит, что никто не знает наверняка. «У нас не так много данных, связанных с сильными штормами, потому что они очень редки», — говорит он.

Совершенно очевидно, что повсеместные отключения электроэнергии могут иметь катастрофические последствия, особенно в странах, зависящих от высокоразвитых электрических сетей. «Мы проделали изумительную работу, создав большую уязвимость перед этой угрозой», — говорит Муртаг.Информационные технологии, топливопроводы, водяные насосы, банкоматы — все, что есть пробки, станет бесполезным. «Это повлияет на нашу способность управлять страной», — говорит Муртаг.

Большое событие может произойти в нашей жизни. Исследования показывают, что штормы, подобные Кэррингтону, обрушиваются на Землю раз в несколько столетий; недавнее исследование показало, что вероятность того, что такой шторм случится в следующем десятилетии, составляет 12%.

Но, по крайней мере, мы это увидим. Солнечные телескопы определяют CME прямо в момент их образования, а космические аппараты, расположенные в миллионах миль от Земли, измеряют критические параметры по мере их прохождения.Вооружившись такой информацией, как ориентация магнитного поля CME, ученые могут сказать, будет ли облако частиц обтекать Землю, как «камень в реке», говорит Рейфф, или же поле соединится с Землей, чтобы вызвать геомагнитную бурю. Затем синоптики могут выдавать предупреждения за 30 минут до часа до появления CME.

Такие предупреждения полезны только в том случае, если правительства и операторы сетей готовы отреагировать, а страны всего мира только начали серьезно относиться к угрозе.В прошлом году Белый дом опубликовал всеобъемлющую национальную стратегию по космической погоде и сопутствующий ей План действий, в котором говорится о необходимости снижения уязвимости и повышения готовности. Двухпартийный законопроект о претворении части плана в жизнь скоро будет представлен в Сенат.

Одним из столпов плана является укрепление электрической сети. По инициативе регулирующих органов операторы уже начали инвентаризацию уязвимых компонентов и критических активов. Следующим шагом будет защита сети путем установки устройств блокировки тока, таких как последовательные конденсаторы, которые уже широко распространены в западных Соединенных Штатах, поскольку они помогают передавать электроэнергию на большие расстояния, а также путем разработки аварийных процедур для управления силовыми нагрузками для ограничения повреждения трансформатора.Овербай говорит, что быстрая реакция электроэнергетики обнадеживает.

Но полная защита от событий, подобных Кэррингтону, может оказаться невозможной, говорит Овербай, просто из-за высокой стоимости. Вместо этого операторы могут отреагировать на надвигающийся мега-шторм, предварительно отключив большие участки сети для спасения трансформаторов, используя краткосрочные разрушения, чтобы предотвратить долговременную катастрофу.

Угроза вторая: космические столкновения

Телескоп Pan-STARRS на острове Мауи на Гавайях является частью астрономической сети, которая сканирует ночное небо в поисках тел, которые когда-нибудь могут столкнуться с Землей.

Для другой угрозы с неба — столкновения с большим астероидом или кометой — нет способа ограничить ущерб. По мнению исследователей, единственный способ защитить себя — это полностью предотвратить столкновение.

«Это то, чего мы, как вид, не можем допустить, никогда, никогда», — говорит Эд Лу. «Это конец людей.В 2002 году Лу, ​​бывший астронавт, основал в Милл-Вэлли, Калифорния, фонд B612 Foundation — частную организацию, которая занимается защитой планеты от объектов, сближающихся с Землей, или ОСЗ.

Все знают об астероиде шириной в 10 километров, который помог уничтожить динозавров, но даже что-то меньшее по размеру может уничтожить человечество, — говорит Майкл Рампино, ученый-землеустроитель из Нью-Йоркского университета в Нью-Йорке. Место удара будет стерто, и по всей планете могут разразиться сильные землетрясения и цунами.Но затяжные эффекты окажутся самыми разрушительными. Модели предполагают, что, в зависимости от скорости и угла приближения, объект шириной всего 1 километр может выбросить достаточно измельченного камня, чтобы блокировать солнце на несколько месяцев. К пелене добавилась бы сажа от лесных пожаров, вызванная падением на Землю обломков. «Все эти вещи, возвращающиеся в атмосферу, нагреваются, и это похоже на то, как если бы в духовке жарили, — объясняет Рампино. Вместе дым и пыль ввергнут планету в так называемую ударную зиму, что приведет к неурожаям и массовому голоду.

К счастью, астероиды такого размера сталкиваются с Землей примерно раз в несколько миллионов лет, а «убийцы динозавров» — только раз в 100 миллионов лет или около того. В среднем за год ваш шанс умереть от удара лишь немного выше, чем шанс погибнуть от нападения акулы, говорит Марк Бослоу, физик из Sandia National Laboratories в Альбукерке, Нью-Мексико. Но, как и у акул, достаточно одного, чтобы добиться цели.

Астрономы заметили почти 15 000 объектов в окрестностях Земли, в том числе сотни более 1 км в диаметре.

Вот почему в 1998 году НАСА запустило исследование Spaceguard по запросу Конгресса. Цель состояла в том, чтобы привлечь астрономов для выявления 90% предполагаемых более 900 ОСЗ размером более 1 километра — цель, которую агентство официально выполнило в 2010 году. В настоящее время продолжающиеся усилия направлены на поиск любых оставшихся гигантов и маркировку 90% тел размером более 140 метров. к 2020 году, хотя НАСА заявляет, что не уложится в срок.Из почти 15 000 обнаруженных к настоящему времени ОСЗ ни один в настоящее время не находится на пути к столкновению с Землей. В конце концов, однако, связанный с Землей ОСЗ некоторого размера столкнется с человечеством со сценарием фильма-катастрофы. И когда этот день наступит, «он очень быстро перейдет от научной фантастики к науке», — говорит Лу.

Наука уже в деле. В отчете Национального исследовательского совета США за 2010 год в отчете Национального исследовательского совета США «Защита планеты Земля: исследования объектов, сближающихся с Землей и стратегии смягчения опасностей», исследователи выделили несколько потенциальных вариантов отражения нарушителя с учетом предупреждений за несколько десятилетий.Мы могли сбить его с курса, протаранив его одним или двумя космическими кораблями, медленно изменить его орбиту за счет постоянной гравитационной силы космического корабля, называемого гравитационным трактором, или взорвать его ядерными взрывами.

Прямо сейчас эти стратегии планетарной защиты существуют в основном на бумаге, но некоторые из них могут увидеть реальные испытания в следующем десятилетии. НАСА, Европейское космическое агентство и другие партнеры изучают совместную миссию под названием AIDA (Оценка удара и отклонения астероидов) для проверки метода ударного воздействия на астероид Дидимос, когда он пролетит вблизи Земли в октябре 2022 года.НАСА также объявило о планах использования усиленного гравитационного трактора, в котором космический корабль собирает материал с астероида для увеличения его массы, в своей миссии по перенаправлению астероидов, запуск которой должен был начаться в 2021 году, но теперь он сталкивается с финансовыми затруднениями. В случае реальной угрозы многие исследователи предпочитают сочетание этих методов на всякий случай.

Но для объектов размером более 1 км в диаметре и для комет, которые могут появиться без особого внимания, некоторые ученые считают, что ядерный вариант — единственный вариант.Идея состоит в том, чтобы встряхнуть тело, а не взорвать его, что может принести больше вреда, чем пользы. Хотя Договор Организации Объединенных Наций по космосу 1967 года в настоящее время запрещает отправку ядерного оружия в космос, ученые уже хорошо разбираются в этой технологии, и в прошлом году НАСА и Министерство энергетики объявили о совместных усилиях по совершенствованию его использования против астероидов. В конечном итоге Управление по координации планетарной защиты НАСА, созданное ранее в этом году, примет решение, когда и как Соединенные Штаты должны реагировать на потенциальное воздействие.

Угроза третья: Супервулканы

Самая неумолимая угроза нашей современной цивилизации, однако, исходит от самих себя — и она поражает гораздо чаще, чем большие космические удары. Примерно каждые 100000 лет где-то на Земле кальдера диаметром до 50 километров разрушается и извергает груды накопленной магмы. Образовавшийся супервулкан неудержим и разрушителен. Одно из таких монстров, массивное извержение горы Тоба в Индонезии 74000 лет назад, возможно, уничтожило большинство людей на Земле, вызвав генетическое узкое место в нашей ДНК, хотя эта идея является спорной.

Пепел распространяется по Северной Америке в результате компьютерного извержения супервулкана Йеллоустоун. Изображение предоставлено: Ларри Мастин

По геологическому соглашению супервулкан — это тот, который вызывает взрывное извержение магмы объемом более 450 кубических километров, что примерно в 50 раз больше, чем извержение горы Тамбора в Индонезии в 1815 году, и в 500 раз больше, чем извержение горы Пинатубо на Филиппинах в 1815 году. 1991. Геологи читают истории таких взрывов в отложениях изверженного материала, называемого туфом, и летописи горных пород показывают, что супервулканы, как правило, совершают повторные преступления.Места, которые остаются активными сегодня, включают Тоба, горячую точку Йеллоустоуна на северо-западе Соединенных Штатов, кальдеру Лонг-Вэлли в восточной Калифорнии, вулканическую зону Таупо в Новой Зеландии и несколько точек в Андах.

Ни одна из этих опасных зон в настоящее время не представляет угрозы. Но в случае нового извержения все в пределах ста километров или около того будет сожжено, а пепел покроет континенты. Всего несколько миллиметров вещества могут убить посевы; метр или более может сделать землю непригодной для использования на десятилетия, говорит Сюзанна Дженкинс, вулканолог из Бристольского университета в Соединенном Королевстве.Пепел также может разрушать здания, загрязнять источники воды, забивать электронику, наземные самолеты и вызывать раздражение легких.

