Как появилась жизнь на Земле, если в прошлом Солнце давало меньше тепла
В истории Солнечной системы и в первую очередь нашей с вами планеты (впрочем, это также касается и Марса) есть одна совершенно непостижимая загадка, связанная с Солнцем.
Парадокс молодого тусклого Солнца
Дело в том, что звезды подобные Солнцу встречаются во Вселенной не так уж редко, а потому у нас была возможность довольно подробно проследить их эволюцию. И всегда выходило так, что рождаются они очень тусклыми и только со временем “разогреваются”, начиная сиять, как наше светило сейчас.
Если бы все шло как предсказали ученые, Земля нашего времени только-только сбросила бы вековые льды, а до динозавров были ещё миллионы лет. К счастью, природа нашла какой-то особенный выход из этого положения.
И будь оно в нашем случае также, Земля, родившаяся вместе с Солнцем 4,5 миллиарда лет назад, должна была как минимум два миллиарда лет оставаться очень холодным миром, на котором не могло быть и речи о жидкой воде, а значит, и жизни в той форме, к которой мы привыкли. Однако геологические свидетельства говорят о прямо противоположном.
Через два миллиарда лет после появления на Земле уже вовсю откладывались минералы, образующиеся только при наличии жидкой воды. Более того, в некоторых ископаемых можно обнаружить следы бактерий и сделать вывод, что к моменту потенциального выхода на условия обитаемости Земля уже миллиард лет как поддерживала жизнь.
Этот известный парадокс молодого тусклого Солнца имеет несколько объясняющих его теорий, ни одна из которых пока не может занять главенствующее место из-за скудности информации о тех временах.
Что представляет собой механизм парадокса молодого тусклого Солнца
Парадокс тусклого молодого Солнца возник в 1960-х годах, когда впервые было проведено численное моделирование химических процессов в звезде и оценено их влияние на яркость солнцеподобной звезды. Был получен четкий результат.
Молодое Солнце имело избыток водорода, своего основного топлива, в ядре. Из-за большого количества легкого элемента ядро Солнца расширилось, потеряв температуру.
Как результат Земля должна была получать на четверть или даже треть меньше тепла, чем сейчас. Температура поверхности планеты из-за этого в среднем должна упасть на 20 градусов и стать на 10 градусов меньше температуры замерзания воды.
Но образцы возрастом до 4,4 миллиарда лет, то есть всего через 100 миллионов лет после образования планеты, уже содержат минералы, указывающие на наличие жидкой воды на планете. Столь древние образцы не дают полной уверенности в наличии воды в то время, но уже 3,5 миллиарда лет назад появляются признаки жизнедеятельности микробов. Выходит, жизнь процветала на планете, которая по всем законам должна была быть ледяной пустыней.
Иллюстрация работы парникового эффекта. Классического парникового эффекта – так как в случае с молодой Землей, главный парниковый газ нам не известен
Попытки решения загадки зарождения жизни на Земле в условиях слабого Солнца
Неизвестный парниковый газ в атмосфере древней Земли
Одно из первых и до сих пор достаточно актуальная гипотеза решения этой проблемы заключалось в наличии какого-то парникового газа в атмосфере Земли, причем в очень и очень больших количествах. И это не может быть современный парниковый газ: диоксид углерода (углекислый газ). Его содержание в атмосфере древней Земли можно оценить по наличию в отложениях минералов, образующихся, когда углекислый газ попадает в почву с дождем.
В течение архея, продолжавшегося с 4 до 2.5 миллиардов лет назад, содержание углекислого газа было заметно выше, чем сейчас. Однако для того, чтобы поддерживать температуру мирового океана на уровне 5 градусов, чтобы он точно не замерзал, этого газа требуется в 300 раз больше, чем сейчас, но… самые смелые оценки, сделанные на основе геологической информации, не превышают тридцатикратного современного уровня.
