Реферат: Природные и техногенные катастрофы

В одном лишь были едины Кювье и Сент-Илер: какие-то грандиозные силы вмешива­лись в эволюцию жизни, и в результате этого вмешательства появлялись более со­вершенные формы животных. Казалось, эволюция время от времени подвергалась действию таинственного ускорителя. Впро­чем, такую же роль может сыграть и тор­моз. Представим себе, что этот тормоз за­медляет или вовсе сбрасывает с «конвейера эволюции» какие-то виды, например, владевших миллионы лет землей динозавров, мешавших развитию других видов, а имен­но — млекопитающих. Так возникает боль­ше простора для развития видов более жиз­нестойких, «перспективных», с точки зре­ния природы.

О действии некоего тормоза, по сущест­ву, говорит и палеонтология. Чередование богатых окаменелостями слоев с горизонта­ми, скудными на них (на что первыми об­ратили внимание Ж. Кювье и Сент-Илер), сегодня есть истина, подтвержденная всей историей науки об ископаемых.

Но что же могло послужить ускорителем или замедлителем эволюции? Мы не будем рассматривать вмешательство в дела разви­тия природы ни инопланетян, ни провиде­ния. Ограничимся известными науке есте­ственными силами. Без сомнения, это были высокоэффективные, мощные воздейст­вия, способные, например, в короткий срок уничтожить могучее и многочисленное ста­до динозавров, насчитывающее несколько сот видов — среди них были малютки весом в единицы килограммов и гиганты — в десятки тонн. Динозавры господствовали на суше, в воде и воздухе.

Теория катастроф Ж. Кювье, как космическое вмешательство в процесс эволюции.

В последние годы все новые гипотезы вспоминают о теории катастроф Ж. Кювье и пополняют арсенал природных сил, способных повлиять на ход эволюции. Пожалуй, первое место среди них принад­лежит метеоритной гипотезе. Три исследо­вателя — бельгиец Жан-Георг Казье и аме­риканские геохимики Филипп Клейс и Стенли Марголис недавно опубликовали гипотезу, которая, на их взгляд, пересмат­ривает ход эволюции. В ее основу положен более полный учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле.

Начнем с того, что жизнь зародилась в океане. Растения первыми переместились на сушу, по прошествии долгого времени за ними потянулись амфибии, а затем сушу захватили животные, получающие кисло­род из воздуха. Но еще на уровне амфибий произошло расщепление животного мира. Одни дали направление развитию ящеров и иных пресмыкающихся, других — их назвали териодонтами, или зверообразны­ми, — можно рассматривать как группу, связывающую нынешних млекопитающих с этими древнейшими наземными позво­ночными.

Еще в давние времена (до эры динозав­ров) высшие териодонты — терапсиды при­обрели многие черты строения и физиоло­гические особенности, характерные для млекопитающих. Это — лактация, способ дыхания и питания, обоняние... Но вдруг терапсиды исчезают. В геологических слоях более поздних, чем триасовый период, па­леонтологи не находят останков терапсид. У филогенетического древа оказались обло­манными крупные ветви. Однако какие-то ветви терапсид, видимо, ставшие предками млекопитающих, выжили, ускользнув от уничтожающего удара природы. Но тем не менее палеонтологи несравненно чаще встречают в поздних слоях обширные клад­бища динозавров.

Эти пресмыкающиеся, если судить по раскопкам, владели планетой примерно 150 миллионов лет. Однако эра динозавров не­ожиданно заканчивается 64,5 миллиона лет назад. Ученые разных наук небывало друж­но ухватились за вопрос: почему так стре­мительно исчезло с лица Земли обширное сообщество динозавров? Было выдвинуто множество гипотез. Вот три из них. Повы­шенная активность вулканов: газы и выбро­шенный пепел пеленой затянули небо и ослабили солнечную радиацию — динозав­ры не вынесли похолодания. Вспышка близ­кой к Земле сверхновой звезды — живо­тные не выдержали облучения.

Журнал «Шпигель» (ФРГ), посвятивший динозаврам не одну публикацию, считает самой достоверной гипотезу, поддержан­ную американским физиком лауреатом Но­белевской премии Луисом Альваресом, конструктором первого циклотрона. В 1980 году Альварес ознакомился с обнаружен­ным в Южной Франции геологическим сло­ем, очень богатым ядовитым иридием. Этот элемент, скромно представленный в земной коре, заметно присутствует в метеоритах. Либо крупный метеорит, либо дождь мете­оритов доставил этот элемент на Землю.

Слой земли, содержащий иридий, имеет возраст как раз 64,5 миллиона лет, то есть совпадает по времени с гибелью динозав­ров. Убедительный аргумент в упомянутом выше конкурсе гипотез. Десятилетние де­баты палеонтологов закончились приняти­ем этой гипотезы как наиболее вероятной (правда, несогласные с этой гипотезой ви­дят главный ее аргумент в том, что в деле участвовал физик с громким именем).