Эти региональные воздействия могут неожиданным образом повлиять на весь мир. Даже незначительное нарушение воздушного движения после извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в 2010 году — далеко не супервулкана — нанесло миллионы долларов убытков кенийским фермерам, чей экспорт скоропортящихся продуктов в Европу был напрасным. «Чем более взаимосвязанным становится наше общество, тем более уязвимыми мы становимся к чему-то, даже небольшому, что происходит на другом конце света», — говорит Хейзел Раймер, вулканолог из Открытого университета в Милтон-Кейнсе, США.К.

(Графика) G. Grullùon / Science : (Источник данных) USGS

Однако наиболее далеко идущими последствиями будут последствия для глобального климата, которые будут напоминать последствия столкновения с большим астероидом. Сульфатные аэрозоли, попавшие в стратосферу в результате сверхразрушения, могут понизить температуру на большей части Земли на 5–10 ° C на срок до десятилетия, нанеся ущерб мировому сельскому хозяйству.

Трудно сказать, насколько все было бы плохо. «Наука о вулканах основана на опыте», — говорит Бен Кеннеди, вулканолог из Кентерберийского университета в Крайстчерче, Новая Зеландия, и ученые никогда не видели супервулкана. Информация о небольших извержениях может помочь, но может оказаться ненадежным руководством. Например, согласно исследованиям Клаудии Тиммрек, разработчика моделей климата в Метеорологическом институте Макса Планка в Гамбурге, Германия, хотя суперэрозии, вероятно, производят большое количество сульфатных аэрозолей, аэрозоли могут быть больше и выпадать быстрее, чем те, которые возникают при более мелких извержениях. другие.Команда Тиммрека также обнаружила, что для вулканов средних широт, таких как Йеллоустон, сезон извержения определяет, насколько широко распространяются их аэрозоли.

Наибольшая неопределенность связана с потенциальными предупреждающими знаками. Исследователи полагают, что широко распространенные признаки, такие как землетрясения, усиление дегазации и деформация грунта из-за подъема магмы, будут предшествовать крупному извержению. Эти волнения начнутся за месяцы, если не за многие годы, теоретически у них будет достаточно времени для эвакуации жителей и реализации планов реагирования на чрезвычайные ситуации.Однако ученым трудно решить, когда бить тревогу, говорит Джейкоб Ловенштерн из Геологической службы США в Менло-Парке, Калифорния, ответственный ученый обсерватории вулкана Йеллоустоун. «Ученым будет сложно убедить себя в том, что мы лишь частично понимаем сложность происходящих процессов», — говорит он.

Кроме того, существуют политические вызовы реагирования на угрозу. В результате извержения Невадо-дель-Руис в Колумбии в 1985 году погибло 23 000 человек, отчасти потому, что правительство проигнорировало прогнозы ученых.Ложные тревоги тоже могут вызвать проблемы. В 1980-х годах геологические волнения заставили чиновников предупредить о возможном извержении калифорнийской кальдеры Лонг-Вэлли. Этого не произошло, но стоимость местной недвижимости упала, и экономика пострадала.

Задача ученых состоит в том, чтобы сказать, какие индикаторы предвещают катастрофическое извержение, а не небольшое, а какие нет вообще. «Мы очень хорошо умеем распознавать предвестников после события», — говорит Раймер. На данный момент, по словам исследователей, лучше всего продолжить изучение водопровода, питающего вулканы, и выжать как можно больше информации из небольших будущих извержений, прежде чем следующий супервулкан даст волю.

(Графика) G. Grullùon / Science ; (Источники данных) Верхний график: Plag et al. Экстремальные опасности (2014) © ESF; График стихийных бедствий: EM-Dat: Международная база данных стихийных бедствий; График со смертельным исходом: EM-DAT: Международная база данных о бедствиях

Угроза четвертая: что, если это произойдет?

В конце концов, никакие исследования не могут сделать много для предотвращения или смягчения последствий супервулканов или других странных событий, таких как взрывы близлежащих сверхновых и космические взрывы гамма-лучей.Наша единственная надежда выжить — это запасной вариант. И главное в этом плане — еда.

По крайней мере двое ученых уже набросали план. В своей книге 2015 года «Кормить всех без разницы» Дэвид Денкенбергер и Джошуа Пирс предлагают несколько способов накормить миллиарды людей без помощи солнца.

Денкенбергер, инженер-архитектор из Университета штата Теннесси в Нэшвилле, несколько лет назад начал подрабатывать исследователем катастроф, прочитав, что грибы, возможно, процветали после предыдущих массовых вымирания.Если люди когда-нибудь столкнутся с подобной угрозой, он подумал: «Почему бы нам просто не съесть грибы и не вымереть?»

Действительно, люди могли выращивать грибы на опавших листьях и на стволах деревьев, погибших в результате стихийного бедствия, говорит Денкенбергер. Еще лучше было бы выращивать переваривающие метан бактерии на диете, основанной на природном газе, или превращать целлюлозу из растительной биомассы в сахар — процесс, который уже используется для производства биотоплива. Денкенбергер и Пирс, профессор инженерии в Мичиганском технологическом университете в Хоутоне, подсчитали, что переоборудовав существующие промышленные предприятия, выжившие после катастрофы могли бы производить достаточно таких альтернативных продуктов, чтобы накормить население мира в несколько раз.

Конечно, несколько других составляющих также должны выжить: инфраструктура, международное сотрудничество и верховенство закона. Выдержит ли человеческое общество или сломается — неизвестно, от чего может зависеть все остальное, — говорит Сет Баум, исполнительный директор Global Catastrophic Risk Institute в Нью-Йорке, некоммерческого аналитического центра, в число исследователей которого входит Денкенбергер.

«Как бы мы жили? Я думаю, что единственный разумный ответ, который можно дать на этот вопрос в настоящее время, — это то, что мы абсолютно не знаем », — говорит Баум.По его мнению, социальная устойчивость после катастрофы — это просто еще один вопрос, которым должны заняться ученые, вместо того, чтобы оставлять его писателям-антиутопам и выживальщикам Судного дня.

Не то чтобы он имел что-то против выживших. «Как бы они ни казались глупыми на телевидении, я на самом деле немного счастливее, зная, что есть люди, занимающиеся такими вещами», — говорит Баум. Он быстро добавляет: «Надеюсь, до этого дело никогда не дойдет».

Дополнительные статьи в нашем пакете функций Natural Hazards:

20 способов, которыми мир может погибнуть

Мы хорошо это прошли.За 500 000 лет Homo sapiens бродил по земле, мы строили города, создавали сложные языки и отправляли роботов-разведчиков на другие планеты. Трудно представить, чтобы всему этому пришел конец. Тем не менее, 99 процентов всех когда-либо существовавших видов вымерли, включая всех наших предков-гоминидов.

В 1983 году британский космолог Брэндон Картер сформулировал «аргумент Судного дня» как статистический способ судить, когда мы можем присоединиться к ним. Если бы люди выжили долгое время и распространились по галактике, то общее число людей, которые когда-либо выживут, могло бы исчисляться триллионами.По чистой случайности маловероятно, что мы окажемся в числе первых сотых процента всех этих людей.

Или переверните спор: насколько вероятно, что этому поколению не повезет? Примерно пятая часть всех людей, которые когда-либо жили, сегодня живы. Шансы стать одним из тех, кто станет свидетелем судного дня, наиболее высоки, когда вокруг находится наибольшее количество свидетелей — так что сейчас не такое уж невероятное время.

Человеческая деятельность серьезно нарушает почти всю жизнь на планете, что, конечно, не помогает.Текущие темпы исчезновения, по некоторым оценкам, в 10 000 раз превышают средний показатель по летописи окаменелостей. В настоящее время мы можем волноваться об улитках и красных белках в абстрактных терминах. Но следующая статистика в списке может быть использована.

Стихийные бедствия:

1. Столкновение с астероидом

Когда сценарий бедствия получает дрянную голливудскую реакцию, трудно воспринимать его всерьез. Но нет никаких сомнений в том, что космический нарушитель ударит по Земле, и нам не придется ждать миллионы лет, чтобы это произошло.В 1908 году осколок кометы шириной 200 футов врезался в атмосферу и взорвался над Тунгусским регионом в Сибири, Россия, причем энергия атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, была почти в 1000 раз больше, чем у атомной бомбы. По оценкам астрономов, события такого же размера происходят каждые от одного до трех столетий.

Бенни Пайзер, антрополог и пессимист из Ливерпульского университета Джона Мура в Англии, утверждает, что столкновения неоднократно разрушали человеческую цивилизацию. В качестве примера он говорит, что в 1490 году в китайском городе Цзин-янь было убито 10 000 человек.Многие ученые подвергают сомнению его интерпретацию: наиболее вероятно, что столкновения произойдут над океаном, а небольшие, которые происходят над сушей, скорее всего, повлияют на незаселенные районы. Но для больших астероидов не имеет большого значения, где они приземляются. Объекты шириной более полумили, которые падают на Землю каждые 250 000 лет или около того, вызывают огненные бури, за которыми последует глобальное охлаждение из-за пыли, поднимаемой ударом. Люди, вероятно, выживут, а цивилизация — нет.

Астероид шириной пять миль вызовет серьезные вымирания, подобные тому, который, возможно, ознаменовал конец эпохи динозавров.Чтобы ощутить настоящую прохладу, посмотрите на пояс Койпера, зону сразу за Нептуном, которая содержит примерно 100 000 ледяных шаров диаметром более 50 миль. Пояс Койпера посылает на Землю непрерывный дождь небольших комет. Если один из самых больших направится прямо к нам, то это коснется почти всех высших форм жизни, даже тараканов.

2. Гамма-всплеск

Если бы вы могли наблюдать небо с помощью гамма-зрения, вы могли бы подумать, что вас преследуют космические папарацци. Примерно раз в день вы видели, как появляется яркая вспышка, которая ненадолго затмевает все остальное, а затем исчезает.