Тем не менее углекислый газ мог быть “заводилой” в газовой смеси, которая поддерживала тепло на молодой Земле.
Еще один известный парниковый газ, аммиак, быстро разрушился бы в атмосфере древней Земли, лишенной мощного озонового слоя. Метан тоже отпадает, так как его нужно было настолько много, что он начал бы работать в обратном направлении – не накапливать тепло, а заслонять Землю от солнечных лучей туманной пеленой.
Азот и водород могли бы стать подходящими кандидатами, но сложно сказать, была ли когда-либо атмосфера нашей планеты настолько плотной, что в ней удерживались эти легкие газы. В целом, любой парниковый газ поднимает не меньше проблем, чем их разрешает.
Может быть изменились параметры самой планеты Земля?
4,5 миллиарда лет – большой срок, чтоб изменить до неузнаваемости планету, причем не только её “внешность”, но и положение в космосе. Влияние гравитационного поля Луны, которые сегодня в течение суток можно наблюдать в виде приливов, на временном интервале в миллиарды лет проявляется в замедлении вращения планеты вокруг оси.
Планета стремится встать одной стороной к Луне, как сделал наш спутник, масса которого намного меньше, отчего он и оказался захвачен приливными силами раньше. Другое положение спутника, другая скорость вращения планеты и т.п. – все это могло заметно повлиять на структуры потоков тепла, передающих энергию от экватора к полюсу. Это, в свою очередь, влияло на распределение ледяного покрова планеты. А так как лед отражает свет сильнее, чем суша или океаны, уменьшение его территории означает увеличение получаемого тепла.
Далее, континенты Земли миллиарды лет назад были совсем другими, другим было и общее количество суши. Океаны поглощают больше тепла Солнца, а значит, если суши было меньше, то тепла планета получала больше. Или если большая часть суши скопилась ближе к полюсам, подставив наиболее освещенную экваториальную часть на долю океана, температура планеты опять должна повыситься.
Наконец, изменение химического состава облаков могло привести к проникновению большего количества тепла. Все это могло объяснить парадокс холодного Солнца без парниковых газов. Выделение наиболее вероятного эффекта усложняется ограниченными знаниями о древней Земле и слишком грубыми климатическими моделями. Попытка включить в них все эти факторы приводит к необозримым результатам.
Может быть изменялась не наша планета, а вся Солнечная система?
Помимо манипуляций с параметрами Земли, есть и совершенно другая возможность объяснения парадокса тусклого молодого Солнца.
Время от времени возникают предположения о том, что Солнце в прошлом могло быть даже больше, чем сейчас, ведь оно же теряет массу в виде постоянного солнечного ветра и коротких, но мощных корональных выбросов. Во время образования светило могло быть всего на 2.5% тяжелее, чего вполне достаточно для объяснения парадокса. Точнее, для его полного снятия – ведь “увеличенное” (хотя и по прежнему “тусклое”) Солнце тогда светило бы так же, как сейчас.
Впрочем это не доказуемо. Зато вполне доказуемо вот что:
Наконец, последнее предположение – изменения в масштабе всей Солнечной системе. В свое время, известный математик Владимир Игоревич Арнольд наглядно доказал, что Солнечная система является удивительно устойчивым космическим образованием, на огромном интервале времени. Огромном, но все же конечном.
Как когда-то по Солнечной системе “гулял” гигант Юпитер, так примеру, малыш Меркурий может сняться со своей орбиты и начать путешествие от Солнца, что приведет к столкновению с одной из внутренних планет. А что верно для будущего, может быть верно и для прошлого.
Эволюция Солнца, хотя параметры нашей звезды за миллиарды лет особо не изменились, количество тепла получаемого Землей сейчас и 4 миллиарда лет назад, отличается примерно на треть.
