Содержание CO2 в прошлом
800 тысяч лет, до начала индустриально-промышленной эпохи, содержание диоксида углерода в воздухе регулировалась происходящими на поверхности и в океане геологическими процессами и производящими фотосинтез организмами. В среднем концентрация колебалась от 150 ppm до 300 ppm (частиц на миллион). Колебание зависело от определенных временных периодов на планете, в том числе и ледниковых.
Земля ведёт подробный дневник, записанный в прошлогоднем снеге. Учёные-климатологии берут на исследования керны — образцы льда из ледников Гренландии и Антарктики, в которых сохранился древний воздух. Анализируя его, можно вести непрерывную запись состояния земной атмосферы за последние 800 тысяч лет.
Добыча кернов льда
За всё это время содержание углекислого газа в воздухе никогда не превышало 3 сотых процента. Одним из первых, кто нашёл способ точного измерения концентрации диоксида углерода в атмосфере, был океанограф по имени Чарльз Дэвид Киллинг. Свое открытие он совершил в 1958 году. Благодаря этому открытию мы знаем, что Земля наша дышит, но очень медленно. На один вдох требуется целый год. Большая часть земной жизни находится в её лесах. А основная масса лесов располагается в Северном полушарии.
Карта лесов нашей планеты
Когда на север приходит весна, леса вдыхают углекислый газ из воздуха и вырастают, делая земли зелеными. Содержание CO2 в атмосфере падает. Когда приходит осень, деревья сбрасывают листья, которые разлагаются и выдыхают двуокись углерода обратно в атмосферу. Когда на север приходит осень, то же самое происходит и в Южном полушарии. Но большую часть Южного полушария занимает океан, так что именно леса севера контролируют ежегодные изменения глобального уровня углекислоты.
Процесс дыхания нашей планеты происходит подобным образом десятки миллионов лет. Казалось бы, что никто не сможет нарушить глобальное равновесие экосистемы на нашей планете. Но на Земле уже существовал и развивался человек.
Первая: астероид-убийца
Астрономы утверждают: астероид диаметром 10—20 км ударился о поверхность Земли в Центральной Америке в районе полуострова Юкатан. От этого удара в воздух поднялась исполинская туча пыли, которая закрыла солнце и перекрыла поступление света и тепла к поверхности Земли. Как результат — экологическая катастрофа.
Свидетельством такого события является так называемая иридиевая аномалия — необычайно высокое содержание химического элемента иридия в породах, образовавшихся около 65 млн лет назад. Поскольку иридий в больших количествах содержится в метеоритах, то можно предположить, что произошло столкновение — Земля столкнулась именно с большим небесным телом…
Для сторонников новой теории удара граница пограничных слоев содержит две важнейшие улики. В 1979 г. ученые обнаружили, что там была высокая концентрация редкого элемента — иридия. По предположению ученых, иридий может образоваться только от падения астероида. Иридий находился в горных породах, которые имели вид «шариков» возникших под воздействием огромного давления ударной волны при падении астероида.
Исходя из наличия шариков, а также ряд других доказательств, доктор Алан Хильдебранд из университета Калгари делает вывод, что удар пришелся в районе полуострове Юкатан, образовав при этом кратер, известный сегодня как Чиксулуб. Химический анализ позже подтвердил, что шарики и в самом деле произошли из горных пород кратера.
Теория удара, казалось бы, дала полный ответ на вопрос о гибели динозавров. Так, Хильдебранд и другие сторонники теории удара утверждал, что событие, произошедшее 65 млн лет назад (падение астероида), и последствия этого события и явилось причиной гибели динозавров.
Кратер Чиксулуб на Юкатане
Но группа ученых под руководством профессора Герта Келлера из Принстонского университета и профессор Вольфганг Штинисбек из университета Карлсруэ не торопятся согласиться с выводами теории Хильдебранда. Они обнаружили ряд геологических несоответствий, которые предлагают, что истина может быть гораздо сложнее. Короче говоря, кратер на Юкатане слишком стар, чтобы быть причиной гибели динозавров.
Свои исследования они сосредоточили на ряде горных пород в Мексике, где слой иридия был отделен от шариков многометровым слоем песчаника. Это исследование подверглось критике сторонниками теории удара. Так, профессор Ян Смит из университета Врий (Амстердам) утверждал, что слой песчаника был образован массивными волнами цунами, вызванного падением астероида, и не подрывает идею одного удара.
