Грядущее развитие и гибель биосферы
Начавшееся в кайнозое похолодание климата, вызванное поглощением атмосферного азота почвенными бактериями, продолжится идалее. Поэтому существенныхпотеплений климата в будущие 100-200 млн лет ожидать трудно.
Современное потеплении климата, о котором много говорится в последнее время, началось ещё в XVII в. (т.е. задолго до индустриальной революции), вероятнее всего оно является временным и связано с флуктуациями магнитной активности Солнца (см. рис. 127). Об этом, в частности, свидетельствуют измерения палеотемператур за последние 3 000 лет по остаткам планктонных фораминифер Саргассова моря (см. рис. 128), по которым чётко видно, что современное локальное повышение средних температур развивается на фоне общего похолодания климата. Об этом же говорят и геологические данные. Действительно, приблизительно 100 млн лет назад на Земле полностью отсутствовали покровные ледники, а средние температуры достигали почти +17 °С, тогда как к современному моменту они снизились до +15 °С. В результате такого вроде бы незначительного похолодания произошло наступление новой ледниковой эпохи, и возникновение в середине кайнозоя покровного оледенения Антарктиды, а в четвертичное время — периодических оледенений на континентах Северной Америки, Европы и Азии.
Если наши предположения о постепенном изъятии азота из атмосферы Земли и его захоронении в земной коре справедливы, а принятое нами содержание органического азота в осадках отвечает действительности, то, несмотря даже на постепенное повышение солнечной активности, медленное похолодание климата продолжится и в будущем, до достижения нового равновесного состояния прохладного климата. Однако этот новый климатический уровень, определяемый метаболизмом азотпоглощающих микроорганизмов, может оказаться не очень благоприятным для процветания на Земле высших форм жизни. Отсюда следует, что новый ледниковый период, когда он наступит в северном полушарии, окажется наиболее суровым.
По нашим оценкам (см. рис. 132), через 200 млн лет средние температуры по Земле опустятся несколько ниже +12 °С, одновременно с этим и уровень Мирового океана понизится приблизительно на 200 м (см. рис. 114), после чего обнажатся все современные шельфы, хотя и в этой ситуации на низких и средних широтах условия для развития высокоорганизованной жизни останутся вполне приемлемыми. Только приблизительно через 400 млн лет средние температуры на земной поверхности опустятся до температуры около +10 °С, а уровень океана по сравнению с его современным положением в это время опустится более чем на 0,5 км (см. рис. 114). В этом случае все северные и южные материки даже на умеренных широтах окажутся скованными покровными ледниками, покроются льдом и возвышенные участки континентов на экваторе.
Но похолодание будет продолжаться не вечно. В промежутке около 200-300 млн лет должно будет наступить равновесие между снижением температуры за счёт бактериального удаления азота из атмосферы и её повышением благодаря увеличению светимости Солнца. Однако и это равновесное состояние приблизительно через 600 млн лет в будущем должно будет резко нарушиться дегазацией абиогенного кислорода, освобождающегося при формировании в мантии «ядерного» вещества по реакции (15). После этого момента в мантии начнёт генерироваться свободный кислород со скоростью около 2,1×1016 г/год, или 21 млрд т/год. Если бы весь этот кислород поступал в атмосферу, то его парциальное давление повышалось бы со скоростью, приблизительно равной 4 атм за каждый миллион лет. На самом деле скорость дегазации кислорода будет значительно меньшей, но все же она может достигать скорости порядка 0,02 атм/млн лет. Это означает, что через 200 млн лет после начала дегазации кислорода из мантии парциальное давление этого газа достигнет почти 4 атм, тогда как средняя температура Земли за счёт парникового эффекта поднимется почти до 76 °С. Ещё через 200 млн лет (через миллиард лет в будущем) давление кислорода превысит 14 атм, а приземные температуры поднимутся до 110 °С.