Земля ведь тоже могла образоваться несколько ближе к Солнцу, и различия в несколько процентов в большой полуоси орбиты нашей планеты достаточно для объяснения парадокса тусклого молодого Солнца. К переходу на новую орбиту могло привести грандиозное столкновение, родившее современную Венеру (хотя кратеры планеты указывают на молодую поверхность планеты – всего около полумиллиарда лет).
Последовавшие за этим изменения в гравитационном поле Солнечной системы привели к ее небольшой подстройке. И именно поэтому сейчас Земля не поджарилась под лучами более теплого Солнца в наше время.
Парадокс тусклого молодого Солнца и зоны обитаемости далеких звезд
Если посмотреть на тему этой статьи несколько шире, и выйти мысленно за пределы Солнечной системы, то мы увидим любопытную прикладную особенность отмеченных выше теорий, применимо для поиска потенциально обитаемых экзопланет.
Все то, о чем мы говорили в отношении Земли, может быть применено и к другим планетам похожим на Землю. Я уже не раз отмечал, что само понятие “зоны обитаемости” звезды, во многом вынужденное – просто именно на определенном расстоянии, от звезды определенного класса, шанс найти условия сходные земным наиболее высок. Но ведь это порождает и определенную ограниченность обзора – мы совершенно не рассматриваем в качестве кандидатов на обнаружение жизни или условий сходных земным, у экзопланет находящихся вне зоны обитаемости.
Но как было показано выше, некоторые локальные эффекты, подобно парниковому, вызванному комбинацией каких-то газов, которые по отдельности не способны согреть планету, но вместе дают кумулятивный эффект, имеет место и для экзопланет.
В зависимости от наличия парниковых газов, внутреннего запаса тепла и действия приливных сил планете может понадобиться больше или меньше тепла чтобы поддерживать на поверхности жидкую воду, не давая ей ни замерзнуть, ни испариться.
Атмосферы сверхземель могут оказаться особенно богаты водородом и азотом, делая эти гигантские, но все же твердые миры, хорошей целью для поисков признаков жизни.
Источник
Солнце резко остывает
Астрономы Калифорнийского университета в Сан-Диего выступили с прогнозом, что скоро Солнце станет более холодным и тусклым. Его активность значительно снизится уже к 2050 году. Об этом рассказывает статья, опубликованная в журнале Astrophysical Journal Letters.
По мнению американских астрономов, охлаждение Солнца случится из-за так называемого «гранд-минимума». В такие периоды магнитное поле звезды серьезно ослабевает. Это приводит к появлению на ней меньшего числа пятен, соответственно, меньше излучается и ультрафиолета.
Почти 20 лет ученые изучали другие звезды, схожие с Солнцем. Эти наблюдения и привели их к выводу, что середине нынешнего века можно ждать более тусклое Солнце.
Ожидается, что на Земле температура опустится до минимумов, которые наблюдались ранее и которые принято называть малым ледниковым периодом. Речь о промежутке между 1645 и 1715 годами. Тогда астроном Эдвард Уолтер Маудер высчитал, что вместо привычных 40-50 тыс. пятен на Солнце образовалось только 50.
С выводами американцев согласны не все астрономы. Некоторые считают, что даже ослабление активности Солнца не приведет к тому, что на Земле наступит глобальное похолодание.
Ранее «Правда.Ру» сообщала, что в тропосфере Земли происходят изменения, которые не похожи на традиционные сценарии глобального потепления или ледникового периода.
По мнению американских и швейцарских ученых, речь идет о переориентации северо-атлантического высотного потока в тропосфере. Меняются местами холодная и жаркая климатические зоны, что в исторической перспективе может, например, привести к произрастанию пальм в Сибири.
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Источник
Святые горы
Путь к Донцу, к древнему монастырю на Святых Горах, пролегает на юго- восток, на Азовские степи.
Ранним утром великой субботы я был уже под Славянском. Но до Святых Гор оставалось еще верст двадцать, и нужно было идти поспешно. Этот день мне хотелось провести в обители.
