На иллюстрации изображены сначала рост, а потом сокращение озоновой дыры за последние десятилетия. Темно-серым показано истощение озонового щита в верхних слоях атмосферы.
Земля — снежный ком
Теорию ледниковых периодов приняли более века назад. А в 1992 году была предложена более радикальная идея. Что если в далеком прошлом планета настолько охладилась, что полностью замерзла? И может быть, это внезапное оледенение было как-то связано с эволюцией многоклеточных?
В то время как темная поверхность поглощает свет и тепло, светлая, наоборот, их отражает. Соответственно, альбедо, то есть отражающая способность Земли, возрастает с увеличением количества льда на поверхности планеты. В 1960-е годы советский климатолог Михаил Иванович Будыко предположил, что у этого процесса есть обратная связь, то есть и без того холодный климат становится еще холоднее, из-за того что солнечное тепло отражается от поверхности планеты. Не так ли Земля превратилась в снежный ком?
Название для этой гипотезы, «Земля — снежный ком», предложил в 1992 году американский геолог Джозеф Киршвинк. Однако идея глобального оледенения в прошлом — возможно, даже нескольких — давно витала в воздухе среди геофизиков. Одна из теорий принадлежала Дугласу Моусону, австралийскому геологу, который нашел доказательства обледенения в докембрийских породах Австралии. Это подсказало Моусону, что весь мир, по крайней мере суша, некогда был покрыт ледниками. Каким еще образом может замерзнуть такая субтропическая страна, как Австралия? Моусон работал в начале 1950-х годов, до того как свидетельство континентального дрейфа перевесило мнения, высказанные против него. Поэтому мысль, что Австралия когда-то находилась на более северных широтах, не фигурировала в его суждениях. Тем не менее идею замерзшей Земли никогда не сбрасывали со счетов.
Воздух, которым мы дышим, на 21 % состоит из кислорода, но так было не всегда. Кислород выделяют растения в процессе фотосинтеза. Раньше в атмосфере Земли было гораздо больше углекислого газа. Ранние формы живых организмов не использовали кислород, и когда в атмосфере его стало больше (в результате фотосинтеза), он оказался токсичным для большинства живых организмов на Земле, что спровоцировало их массовое вымирание, так называемую кислородную катастрофу. Полосчатая железорудная формация (на фото) образуется при взаимодействии чистого железа с кислородом, образуя слои гематита. Это верный признак того времени, когда в воздухе произошел кислородный всплеск.
В 1960-е годы в рамках изучения дрейфа материков и тектоники плит данные палеомагнитных исследований показали, что, когда на Шпицбергене и в Гренландии были залежи ледников, сами они (архипелаг и остров) находились гораздо южнее — в тропических широтах. Продолжая работу в этом направлении, ученые предположили, что оледенение было настолько масштабным, что даже в тропиках океан превратился в лед.
Существует несколько предположений о том, что могло вызвать глобальное оледенение. Одно из них объясняет происходящее эффектом альбедо — белая, покрытая льдами планета отражала больше тепла. Или, возможно, резко сократилось содержание углекислого газа на планете, что привело к уменьшению парникового эффекта, и планета стала терять больше тепла, чем раньше. С помощью моделирования удалось подтвердить, что в условиях холодного климата большая часть поверхности Земли замерзла и могла долго оставаться в таком состоянии за счет механизмов, описанных выше.
По словам Джозефа Киршвинка Земля была покрыта льдами и напоминала снежный ком в протерозойскую эру, до возникновения сложных форм жизни. Он предположил, что этот период длился 100 млн лет и почти все моря замерзли, осталась лишь небольшая полынья у экватора. Другие ученые предполагали, что оледенение было не таким экстремальным и некоторые области регулярно оттаивали и замерзали снова, поэтому его лучше характеризует словосочетание «талый снежок». Что бы там ни было, снег или слякоть, эта часть истории Земли теперь называется криогенный период. Другой пример оледенения Земли — Гуронское оледенение, одно из древнейших и наиболее продолжительных в истории планеты, продолжавшееся около 300 млн лет (2,4–2,1 млрд лет назад). Причиной Гуронского оледенения была кислородная катастрофа, в ходе которой в атмосферу Земли поступило большое количество кислорода, выработанного фотосинтезирующими организмами, а уровень углекислого газа соответственно сильно упал, что привело к гораздо более прохладному климату.
Проект «АРГО»
В 1999 году в Мэриленде прошла встреча океанографов, на которой обсуждали комплексную стратегию наблюдения за океанами. В результате была поставлена цель обновить методы сбора данных. Так появился проект «АРГО».
