Спуск биологов

Проверено в экспериментах. Если чужие бактерии и не смогут пережить вход несущих их метеоритов в атмосферу, то уж набор сложной органики космические гости вполне способны доставить на Землю. Так всё-таки жизнь зародилась благодаря "пришельцам" из космоса? В свете свежих исследований европейских и американских специалистов давняя гипотеза панспермии поворачивается новыми гранями.

Очередной материал для размышлений поступил от группы во главе с Франсис Весталл (Frances Westall) из французского Центра молекулярной биофизики (Centre de biophysique moléculaire).

В прошлом году Франсис и её команда провели на российском биоспутнике "Фотон-М3" (Foton M3) эксперимент Stone-6. Точнее, этот опыт проходил в тот момент, когда спускаемый аппарат "Фотона" уже возвращался на Землю. В тепловой щит капсулы учёные встроили несколько образцов земной породы, в которых были заключены различные "следы" жизни, а также бактерии Chroococcidiopsis.

Днище аппарата, вонзившегося в атмосферу на скорости 7,6 километра в секунду, разогрелось до температуры 1700 °C. Это позволило в некоторой степени воспроизвести ситуацию, когда метеориты, гипотетически способные нести живой груз, входят в воздушную оболочку Земли.

	Франсис Весталл возглавляет научную группу с говорящим названием Exobiology (фото A. Schneck/CNRS).

Ныне европейские исследователи подвели итоги опыта. Для гипотезы панспермии они оказались... неоднозначными. Но по порядку.

Все образцы насчитывали 2 сантиметра в толщину. Первый из них состоял из 3,5-миллиардолетней осадочной породы, взятой в австралийском местечке Пилбара (Pilbara). В этом материале содержались микроскопические углеродистые окаменелости. Второй — озёрные осадочные породы с Оркнейских островов, содержащие химические следы древних организмов. Третий кусочек представлял собой просто базальт — в качестве контрольного материала. Он был потерян в ходе спуска.

Первый экземпляр земной породы покрылся полмиллиметровой спёкшейся корочкой, но под ней остались нетронутыми окаменелости. Второй образец потерял треть массы, но сохранил в себе биомолекулы, рапортуют экспериментаторы.

А вот микроорганизмы Chroococcidiopsis, которыми учёные "засеяли" и первый и второй тестовые образцы породы, не пережили огненной купели. Правда, биологи нашли оставшиеся от бактерий микроскопические "угольки".

"Эксперимент Stone-6 свидетельствуют о том, что если марсианские осадочные метеориты несли следы прошлой жизни, эти следы безопасно достигнут Земли, — прокомментировала результат опыта Франсис. — Однако эти результаты выглядят более проблематичными, если применить их к панспермии. По крайней мере, два сантиметра скалы не являются достаточными для защиты организма в течение спуска".

При чём тут Марс? Работа Весталл отсылает к давней и, кажется, бесконечной дискуссии о следах микроорганизмов, найденных в марсианских метеоритах. Тех, что состоят из породы, некогда выбитой ударами астероидов с Марса и после долгих скитаний по космосу попавшей на Землю. Это "камни с неба" ALH84001 (о нём читайте также тут) и Nakhla.

Метеорит ALH84001 и примеры загадочных вытянутых структур, видимых при большом увеличении (фотографии NASA).

Если такие находки окончательно подтвердятся, это не только расскажет нам о живом прошлом Красной планеты, но ещё и подбодрит сторонников панспермии — занесении жизни на Землю из космоса теми же метеоритами. Есть, к слову, вариант этой гипотезы, в котором наиболее вероятными кандидатами на "биотакси" названы кометы. Возникает, правда, вопрос о первоначальном месте появления жизни. И тут есть оригинальные версии.

Что любопытно, даже губительный для бактерий полёт верхом на скале через атмосферу (заметим, им никто ведь не "запрещает" зарываться и глубже двух сантиметров) не означает крах данной теории. Ведь ещё остаётся вариант с занесением на нашу планету не бактерий, а только важных химических "кирпичиков", без которых жизнь у нас просто не появилась бы. И тут нужно рассказать о другой работе.