Предо мной серело пустынное поле. Один сторожевой курган стоял вдалеке и, казалось, зорко глядел на равнины. С утра в степи было по-весеннему холодно и ветрено; ветер просушивал колеи грязной дороги и шуршал прошлогодним бурьяном. Но за мной, на западе, картинно рисовалась на горизонте гряда меловых гор. Темнея пятнами лесов, как старинное, тусклое серебро чернью, она тонула в утреннем тумане. Ветер дул мне навстречу, холодил лицо, рукава, степь увлекала, завладевала душой, наполняла ее чувством радости, свежести.
За курганом блеснула круглая ложбина, налитая весенней водой. Я свернул к ней на отдых. Есть что-то чистое и веселое в этих полевых апрельских болотцах; над ними вьются звонкоголосые чибисы, серенькие трясогузки щеголевато и легко перебегают по их бережкам и оставляют на иле свои тонкие, звездообразные следы, а в мелкой, прозрачной воде их отражается ясная лазурь и белые облака весеннего неба. Курган был дикий, еще ни разу не тронутый плугом. Он расплывался на два холма и, словно поблекшей скатертью из мутно-зеленого бархата, был покрыт прошлогодней травой. Седой ковыль тихо покачивался на его склонах — жалкие остатки ковыля. «Время его, подумал я, — навсегда проходит; в вековом забытьи он только смутно вспоминает теперь далекое былое, прежние стони и прежних людей, души которых были роднее и ближе; ему, лучше нас умели понимать его шепот, полный от века задумчивости пустыни, так много говорящей без слов о ничтожестве земного существования».
Отдыхая, я долго лежал на кургане. С полей уже тянуло теплом. Облака светлели, таяли. Жаворонки, невидимые в воздухе, напоенном парами и светом, заливались над степью безотчетно-радостными трелями. Ветер стал ласковый, мягкий. Солнце согревало меня, и я закрывал глаза, чувствуя себя бесконечно счастливым. В южных степях каждый курган кажется молчаливым памятником какой- нибудь поэтической были. А побывать на Донце, на Малом Танаисе, воспетом «Словом», — это была моя давнишняя мечта. Донец видел Игоря, — может быть, видел Игоря и Святогорский монастырь. Сколько раз разрушался он до основания и пустели его разбитые стены! Сколько претерпел он, стоя на татарских путях, в диких степных равнинах, когда иноки его были еще воинами, когда они переживали долгие осады от полчищ диких орд и воровских людей!
Скрип телеги, на которой сидел старик, свесив с грядки ноги в допотопных сапогах, и сопение волов, которые, покачиваясь и вытягивая шеи, придавленные тяжелым ярмом, медленно тащились по дороге, разогнали мои думы. Я зашагал еще поспешнее.
Полоса леса серовато чернела вдали. Я не сводил с нее глаз, думая, что за лесом-то и откроется долина Донца и Горы. Лес оказался очень старым, заглохшим. Меня поразила его безжизненная тишина, его корявые, иссохшие дебри. Замедляя шаги, я с трудом пробирался по хворосту и бурелому, который гнил в грязи глубоких рытвин дороги. Ни одной птицы не слышно было в чащах. Иногда дорогу затопляло целое болото весенней воды. Сухие деревья сквозили кругом; их кривые сучья бросали слабые, бледные тени.
Скоро, однако, в пролете лесной дороги снова проглянула просторная, вольная даль. Сухой степной ветер все усиливался, разгоняя в ярком весеннем небе белые облака, делая даль бесконечной. Монастыря же все не было.
Хохол, к которому я подходил с расспросами о дороге, рослый мужик с маленькой головой, одетый в короткую, словно из осиновой коры сшитую, свитку, не спеша шел за плугом. Плуг тащили четыре вола, а волов вела девочка.
— Тату! — сказала она мужику, обращая его внимание на меня.
— Эта дорога на Святые Горы? — спросил я.
