Триумф солнечного века. Революция возобновляемых источников

Пальц Вольфганг

Формирование нашей Земли должно было завершиться довольно быстро, включая образование Луны. Мировой океан Земли 4,4 миллиарда лет назад уже существовал. Выставка, открывшаяся в 2018 году в Национальном музее естественной истории в Париже под названием «Метеориты между небесами и землей», продемонстрировала образцы многих различных типов астероидов, в том числе астероиды, «выжившие» со времен образования Солнца. На рис. 1.1 показано поперечное сечение такого образца. На снимке видны яркие зерна, заключенные в коричневую матрицу. Эти зерна образовались при очень высоких температурах в окрестности рождающего их Солнца. С помощью этих образцов можно гораздо точнее узнать возраст нашего Солнца, как отмечалось ранее. Матрица, куда углублены вкрапления, образовалась из той же пыли, из которой первоначально сформировалось

Солнце и его планеты, т. е. она намного старше Солнечной системы.

Рис. 1.1. Шлиф поперечного разреза астероида – ровесника нашей Солнечной системы, содержащего материал, из которого она была сформирована. (Фото автора)

Напомним, что современное представление состоит в том, что Солнечная система сформировалась из огромного облака, содержащего более 98 % водорода и 1,7 % пыли, о которой идет речь. Спеченная пыль в образцах астероидов находится в состоянии минералов, называемых хондритами. Из той же пыли образовалась и наша Земля. Другие типы метеоритов богаты углеродом и органическим материалом – основными элементами живого, хотя не имеют следов жизни как таковых.

Интересно, что большинство астероидов, собранных на Земле, состоит из чистого железа. До того как человек научился производить железо из железной руды (до начала «железной эры»), люди не имели доступа к другим источникам твердых металлов, кроме метеоритного железа. Говорят, что даже кинжал из гробницы Тутанхамона был сделан из железа астероидного происхождения.

Кроме того, «метеоритное» железо, извлеченное из астероидов, родственно железу в ядре нашей Земли. Многие астероиды сами имеют, подобно нашей планете, расплавленное железное ядро, мантию и твердую минеральную кору. Целое семейство подобных астероидов, порой лишь в виде частей и обломков, объединены под именем Весты, имеющей 576 км в поперечнике. У астероидов такого размера обнаруживается даже спонтанный вулканизм.

1.4.4. Земля, готовая к жизни

Расположение Земли в Солнечной системе создает ей большие преимущества для развития жизни. Например, от астероидов нас «затеняет» гравитационное поле Юпитера, которое не позволяет основной массе орбит астероидов пересекаться с орбитой Земли.

Жизнь на Земле могла возникнуть на основе тех ингредиентов, которые были принесены в момент формирования планеты астероидами: углерода, который является основой всех биохимических процессов, и воды. Собранные вместе обозначения элементов жизни приводят к акрониму CHONPS – из буквенных обозначений химических элементов С – углерод, H – водород, O – кислород, N – азот, P – фосфор и S – сера.

Кроме химического родства, существует и иная связь Земли с Солнцем. Расплавленные сплавы железа во внешнем конвективном контуре жидкого ядра Земли находятся в постоянном движении и создают эффект динамо. Без магнетизма, созданного этим током, протоны, составляющие основную массу солнечного ветра, не отклонялись бы по силовым линиям, а легко снесли бы наружную часть атмосферы Земли (чем, несомненно, очень сильно повредили бы ее пригодности для жизни).

Для сохранности чередования времен года на Земле важно, чтобы ось угла наклона планеты к плоскости орбиты вокруг Солнца (плоскости эклиптики) оставалась неизменной. Эта стабильность достигается благодаря наличию массивного спутника – Луны, имеющего высокую плотность и значительный размер – диаметр около 3,5 тыс. км. Марс, к примеру, обладает двумя весьма легковесными спутниками – это Фобос и Деймос, диаметром 22 и 12 км соответственно, хотя, скорее всего, это захваченные его тяготением астероиды. Вследствие отсутствия мощного противовеса-стабилизатора, аналогичного Луне, наклон оси вращения Марса подвержен влиянию других планет и хаотически менялся за миллионы лет – от 10 до 60 градусов и более.