При таких условиях вся наземная жизнь уже вскоре после начала дегазации эндогенного кислорода в буквальном смысле слова сгорит в такой атмосфере. Лишь в океанах из-за малой растворимости кислорода в воде ещё какое-то время смогут существовать высшие формы жизни, пока и они не «сварятся» в его горячих водах. Но после вскипания океанов приблизительно через 1,5 млрд лет и возникновения необратимого парникового эффекта с температурами около 550 °С не смогут выжить даже самые примитивные термофильные прокариоты.
Из приведённого анализа благоприятных для жизни геодинамических условий на Земле видно, что они не бесконечны. Вероятнее всего общая продолжительность существования жизни приблизительно равна 5 млрд лет (от 4 млрд лет в прошлом до 1 млрд лет в будущем). Для развития высокоорганизованной жизни природа отвела ещё меньше времени в океанах — максимум 1,4 млрд лет (от 600 млн лет в прошлом до 800 млн лет в будущем), а на суше — не более 1 млрд лет (от −400 до +600 млн лет).
Нашему поколению можно не волноваться за своё будущее (если, конечно, не произойдёт какого-нибудь ядерного катаклизма), но трезво оценивать перспективу развития органического мира на Земле, по нашему мнению, не только интересно, но и важно в мировоззренческом плане. Поэтому мы и постарались не только дать здесь ретроспективное освещение развития жизни на нашей планете в прошлом, но и показать возможное, хоть и печальное, направление её дальнейшего развития. А пока мы должны только радоваться, что живём на нашей прекрасной и уникальной планете.
Современное потеплении климата, о котором много говорится в последнее время, началось ещё в XVII в. (т.е. задолго до индустриальной революции), вероятнее всего оно является временным и связано с флуктуациями магнитной активности Солнца (см. рис. 127). Об этом, в частности, свидетельствуют измерения палеотемператур за последние 3 000 лет по остаткам планктонных фораминифер Саргассова моря (см. рис. 128), по которым чётко видно, что современное локальное повышение средних температур развивается на фоне общего похолодания климата. Об этом же говорят и геологические данные. Действительно, приблизительно 100 млн лет назад на Земле полностью отсутствовали покровные ледники, а средние температуры достигали почти +17 °С, тогда как к современному моменту они снизились до +15 °С. В результате такого вроде бы незначительного похолодания произошло наступление новой ледниковой эпохи, и возникновение в середине кайнозоя покровного оледенения Антарктиды, а в четвертичное время — периодических оледенений на континентах Северной Америки, Европы и Азии.
Рисунок 127. Корреляция температурных колебаний в Северном полушарии с магнитной активностью Солнца (с числами Вольфа).
Левая шкала и жирная линия — отклонения среднего значения поверхностной температуры Северного Полушария при текущем 11-летнем сглаживании, °С . Правая шкала и тонкая линия — осреднённая солнечно-магнитная активность (числа Вольфа). Резким всплескам магнитных циклов соответствует более активное и, следовательно, более яркое солнце.
Рисунок 128. Поверхностные температуры Саргассова моря
(с осреднением около 50 лет), определённые по изотопным отношениям кислорода в остатках планктонных морских организмов, погребённых в донных отложениях. Горизонтальной линией отмечена средняя температура за 3 000-летний период.
Если наши предположения о постепенном изъятии азота из атмосферы Земли и его захоронении в земной коре справедливы, а принятое нами содержание органического азота в осадках отвечает действительности, то, несмотря даже на постепенное повышение солнечной активности, медленное похолодание климата продолжится и в будущем, до достижения нового равновесного состояния прохладного климата. Однако этот новый климатический уровень, определяемый метаболизмом азотпоглощающих микроорганизмов, может оказаться не очень благоприятным для процветания на Земле высших форм жизни. Отсюда следует, что новый ледниковый период, когда он наступит в северном полушарии, окажется наиболее суровым.