В начале 1990-х годов для исследования рельефа поверхности мирового океана (у него есть выступы и впадины, вызываемые приливами, ветрами и течениями) был запущен спутник «Ясон», названный в честь легендарного древнегреческого мореплавателя. Когда океанографы решили установить систему промеров в морях, чтобы дополнить данные, полученные со спутника, они назвали проект «АРГО» в честь корабля Ясона, на котором он и его команда аргонавтов отправились за золотым руном. Всего за 8 лет под эгидой «АРГО» было спущено на воду 3000 поплавковых зондов для создания карт, показывающих, как меняется температура и соленость океана, в режиме реального времени.
Каждый поплавок «АРГО» служит около четырех лет. В настоящее время около 300 поплавков работают одновременно.
Каждый поплавок «АРГО» отправляет данные по спутниковой связи. Он также погружается в воду через определенные отрезки времени и собирает данные с различной глубины. Это происходит за счет закачивания масла в резиновую камеру, от чего меняется плотность, и погружение становится возможным. К настоящему времени поплавки «АРГО» отправили уже больше миллиона отчетов с данными.
Происхождение Луны
Размер Луны составляет 1/4 от размера Земли. Несмотря на свой скромный размер, Луна считается довольно большим спутником. Но откуда она взялась?
Большую часть XX века теория Дарвина считалась лучшей теорией происхождения Луны. Но не Чарлза, а его сына Джорджа, астронома и геолога. Дарвин предположил, что молодая Земля, все еще очень горячая и мягкая, вращалась с высокой скоростью, и от нее оторвался кусок или куски расплавленного вещества (магматический сгусток). Вещество вышло на орбиту и, постепенно остывая, превратилось в Луну.
Гипотеза центробежного отделения поначалу была не более чем плодом воображения Дарвина, так как не имела реальных доказательств. Однако в 60–70-е годы XX века все изменилось, когда астронавты «Аполлона» вернулись на Землю с впечатляющей добычей — образцами лунных пород.
Представьте, какое было бы зрелище — увидеть столкновение двух планет!
Минеральный состав Луны оказался похожим на состав земной мантии. Это было логично, если Луна образовалась из того же материала. Теория центробежного отделения стала популярной, обойдя две конкурирующие гипотезы. Первая из них, гипотеза совместной аккреции, объясняет параллельное формирование Земли и Луны как двух отдельных тел из одного и того же исходного материала. Но у этой гипотезы есть противоречия. Если оба тела формировались в одинаковых условиях, почему тогда Луна не является уменьшенной копией Земли? За счет большого металлического ядра Земля превосходит Луну по плотности почти в два раза. Считается, что у Луны очень маленькое холодное ядро. Может быть, Луна образовалась где-то в другом месте Солнечной системы? Так объясняет происхождение Луны гипотеза захвата: однажды Луна проходила мимо Земли и попала в ее гравитационное поле. Но и у этой гипотезы есть слабые места. Спутники других планет были захвачены верхними слоями их атмосферы, которые достаточно сильно замедляют движение космических тел, чтобы поймать их в ловушку своей орбиты. Но, чтобы захватить такое большое небесное тело, как Луна, молодая Земля должна была обладать густой и плотной атмосферой немыслимого размера.
Мы всегда видим одну и ту же сторону Луны. Несмотря на то, что Луна вращается, ее вращение привязано к вращению Земли. Период вращения вокруг Земли и период вращения вокруг своей оси у Луны совпадают — и, хотя оба тела непрерывно движутся, мы можем наблюдать лишь одно полушарие Луны. На нее действуют силы притяжения Земли, они замедляют скорость ее вращения до полной синхронизации с Землей.
В целом геологи не считали теорию центробежного отделения истиной в последней инстанции, и к XXI веку, спустя много лет изысканий и предположений, они предложили альтернативную гипотезу.
Разработка гипотезы столкновения началась с открытия того, что лунные породы состоят из силикатных минералов, входящих в состав мантии Земли.
У этой гипотезы впечатляющее название «Модель мегаимпакта» (также известна как «Гигантское столкновение»). После долгого и многократного компьютерного моделирования текущая гипотеза стала звучать следующим образом: размер Земли изначально составлял 90 % от текущего. Около 4,4 млрд лет назад (после того, как у Земли было несколько миллионов лет, чтобы привести себя в порядок) рядом появилась еще одна планета, по размерам сравнимая с Марсом. Эта гипотетическая планета называется Тейя в честь древнегреческой богини, породившей Солнце и Луну. Тейя ударила Землю по касательной — этого было недостаточно для того, чтобы обе планеты разрушились, но достаточно для того, чтобы их поверхности расплавились и превратились в океан магмы, а сами планеты слились в одну. Ударом выбило кусок расплавленной материи из мантии Земли, который попал на околоземную орбиту и собрался в Луну. Эта гипотеза объясняет, почему минералы лунных пород так похожи на минералы в составе мантии Земли и почему ядро Луны такое крохотное по сравнению с ядром нашей планеты (металл у Земли находился гораздо глубже). Что касается Земли, гипотеза объясняет, почему металлическое ядро Земли такое большое для планеты ее размера —