— А куды вам треба?
— Да вы разве никогда не были на Святых Горах?
— Да не в экономии, а в самом монастыре, в церкви.
— У церквi? Та у нас своя церква на селi.
— Та був, ще хлопцем. Тодi чума на скот була, так казали, що там пробував такий монах, що знав замовляти. От i ходили yci, у кого скотина болiла; звiсно, молебствiе служили i в село привозили того iнока. Ну, походив вiн по дворах, покропив водою, а про те нiчого не помоглось.
— Так это дорога туда?
И хохол, даже не взглянув на меня, снова спокойно пошел за плугом.
Я уже чувствовал усталость. Ноги ныли в пыльных, горячих сапогах. И я принялся считать шаги, и занятие это так увлекло меня, что я очнулся только тогда, когда дорога круто завернула влево и вдруг ослепила резкой белизной мела. Вдалеке, налево, на самом горизонте, над чащей леса, сверкал золотой купол церкви. Но я едва взглянул туда. Передо мной, в огромной, глубокой долине, открылся Донец.
Долго простоял я неподвижно, глядя на мутную синеву этих привольных лугов. Все они были затоплены водой, — Донец был в разливе. Стальные полосы реки сверкали в чащах коричневых камышей и залитых половодьем прибрежных лесов, а к югу разливались еще шире, совсем уже смутные у подножья далеких меловых гор. И горы эти белели так смутно-смутно. Потом я обгонял идущий на богомолье народ — женщин, подростков, дряхлых калек с выцветшими от времени и степных ветров глазами, и все думал о старине, о той чудной власти, которая дана прошлому. Откуда она и что она значит?
Между тем монастырь все еще не показывался. Небо потускнело, ветер начал пылить по дороге, и в степи стало скучно. Донец скрылся за холмами. Я попросил проезжего хлопца подвезти меня, и он посадил меня в свою тележку на двух колесах. Мы разговорились, и я не заметил, как мы въехали в лес и стали спускаться под гору.
Все круче, отвеснее становилась горная дорога, каменистая, узкая, живописная. Мы спускались все ниже и ниже, а столетние красноватые стволы мачтовых сосен, гордо выделяясь среди разнообразной лесной заросли, мощно вцепившись корнями в каменистые берега дороги, плавно подымались все выше и выше, возносились зелеными кронами к голубому небу. Небо над нами казалось еще глубже и невинее, и чистая, как это небо, радость наполняла душу. А внизу, сквозь зеленую чащу леса, между соснами, вдруг проглянула глубокая и, как показалось, тесная долина, золотистые кресты, купола и белые стены домов у подошвы лесистой горы — все скученное, картинно сокращенное отдалением, — и светлая полоса узкого Донца, и густая синева воздуха над сплошными луговыми лесами за ним.
Донец под Святыми Горами быстр и узок. Правый берег его возвышается почти отвесной стеной и тоже щетинится лесной чащей. Под ним-то и стоит белокаменная обитель с величавым, грубо раскрашенным собором посреди двора. Выше, на полугоре, белея в зелени леса, висят два меловых конуса, два серых утеса, за которыми ютится старинная церковка. А еще выше, уже на самом перевале, рисуется в небе другая.
С юга надвигалась туча, но весенний вечер был еще ясен и тепел. Солнце медленно уходило за горы; широкая тень стлалась по Донцу от них. По каменному двору обители, мимо собора, я пошел к крытым галереям, что ведут в гору. В этот час пусто было в их бесконечных переходах. И чем выше подымался я, тем все более веяло на меня суровой монастырской жизнью — от этих картинок, изображающих скиты и кельи отшельников с гробами вместо ночных лож, от этих печатных поучений, развешанных на стенах, даже от каждой стертой и ветхой ступеньки. В полусумраке этих переходов чудились тени отошедших от мира сего иноков, строгих и молчаливых схимников.