Эти гамма-всплески, как недавно выяснили астрофизики, происходят в далеких галактиках и обладают невероятной мощью — в 10 квадриллионов (единица с 16 нулями) раз больше энергии, чем Солнце. Всплески, вероятно, являются результатом слияния двух схлопнувшихся звезд. До катаклизма такую ​​двойную звезду можно было почти полностью не обнаружить, поэтому мы, скорее всего, не получим предварительного уведомления, если какая-то одна из них прячется поблизости. Однако, как только начнется всплеск, его ярость не пропадет.На расстоянии 1000 световых лет — дальше, чем большинство звезд, которые вы можете увидеть ясной ночью — она ​​будет казаться такой же яркой, как солнце.

Атмосфера Земли первоначально защитила бы нас от большинства смертельных рентгеновских лучей и гамма-лучей взрыва, но за это пришлось заплатить. Мощное излучение повреждает атмосферу, создавая оксиды азота, разрушающие озоновый слой. Без озонового слоя ультрафиолетовые лучи солнца достигли бы поверхности почти с полной силой, вызывая рак кожи и, что более серьезно, убивая крошечный фотосинтетический планктон в океане, который поставляет кислород в атмосферу и поддерживает нижнюю часть пищевой цепи. .Все наблюдаемые до сих пор гамма-всплески были чрезвычайно далекими, что означает, что события происходят редко. Однако ученые так мало знают об этих взрывах, что трудно оценить вероятность взрыва одного из них в нашем галактическом районе.

3. Коллапс вакуума

В книге «Кошачья колыбель» Курт Воннегут популяризировал идею «ледяной девятки», формы воды, которая намного более стабильна, чем обычная вода, поэтому она твердая при комнатной температуре. Выпустите его немного, и внезапно вся вода на Земле превратится в лед-девять и замерзнет.«Ледяная девятка» была сатирической выдумкой, но возможен резкий и катастрофический фазовый переход.

В самом начале истории Вселенной, согласно ведущей космологической модели, пустое пространство было полно энергии. Такое положение дел, называемое ложным вакуумом, было в высшей степени ненадежным. Появился новый, более стабильный вид вакуума, который, как и лед-девять, быстро взял его на вооружение. Этот переход высвободил огромное количество энергии и вызвал кратковременное безудержное расширение космоса.

Однако возможно, что существует другой, даже более стабильный вид вакуума.По мере того, как Вселенная расширяется и охлаждается, крошечные пузырьки этого нового типа вакуума могут появляться и распространяться почти со скоростью света. Законы физики изменятся вслед за ними, и взрыв энергии разнесет все в клочья. «Это красивая история, но это маловероятно», — говорит Пит Хат из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Он говорит, что его больше беспокоят угрозы, в которых ученые более уверены, например, черные дыры-изгоя.

4. Разбойные черные дыры

Наша галактика полна черных дыр, обрушившихся звездных трупов шириной всего в дюжину миль.Насколько полно? Сложный вопрос. В конце концов, их не зря называют черными дырами. Их гравитация настолько сильна, что они поглощают все, даже свет, который может выдать их присутствие.

Дэвид Беннетт из Университета Нотр-Дам в Индиане недавно сумел обнаружить две черные дыры по тому, как они искажали и усиливали свет обычных, более далеких звезд. Основываясь на таких наблюдениях и даже больше на теоретических аргументах, исследователи предполагают, что в Млечном Пути около 10 миллионов черных дыр.Эти объекты вращаются по орбите так же, как и другие звезды, а это означает, что маловероятно, что один из них направится в нашу сторону.

Но если бы нормальная звезда двигалась к нам, мы бы это знали. С черной дырой есть небольшое предупреждение. Самое большее за несколько десятилетий до близкого столкновения астрономы наблюдали бы странное возмущение на орбитах внешних планет. По мере того, как эффект увеличивался, можно было бы делать все более точные оценки местоположения и массы нарушителя.

Черной дыре не нужно было подходить так близко к Земле, чтобы привести к гибели; просто прохождение через солнечную систему исказило бы орбиты всех планет.Земля может оказаться втянутой в эллиптическую траекторию, что вызовет экстремальные колебания климата, или она может быть выброшена из Солнечной системы и унесется в глубокий космос на волю своей холодной судьбы.

5. Гигантские солнечные вспышки

Солнечные вспышки — более известные как выбросы корональной массы — представляют собой огромные магнитные вспышки на Солнце, которые бомбардируют Землю потоком высокоскоростных субатомных частиц. Атмосфера и магнитное поле Земли сводят на нет потенциально смертельные последствия обычных вспышек.Но, просматривая старые астрономические записи, Брэдли Шефер из Йельского университета обнаружил доказательства того, что некоторые совершенно нормальные, похожие на Солнце звезды могут кратковременно светиться до 20 раз. Шефер считает, что эти звездные мерцания вызваны супервспышками, в миллионы раз более мощными. чем их общие кузены. В течение нескольких часов супервспышка на Солнце может поджарить Землю и начать разрушение озонового слоя (см. №2). Хотя есть убедительные доказательства того, что наше Солнце не проявляет такого избытка, ученые не знают, почему вообще случаются супервспышки и может ли наше Солнце проявлять более мягкое, но все же разрушительное поведение.И хотя слишком большая солнечная активность может быть смертельной, слишком низкая ее также проблематична. Салли Балиунас из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики говорит, что многие звезды солнечного типа проходят через длительные периоды покоя, во время которых они становятся тусклее почти на 1%. Это может показаться не таким уж большим, но подобный закат солнца может отправить нас в новый ледниковый период. Балиунас приводит свидетельства того, что снижение солнечной активности способствовало 17 из 19 крупных похолоданий на Земле за последние 10 000 лет.

6. Переворот магнитного поля Земли

Каждые несколько сотен тысяч лет магнитное поле Земли уменьшается почти до нуля в течение, возможно, столетия, а затем постепенно появляется снова, когда северный и южный полюса меняются местами. Последний такой поворот произошел 780 000 лет назад, так что мы, возможно, запоздали. Хуже того, напряженность нашего магнитного поля уменьшилась примерно на 5 процентов за последнее столетие.

Зачем беспокоиться в эпоху, когда GPS сделал компасы устаревшими? Что ж, магнитное поле отражает штормы частиц и космические лучи от Солнца, а также даже более энергичные субатомные частицы из глубокого космоса.Без магнитной защиты эти частицы ударили бы в атмосферу Земли, разрушив и без того осажденный озоновый слой (см. № 5).

Кроме того, многие существа ориентируются с помощью магнитных счислений. Перемагничивание может нанести серьезный экологический ущерб. Одно большое предостережение: «Нет никаких явных следов окаменелостей от предыдущих переворотов», — говорит Стен Оденвальд из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. «Это очень любопытно». Тем не менее, катастрофа, в результате которой погибает четверть населения, такая как Черная чума в Европе, вряд ли будет отмечена как отметка в летописи окаменелостей.

7. Приливно-базальтовый вулканизм

В 1783 году в Исландии произошло извержение вулкана Лаки, извергнувшего три кубических мили лавы. Наводнения, пепел и пары унесли жизни 9000 человек и 80 процентов домашнего скота. Последовавший голод убил четверть населения Исландии. Атмосферная пыль привела к падению зимних температур на 9 градусов в новых независимых Соединенных Штатах.

И это была всего лишь детская отрыжка по сравнению с тем, что может сделать Земля. Шестьдесят пять миллионов лет назад шлейф раскаленной породы из мантии прорвался сквозь кору на территории современной Индии.Извержения бушевали столетие за столетием, в конечном итоге высвободив четверть миллиона кубических миль лавы — извержение Лаки 100000 раз. Некоторые ученые до сих пор винят индейский взрыв, а не астероид, в гибели динозавров. Более раннее, еще более крупное событие в Сибири произошло примерно во время пермско-триасового вымирания, самого полного истребления, известного палеонтологии. В то время было уничтожено 95 процентов всех видов.

Сернистые вулканические газы вызывают кислотные дожди.Хлорсодержащие соединения представляют собой еще одну угрозу хрупкому озоновому слою — ядовитый напиток повсюду. Хотя вулканы вызывают кратковременные разрушения, они также выделяют углекислый газ, который вызывает долгосрочное потепление за счет парникового эффекта. Последний большой импульс паводкового базальтового вулканизма сформировал плато реки Колумбия около 17 миллионов лет назад. Мы созрели для другого.

8. Глобальные эпидемии

Если Земля нас не устроит, наши сородичи могут справиться с этой задачей. Микробы и люди всегда сосуществовали, но иногда баланс нарушается.Черная чума убила каждого четвертого европейца в XIV веке; грипп унес жизни не менее 20 миллионов человек в период с 1918 по 1919 год; эпидемия СПИДа привела к аналогичному числу погибших и продолжает расти.

С 1980 по 1992 год, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, смертность от инфекционных заболеваний в США выросла на 58 процентов. Старые болезни, такие как холера и корь, приобрели новую устойчивость к антибиотикам. Интенсивное сельское хозяйство и освоение земель приближают человека к патогенам животных.Международные путешествия означают, что болезни могут распространяться быстрее, чем когда-либо.

Майкл Остерхольм, специалист по инфекционным заболеваниям, недавно уволившийся из Министерства здравоохранения Миннесоты, описал ситуацию как «как попытку плыть против течения бушующей реки». Самая мрачная возможность — это появление штамма, который распространяется так быстро, что мы застигнуты врасплох, или который сопротивляется всем химическим средствам контроля, возможно, в результате нашего перемешивания экологического котла. Около 12000 лет назад по Северной и Южной Америке прокатилась волна вымирания млекопитающих.Росс Макфи из Американского музея естественной истории утверждает, что виновником была чрезвычайно опасная болезнь, которую люди помогли перенести во время миграции в Новый Свет.