Есть еще одна метеоритная гипотеза, ко­торую продолжают обсуждать серьезные ученые. Не так давно на острове Гаити были найдены мелкие стеклянные шарики, слов­но пролившиеся здесь дождем. Ученые по­лагают, что такой «дождь» здесь выпал по­сле удара метеорита о полуостров Юкатан. Рассеянные шарики и кварцы, расплавившиеся на дне кратера, образованного упав­шим метеоритом, имеют одинаковую геохи­мическую природу. Метеорит был разме­ром с десятикилометровую скалу и при ударе выделил примерно 70 миллионов ме­гатонн энергии — это во много раз больше, чем атомные заряды, созданные человеком.

Поднятая ударом метеорита пыль окутала всю планету, а главное — испарившиеся вещества самого космического пришельца сконденсировались в верхних слоях атмос­феры в крохотные непрозрачные шарики, позже пролившиеся дождем на Землю. Пы­левая вуаль, окутавшая планету на долгие годы, понизила на несколько градусов сред­негодовую температуру Земли. Наступила затяжная зима (именно такую предвещают нам физики, если разразится атомная вой­на). Азотные окислы, образовавшиеся в ат­мосфере при высокой температуре взрыва, потом в виде кислотных дождей поливали динозавров. Но даже уцелевшие животные подверглись новому испытанию: постепен­но атмосфера очистилась и вновь стала прозрачной, но в ней сохранились газы, вызвавшие парниковый эффект. Получи­лось, как в контрастном душе: сначала ди­нозавров охватил жуткий холод, потом — невыносимая жара. Ящеры не выдержали этого испытания.

Не менее драматичными событиями обо­рачивается падение крупного метеорита в мировой океан. Поскольку он занимает бо­лее 70 процентов поверхности Земли, то, надо думать, и метеоритных попаданий в него было значительно больше, чем на су­шу.

Математическая модель такой катастро­фы составлена русским астрономом Л. Крживским. Она исходит из того, что в океан падает метеорит поперечником в де­сять километров. В ответ на падение такого гиганта из стратосферы выпадает снег. Об­разовавшиеся мощные облака окутывают планету, идут нескончаемые ливни. Так, по расчетам ученого, продолжается многие де­сятки тысячелетий. Затем появляется пар­никовый эффект — средняя температура на планете поднимается на десятки граду­сов.

Так выглядят метеоритные гипотезы, пы­тающиеся объяснить исчезновение с ли­ца Земли одного из выдающихся предста­вителей животного царства. Однако массо­вая гибель динозавров — явление не уни­кальное. Такого рода события в истории биосферы случались неоднократно. Пале­онтологи считают, что за последние 500 миллионов лет жизнь на Земле по меньшей мере пять раз подвергалась угрозе почти полного уничтожения (мы уже говорили о гибели терапсид).

Например, 368 миллионов лет назад на Землю упал метеорит со скоростью в сто раз превышавшей скорость звука. Гигант­ский космический странник ударился о ска­лы в 250 километрах от нынешнего Сто­кгольма. Миллионы тонн поднявшейся в воздух пыли, расплавленные породы, окислы азота стали следствием этой чудовищ­ной катастрофы. Кислотные дожди и про­чие губительные спутники" этого столкнове­ния уничтожили живность не только на суше, но и в море — коралловые рифы, панцирных рыб и множество мелких мор­ских животных. Погибло около двух третей всех живых существ. Американские пале­онтологи считают, что и терапсиды, пред­шественники млекопитающих, были унич­тожены громадным метеоритом. Уцелели только самые жизнестойкие.

Гипотеза катастроф как движущей силы эволюции, выдвинутая когда-то Ж. Кювье, в наши дни получила поддержку американ­ского палеонтолога Д. Даула. Он насчитал до 40 массовых исчезновений животных, и всякий раз, по его мнению, гибель прихо­дила из космоса. Эта точка зрения вызвала, конечно, и критические замечания; Глав­ное, чего требуют несогласные с ней, — назвать, что же стало причиной исчезнове­ния того или иного сообщества живой при­роды. Но авторам гипотезы нужно время: ведь в систематику палеонтологии надо внедрить историю встреч Земли с метеори­тами.

Угроза может прийти из космоса не толь­ко в облике исполинского метеорита. Во Вселенной есть и другие барьеры, которые должна взять живая материя, чтобы уцелеть на нашей планете.

Жизнь появилась на Земле около 2500 миллионов лет назад. Вначале это были одноклеточные, затем животные, лишен­ные скелета, например, так называемые медузоидные. Но их возраст много меньше — они не старше 570 миллионов лет.