Но другая группа — ученые под руководством Келлера — нашли доказательства — такие как древние норы червей, — они предположили, что отложения песчаника были не сплошными, а разделялись норами ископаемых червей. Они пришли к выводу, что существует зазор около 300 тыс. лет между отложением шариков (из кратера Чиксулуб) и отложениями иридия (как составная часть астероида). Поэтому можно сделать два вывода:
Исследование Келлера вызвало оживленные научные споры. В 2001 г., чтобы попытаться разрешить спор, международная группа ученых изучила образцы из глубины кратера Юкатан. Как и следовало ожидать, каждая сторона представила доказательства, поддерживающие свои теории.
В последнее время работы Келлера получили некоторую поддержку. И расширился круг ученых, которые начали подвергать сомнению другие гипотезы, связанных с падением астероида. Клэр Белчер из Лондонского университета нашла доказательства, которые показывают, что пожары не были широко распространены в Северной Америке после падения астероида.
Профессор Дэйв Арчибальд из университета в Сан-Диего убежден, что выживание существ, таких как лягушки, опровергает идею, что динозавры погибли вследствие выпадения кислотных дождей (по силе сравнимых с аккумуляторной кислотой) или что «воздействие» зимы вызвало массовое и устойчивое понижение температуры.
Доктор Норман Маклеод из Музея естественной истории в Лондоне является одним из большой группы ученых, которые убеждены: динозавры были уже на грани вымирания в результате изменения климата, задолго до катастрофы, вызванной падением астероида.
Самые древние микробы
В черных сланцах Западной Австралии возрастом 3,5 миллиарда лет сохранились остатки самых древних организмов, когда-либо обнаруженных на Земле. Видимые лишь под микроскопом шарики и волоконца принадлежат прокариотам — микробам, в клетке которых еще нет ядра и спираль ДНК уложена прямо в цитоплазме. Древнейшие окаменолости обнаружил в 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф. Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии — одни из самых старых пород на Земле. По счастливой случайности эти образования не столь сильно изменились под действием мощных геологических процессов и сохранили в прослоях остатки ранних существ.
Убедиться в том, что крохотные шарики и волоконца в прошлом были живыми организмами, оказалось трудно. Ряд мелких бусинок в горной породе может быть чем угодно: минералами, небиологической органикой, обманом зрения. Всего Шопф насчитал 11 видов окаменолостей, относящихся к прокариотам. Из них 6, по мнению ученого, — это цианобактерии, или синезеленые водоросли. Подобные виды до сих пор существуют на Земле в пресных водоемах и океанах, в горячих ключах и близ вулканов. Шопф насчитал шесть признаков, по которым подозрительные объекты в черных сланцах следует считать живыми.
Вот эти признаки: 1. Ископаемые сложены органической материей 2. У них сложное строение — волоконца состоят из клеток разной формы: цилиндров, коробочек, дисков 3. Объектов много — всего 200 ископаемых включают в себя 1 900 клеток 4. Объекты похожи друг на друга, как современные представители одной популяции 5. Это были организмы, хорошо приспособленные к условиям ранней Земли. Они обитали на дне моря, защищенные от ультрафиолета толстым слоем воды и слизи 6. Объекты размножались как современные бактерии, о чем говорят находки клеток в стадии деления.
Обнаружение столь древних цианобактерий означает, что почти 3,5 миллиарда лет назад существовали организмы, которые потребляли углекислый газ и производили кислород, умели скрываться от солнечной радиации и восстанавливаться после ранений, как это делают современные виды. Биосфера уже начала складываться. Для науки в этом кроется пикантный момент. Как признается Уильям Шопф, в столь почтенных породах он бы предпочел найти более примитивные создания. Ведь находка древнейших цианобактерий отодвигает начало жизни на период, стертый из геологической истории навсегда, вряд ли геологи когда-либо смогут его обнаружить и прочесть. Чем старше породы, тем дольше они пребывали под давлением, температурой, выветривались. Помимо Западной Австралии на планете сохранилось только одно место с очень древними породами, где могут встретиться окаменолости — на востоке Южной Африки в королевстве Свазиленд. Но африканские породы за миллиарды лет претерпели сильнейшие изменения, и следы древних организмов потерялись.
В настоящее время геологи не нашли начала жизни в горных породах Земли. Строго говоря, они вообще не могут назвать интервал времени, когда живых организмов еще не было. Не могут они и проследить ранние — до 3,5 миллиарда лет назад — этапы эволюции живого. Во многом из-за отсутствия геологических свидетельств тайна происхождения жизни остается нераскрытой.