По нашим оценкам (см. рис. 132), через 200 млн лет средние температуры по Земле опустятся несколько ниже +12 °С, одновременно с этим и уровень Мирового океана понизится приблизительно на 200 м (см. рис. 114), после чего обнажатся все современные шельфы, хотя и в этой ситуации на низких и средних широтах условия для развития высокоорганизованной жизни останутся вполне приемлемыми. Только приблизительно через 400 млн лет средние температуры на земной поверхности опустятся до температуры около +10 °С, а уровень океана по сравнению с его современным положением в это время опустится более чем на 0,5 км (см. рис. 114). В этом случае все северные и южные материки даже на умеренных широтах окажутся скованными покровными ледниками, покроются льдом и возвышенные участки континентов на экваторе.
Рисунок 132. Эволюция температурного режима земной атмосферы:
1 — средняя приземная температура на уровне океана; 2 — радиационная температура Земли; 3 — величина парникового эффекта; 4 — температура абсолютно чёрного тела на расстоянии Земли от Солнца (показывает эволюционное изменение светимости Солнца).
Рисунок 114. Эволюция положения уровня океана (2), глубины океанических впадин (1)
и среднего уровня стояния континентов (3) по отношению к среднему уровню гребней срединно-океанических хребтов.
Но похолодание будет продолжаться не вечно. В промежутке около 200-300 млн лет должно будет наступить равновесие между снижением температуры за счёт бактериального удаления азота из атмосферы и её повышением благодаря увеличению светимости Солнца. Однако и это равновесное состояние приблизительно через 600 млн лет в будущем должно будет резко нарушиться дегазацией абиогенного кислорода, освобождающегося при формировании в мантии «ядерного» вещества по реакции (15). После этого момента в мантии начнёт генерироваться свободный кислород со скоростью около 2,1×1016 г/год, или 21 млрд т/год. Если бы весь этот кислород поступал в атмосферу, то его парциальное давление повышалось бы со скоростью, приблизительно равной 4 атм за каждый миллион лет. На самом деле скорость дегазации кислорода будет значительно меньшей, но все же она может достигать скорости порядка 0,02 атм/млн лет. Это означает, что через 200 млн лет после начала дегазации кислорода из мантии парциальное давление этого газа достигнет почти 4 атм, тогда как средняя температура Земли за счёт парникового эффекта поднимется почти до 76 °С. Ещё через 200 млн лет (через миллиард лет в будущем) давление кислорода превысит 14 атм, а приземные температуры поднимутся до 110 °С.
При таких условиях вся наземная жизнь уже вскоре после начала дегазации эндогенного кислорода в буквальном смысле слова сгорит в такой атмосфере. Лишь в океанах из-за малой растворимости кислорода в воде ещё какое-то время смогут существовать высшие формы жизни, пока и они не «сварятся» в его горячих водах. Но после вскипания океанов приблизительно через 1,5 млрд лет и возникновения необратимого парникового эффекта с температурами около 550 °С не смогут выжить даже самые примитивные термофильные прокариоты.
Из приведённого анализа благоприятных для жизни геодинамических условий на Земле видно, что они не бесконечны. Вероятнее всего общая продолжительность существования жизни приблизительно равна 5 млрд лет (от 4 млрд лет в прошлом до 1 млрд лет в будущем). Для развития высокоорганизованной жизни природа отвела ещё меньше времени в океанах — максимум 1,4 млрд лет (от 600 млн лет в прошлом до 800 млн лет в будущем), а на суше — не более 1 млрд лет (от −400 до +600 млн лет).
Нашему поколению можно не волноваться за своё будущее (если, конечно, не произойдёт какого-нибудь ядерного катаклизма), но трезво оценивать перспективу развития органического мира на Земле, по нашему мнению, не только интересно, но и важно в мировоззренческом плане. Поэтому мы и постарались не только дать здесь ретроспективное освещение развития жизни на нашей планете в прошлом, но и показать возможное, хоть и печальное, направление её дальнейшего развития. А пока мы должны только радоваться, что живём на нашей прекрасной и уникальной планете.