Катастрофы, вызванные деятельностью человека:

9. Глобальное потепление

Земля становится теплее, и ученые в основном согласны с тем, что в чем-то виноваты люди. Легко понять, как глобальное потепление может затопить города и испортить урожай. Совсем недавно исследователи, такие как Пол Эпштейн из Гарвардской медицинской школы, забили тревогу, что более спокойная планета также может способствовать распространению инфекционных заболеваний, обеспечивая более подходящий климат для паразитов и распространяя ряд тропических патогенов (см. №8).Сюда могут входить болезни сельскохозяйственных культур, которые в сочетании со значительными климатическими изменениями могут вызвать голод.

Эффекты могли быть еще более драматичными. В настоящее время атмосферные газы улавливают достаточно тепла близко к поверхности, чтобы все было комфортно. Однако при небольшом повышении глобальной температуры может возникнуть эффект плохой обратной связи: вода будет испаряться быстрее, высвобождая водяной пар (мощный парниковый газ), который улавливает больше тепла, что вытесняет углекислый газ из горных пород, что по-прежнему поддерживает температуру. выше.Земля может закончиться так же, как Венера, где температура в обычный день составляет 900 градусов по Фаренгейту. Вероятно, потребуется сильное потепление, чтобы вызвать такой безудержный парниковый эффект, но ученые понятия не имеют, где именно находится переломный момент.

10. Коллапс экосистемы

Изображения убитых слонов и горящих тропических лесов привлекают внимание людей, но большая проблема — общая потеря биоразнообразия — гораздо менее заметна и гораздо более серьезна. Миллиарды лет эволюции создали мир, в котором благополучие каждого организма переплетается с благополучием бесчисленного множества других видов.

Недавнее исследование национального парка Айл-Рояль на озере Верхнее предлагает пример. Снежные зимы побуждают волков охотиться большими стаями, поэтому они убивают больше лосей. Уменьшение популяции лосей позволяет выживать большему количеству саженцев бальзамической пихты. Ели выводят из атмосферы углекислый газ, который, в свою очередь, влияет на климат. Это все связано. Чтобы удовлетворить потребности растущего населения, мы расчищаем землю для жилья и ведения сельского хозяйства, заменяем разнообразные дикорастущие растения всего несколькими видами сельскохозяйственных культур, перевозим растения и животных и вводим новые химические вещества в окружающую среду.

По крайней мере 30 000 видов исчезают каждый год в результате деятельности человека, что означает, что мы живем в разгар одного из самых массовых вымираний в истории Земли. Стивен Келлерт, социальный эколог из Йельского университета, видит несколько способов, которыми люди могут нарушить хрупкую систему сдержек и противовесов в глобальной экологии. По его словам, могут появиться новые паттерны болезней (см. №8) или же насекомые-опылители вымрут, что приведет к повсеместному неурожаю. Или, как в случае с волками Isle Royale, последствия могут быть чем-то, о чем мы никогда не подумаем, пока не станет слишком поздно.

11. Biotech Disaster

Пока мы уничтожаем естественные виды, мы также создаем новые с помощью генной инженерии. Генетически модифицированные культуры могут быть более выносливыми, вкусными и питательными. Искусственные микробы могут облегчить наши проблемы со здоровьем. А генная терапия предлагает неуловимое обещание исправить фундаментальные дефекты в нашей ДНК.

Тогда есть возможные недостатки. Хотя нет никаких доказательств того, что генетически модифицированные продукты небезопасны, есть признаки того, что гены модифицированных растений могут просочиться и проникнуть в другие виды.Искусственные культуры могут также способствовать устойчивости к инсектицидам. Давние скептики, такие как Джереми Рифкин, опасаются, что образовавшиеся суперсорняки и суперсорняки могут еще больше дестабилизировать стрессовую глобальную экосистему (см. №9).

Измененных микробов может оказаться неожиданно трудно контролировать. Самое страшное — это возможность преднамеренного неправильного использования биотехнологии. Террористическая группа или нация-изгой могут решить, что сибирская язва недостаточно опасна, а затем попытаться создать, скажем, воздушную версию вируса Эбола.Теперь есть остановка.

12. Mishap с ускорителем частиц

Теодор Качиньский, более известный как Унабомбер, бредил, что эксперимент с ускорителем частиц может вызвать цепную реакцию, которая разрушит мир. Удивительно, но многие здравомыслящие физики пришли к такому же выводу. Обычно их беспокойство возникает во время частных встреч, среди множества каракулей на обратной стороне использованных конвертов. Недавно этот вопрос стал достоянием общественности, когда лондонская Sunday Times сообщила, что коллайдер релятивистских тяжелых ионов (RHIC) на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, может создать субатомную черную дыру, которая будет медленно поглощать нашу планету.

С другой стороны, он может создавать экзотические кусочки измененной материи, называемые стрэнджлетами, которые стирают любую обычную материю, с которой сталкиваются. Чтобы успокоить нервных соседей RHIC, директор лаборатории созвал комиссию, которая отвергла оба сценария как практически невозможные. На всякий случай группа также отклонила возможность того, что RHIC вызовет фазовый переход в энергии космического вакуума (см. № 3).

Подобные заверения следуют традиции отчета 1942 года «LA-602», некогда засекреченного документа, который объяснял, почему взрыв первой атомной бомбы почти наверняка не вызовет возгорания атмосферы.Однако физики RHIC не отвергли фундаментальную возможность катастроф. Они утверждали, что их машина недостаточно мощна, чтобы создать черную дыру или дестабилизировать вакуум. Ну что ж. Мы всегда можем построить ускоритель побольше.

13. Нанотехнологическая катастрофа

Еще до того, как вы испачкали клавиатуру, ваш домашний компьютер устарел, во многом из-за невероятно быстрого прогресса в миниатюризации схем на кремниевых микросхемах. Инженеры используют ту же технологию для создания грубых машин атомного масштаба, изобретая новую область под названием нанотехнологии.

В течение нескольких десятилетий, а может быть и раньше, появится возможность создавать микроскопических роботов, которые смогут собирать и копировать себя. Они могут выполнять операцию внутри пациента, создавать любой желаемый продукт из простого сырья или исследовать другие миры. Все хорошо, если технология работает по назначению.

С другой стороны, рассмотрим то, что К. Эрик Дрекслер из Института предвидения называет «проблемой серой слизи» в своей книге «Двигатели созидания», являющейся культовой в среде нанотехнологий.После промышленной аварии, пишет он, машины размером с бактерии «могли распространяться, как пыльца, быстро размножаться и превращать биосферу в пыль за считанные дни». И Дрекслер на самом деле является ярым сторонником этой технологии. Более пессимистичные люди, такие как Билл Джой, соучредитель Sun Microsystems, рассматривают наномашины как совершенные высокоточные военные или террористические инструменты.

14. Экологические токсины

От Доноры, штат Пенсильвания, до Бхопала, Индия, современная история изобилует пугающими примерами опасности промышленных загрязнителей.Но отравление продолжается. В крупных городах по всему миру воздух насыщен частицами дизельного топлива, которые теперь Национальные институты здравоохранения считают канцерогеном.

Тяжелые металлы из промышленных дымовых труб вращаются вокруг земного шара, даже оседая в нетронутых снегах Антарктиды. Интенсивное использование пестицидов в сельском хозяйстве гарантирует сток в реки и озера. В высоких дозах диоксины могут нарушить развитие плода и ухудшить репродуктивную функцию — а диоксины есть повсюду. В вашем доме могут быть поливинилхлоридные трубы, обои и сайдинг, которые выделяют диоксины при возгорании или сжигании.

Есть еще неизвестные риски, о которых стоит задуматься. Каждый год NIH пополняет свой список веществ, вызывающих рак — их число достигает 218. Тео Колберн из Всемирного фонда дикой природы утверждает, что диоксины и другие подобные хлорсодержащие соединения достаточно хорошо имитируют действие гормонов человека, чтобы они могли серьезно снизить фертильность. Многие другие ученые оспаривают ее доказательства, но если она права, наш химический мусор может в конечном итоге угрожать нашему выживанию.

Умышленное самоуничтожение:

15.Глобальная война

Вместе Соединенные Штаты и Россия все еще имеют почти 19 000 активных ядерных боеголовок. Ядерная война сегодня кажется маловероятной, но десять лет назад распад Советского Союза также казался маловероятным. Политические ситуации развиваются; бомбы остаются смертельными.

Существует также возможность случайного обмена ядерными ударами. А система защиты от баллистических ракет, учитывая современные технологии, сможет уловить лишь несколько шальных ракет — при условии, что она вообще работает.Другие типы оружия также могут иметь глобальные эффекты. Япония начала эксперименты с биологическим оружием после Первой мировой войны, а Соединенные Штаты и Советский Союз экспериментировали с микробами-убийцами во время холодной войны.

По сравнению с атомными бомбами биологическое оружие дешево, просто в производстве и легко скрывается. Их также трудно контролировать, хотя такая непредсказуемость может понравиться террористической организации. Джон Лесли, философ из Университета Гвельфа в Онтарио, указывает, что генная инженерия может позволить создать «этническое» биологическое оружие, предназначенное для нападения в первую очередь на одну этническую группу (см. № 11).

16. Роботы захватывают

Люди создают умных роботов, которые восстают против нас и захватывают мир. Зевать. Мы видели это в фильмах, на телевидении и в комиксах на протяжении десятилетий. Спустя столько лет оглянитесь вокруг и все равно — никаких умных роботов. И все же Ханс Моравек, один из основателей факультета робототехники Университета Карнеги-Меллона, по-прежнему верит. По его прогнозам, к 2040 году машины будут соответствовать человеческому разуму и, возможно, человеческому сознанию. Тогда им станет еще лучше. Он предвидит возможную симбиотическую связь между человеком и машиной, при которой эти два сливаются в «постбиологические науки», способные значительно расширить их интеллектуальную мощь.