Реалист и сюрреалист
Первая конференция Международного общества по изучению происхождения жизни (ISSOL) состоялась в 1973 году в Барселоне. Эмблему к этой конференции нарисовал Сальвадор Дали. Дело было так. Джон Оро, американский биохимик, был дружен с художником. В 1973 году они встретились в Париже, отобедали у «Максима» и отправились на лекцию по голографии. После лекции Дали неожиданно предложил ученому зайти на другой день к нему в отель. Оро пришел, и Дали вручил ему рисунок, символизирующий проблему хиральности в живых системах. Два кристалла растут из сочащейся лужи в виде перевернутых песочных часов, что намекает на конечное время эволюции. Слева сидит женская фигура, справа стоит мужчина и держит крыло бабочки, между кристаллами вьется червячок ДНК. Изображенные на рисунке левый и правый кристаллы кварца взяты из книги Опарина «Происхождение жизни на Земле» 1957 года. К удивлению ученого, Дали хранил эту книгу у себя в номере! После конференции супруги Опарины поехали в гости к Дали, на берег Каталонии. Обе знаменитости умирали от желания пообщаться. Между реалистом и сюрреалистом завязалась длинная беседа, оживленная языком мимики и жестов — ведь Опарин говорил только по-русски.
Кислотный дождь падал на Землю в течение 100 000 лет
Такие осадки уничтожали все живое
В конечном счете период Земли-снежка закончился. Но на этом ужасы не прекратились. Считается, что после этого Земля прошла через период «интенсивного химического выветривания». Кислотный дождь постоянно омывал землю с небес в течение 100 000 лет.
Кислотный дождь был таким тяжелым и едким, что расплавил ледники, покрывающие планеты. Но нет худа без добра — в процессе этого в океан направились питательные вещества, которые позволили появиться жизни, направили кислород в атмосферу и обеспечили кембрийский взрыв жизни на Земле.
Но до того воздух был полон углекислого газа, а кислотный дождь отравил океан. Пока жизнь не разлетелась по Земле, она была ядовитой, негостеприимной пустыней.
Проблема полимеров
Клеточные белки, ДНК, РНК — все это полимеры, очень длинные молекулы, наподобие нитей. Строение полимеров довольно простое, они состоят из частей, повторяющихся в определенном порядке. К примеру, целлюлоза — самая распространенная молекула в мире, которая входит в состав растений. Одна молекула целлюлозы состоит из десятков тысяч атомов углерода, водорода и кислорода, но вместе с тем это не что иное, как многократное повторение более коротких молекул глюкозы, сцепленных между собой, как в ожерелье. Белки — это цепь аминокислот. ДНК и РНК — последовательность нуклеотидов. Причем суммарно это очень длинные последовательности. Так, расшифрованный геном человека состоит из 3 миллиардов пар нуклеотидов.
В клетке полимеры производятся постоянно с помощью сложных матричных химических реакций. Чтобы получить белок, у одной аминокислоты нужно отсоединить гидроксильную группу OH с одного конца и атом водорода с другого, и только после этого «приклеить» следующую аминокислоту. Нетрудно видеть, что в этом процессе образуется вода, причем снова и снова. Освобождение от воды, дегидратация, — очень древний процесс, ключевой для зарождения жизни. Как он происходил, когда еще не было клетки с ее фабрикой по производству белков? Возникает проблема и с теплым мелким прудом — колыбелью живых систем. Ведь при полимеризации вода должна удаляться, но это невозможно, если ее полно вокруг.
Шестая: динозавров убили… люди
Согласно данным официальной науки, гигантские ящеры вымерли более чем за 70 млн лет до того, как на Земле появились первые древние люди. Но… почему тогда среди древних изображений на камнях из местечка Ика в Перу и глиняных изделиях Акамбаро в Мексике встречаются изображения ящеров рядом с людьми?
Фигурки из Акамбаро
Почему легенды и сказки многих народов (и русского в том числе) описывают в подробностях бои богатырей и рыцарей с драконами (ящерами) и змеями? Почему в Древнем Китае существовал целый культ драконов? Возможно, из-за влияния легенд о драконах, а возможно, после просмотра фантастических фильмов, но ныне половина из 2000 случайно опрошенных граждан США считают, что доисторический человек мог своими глазами видеть живых динозавров.
Значит, в среднем половина просвещенных землян уверены, что нашим далеким предкам пришлось сражаться с ящерами-гигантами. И… победить их! Есть и очевидцы, утверждающие, что в некоторых местах Земли динозавры существуют и по сей день…
Интересное открытие принадлежит группе профессора Курбана Аманниязова, сделанное в 1983 г. на плато хребта Кугитантау в Туркмении. Ученые обнаружили, что поверхность плато была покрыта многочисленными цепочками глубоких следов. Дело в том, что 150—200 млн лет назад, в легендарном юрском периоде, вместо высокого хребта Кугитантау на территории нынешней Туркмении был берег морской лагуны.