На днях учёные из центра Эймса (Ames Research Center) завоевали премию имени Гарри Джулиана Аллена (Harry Julian Allen Award 2008). Любопытно, что награду исследователи получили за работу, результаты которой были опубликованы в Science ещё в 1999 году. Таким долгим оказался путь к признанию. Но тем оно ценнее. А большое значение данного исследования не утратилось и поныне.

Что же открыли американцы? Они объяснили, как в метеоритах возникают специфические органические соединения — хиноны — являющиеся вместе с рядом своих производных важными элементами жизни.

Начинается всё с полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), обнаруженных в космосе в изобилии (в далёких галактиках в том числе). Они синтезируются при гибели массивных звёзд, богатых углеродом.

Однако в пространстве астрономы наблюдают обычные ПАУ, в то время как в метеоритах находят их более интересную вариацию — те самые хиноны. Отличие — в дополнительных атомах кислорода или дейтерия, присоединённых к ароматическому кольцу. Откуда они берутся? Что происходит за то огромное время, пока летающие скалы (вобравшие из пространства рассеянные взрывами звёзд вещества) блуждают по космосу?

Чтобы выяснить это, учёные из центра Эймса провели эксперимент. Они смешали ПАУ с водяным льдом и выставили образцы под сильное ультрафиолетовое излучение, обеспечив заодно космический холод и глубокий вакуум.

Крошечные ледяные зёрна в космическом пространстве изначально обладают относительно простой химией, но под действием излучения в них запускаются любопытные реакции, объясняют американские учёные (иллюстрация с сайта astrochem.org).

В таких условиях ПАУ перестроились, прореагировав с водой и образовав те самые органические соединения, которые исследователи находят в метеоритах, а также идентичные тем, что можно увидеть в космосе (сходство подтверждено спектроскопией).

"Оказывается, вам нужны всего лишь водяной лёд и излучение для изменения этих молекул", — обрадовался один из авторов работы Макс Бернстейн (Max Bernstein).

Получается, что возникновение жизни не такой уж случайный процесс? А ведь ПАУ — лишь один, хотя и важный пример предусмотрительности Природы.

Вспомним, что в космическом пространстве астрономы уже находили аминокислоту глицин и сахар, молекулярный кислород, метанимин и цианид водорода (элементы аминокислоты, между прочим), азотные гетероциклы, аминоацетонитрил и другие сложные соединения.

В протопланетных же дисках, как известно учёным, можно отыскать воду, углекислый газ и метанол или, к примеру, ацетилен (всё это может пригодиться для строительства ДНК и белков).

Различных составных элементов жизни в космосе – пруд пруди, и они, что важно, возникают там вполне закономерно и естественно (иллюстрация NASA/Jenny Mottar).

Это и вправду достаточно сложная кухня, чтобы послужить источником жизни. А ведь ещё известно, что метеориты принесли на Землю так необходимые для жизни соединения фосфора. Более того, в отдельных камнях, прилетевших к нам с просторов Солнечной системы, исследователи уже обнаружили важные компоненты ДНК.

Остаётся лишь представить, как всё это богатство, попавшее так или иначе на поверхность планеты, "надумало" стать живой материей. Инкубаторы для будущих клеток можно найти всё в тех же метеоритах. А вот детали такого превращения всё ещё остаются предметом споров.

Но главное — сложные соединения, которые могут стать компонентами клеток, не являются на просторах Вселенной чем-то редким и необычным. Луи Алламандола (Louis J. Allamandola) из центра Эймса говорит: "Молекулы из космоса помогли сделать Землю таким приятным местом, каким она является сегодня".

Это значит, что появление людей и, в конечном счёте, нас с вами, читающих о новых достижениях учёных, становится чуть-чуть менее таинственным.

Удивление астрономов

Объект, отснятый близ звезды, сходной с Солнцем, не вписывается в привычные теории формирования планет. Специалистам ещё предстоит разобраться с особенностями рождения этого странного мира, а широкая публика просто любуется снимками. Ещё бы – не каждый день можно увидеть планету другой звезды, пусть и открыты их сотни.