Марвин Мински, эксперт по искусственному интеллекту в Массачусетском технологическом институте, предвидит подобное будущее: люди будут загружать свой мозг в усовершенствованные с помощью компьютера механические суррогаты и входить в почти безграничные файлы информации и опыта. Будет ли это считаться концом человечества или следующим этапом эволюции, зависит от вашей точки зрения. Видение Мински могло показаться смутно знакомым.

После того, как первые машины виртуальной реальности вышли на рынок примерно в 1989 году, лихорадочные журналисты провозгласили их электронными ЛСД, триповыми иллюзионными машинами, которые могут соблазнить пользователя, а затем никогда его не выпустить.Социологи опасались, что наша культура, а может быть, и наш вид, исчезнет. Когда реальный опыт виртуальной реальности оказался больше похож на попытку играть в Pac-Man с прикрепленным к вашей голове шаром для боулинга, разговоры утихли. К его чести, Мински признает, что слияние человека и машины произойдет через несколько лет.

17. Массовое безумие

Хотя физическое здоровье улучшилось в большинстве частей мира за последнее столетие, психическое здоровье ухудшается.По оценкам Всемирной организации здравоохранения, 500 миллионов человек во всем мире страдают психологическим расстройством. К 2020 году депрессия, вероятно, станет второй ведущей причиной смерти и потери производительности после сердечно-сосудистых заболеваний.

Увеличение продолжительности жизни человека может на самом деле усугубить проблему, потому что у людей есть больше лет, чтобы испытать одиночество и немощь старости. У американцев старше 65 лет непропорционально высокая вероятность совершения самоубийства. Грегори Сток, биофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, считает, что медицинская наука скоро позволит людям дожить до 200 лет и старше.Если такая увеличенная продолжительность жизни станет обычным явлением, это создаст непостижимые социальные и психологические проблемы.

Возможно, 200 лет накопленных ощущений перегрузят человеческий мозг, приведя к новому виду безумия или способствуя распространению культов Судного дня, полных решимости вернуть себе конечную цель жизни. Возможно, нынешние тенденции депрессии и самоубийств среди пожилых людей сохранятся. Одно из возможных решений — содействие определенному психическому благополучию с помощью психоактивных препаратов, таких как прозак, — ведет в неизведанные воды.У исследователей нет достоверных данных о долгосрочных эффектах приема этих лекарств.

Большая сила направлена ​​против нас:

18. Вторжение инопланетян

В Институте SETI в Маунтин-Вью, Калифорния, группа преданных своему делу ученых просеивает радиостатику в поисках контрольного сигнала от инопланетной цивилизации. Пока ничего. Теперь предположим, что пришло долгожданное сообщение. Пришельцы не только существуют, они собираются зайти в гости. А потом … любой приверженец научной фантастики может сказать вам, что может пойти не так.

Но история исследований и эксплуатации человека предполагает, что наиболее вероятная опасность заключается не в прямом конфликте. Инопланетяне могут нуждаться в ресурсах нашей солнечной системы (возможно, в земных океанах, полных водорода для заправки космического корабля, работающего на термоядерном синтезе), и отбрасывать нас в сторону, если мы встанем на пути, как мы могли бы отпугнуть комаров или жуков, вызванных регистрацией тропический лес. Инопланетяне могут невольно завезти вредителей, любящих человеческое мясо, подобно тому, как голландские колонисты, достигшие Маврикия, привозили кошек, крыс и свиней, которые быстро покончили с дронтами.Или инопланетяне могут случайно нарушить нашу планету или солнечную систему, выполняя грандиозный проект межзвездного строительства.

Покойный физик Джерард О’Нил предположил, что контакт с инопланетными посетителями также может иметь социальные катастрофы. «Развитая западная цивилизация оказала разрушительное воздействие на все примитивные цивилизации, с которыми она контактировала, даже в тех случаях, когда были предприняты все попытки защитить и охранять примитивную цивилизацию», — сказал он в интервью 1979 года.«Я не вижу причин, по которым то же самое могло бы не случиться с нами».

19. Божественное вмешательство

В иудаизме есть книга Даниила; В христианстве есть Книга Откровения; В исламе пришло время Махди; В зороастризме есть отсчет времени до прибытия третьего сына Зороастра. Истории и их интерпретации широко различаются, но основная концепция схожа: Бог вмешивается в мир, завершая историю и открывая новый нравственный порядок.

Апокалиптическое мышление восходит, по крайней мере, к египетской мифологии, вплоть до Небесных ворот и мании 2000 года.Более тревожными, по крайней мере, для неверующих, являются культы Судного дня, которые предпочитают брать святое возмездие в свои руки. В 1995 году члены секты Аум Синри Кё применили нервно-паралитический газ зарин на станции токийского метро, ​​в результате чего 12 человек погибли и более 5000 получили ранения. Если бы все пошло по плану, число погибших было бы в сотни раз больше. Более решительная группа, вооруженная более смертоносным оружием — ядерным, биологическим, даже нанотехнологическим — могла бы нанести гораздо больший ущерб.

20.Кто-то просыпается и понимает, что все это был сон

Мы живем в тени, которая только обманывает нас, заставляя думать, что это реально? Этот извечный философский вопрос до сих пор отражается в культурной мысли, от произведений Уильяма С. Берроуза до кинематографических интеллектуальных игр «Матрицы». Хат из Института перспективных исследований видит аналогию с опасностью коллапса вакуума. Подобно тому, как наше пустое пространство может не быть истинной, наиболее стабильной формой вакуума, то, что мы называем реальностью, может не быть истинной, наиболее стабильной формой существования.

В четвертом веке до нашей эры даосский философ Чжуан-цзы сформулировал вопрос в более поэтических терминах. Он описал яркий сон. В нем он был бабочкой, которая не осознавала своего существования как человека. Проснувшись, он спросил: «Был ли я раньше Чжуан-цзы, который мечтал быть бабочкой, или теперь я бабочка, которая мечтает быть Чжуан-цзы?»

Происхождение Вселенной, Земли и Жизни | Наука и креационизм: взгляд из Национальной академии наук, второе издание

молекул в единицах, которые могли быть первыми живыми системами.Недавнее предположение включает возможность того, что первые живые клетки могли возникнуть на Марсе, засевая Землю через множество метеоритов, которые, как известно, путешествуют с Марса на нашу планету.

Конечно, даже если бы живая клетка была создана в лаборатории, это не доказало бы, что природа пошла тем же путем миллиарды лет назад. Но задача науки — давать правдоподобные естественные объяснения природных явлений. Изучение происхождения жизни — это очень активная область исследований, в которой наблюдается значительный прогресс, хотя ученые единодушны в том, что ни одна из текущих гипотез до сих пор не подтвердилась.История науки показывает, что такие, казалось бы, неразрешимые проблемы, как эта, могут быть решены позже в результате достижений теории, инструментов или открытия новых фактов.

Многие религиозные деятели, включая многих ученых, считают, что Бог создал вселенную и различные процессы, управляющие физической и биологической эволюцией, и что эти процессы затем привели к созданию галактик, нашей солнечной системы и жизни на Земле.Эта вера, которую иногда называют «теистической эволюцией», не противоречит научным объяснениям эволюции. Действительно, он отражает замечательный и вдохновляющий характер физической вселенной, выявленный космологией, палеонтологией, молекулярной биологией и многими другими научными дисциплинами.

Сторонники «науки о сотворении» придерживаются различных точек зрения. Некоторые утверждают, что Земля и Вселенная относительно молоды, возможно, всего от 6000 до 10 000 лет. Эти люди часто считают, что нынешняя физическая форма Земли может быть объяснена «катастрофизмом», включая всемирный потоп, и что все живые существа (включая людей) были созданы чудесным образом, по существу в тех формах, которые мы сейчас находим.

Другие сторонники креационной науки готовы признать, что Земля, планеты и звезды могли существовать миллионы лет. Но они утверждают, что различные типы организмов, и особенно люди, могли возникнуть только при сверхъестественном вмешательстве, потому что они демонстрируют «разумный замысел».

В этом буклете оба взгляда — «Молодая Земля» и «Старая Земля» называются «креационизмом» или «особым творением».

Нет достоверных научных данных или расчетов, подтверждающих уверенность в том, что Земля была создана всего несколько тысяч лет назад.В этом документе обобщено огромное количество свидетельств того, что Вселенная, наша галактика, Солнечная система и Земля, а также Земля велика, из астрономии, астрофизики, ядерной физики, геологии, геохимии и геофизики. Независимые научные методы последовательно дают возраст Земли и Солнечной системы около 5 миллиардов лет, а возраст нашей Галактики и Вселенной в два-три раза больше. Эти выводы делают происхождение Вселенной в целом понятным, придают согласованность многим различным отраслям науки и формируют основные выводы замечательной совокупности знаний о происхождении и поведении физического мира.

Evolution of Earth — Scientific American

Подобно лазуриту, на который он похож, голубая, окутанная облаками планета, которую мы сразу узнаем по спутниковым снимкам, кажется удивительно стабильной. Континенты и океаны, окруженные богатой кислородом атмосферой, поддерживают знакомые формы жизни. Однако это постоянство — иллюзия, порожденная человеческим опытом времени. Земля и ее атмосфера постоянно меняются. Тектоника плит сдвигает континенты, поднимает горы и сдвигает дно океана, в то время как процессы, до конца не изученные, изменяют климат.

Такое постоянное изменение характерно для Земли с момента ее зарождения около 4,5 миллиардов лет назад. С самого начала эволюция планеты определялась жарой и гравитацией. К этим силам постепенно присоединились глобальные эффекты возникновения жизни. Изучение этого прошлого предлагает нам единственную возможность понять происхождение жизни и, возможно, ее будущее.