По нему бродили птицетазовые динозавры, чьи следы и сохранились до наших дней. Были найдены тысячи следов гигантских рептилий. Но самое поразительное таилось внутри! Среди многочисленных трехпалых следов виднелась цепочка отлично сохранившихся следов человеческой ноги примерно 43-го размера.
Следы шли друг за другом на расстоянии около полуметра, такое ощущение, что их владелец бежал от кого-то или за кем-то. При этом, согласно исследованиям, вес человека составлял более 120 кг. Находка поставила в тупик всю современную палеонтологию. Ведь, по данным официальной науки, человек появился намного позже динозавров. Но возраст этого убегающего (или догоняющего) человека равен возрасту динозавров.
Какие последствия может иметь глобальное потепление
Чем же опасен углекислый газ в больших концентрациях в воздухе и к чему приведет глобальное потепление? Такое будущее прогнозируют уже давно и вот каким оно будет в 2100 году.
При отсутствии действий по смягчению последствий изменения климата, со способами и темпами хозяйственной деятельности аналогичными сегодняшним, мы будем жить в энергоемкой мире, основанном на использовании все более дефицитного и дорогостоящего ископаемого топлива. Человечество будет испытывать большие проблемы в сфере энергетической безопасности. Лесной покров в тропиках будет замещен сельскохозяйственными и пастбищными угодьями практически повсеместно. К концу 21-ого века, глобальная температура достигнет отметки на ≈ 5°С выше, чем до индустриальной революции.
Контрастность природных условий резко усилится. Мир полностью измениться при концентрации углекислого газа в атмосфере, равной 900 ppm. Произойдут широкие преобразования природной среды, часто в ущерб человеческой деятельности. Стоимость адаптации к новым условиям намного превысит стоимость смягчения последствий изменения климата.
Последствия в океане
Воды Арктики могут стать полностью свободными ото льда в летний период к 2050 году. Уровень моря повысится на 0,5-0,8 метров и продолжит повышаться после 2100 года. Многие населенные пункты и прибрежная инфраструктура по всему миру будут находиться под угрозой разрушения. Произойдет значительное увеличение случаев экстремальных ситуаций в прибрежной зоне (ущерб нанесут цунами, штормы и связанные с ними приливы).
Возникнет повсеместная гибель коралловых рифов в результате окисления и нагрева океана, повышения уровня моря и усиления интенсивности тропических циклонов и ливней. Изменения в рыболовстве даже не поддаются предсказаниям.
Последствия на суше
Области распространения вечной мерзлоты сократятся более чем на 2/3, что приведет к эмиссиям в атмосферу, эквивалентным выбросам углекислого газа за всю историю вырубки лесов. Многие виды растений будут не в состоянии достаточно быстро приспособиться к новым климатическим условиям. Увеличение температуры негативно скажется на урожае пшеницы, риса и кукурузы в тропических и умеренных широтах. В результате чего произойдет массовое исчезновение видов. Повсеместно будет не хватать пищи людям, голод станет одной из основных проблем человеческой цивилизации.
Последствия в атмосфере
Интенсивность и продолжительность периодов аномально жарких дней, по крайней мере, удвоится по сравнению с сегодняшним днем. Холодные и влажные северные регионы станут еще более влажными, а регионы с полусухим и пустынным климатом еще более сухими. Экстремальные осадки станут более интенсивными и частыми на большей части умеренных и тропических широт. Произойдет глобальное увеличение количества осадков, а ежегодная площадь наводнений увеличится в 14 раз.
Последствия для человека
Расчетный безопасный уровень концентрации CO2 для человека в 426 ppm будет достигнут в ближайшие 10 лет. Предполагаемый рост до 900 ppm в атмосфере к 2100 году очень негативно скажется на человеке. Постоянная вялость и усталость, чувство духоты, потеря внимания, обострение астматических заболеваний – это лишь малая часть неудобств, которые мы ощутим на себе. Постоянные перепады температур и погодных условий не принесут человеческому организму никакой пользы. Производительность труда сильно упадет. Эпидемиологический и болезненный риски очень повысятся в больших городах.
Круговорот углерода при помощи солнечного света
Пока одни ученые выясняют динамику присутствия CO2 в атмосфере за миллионы лет, другие ломают копья о его влиянии на климат, ученые из института Вейцмана (Израиль) поставили себе задачу найти способ превращения углекислого газа в топливо, то есть сделать некий круговорот углерода, который позволит решить массу проблем. В международном научном журнале Science такие исследования недавно были названы одним из крупнейших достижений в области охраны окружающей среды.