Меня тянуло туда, к меловым серым конусам, к месту той пещеры, где в трудах и молитве, простой и возвышенный духом, проводил свои дни первый человек этих гор, та великая душа, которая полюбила горный гребет над Малым Танаисом. Дико и глухо было тогда в первобытных лесах, куда пришел святой человек. Лес бесконечно синел под ним. Лес глушил берега, и только река, одинокая и свободная, плескала и плескала своими холодными волнами под его навесом. И какая тишина царила кругом! Резкий крик птицы, треск сучьев под ногами дикой козы, хриплый хохот кукушки и сумеречное уханье филина — все гулко отдавалось в лесах. Ночью величавый мрак простирался над ними. По шороху и плеску воды угадывал инок, что вплавь переходят Донец люди. Молчаливо, как рать дьяволов, перебирались они через реку, шуршали по кустам и исчезали во мраке. Жутко тогда было в горной норе одинокому человеку, но до рассвета мерцала его свечечка и до рассвета звучали его молитвы. А утром, изнуренный ночными ужасами и бдением, но с светлым лицом, выходил он на божий день, на дневную работу, и опять коротко и тихо было в его сердце.
Глубоко внизу подо мною все тонуло в теплых сумерках, мелькали огни. Там уже начиналась сдержанно радостная тревога приготовлений к светлой заутрене. А здесь, за меловыми утесами, было тихо и еще брезжил свет зари. Птицы, живущие в трещинах скал и под карнизами церковки, реяли вокруг, визжа, как старый флюгер, и всплывали снизу и неслышно падали вниз, в сумрак, на своих мягких крыльях. Туча с юга заволокла все небо, вея теплотой дождя, весенней душистой грозы, и уже содрогалась от вспышек молний. Сосны горного обрыва сливались в темную опушку и чернели, как горб спящего зверя.
Я успел сходить и на вершину горы, в верхнюю церковку, нарушил шагами ее гробовую тишину. Монах, как привидение, стоял за ящиком со свечами. Два-три огонька чуть потрескивали. Поставил и я свою свечу за того, кто, слабый и преклонный летами, падал ниц в этом маленьком храме в те давние грозные ночи, когда костры осады пылали под стенами обители.
Утро было праздничное, жаркое; радостно, наперебой трезвонили над Донцом, над зелеными горами колокола, уносились туда, где в ясном воздухе стремилась к небу белая церковка на горном перевале. Говор гулом стоял над рекой, а на баркасе прибывало по ней в монастырь все больше и больше народу, все гуще пестрели праздничные малороссийские наряды. Я нанял лодку, и молоденькая хохлушка легко и быстро погнала ее против течения по прозрачной воде: Донца, в тени береговой зелени. И девичье личико, и солнце, и тени, и быстрая речка — все было так прелестно в это милое утро.
Я побывал в скиту — там было тихо, и бледная зелень березок слабо шепталась, как на кладбище, — и стал взбираться в гору.
Взбираться было трудно. Нога глубоко тонула во мху, буреломе и мягкой прелой листве, гадюки то и дело быстро и упруго выскальзывали из-под ног. Зной, полный тяжелого смолистого аромата, неподвижно стоял под навесами сосен. Зато какая даль открылась подо мною, как хороша была с этой высоты долина, темный бархат ее лесов, как сверкали разливы Донца в солнечном блеске, какою горячею жизнью юга дышало все крутом! То-то, должно быть, дико-радостно билось сердце какого-нибудь воина полков Игоревых, когда, выскочив на хрипящем коне на эту высь, повисал он над обрывом, среди могучей чащи сосен, убегающих вниз!
А в сумерках я уже опять шагал в степи. Ветер ласково веял мне в лицо с молчаливых курганов. И, отдыхая на них, один-одинешенек среди ровных бесконечных полей, я опять думал о старине, о людях, почивающих в степных могилах под смутный шелест седого ковыля.
Источник