Звезда 1RXS J160929.1-210524 расположена примерно в 500 световых лет от нас. Она очень похожа на Солнце. Её "вес" равен 85% массы нашей родной звезды. Правда, это светило значительно моложе нашего – 210524 возникла порядка пяти миллионов лет назад.

Новая планета, по расчётам астрономов, обладает массой примерно в восемь масс Юпитера. И она не была бы такой уж уникальной, если б не два обстоятельства. Первое – она "вживую" запечатлена на снимках. А о втором скажем позже.

Авторы открытия — астрономы из университета Торонто (University of Toronto), работавшие в обсерватории Gemini на Гавайях, радуются необычайно.

"Впервые мы непосредственно увидели объект планетарной массы на орбите вокруг звезды, такой как Солнце, — заявил один из "счастливчиков" Дэвид Лафренье (David Lafrenière) в пресс-релизе обсерватории. — Если мы подтвердим, что этот объект действительно гравитационно привязан к звезде, это будет крупным шагом вперёд".

Звезда 1RXS J160929.1-210524 и её "кандидат в компаньоны" (в верхнем левом углу). Этот кадр составлен комбинацией снимков в нескольких диапазонах волн (фото Gemini Observatory).

Интригу, впрочем, принесло не яркое достижение наблюдательной астрономии как таковое, а выявленные параметры системы.

Оказалось, что гипотетическая планета отстоит от своего светила на расстояние в 330 астрономических единиц, или более чем на порядок больше, чем удалён Нептун от Солнца.

Это входит в противоречие с имеющимися представлениями о закономерностях в формировании планетарных систем и, по мнению астрономов, говорит о том, что у Природы имеется "в запасе" несколько механизмов для рождения объектов планетарной массы у нормальных звёзд, схожих с Солнцем.

Правда, для надёжного подтверждения того, что открытый мир действительно вращается вокруг 1RXS J160929.1-210524, а не случайно попал почти на один луч зрения, потребуется провести дополнительные наблюдения, которые займут пару лет.

Пока же учёные рассчитали параметры гипотетической планеты. Этот газовый гигант необычайно молод (и даже ещё не закончил своё сжатие), а температура на его поверхности очень высока — 1500 °C.

В этом смысле (а если точнее — по особенностям спектра) он больше похож на коричневый карлик, хотя не так массивен. (Подробности можно найти в статье авторов открытия, выложенной на сервере препринтов arXiv.org).

И пусть данная экстрасолнечная планета — не первая, попавшая "на плёнку", в некотором роде она всё же первенец: поскольку родительская звезда так близка по своим параметрам к нашему светилу. Первые же внеземные миры, запечатлённые на снимках, принадлежат не вполне полноценным звёздам. Вспомним об этих находках.

Слева: снимок коричневого карлика 2M1207 и его планеты составлен из трёх кадров, сделанных на разных частотах в инфракрасном диапазоне. Справа: GQ Волка и её планета, также отснятая в ИК-диапазоне (фотографии ESO).

Прежде всего, это планета 2M1207b, попавшая в кадр в апреле 2004-го, публично "объявленная" в сентябре того же года и окончательно "подтверждённая" уже в 2005-м.

А ещё — планета GQ Lupi b, сфотографированная в июне 2004 года и "обнародованная" в 2005-м, после надлежащей проверки. Интересно, что тогда астрономам удалось выявить ту же самую планету на старых снимках (1999-2002 годов), на которых она не была замечена ранее.

Основные параметры тех пар таковы.

2M1207 — это сравнительно молодой (5-10 миллионов лет) коричневый карлик (25 масс Юпитера), "живущий" на расстоянии в 172 световых года от нас.

Его компаньон — планета массой примерно от 3 до 10 масс Юпитера. Удаление её от своего солнца составляет порядка 40 астрономических единиц. Это молодая планета, не успевшая ещё остыть: её температура достигает 1000-1300 градусов Цельсия.