Ученые считали, что каменистые планеты, включая Землю, Меркурий, Венеру и Марс, были созданы в результате быстрого гравитационного коллапса пылевого облака, деформации, дающей начало плотной сфере.В 1960-х годах космическая программа «Аполлон» изменила эту точку зрения. Исследования лунных кратеров показали, что эти выбоины были вызваны ударами объектов, которых было много около 4,5 миллиарда лет назад. После этого количество ударов, похоже, быстро уменьшилось. Это наблюдение обновило теорию аккреции, предложенную Отто Шмидтом. В 1944 году русский геофизик предположил, что размер планет увеличивается постепенно, шаг за шагом.

Согласно Шмидту, космическая пыль слиплась, образуя частицы, частицы превратились в гравий, гравий в маленькие шары, затем в большие шары, затем в крошечные планеты или планетезимали, и, наконец, пыль стала размером с Луну.По мере того, как планетезимали становились больше, их количество уменьшалось. Следовательно, количество столкновений между планетезималиями или метеоритами уменьшилось. Меньшее количество предметов, доступных для аккреции, означало, что создание большой планеты заняло много времени. Расчет, сделанный Джорджем Уэзериллом из Института Карнеги в Вашингтоне, предполагает, что между образованием объекта диаметром 10 километров и объекта размером с Землю может пройти около 100 миллионов лет.

Процесс аккреции имел значительные тепловые последствия для Земли, последствия, которые в значительной степени повлияли на ее эволюцию.Большие тела, врезавшиеся в планету, вызвали в ее недрах огромное количество тепла, расплавив обнаруженную там космическую пыль. Образовавшаяся печь, расположенная на глубине от 200 до 400 километров под землей и называемая океаном магмы, была активна в течение миллионов лет, вызывая извержения вулканов. Когда Земля была молодой, тепло на поверхности, вызванное вулканизмом и потоками лавы изнутри, усиливалось постоянной бомбардировкой огромных объектов, некоторые из которых, возможно, были размером с Луну или даже Марс. В этот период жизнь была невозможна.

Помимо разъяснения того, что Земля образовалась в результате аккреции, программа «Аполлон» вынудила ученых попытаться реконструировать последующее временное и физическое развитие ранней Земли. Основоположники геологии, в том числе Чарльз Лайель, считали это предприятие невозможным, которому приписывают следующую фразу: «Никаких следов начала, никаких перспектив на конец». Это заявление передает идею о том, что молодая Земля не может быть воссоздана, потому что ее остатки были уничтожены самой ее деятельностью.Но развитие изотопной геологии в 1960-х сделало эту точку зрения устаревшей. В своем воображении, покрасневшем от Аполлона и открытий луны, геохимики начали применять эту технику, чтобы понять эволюцию Земли.

Датирование горных пород с помощью так называемых радиоактивных часов позволяет геологам работать со старыми местностями, не содержащими окаменелостей. Стрелки радиоактивных часов состоят из изотопов — атомов одного и того же элемента, имеющих разный атомный вес, — а геологическое время измеряется скоростью распада одного изотопа на другой [см. «Древнейшую историю Земли», Дерек Йорк; Scientific American , январь 1993 г.].Среди множества часов особенными являются часы, основанные на распаде урана 238 на свинец 206 и урана 235 на свинец 207. Геохронологи могут определить возраст образцов, анализируя только дочерний продукт — в данном случае свинец — радиоактивного материнского урана.

Накопление на цирконы
ИЗОТОПНАЯ ГЕОЛОГИЯ позволила геологам определить, что аккреция Земли завершилась дифференциацией планеты: созданием ядра — источника магнитного поля Земли — и началом атмосферы.В 1953 году в классической работе Клэр С. Паттерсон из Калифорнийского технологического института использовались ураново-свинцовые часы, чтобы установить возраст Земли и многих метеоритов, которые ее сформировали, в 4,55 миллиарда лет. Однако в начале 1990-х годов работа одного из нас (Аллегра) по изотопам свинца привела к несколько новой интерпретации.

Как утверждал Паттерсон, некоторые метеориты действительно образовались около 4,56 миллиарда лет назад, и их обломки составили Землю. Но Земля продолжала расти за счет бомбардировки планетезималей примерно до 120–150 миллионов лет спустя.В то время — от 4,44 до 4,41 млрд лет назад — Земля начала сохранять свою атмосферу и создавать свое ядро. Эта возможность уже была предложена Брюсом Р. Доу и Робертом Э. Зартманом из Геологической службы США в Денвере два десятилетия назад и согласуется с оценками Уэзерилла.

Возникновение континентов произошло несколько позже. Согласно теории тектоники плит, эти массивы суши — единственная часть земной коры, которая не перерабатывается и, следовательно, разрушается во время геотермического цикла, вызванного конвекцией в мантии.Таким образом, континенты обеспечивают форму памяти, потому что записи о ранней жизни можно прочитать в их скалах. Однако геологическая деятельность, включая тектонику плит, эрозию и метаморфизм, разрушила почти все древние породы. Эта геологическая машина сохранила очень мало фрагментов.

Тем не менее, в последние десятилетия было сделано несколько важных открытий, опять же с использованием изотопной геохимии. Одна группа, возглавляемая Стивеном Мурбатом из Оксфордского университета, обнаружила местность в Западной Гренландии, находящуюся между тремя.7 миллиардов и 3,8 миллиарда лет. Кроме того, Сэмюэл А. Боуринг из Массачусетского технологического института исследовал небольшую область в Северной Америке — гнейсы Акаста, возраст которых, как считается, составляет 3,96 миллиарда лет.

В конечном итоге поиски минерала циркона привели других исследователей к еще более древней местности. Циркон, который обычно встречается в континентальных породах, не растворяется в процессе эрозии, а откладывается в виде частиц в осадках. Таким образом, несколько кусочков циркона могут сохраняться в течение миллиардов лет и могут служить свидетельством более древней коры Земли.Поиск старых цирконов начался в Париже с работ Анни Витрак и Жол Р. Ланселот, позже в Марсельском университете, а теперь в Университете Нмес, соответственно, а также усилиями Мурбата и Аллгре. Это была группа из Австралийского национального университета в Канберре под руководством Уильяма Компстона, которая в конечном итоге добилась успеха. Команда обнаружила цирконы в западной Австралии, возраст которых составляет от 4,1 до 4,3 миллиарда лет.

Цирконы сыграли решающую роль не только в понимании возраста континентов, но и в определении того, когда впервые появилась жизнь.Самые ранние окаменелости бесспорного возраста были найдены в Австралии и Южной Африке. Этим остаткам сине-зеленых водорослей около 3,5 миллиардов лет. Манфред Шидловски из Института химии Макса Планка в Майнце изучал образование Исуа в Западной Гренландии и утверждал, что органическое вещество существовало уже 3,8 миллиарда лет. Поскольку большая часть записей о ранней жизни была уничтожена геологической деятельностью, мы не можем точно сказать, когда она впервые появилась — возможно, она возникла очень быстро, а может быть, даже 4.2 миллиарда лет назад.

Рассказы из газов
ОДИН ИЗ САМЫХ ВАЖНЕЙШИХ аспектов эволюции планеты — это формирование атмосферы, потому что именно эта совокупность газов позволила жизни выползать из океанов и существовать. С 1950-х годов исследователи выдвинули гипотезу, что земная атмосфера была создана газами, выходящими из недр планеты. Когда вулкан извергает газы, это является примером, как его еще называют, непрерывной дегазации Земли.Но ученые задаются вопросом, произошел ли этот процесс внезапно — около 4,4 миллиарда лет назад, когда ядро ​​дифференцировалось — или же он происходил постепенно с течением времени.

Чтобы ответить на этот вопрос, Аллегр и его коллеги изучили изотопы инертных газов. Эти газы, в том числе гелий, аргон и ксенон, обладают тем свойством, что они химически инертны, то есть в природе они не вступают в реакцию с другими элементами. Два из них особенно важны для атмосферных исследований: аргон и ксенон.Аргон имеет три изотопа, из которых аргон 40 образуется при распаде калия 40. Ксенон состоит из девяти, из которых ксенон 129 имеет два разных происхождения. Ксенон 129 возник в результате нуклеосинтеза до образования Земли и Солнечной системы. Он также был создан в результате распада радиоактивного йода 129, которого больше нет на Земле. Эта форма йода присутствовала очень рано, но с тех пор вымерла, и ксенон 129 вырос за ее счет.

Как и большинство пар, и аргон-40, и калий-40, и ксенон-129, и йод-129 могут рассказать свои истории.Это отличные хронометры. Хотя атмосфера образовалась в результате дегазации мантии, она не содержит ни калия 40, ни йода 129. Весь аргон 40 и ксенон 129, образовавшиеся на Земле и высвободившиеся, сегодня находятся в атмосфере. Ксенон был вытеснен из мантии и оставлен в атмосфере; следовательно, отношение атмосферы к мантии этого элемента позволяет нам оценить возраст дифференциации. Аргон и ксенон, захваченные мантией, образовались в результате радиоактивного распада калия 40 и йода 129.Таким образом, если бы полное обезгаживание мантии произошло в начале формирования Земли, атмосфера не содержала бы никакого аргона 40, но содержала бы ксенон 129.

Основная задача, стоящая перед исследователем, который хочет измерить такие отношения распада, — получить высокие концентрации инертных газов в породах мантии, поскольку они чрезвычайно ограничены. К счастью, в срединно-океанических хребтах происходит природное явление, во время которого вулканическая лава переносит некоторое количество силикатов из мантии на поверхность.Небольшие количества газов, захваченных мантийными минералами, поднимаются с расплавом к поверхности и концентрируются в небольших пузырьках на внешней стеклянной окраине лавовых потоков. Этот процесс служит для концентрации мантийных газов в 10 ⁴ или 10 ⁵ раз. Сбор этих пород путем углубления дна моря и последующего измельчения их в вакууме в чувствительном масс-спектрометре позволяет геохимикам определять соотношение изотопов в мантии. Результаты довольно удивительны.Расчеты соотношений показывают, что от 80 до 85 процентов атмосферы было дегазировано в течение первых одного миллиона лет Земли; остальное выпускалось медленно, но постоянно в течение следующих 4,4 миллиарда лет.