Комфортность температуры на Земле действительно замечательна, если учесть, что на самом деле Земля является весьма опасным местом: температура в космическом пространстве не выше 20 К, а земная поверхность, на которой мы живем, заключена между ядром Земли, температура в котором около 7000 К, и поверхностью Солнца,

излучающей при 5778 К. Теплота внутри Земли поддерживается со времен ее образования за счет распада урана-238 с периодом полураспада 4,5 миллиарда лет. Это тепло наглядно проявляет себя вулканизмом, однако не столь значимым для температуры поверхности Земли, где доминирует излучение Солнца. При этом более 31 % излучения Солнца отражается обратно в космос (и благодаря тому, что отражение носит объемный характер, рассеяние излучения в атмосфере придает Земле красивый густой синий цвет, наблюдаемый из космоса). Поглощаемая часть солнечного излучения в конечном итоге превращается в тепло – это относится не только к той солнечной энергии, которая преобразуется фотомодулями в электричество, но и к энергии круговорота воды, которая позволяет вырабатывать энергию гидростанций – вся эта энергия в конечном итоге превращается в работу, эквивалентом которой, по закону Джоуля, является тепло. В результате Земля поглощает излучение Солнца с максимумом, отвечающим температуре солнечной фотосферы (около 5800 K), расположенном в видимом спектре на длине волны около 0,5 микрон, а излучает – точно такое же количество энергии, но уже как тепло в инфракрасном диапазоне с максимумом на длине волны около 10 микрон, отвечающей температуре поверхности, находящейся при 300 К.

Эффективная планетарная температура Земли без учета атмосферы, но с учетом реального отражения (величина альбедо 33 %), составляет 254 К, или –19 °C. Однако в атмосфере работает парниковый эффект, создаваемый парами воды и другими так называемыми парниковыми газами, которые добавляют к этому ледяному холоду недостающие 35 градусов и превращают планету в комфортное место со средней температурой 15 °C.

Окидывая взглядом извилистую дорогу, пройденную развитием жизни на Земле, можно отметить, что периоды относительного благополучия сменялись катастрофами, уничтожившими огромное число видов, созданных эволюцией; данные палеобиологии свидетельствуют о пяти исторических периодах глобальных массовых вымираний. Если организмы и выживали, то только благодаря их чрезвычайной жизнеспособности. Одним из таких драматических моментов в развития живого стал рост концентрации свободного кислорода в воздухе более двух миллиардов лет назад, что было губительно для анаэробных прокариотов, царство которых продолжалось также без малого два миллиарда лет.

1.4.5. Последний ледниковый период

Только «недавно», примерно 9–10 тысяч лет назад, закончился последний ледниковый период. Это был глобальный катаклизм, но его окончание вызвало наводнение, которое стало еще более страшной катастрофой.

Ледниковый период длился 100 тысяч лет. Если принять во внимание то многое, что может произойти всего за тысячу лет (ведь даже открытие Америки произошло всего 500 лет назад), то трудно представить, какой колоссальной продолжительности отвечают эти 100 тысяч лет для человеческих популяций различных видов, живших в те времена. А ведь на самом деле это были наши прямые предки.

Открытия последних лет говорят о том, что возраст Homo sapiens на всех известных территориях составляет не менее 300 тысяч лет. Доказательства найдены не только в Восточной Африке, где климат благоприятен для сохранения останков человека, но также в Марокко, на Балканах и на территории современной Германии были найдены следы первых людей нашего вида. Период в 100 тысяч лет для ледникового периода вмещает приблизительно 3000 поколений наших предков. У них было достаточно времени для расселения по Земле.

Во время последнего ледникового периода (а до того было еще нескольких других), около 32 % суши были покрыты льдом высотой до 3 км. Крутые ледяные мосты охватывали и соединяли все северные части Европы, Азии и Америки, а также самые южные районы Южного полушария. Горы, такие как Альпы или Тибет, были покрыты льдом. Воздушные включения в полярных ледяных кернах служат доказательством того, что в те времена содержание парниковых газов в воздухе уменьшилось почти наполовину. Эффект охлаждения, видимо, был дополнительно усилен некоторыми крупными вулканическими взрывами. Например, вулкан Тоба, извергавшийся 74 000 лет назад, мог быть одним из многих, кто засорял воздух аэрозолями, а их попадание в стратосферу приводило к мощному отражению солнечного излучения.