GQ Lupi (то есть GQ Волка) — это очень и очень молодая звезда (ей от роду менее 2 миллионов лет), которая обладает массой в 70% от массы Солнца. Расстояние до Земли — 400-500 световых лет.

Недавно открытый мир GQ Lupi b отделяет от его родного солнца 100 астрономических единиц.

Интересно, что эта планета может оказаться коричневым карликом, поскольку масса её пока точно не определена. Известны лишь пределы: 1-36 масс Юпитера. Напомним, граница между газовыми гигантами и коричневыми карликами проходит примерно по 13 массам Юпитера.

Температура на поверхности также высока — свыше 2300 °C.

Все три сфотографированных объекта интересны и своеобразны. Но особенно важно будет соединить знания, полученные о каждом из них.

Дело в том, что данные гигантские планеты, наряду с аналогичными мирами, обнаруженными косвенными методами, значительно расширяют представления астрономов о возможных комбинациях родительских звёзд и их планетных семейств.

Действительно, пёстрая картина: горячие Юпитеры, расположенные у самых звёзд, ближе, чем Меркурий к Солнцу, и, напротив, ледяные Суперземли, лежащие где-то на окраинах своих систем; молодые гигантские планеты, обитающие необычайно далеко от своих родительских звёзд, но при этом раскалённые не хуже миров "приближённых", и компаньоны звёзд, которые сами едва ли не претендуют на звание звезды; самостоятельные пары коричневых карликов и планетарные системы с несколькими мирами разного "достоинства"; коричневые карлики, спокойно обитающие в системе своей родной звезды по соседству с обычными планетами…

Что попадётся в объективы завтра?

Самые большие простые числа

Математики обнаружили два самых больших простых числа в истории

Группы математиков из США и Германии обнаружили два самых больших простых числа в истории. Данное открытие может значительно увеличить эффективность систем шифрования, применяемых в современной вычислительной технике. Оба числа были открыты с разницей в пару недель и каждое в рамках проекта Great Internet Mersenne Prime Search (GIMPS), длящегося уже 12 лет полный текст

Источник: Cybersecurity.ru

Алкоголь

Американские учёные разработали новое средство для борьбы с алкогольной зависимостью. Клинические испытания на крысах показали, что в результате приёма нового препарата животные, страдающие пристрастием к этанолу в тяжёлой форме, отказывались от его употребления на длительный срок.

В настоящее время у весьма актуальных, к сожалению, проблем алкоголизма и наркомании нет по-настоящему действенного терапевтического решения: на рынке представлены несколько препаратов, ни один из которых не является оптимальным.

Например, достаточно популярный у врачей-наркологов налтрексон (МНН naltrexone) помогает лишь незначительному числу пациентов. Его действие предусматривает блокировку определённых рецепторов в головном мозге, тем самым как бы лишая человека, страдающего зависимостью, "приятных ощущений", связанных с употреблением алкоголя или наркотиков. Но само влечение и связанные с ним психологические проблемы никуда при этом не исчезают.

Тем не менее именно на базе налтрексона нейрофизиологи из университета Калифорнии в Сан-Франциско (University of California, San Francisco) во главе с Селеной Бартлетт (Selena Bartlett) решили разработать более действенное средство.

Дело в том, что опиоидные рецепторы, ответственные за состояние эйфории, подразделяются на множество типов, каждый из которых оказывает специфическое воздействие на организм (хотя оно и не является исключительным).

Специализация налтрексона – мю-рецпторы, которые особенно важны для восприятия и обработки сигналов о вредоносных воздействиях.

Американцы же попытались подобрать такую формулу препарата, чтобы сфокусировать его действие на дельта-рецепторах. Последние более редки, но, как полагают некоторые учёные, в большей степени связаны с получением удовольствия, чем с нейтрализацией боли (механизмы эти взаимосвязаны).

Клинические испытания синтезированного в итоге дельта-антагониста, получившего название SoRI-9409, уже проведены – на крысах. Отчёт об этом исследовании опубликован в журнале Biological Psychiatry.