В составе этой примитивной атмосферы определенно преобладала двуокись углерода, а азот был вторым по распространенности газом. Также присутствовали следовые количества метана, аммиака, диоксида серы и соляной кислоты, но не было кислорода. За исключением наличия большого количества воды, атмосфера была похожа на Венеру или Марс.Детали эволюции первоначальной атмосферы обсуждаются, особенно потому, что мы не знаем, насколько сильным было Солнце в то время. Однако некоторые факты не оспариваются. Очевидно, что диоксид углерода сыграл решающую роль. Кроме того, многие ученые считают, что развивающаяся атмосфера содержала достаточное количество газов, таких как аммиак и метан, для образования органических веществ.

Тем не менее, проблема солнца остается нерешенной. Согласно одной из гипотез, в течение архейского эона, продолжавшегося примерно с 4 до н. Э.5–2,5 миллиарда лет назад солнечная энергия составляла всего 75 процентов от сегодняшней. Эта возможность порождает дилемму: как жизнь могла выжить в относительно холодном климате, который должен сопровождать более слабое солнце? Решение парадокса слабого раннего солнца, как его называют, было предложено Карлом Саганом и Джорджем Малленом из Корнельского университета в 1970 году. Эти два ученых предположили, что метан и аммиак, которые очень эффективны для улавливания инфракрасного излучения, были в большом количестве. Эти газы могли создать суперпарниковый эффект.Идея подверглась критике на том основании, что такие газы обладают высокой реакционной способностью и имеют короткое время жизни в атмосфере.

Какая контролируемая компания?
В КОНЦЕ 1970-х Вирабхадран Раманатан, ныне работающий в Институте океанографии Скриппса, и Роберт Д. Сесс и Тобиас Оуэн из Университета Стоуни-Брук предложили другое решение. Они постулировали, что в ранней атмосфере не было необходимости в метане, потому что углекислого газа было достаточно, чтобы вызвать суперпарниковый эффект.Этот аргумент снова поднял другой вопрос: сколько углекислого газа было в ранней атмосфере? Земной углекислый газ сейчас погребен в карбонатных породах, таких как известняк, хотя неясно, когда он оказался там в ловушке. Сегодня карбонат кальция создается в основном в процессе биологической активности; в архейском эоне углерод, возможно, удалялся в основном во время неорганических реакций.

Быстрое выделение газа на планете высвободило из мантии огромные количества воды, создав океаны и гидрологический цикл.Кислоты, которые, вероятно, присутствовали в атмосфере, вымывали породы, образуя богатые карбонатом породы. Однако относительная важность такого механизма обсуждается. Генрих Д. Холланд из Гарвардского университета считает, что количество углекислого газа в атмосфере быстро уменьшалось во время архея и оставалось на низком уровне.

Понимание содержания углекислого газа в ранней атмосфере имеет решающее значение для понимания климатического контроля. Два лагеря борющихся выдвинули идеи о том, как работает этот процесс.Первая группа считает, что глобальные температуры и углекислый газ контролировались неорганическими геохимическими обратными связями; второй утверждает, что они контролировались биологическим удалением.

Джеймс К.Г. Уокер, Джеймс Ф. Кастинг и Пол Б. Хейс, работавшие тогда в Мичиганском университете в Анн-Арборе, предложили неорганическую модель в 1981 году. Они постулировали, что уровни газа были высокими в начале архея, а не стремительно падают. Трио предположило, что по мере потепления климата испаряется больше воды, а гидрологический цикл становится более интенсивным, увеличивая количество осадков и сток.Углекислый газ в атмосфере, смешанный с дождевой водой, создает сток углекислоты, подвергая минералы на поверхности выветриванию. Силикатные минералы в сочетании с углеродом, который был в атмосфере, улавливают его в осадочных породах. Меньшее количество углекислого газа в атмосфере, в свою очередь, означает меньший парниковый эффект. Процесс неорганической отрицательной обратной связи компенсирует рост солнечной энергии.

Это решение контрастирует со второй парадигмой: биологическое удаление. Одна теория, выдвинутая Джеймсом Э.Лавлок, создатель гипотезы Гайи, предположил, что фотосинтезирующие микроорганизмы, такие как фитопланктон, будут очень продуктивными в среде с высоким содержанием углекислого газа. Эти существа медленно удаляли углекислый газ из воздуха и океанов, превращая его в отложения карбоната кальция. Критики возразили, что фитопланктон даже не эволюционировал большую часть времени, пока на Земле была жизнь. (Гипотеза Гайи утверждает, что жизнь на Земле обладает способностью регулировать температуру и состав земной поверхности, а также поддерживать ее комфорт для живых организмов.)

В начале 1990-х Тайлер Волк из Нью-Йоркского университета и Дэвид Шварцман из Университета Говарда предложили другое решение Gaian. Они отметили, что бактерии увеличивают содержание углекислого газа в почвах, разрушая органические вещества и производя гуминовые кислоты. Оба действия ускоряют выветривание, удаляя углекислый газ из атмосферы. Однако по этому поводу разногласия обостряются. Некоторые геохимики, в том числе Кастинг из Университета штата Пенсильвания и Голландия, утверждают, что, хотя жизнь может объяснить некоторое удаление углекислого газа после архея, неорганические геохимические процессы могут объяснить большую часть этого связывания.Эти исследователи рассматривают жизнь как довольно слабый механизм стабилизации климата на протяжении большей части геологического времени.

Кислород из водорослей
ПРОБЛЕМА УГЛЕРОДА по-прежнему имеет решающее значение для того, как жизнь повлияла на атмосферу. Захоронение углерода является ключом к жизненно важному процессу повышения концентрации кислорода в атмосфере, что является предпосылкой для развития определенных форм жизни. Кроме того, сейчас происходит глобальное потепление в результате того, что люди выделяют этот углерод. В течение одного или двух миллиардов лет водоросли в океанах производили кислород.Но поскольку этот газ обладает высокой реакционной способностью и поскольку в древних океанах было много восстановленных минералов — например, железо легко окисляется, — большая часть кислорода, производимого живыми существами, просто расходуется, прежде чем он достигнет атмосферы, где он бы столкнулся с газами, которые вступили бы с ним в реакцию.

Даже если бы в течение этой анаэробной эры эволюционные процессы привели к появлению более сложных форм жизни, у них не было бы кислорода. Более того, нефильтрованный ультрафиолетовый солнечный свет, вероятно, убил бы их, если бы они покинули океан.Такие исследователи, как Уокер и Престон Клауд, работавшие тогда в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, предположили, что всего около двух миллиардов лет назад, после того, как большая часть восстановленных минералов в море была окислена, атмосферный кислород накапливался. От одного до двух миллиардов лет назад кислород достиг нынешних уровней, создав нишу для эволюционирующей жизни.

Изучая стабильность некоторых минералов, таких как оксид железа или оксид урана, Голландия показала, что содержание кислорода в архейской атмосфере было низким еще два миллиарда лет назад.Многие согласны с тем, что нынешнее 20-процентное содержание кислорода является результатом фотосинтетической активности. Тем не менее, вопрос в том, увеличивалось ли содержание кислорода в атмосфере постепенно или внезапно. Недавние исследования показывают, что увеличение количества кислорода началось внезапно между 2,1 миллиардами и 2,03 миллиардами лет назад и что нынешняя ситуация была достигнута 1,5 миллиарда лет назад.

Присутствие кислорода в атмосфере имело еще одно важное преимущество для организма, пытающегося жить на поверхности или над ней: он отфильтровывал ультрафиолетовое излучение.Ультрафиолетовое излучение разрушает многие молекулы — от ДНК и кислорода до хлороуглеродов, которые участвуют в истощении стратосферного озона. Такая энергия расщепляет кислород на очень нестабильную атомарную форму O, которая может снова объединиться в O ₂ и в совершенно особую молекулу O ₃ или озон. Озон, в свою очередь, поглощает ультрафиолетовое излучение. Только когда в атмосфере было достаточно кислорода, чтобы образовался озон, у жизни даже появился шанс закрепиться на суше.Неслучайно быстрая эволюция жизни от прокариот (одноклеточных организмов без ядра) к эукариотам (одноклеточные организмы с ядром) и метазоа (многоклеточные организмы) произошла в миллиардную эпоху кислород и озон.

Хотя в этот период атмосфера в атмосфере достигала довольно стабильного уровня кислорода, климат не был однородным. При переходе к современному геологическому времени были длительные стадии относительного тепла или прохлады.Состав окаменелых раковин планктона, обитавших у дна океана, является мерой температуры придонной воды. Данные свидетельствуют о том, что за последние 100 миллионов лет придонные воды остыли почти на 15 градусов по Цельсию. Уровень моря упал на сотни метров, и континенты разошлись. Внутренние моря в основном исчезли, а климат похолодел в среднем на 10-15 градусов по Цельсию. Примерно 20 миллионов лет назад, похоже, на Антарктиде образовался постоянный лед.

Примерно два-три миллиона лет назад палеоклиматические данные начали показывать значительные расширения и сокращения теплых и холодных периодов с циклами в 40 000 лет или около того.Эта периодичность интересна, потому что она соответствует времени, за которое Земля совершает колебание наклона своей оси вращения. Долгое время предполагалось и недавно рассчитывалось, что известные изменения в геометрии орбиты могут изменить количество солнечного света, поступающего между зимой и летом, примерно на 10 процентов или около того и могут быть ответственны за начало или окончание ледникового периода.