Как известно, Земля вместе с Солнечной системой вращается вокруг центра тяжести нашей Галактики. Период обращения равен примерно 230 миллионам лет. Это значит, что живое население планеты более десятка раз обернулось вокруг галактического цен­тра. Что могла встретить Земля на этом долгом пути?

Астрофизики убеждены, что сменам жи­вотного мира предшествовали вспышки так называемых сверхновых звезд. Такие собы­тия не столь редки в нашей Галактике — одно-два в столетие. А сколько веков несет на себе Земля живую материю! Если взрыв такой звезды произойдет близко, не только жизнь, но и вся планета может быть попросту испепелена. Если же расстояние от взрыва достаточно велико, особенно стой­кие организмы могут выжить, хотя большая масса живых существ погибает. Расширяю­щееся вещество взорвавшегося светила об­разует сферу из раскаленных газов, они в своем движении сжимают и нагревают рас­сеянную материю, присутствующую в меж­звездном пространстве. Эти обе нагретые сферы — тоже опасность для населенной планеты, хотя угроза жизни заметно умень­шается с удалением от «сверхновой».

Некоторые исследователи считают, что могут быть вредоносными и пылевые обла­ка, занимающие в космосе огромные про­странства. Если Солнечная система встре­тит их на своем пути, то пыль частично затенит свет, идущий от Солнца, на плане­тах может сильно понизиться температура — опять урон для жизни.

Беда, постигшая живые существа, не ог­раничивается только холодом. Дело в том, что с понижением температуры увеличива­ется растворимость в воде двуокиси углеро­да. Следовательно, в атмосфере его стано­вится меньше. В первую очередь от этого страдает растительный мир, для которого двуокись углерода — основной источник питания. За ним начинается голод у растительноядных, а затем вымирают и хищники.

К сожалению, астрономия не может ука­зать хоть один конкретный случай прохождения Солнечной системы через космиче­ские пылевые облака, хотя за 2,5 миллиарда лет странствий по Галактике нашей насе­ленной жизнью Земли случай этот весьма вероятен — как и его последствия.

Теория Земного вмешательства в процесс эволюции

Известный английский астроном А. Эддингтон в начале 20-х годов нашего века сравнил планету и ее биосферу с голо­вкой сыра, покрытой тонкой пленкой пле­сени. Ученый хотел сопоставить могущест­во и силу мертвой материи с хрупкой и почти беззащитной живой природой. (Правда, эта оценка вряд ли относится к нашему времени, когда человеческая дея­тельность, если ее не подчинить требовани­ям экологии, сама грозит омертвить плане­ту.)

Если обратиться к очень древним време­нам, то Эддингтон окажется прав. Не од­нажды природа создавала условия, которые умерщвляли почти все живое. Палеонтоло­ги установили, что в истории биосферы была трагедия грандиозных масштабов — 90 процентов живых организмов погибли по причинам, рожденным самой планетой.

До недавнего времени мы в самых общих чертах представляли лик планеты, каким он был 300 миллионов лет назад, то есть на карте полушарий могли представить Лавразию и Гондвану — гигантские материки, временами соединявшиеся в один конти­нент — Пангею. Сотрудники отдела плито-тектоники Института физики Земли, воз­главляемые О. Сирохтиным, выдвинули предположение, что до Лавразии и Гондваны на планете были другие сверхконтинен­ты. Временами — на протяжении миллио­нов лет — они распадались на более мелкие материки вроде теперешних и вновь спла­чивались в единый конгломерат.

Первым в истории Земли был единый континент Моногея; в течение миллионов лет он распался и вновь соединился в сверх­материк Мегогея. Затем таким же образом возникла Мезогея и лишь потом — Лавразия и Гондвана. Не вдаваясь в подробности этой гипотезы, скажем только, что основана она на исследовании конвекционных дви­жений магмы, которые определяют движе­ние тектонических плит на поверхности планеты.

Эти движения, в частности, помещали то один, то другой из материков в полярные области. Недаром палеомагнитологи насчи­тывают несколько бывших магнитных по­люсов, находящихся ныне далеко от южно­го и северного. Считалось, что причиной тому «кувыркание» земного шара. Не ло­гичнее ли было бы, однако, предположить, что это дрейф материков время от времени ставил их в полярные позиции.

К нашей теме это имеет непосредственное отношение. Представьте, что обе полярные области заняты крупными материками. Вместо одной, как теперь, антарктической ледяной шапки у Земли в какое-то время было их две. Есть данные, что тогда океан понизился на 150 метров, а на планете было гораздо холоднее. Все организмы, обитав­шие до того на шельфовых глубинах, погиб­ли, а они в ту пору составляли до 3/4 живого вещества на планете. Известно, что корал­лы — жители шельфа — несколько раз почти полностью гибли. Примечательно, что два величайших в истории Земли выми­рания живого не совпадают по времени с крупными метеоритными ударами, хотя в одном из случаев речь идет о гибели 90 процентов всех видов.