Как известно, углекислый газ является продуктом сгорания, то есть он образуется в результате выделения энергии, и обратный процесс требует энергетических затрат. При этом необходимо добиться того, чтобы затраченная энергия не превышала энергию получаемого в результате углеродного топлива. Также необходимо, чтобы процесс не вызывал загрязнение окружающей среды.
Согласно выводов, идеальным источником для такого процесса является солнечный свет. И получать в результате реакции нужно топливо как основной продукт и кислород как побочный, но весьма полезный. Так окружающей среде не будет нанесен вред.
Эти исследователи уже накопили достаточный опыт создания катализаторов для различных химических реакций, и их разработки можно успешно использовать в промышленности. В первую очередь речь идет о методах уменьшения вредных выбросов на химическом производстве. Но, как известно, путь от новаторских научных разработок до их внедрения и использования в цивилизационном масштабе в большинстве случаев непрост и извилист.
Во всяком случае ученые разных стран и изучают сам процесс расширения присутствия СО2, включая самый последний период, когда оно побило все «рекорды», и рассматривают влияние углекислого газа на климат, и проектируют практические возможности, как обезопасить атмосферу от этого опасного недуга. И всё это вселяет надежду…
Есть и сторонники срочных мер
Человечество ждут «неописуемые страдания», если оно не предпримет срочные меры для сокращения выбросов углекислого газа и улучшения экологической ситуации. Такое мнение высказывается в обращении, которое недавно подписали более 11 тысяч ученых из 153 стран мира, включая Россию.
Свои подписи под заявлением поставили климатологи, биологи, геологи, океанологи и специалисты в других областях науки. Как заявил один из авторов документа, сотрудник Университета Сиднея (Австралия) Томас Ньюсом, ученые должны «выполнить свой моральный долг», предупредив весь мир о чрезвычайной экологической ситуации. Ученый из Университета штата Орегон (США) Уильям Риппл добавил, что климатические изменения развиваются стремительнее, чем ожидалось.
Специалисты призвали заменить ископаемое топливо на возобновляемые источники энергии, ввести высокие «углеродные налоги», сократить выбросы нестойких загрязнителей, отойти от стремления к росту ВВП. Кроме того, авторы обращения советуют остановить массовую вырубку лесов, потреблять меньше животной пищи, а также сократить пищевые отходы (ныне выбрасывается до одной трети продуктов питания) и стабилизировать рост населения Земли.
Третья: плохая экология
Одна из теорий утверждает, что динозавры умерли от удушья, потому что уменьшилось количество кислорода в атмосфере. Как показали исследования ископаемого янтаря, в атмосфере в то время действительно имело место значительное снижение уровня кислорода. Не исключено, что дышать бедным животным стало нечем из-за вулканической активности или же воздействия токсичных газов от пролетевшего рядом с Землей небесного тела (например, кометы).
Исследования американских исследователей Герты Келлер и ее коллег дают подтверждение данной версии, так как подобное вулканическое извержение под Индийским океаном за несколько миллионов лет до гибели динозавров имело такое же опустошительное воздействие на окружающую среду. Однако в случае с динозаврами нет никаких свидетельств столкновения с астероидом в рассматриваемое время.
Глиняный ген
В первичном бульоне должно было находиться нечто, что помогло родиться живой системе, ускорило процесс и снабдило энергией. Английский кристаллограф Джон Бернал в 50-х годах XX века предположил, что таким помощником могла служить обычная глина, которой в изобилии устлано дно любого водоема. Минералы глины способствовали образованию биополимеров и возникновению механизма наследственности. Гипотеза Бернала с годами окрепла и привлекла много последователей. Оказалось, что облученные ультрафиолетом глинистые частицы хранят полученный запас энергии, который расходуют на реакцию сборки биополимеров. В присутствии глины мономеры собираются в самореплицирующиеся молекулы, нечто вроде РНК.
Большинство глинистых минералов похоже по своей структуре на полимеры. Они состоят из огромного числа слоев, соединенных между собой слабыми химическими связями. Такая минеральная лента растет сама собой, каждый следующий слой повторяет предыдущий, а иногда случаются дефекты — мутации, как в настоящих генах. Шотландский химик А.Дж. Кернс-Смит утверждал, что первым организмом на Земле был именно «глиняный ген». Попадая между слоями глинистых частиц, органические молекулы взаимодействовали с ними, перенимали способ хранения информации и роста, можно сказать, обучались. Какое-то время минералы и протожизнь мирно сосуществовали, но вскоре произошел разрыв, или генетический захват, по Кернс-Смиту, после чего жизнь покинула минеральный дом и начала свое собственное развитие.