Теплая рука человека
НАИБОЛЕЕ ИНТЕРЕСНЫМ и озадачивающим является открытие, что между 600 000 и 800 000 лет назад доминирующий цикл переключился с периодов в 40 000 лет на интервалы в 100 000 лет с очень большими колебаниями.Последняя крупная фаза оледенения закончилась около 10 000 лет назад. На своем пике 20 000 лет назад ледяные щиты толщиной около двух километров покрывали большую часть Северной Европы и Северной Америки. Ледники расширились на высокие плато и горы по всему миру. На суше скопилось достаточно льда, чтобы уровень моря упал более чем на 100 метров ниже нынешнего. Массивные ледяные щиты очистили землю и изменили экологический облик Земли, которая в среднем была на пять градусов холоднее, чем сейчас.

Точные причины увеличения интервалов между теплым и холодным периодами еще не выяснены. Извержения вулканов могли сыграть значительную роль, о чем свидетельствует эффект Эль-Чичон в Мексике и горы Пинатубо на Филиппинах. Тектонические события, такие как развитие Гималаев, возможно, повлияли на мировой климат. Даже воздействие комет может повлиять на краткосрочные климатические тенденции с катастрофическими последствиями для жизни [см. «Что вызвало массовое вымирание? Внеземное воздействие» Уолтера Альвареса и Фрэнка Асаро; и «Что вызвало массовое вымирание? Извержение вулкана» Винсента Э.Куртильо; Scientific American , октябрь 1990 г.]. Примечательно, что, несмотря на сильные эпизодические возмущения, климат был достаточно буферным, чтобы поддерживать жизнь в течение 3,5 миллиардов лет.

Одно из самых важных открытий в области климата за последние 30 лет было сделано в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды. Когда на эти замерзшие континенты падает снег, воздух между снежинками собирается в виде пузырьков. Снег постепенно сжимается в лед вместе с захваченными газами.Некоторые из этих записей могут иметь возраст более 500 000 лет; ученые могут анализировать химический состав льда и пузырьков на участках льда, лежащих на глубине до 3600 метров (2,2 мили) от поверхности.

Ледяные бурильщики установили, что воздух, которым дышали древние египтяне и индейцы анасази, был очень похож на тот, который мы вдыхаем сегодня, за исключением множества загрязнителей воздуха, внесенных за последние 100 или 200 лет. Основными из этих добавленных газов или загрязнителей являются дополнительный диоксид углерода и метан.Примерно с 1860 года, когда началась промышленная революция, уровни углекислого газа в атмосфере увеличились более чем на 30 процентов в результате индустриализации и обезлесения; Уровни метана увеличились более чем вдвое из-за сельского хозяйства, землепользования и производства энергии. Способность повышенного количества этих газов улавливать тепло — вот что вызывает опасения по поводу изменения климата в 21 веке [см. «Изменяющийся климат» Стивена Х. Шнайдера; Scientific American , сентябрь 1989 г.].

Ледяные керны показали, что устойчивые естественные темпы изменения температуры во всем мире обычно составляют около одного градуса Цельсия за тысячелетие. Эти сдвиги все еще достаточно значительны, чтобы радикально изменить место обитания видов и потенциально способствовать исчезновению такой харизматической мегафауны, как мамонты и саблезубые тигры. Но самая необычная история с ледяными кернами — это не относительная стабильность климата за последние 10 000 лет. Похоже, что в разгар последнего ледникового периода 20 000 лет назад в воздухе было на 50 процентов меньше углекислого газа и вдвое меньше метана, чем в нашу эпоху, голоцен.Это открытие предполагает положительную обратную связь между углекислым газом, метаном и климатическими изменениями.

Рассуждения, подтверждающие идею этой дестабилизирующей системы обратной связи, заключаются в следующем. Когда мир был холоднее, концентрация парниковых газов была меньше, и поэтому удерживалось меньше тепла. По мере того, как Земля нагревается, уровни углекислого газа и метана увеличиваются, ускоряя потепление. Если бы жизнь приложила руку к этой истории, она должна была бы управлять климатическими изменениями, а не противодействовать им.Кажется все более вероятным, что, когда люди стали частью этого цикла, они тоже помогли ускорить потепление. Такое потепление особенно заметно с середины 1800-х годов из-за выбросов парниковых газов в результате индустриализации, изменений в землепользовании и других явлений. Однако снова остается неуверенность.

Тем не менее, большинство ученых согласятся, что жизнь вполне может быть основным фактором положительной обратной связи между изменением климата и парниковыми газами. В конце 20 века наблюдался резкий рост средней глобальной приземной температуры [ см. Иллюстрацию на противоположной странице ].Действительно, период с 1980-х годов был самым теплым за последние 2000 лет. Девятнадцать из 20 самых теплых лет за всю историю наблюдений приходились на период с 1980 года, а 12 самых теплых лет — с 1990 года. Рекордным за все время годом стал 1998 год, а 2002 и 2003 годы оказались на втором и третьем местах, соответственно. Есть веские основания полагать, что десятилетие 1990-х было бы еще жарче, если бы не извергалась гора Пинатубо: этот вулкан выбросил достаточно пыли в верхние слои атмосферы, чтобы заблокировать некоторые падающие солнечные лучи, вызвав глобальное похолодание на несколько десятых градуса на несколько десятков градусов. годы.

Могло ли потепление последних 140 лет происходить естественным путем? С все возрастающей уверенностью ответ — нет.

В рамке справа показано замечательное исследование, в котором была предпринята попытка отодвинуть рекорд температуры Северного полушария назад на целую 1000 лет. Климатолог Майкл Манн из Университета Вирджинии и его коллеги выполнили сложный статистический анализ с участием около 112 различных факторов, связанных с температурой, включая годичные кольца, протяженность горных ледников, изменения коралловых рифов, активность солнечных пятен и вулканизм.

Полученная в результате запись температуры является реконструкцией того, что могло бы быть получено, если бы были доступны измерения на основе термометра. (Фактические измерения температуры используются для лет после 1860 года.) Как показывает доверительный интервал, каждый год этой 1000-летней реконструкции температуры содержит значительную неопределенность. Но общая тенденция ясна: постепенное снижение температуры в течение первых 900 лет, за которым следует резкий подъем температуры в 20 веке. Этот график свидетельствует о том, что десятилетие 1990-х годов было не только самым теплым за столетие, но и за все прошедшее тысячелетие.

Изучая переход от атмосферы с высоким содержанием углекислого газа и низким содержанием кислорода в архее к эпохе большого эволюционного прогресса около полмиллиарда лет назад, становится ясно, что жизнь могла быть фактором стабилизации климата. В другом примере — во время ледниковых периодов и межледниковых циклов — жизнь, кажется, выполняет противоположную функцию: ускоряет изменения, а не уменьшает их. Это наблюдение привело одного из нас (Шнайдер) к утверждению, что климат и жизнь развивались вместе, а не жизнь, служащая исключительно отрицательной обратной связью с климатом.

Если мы, люди, считаем себя частью жизни, то есть частью естественной системы, то можно утверждать, что наше коллективное воздействие на Землю означает, что мы можем играть значительную коэволюционную роль в будущем планеты. Текущие тенденции роста населения, требования к повышению уровня жизни и использование технологий и организаций для достижения этих ориентированных на рост целей — все это способствует загрязнению. Когда цена за загрязнение невысока, а атмосфера используется как свободная сточная труба, может накапливаться углекислый газ, метан, хлороуглероды, оксиды азота, оксиды серы и другие токсичные вещества.

Впереди кардинальные изменения
В СВОЕМ ДОКЛАДЕ Climate Change 2001 эксперты по климату из Межправительственной группы экспертов по изменению климата подсчитали, что к 2100 году температура в мире будет составлять от 1,4 до 5,8 градусов Цельсия. Мягкая граница этого диапазона — скорость потепления 1,4 градуса Цельсия на 100 человек. лет — все еще в 14 раз быстрее, чем один градус Цельсия за 1000 лет, что исторически было средней скоростью естественных изменений в глобальном масштабе. Если произойдет верхний предел диапазона, то мы сможем увидеть темпы изменения климата почти в 60 раз быстрее, чем средние естественные условия, что может привести к изменениям, которые многие сочтут опасными.Такие изменения почти наверняка вынудят многие виды попытаться сместить свои ареалы, как они это сделали во время ледникового периода / межледникового перехода между 10 000 и 15 000 лет назад. Мало того, что виды должны были бы реагировать на климатические изменения со скоростью в 14-60 раз быстрее, но и немногие из них могли бы иметь беспрепятственные открытые маршруты миграции, как это было в конце ледникового периода и в начале межледниковой эры. Негативные последствия этого значительного потепления — для здоровья, сельского хозяйства, прибрежной географии и объектов культурного наследия — и многих других — также могут быть серьезными.

Чтобы сделать критические прогнозы будущих климатических изменений, необходимых для понимания судьбы экосистем на Земле, мы должны рыть землю, море и лед, чтобы извлечь как можно больше из геологических, палеоклиматических и палеоэкологических данных. Эти записи обеспечивают основу для калибровки грубых инструментов, которые мы должны использовать, чтобы заглянуть в темное экологическое будущее, будущее, на которое мы все в большей степени влияем.

АВТОРЫ
CLAUDE J. ALLGRE и STEPHEN H.SCHNEIDER изучает различные аспекты геологической истории Земли и ее климата. Альгре — профессор Парижского университета и руководит отделом геохимии Парижского геофизического института. Он является иностранным членом Национальной академии наук. Шнайдер — профессор кафедры биологических наук Стэнфордского университета и содиректор Центра экологических наук и политики. В 1992 году он был удостоен стипендии Макартура, а в 2002 году был избран членом Национальной академии наук.