Животным, страдающим пристрастием к спиртному в тяжёлой форме, давали препарат в течение 28 дней. В результате ещё четыре недели после окончания курса терапии они воздерживались от употребления алкоголя и в целом в два раза снизили его потребление.

"Одна из самых острых проблем в этой области состоит в том, что когда пациенты возвращаются домой из клиники, они нередко возобновляют приём психоактивных веществ", — подчёркивает доктор Бартлетт.

Таким образом, авторы нового препарата надеются значительно повысить эффективность реабилитации пациентов, обеспечив устойчивую ремиссию на "физиологическом" уровне.

Читайте также о том, как бороться с алкоголизмом помогает почта, а также об алкоголизме у животных.

Тепло Земли

Всё течёт, всё меняется. Весь мир вокруг нас находится в движении. Даже земля в буквальном смысле уходит из-под ног, хотя это и не очень заметно. Моря и океаны, материки и архипелаги – ничто не знает покоя. До поры до времени: увы, рано или поздно геологическая жизнь планеты остановится. Но есть способ отсрочить приговор – с помощью океанов и суперконтинентов.

Сейчас каждый школьник знает, что оболочка Земли неоднородна и состоит из относительно цельных плит, находящихся в постоянном движении. Однако механизмы, управляющие тектонической активностью, весьма сложная штука.

Несмотря на всё изящество и логичность концепции "одни плиты раздвигаются, а другие сталкиваются", в каждом конкретном случае геофизические процессы столь замысловаты, что детально описать, например, образование горных цепей – задачка не из лёгких.

Оболочка Земли называется литосферой. В неё входят твёрдая кора и самая холодная, вязкая часть верхней мантии. Континентальная и океаническая оболочки различаются. Если упрощённо, они представляют собой граниты и базальты. Некоторые платформы сложены исключительно океанической корой, другие состоят из блока континентальной, "впаянного" в океаническую. Вот как это выглядит в цифрах: мощность континентальной литосферы составляет от 40 до 200 километров (а по некоторым оценкам до 400), в том числе кора – от 30 до 50 километров; мощность океанической литосферы – от 50 до 100 километров, в том числе кора – от 7 до 10 километров. Отметим, что данные эти приблизительные и в будущем могут уточняться (иллюстрация U.S. Geological Survey).

Да и утвердилась "мобильная" точка зрения относительно недавно – в 1960-х и 1970-х. До этого господствовали "стационарные" представления. Например, горы, согласно распространённой ещё в начале XX века гипотезе, рождались подобно морщинам на сушёном яблоке – по мере остывания коры.

Впоследствии появился ряд других теорий, но все они так или иначе отвергали саму возможность движения континентов. Даже призывы сравнить линии побережья Африки и Южной Америки, складывающиеся, казалось бы, в очевидный пазл, не производили никакого впечатления на официальную науку.

Главным основанием для скепсиса было отсутствие видимой причины дрейфа материков: сила, толкающая их, должна быть огромна. Но в чём её источник?

Наиболее крупных плит восемь: Северо-Американская, Евразийская, Южно-Американская, Африканская, Индостанская, Австралийская, Антарктическая и Тихоокеанская. Самостоятельность "мегаплит" в целом не вызывает сомнений, но их границы не везде являются однозначными. Крупнейшие платформы в основе своей имеют древние ядра – кратоны, которые возникли на заре тектонической активности. Сибирь, например, один из таких "нуклеаров". Для нас основное значение имеет разделение литосферы на континенты и океаны, однако оно далеко не всегда совпадает с делением литосферы на плиты (иллюстрации с сайтов learner.org, wikipedia.org).

Разгадка пришла из океана. Подробная карта его рельефа выявила гигантские подводные хребты (общая протяжённость более 60 тысяч километров), на которых, в свою очередь, были обнаружены следы молодой по геологическим меркам породы.

Оказалось, что недра Земли пронизаны конвективными потоками, по которым происходит перемещение мантийного вещества. А основным источником энергии этих течений служит разность температур горячего ядра (порядка 5000 °C) и холодной поверхности.

Дальнейшие исследования позволили более детально сформулировать основные причины движения плит. Их оказалось две. Вернее, одна, но о двух лицах.

Когда океанические плиты сталкиваются – между собой, либо с континентальными – одна из них "подныривает" под другую. В последнем случае "победителем", за очень редкими исключениями, становится материк. Этот процесс и называется субдукцией. Уходящая вниз плита попадает в горячую область мантии и тоже нагревается, размягчаясь при этом. Расплавленная порода прорывается наружу, деформируя верхнюю часть литосферы (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

Во-первых, это подъём расплавленной породы в районах срединно-океанических хребтов, её застывание и последующее соскальзывание вниз, сопровождаемое расширением дна, – "спрединг".

Во-вторых, это компенсирующее погружение холодных плит вниз на границе с другими платформами – "субдукция" или пододвигание одного участка литосферы под другой.

	Современность – крупица в геологической истории Земли. Древнейший найденный минерал датируют периодом около 4,4 миллиарда лет назад, то есть по сути ещё догеологической (в современном представлении) эпохой — Катархеем (иллюстрация с сайта wikipedia.org/MEMBRANA).

Фактически это единый механизм, результатом которого является своеобразный круговорот мантии в природе, увлекающий за собой материки и океаны – за счёт вязкости, а также результирующего бокового давления смежных платформ.

Тектоническая теория получила скорое подтверждение с открытием магнитных аномалий океанического дна. Дело в том, что при застывании вулканических пород в них сохраняется остаточная намагниченность, то есть ориентация металлических частиц вдоль силовых линий магнитного поля.

Распаковав этот "архив", геофизики восстановили положение полюса относительно каждой плиты на разные моменты времени. И, объединив полученные данные с информацией по датировке пород, реконструировали историческую последовательность перемещений континентов.

Величественная картина геологического прошлого нашей планеты открылась взору учёных.

Дрейф материков начиная с периода 600 миллионов лет назад и до настоящего времени. Формирование Земли в её современном виде началось, когда древний суперконтинент Пангея стал распадаться на части около 200 миллионов лет назад (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University/MEMBRANA).

Формирование континентальной литосферы началось около четырёх миллиардов лет назад (или даже раньше), то есть с задержкой приблизительно на 500–600 миллионов лет по отношению к моменту возникновения самой Земли.

С тех пор шло последовательное (но неравномерное) наращивание массы коры вплоть до её современных размеров. Интенсивнее всего образование твёрдой поверхности происходило в позднем архее, около 2,6 миллиарда лет назад, когда в недрах нашей планеты окончательно выделилось ядро.

Восстановление прошлых перемещений плит превратилось в одно из популярнейших занятий. Положение континентов и блоков, из которых они сформировались, было с различной степенью детальности реконструировано вплоть до архея.

Известная нам сегодня тектоника возникла, по мнению ряда учёных, в позднем протерозое. До этого мантия, возможно, имела иную структуру, в которой не было устойчивых конвективных потоков (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University).

При этом исследователи выявили интересную закономерность: материковые щиты периодически сбивались в кучу – каждые 400-600 миллионов лет. Это приблизительно совпадает с числом конвективных циклов, то есть периодов, за которые всё вещество мантии по крайней мере один раз успело полностью "прокрутиться" – посредством субдукции и спрединга.

Первым из "обнаруженных" суперконтинентов стала Пангея, существовавшая 250-200 миллионов лет назад. В результате её распада и образовались современные континенты.

Отметим, впрочем, что более-менее достоверную палеомагнитную реконструкцию можно провести за относительно небольшое по геологическим меркам время – как раз до возраста Пангеи. С более ранними периодами дело обстоит несколько туманнее.

Пангея раскололась на Лавразию (севернее) и Гондвану (южнее), дав начало Атлантическому океану. Кстати, название "Пангея" (буквально "все земли") придумал родоначальник тектонической теории Альфред Вегенер (Alfred Wegener). Это ему никто не верил всю первую половину XX века (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University).

Всего суперконтинентов насчитывают около десятка (в том числе неполных, но всё равно крупных), и порой некоторые учёные оперируют различными названиями одного и того же "гиганта". Но даже с общепризнанными материками не всё просто.

Взять, к примеру, Родинию, существование которой около одного миллиарда лет назад не вызывает вопросов у большинства специалистов. Выдвигается масса предположений о том, как она выглядела. Причём несколько основных гипотез в равной степени принимаются к рассмотрению научным сообществом.

Однако, несмотря на всю многочисленность версий и теорий, одну из основных проблем геологической эволюции до сих пор убедительно объяснить не удавалось никому. Речь идёт тепловой смерти Земли.

Суперконтинент Родиния предположительно начал формироваться около 1,1 миллиарда лет назад и распался примерно 750 миллионов лет назад. Кстати, название "Родиния" происходит от русского "Родина" (Li et al.).

Большинство геофизиков придерживается точки зрения, согласно которой около 90% "конвекционной" энергии генерируется за счёт остывания ядра, 10% — за счёт распада радиоактивных элементов в нём и около 1% — за счёт приливных возмущений.

Анализ геологической истории мантии показал, что основные потери тепла всегда происходили через океаническую кору – посредством субдукции и спрединга. То есть де-факто интенсивность конвективного теплообмена можно приравнять к уровню тектонической активности.

Так вот, по всем расчётам получалось, что Земля должна была остыть давно. Но этого не произошло. Почему же мы ещё не замерзли, как цуцики?

Суперконтинент Пангея появился в результате сокращения внутреннего океана Япетус, а Родиния, наоборот, внешнего древнего океана. Тихий океан, который сокращается сейчас, тоже внешний (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

С этим решили разобраться геофизики Пол Силвер (Paul Silver) из института Карнеги (Carnegie Institution for Science) и Марк Бен (Mark Behn) из Вудсхолского института океанографии (Woods Hole Oceanographic Institution).

Обычно считается, что раздвижение океанических платформ и поглощение их континентальными существовало всегда и "действовало" непрерывно.

В то же время был выявлен глобальный алгоритм дрейфа плит: они либо сходятся, либо расходятся, образуя в конце каждого цикла суперконтинент.

На основании циклической версии американские учёные и оспорили непрерывность тектонического движения, которое, по их мнению, зависит от условий "схлопывания" океана (с последующим образованием единого "сверхматерика").

Единственная значительная зона субдукции, возникшая за последние 80 миллионов лет, находится в Тихом океане (иллюстрация Lawver, Dalziel, Gahagan, Martin, Campbell/University of Texas).

Геофизики предположили, что существуют два типа сокращения – внутреннее и внешнее, и они приводят к различным последствиям.

Дело в том, что во внутреннем океане зон субдукции, по мнению учёных, не образуется. А зоны эти, напомним, считаются незыблемым источником геологической активности, генерирующим конвективные течения.

Нечто подобное мы можем наблюдать прямо сейчас: Тихий океан, где расположено подавляющее большинство сейсмофокальных участков, потихоньку сокращается, уступая место океану Атлантическому. А в последнем за 200 миллионов лет его существования "подползания" плит так и не произошло (за несущественными исключениями). И для этого, вероятно, нет никаких предпосылок и в будущем.

Через 100 миллионов лет Австралия приплывёт к Японии и нашему Сахалину. А потом, ещё через миллионов 100-200, их "прихлопнет" Северная Америка (иллюстрация с сайтов suntimes.com, utexas.edu/MEMBRANA).

Ранее считалось, что закрытие старых зон субдукции должно уравновешиваться появлением новых. Таким образом, должен существовать некий закон, который консервировал бы непрерывность силового взаимодействия океанических плит друг с другом, с континентальными щитами, а также с мантией – влияя на конвективные потоки и в конечном итоге на тектоническую активность Земли.

Однако этого, по всей видимости, не наблюдается. Наиболее логичным было бы предположить, что столкновение материков в результате образования суперконтинента подтолкнуло бы следующую область литосферы – и так далее, вплоть до океанических платформ.

Тем не менее "наезд" Африки и Индостана на Евразию практически целиком "ушёл" в Альпийско-Гималайскую горную цепь, а новых районов субдукции (взамен утерянных в океане, что лежал между ними) не появилось. Хотя уже 50 миллионов лет прошло.

По мере экономии тепловой энергии литосфера начинает играть роль квазитвёрдой крышки (stagnant lid), и конвекция переходит в иной, "стоячий" режим. Если тепло не может вырваться наружу, перемещая при этом плиты, оно будет искать себе дорогу не на их окраинах, а прямо через кору – что приводит к гораздо меньшему остыванию. Но если запас температуры ядра достаточный, рано или поздно суперконтинент "разорвёт" на части – как Родинию (иллюстрация Li et al.).

Итак, поскольку мы наблюдаем, что внутренний океан более 200 миллионов лет не проявляет никаких признаков "пододвигания", разумно предположить, что такая ситуация может продлиться ещё довольно долго. Сотни миллионов лет, по оценкам американцев.

А с образованием суперконтинента (и "схлопыванием" Тихого океана окончательно) субдукция вообще может остановиться. То есть плиты на какое-то время затормозятся, и теплоотдача Земли резко уменьшится

В подтверждение своей теории Пол Силвер и Марк Бен нашли следы аналогичных процессов в более древних вулканических породах, относящихся, например, к временам существования Родинии.

Эти породы были обнаружены в глубине материков, вдали от мест их "производства", что свидетельствует о накоплении тепла под континентальными плитами – в периоды их "застоя".

Исходя из различных коэффициентов "тектонической эффективности" (потери тепла в результате движения океанических плит), Полом Силвером и Марком Беном было построено несколько сценариев. Даже по самому оптимистичному из них Земля должна была остыть около 1 миллиарда лет назад (иллюстрация Silver, Behn).

Получается, что в нашем геологическом прошлом возникло нечто вроде механизма саморегуляции теплового режима – в глобальных масштабах. И это продлило нам жизнь как минимум на один миллиард лет.

Но к каким последствиям всё это может привести в будущем?

А в будущем факторы снижения тектонической активности станут играть ещё более заметную роль. При этом замедление конвективных процессов в мантии увеличит периоды тектонических мегациклов.

Связано это с экспоненциальной зависимостью вязкости мантийного вещества от температуры: при уменьшении подвода к нему тепловой энергии ядра вязкость астеносферы будет многократно повышаться, и соответственно возрастут силы трения, препятствующие движению плит.

Наиболее ожидаемое время "сборки" Pangea Ultima – через 250 миллионов лет, но встречаются и оценки в 350 миллионов. Единого мнения о том, как она будет выглядеть – не существует, и многие геологи выдвигают альтернативные версии последнего суперконтинента под различными именами (иллюстрация с сайта davidlyness.moved.in).

Более того, с момента своего возникновения литосферные плиты последовательно снижали скорость – с 50 сантиметров в год (местами больше) до её современного значения около 5 сантиметров в год.

Встаёт ещё более радикальный вопрос: а хватит ли сил на запуск нового цикла? Некоторые учёные уже называют следующий суперконтинент Pangea Ultima, то есть "последней Пангеей".

Напомним, что сейчас мы наблюдаем сокращение внешнего океана, а значит, нас ждёт счастливое снижение тектонической активности и "консервирование" тепла в мантии. Плюс к тому, меньше разломов – меньше вулканов и землетрясений.

Правда, жить в "суперконтинентальных" условиях будет всё же не очень сладко, не говоря уже о том, что концентрация всех плит "с одной стороны" Земли будет иметь непредсказуемые последствия для климата в целом. Скорее всего, печальные.

Что ж, будем надеяться на то, что механизм тектонической саморегуляции, описанный американскими учёными, действительно существует, и что он в очередной раз продлит жизнь нашей прекрасной планете.

Источник Membrana.Ru