Примерно 600 000 000 лет назад количество кислорода в атмосфере составляло уже как минимум одну десятую от сегодняшнего. Это вызвало биологическую революцию, и наступил, по терминологии геологов, кембрийский период.
До кембрийского периода, когда в атмосфере не было или почти не было кислорода, простейшие формы жизни получали энергию из сложных органических молекул путем разложения их на более простые без произведения каких-либо принципиальных изменений в их химическом строении. Такой процесс называется «ферментация».
Однако, когда в атмосфере появилось более-менее значительное количество кислорода, живые существа, в метаболизме которых используется объединение питательных веществ с атмосферным кислородом, смогли получать из того же количества питательных веществ в двадцать раз больше энергии.
Получение доступа к такому объему энергии стало для жизни сильнейшим толчком к развитию. За сто миллионов лет кембрийского периода появились первые сложные живые формы и разнообразие их многократно возросло.
Возникли первые многоклеточные организмы из собравшихся воедино клеток. Оказавшись в составе таких организмов, определенные группы клеток получили возможность специализироваться. Некоторые из них научились быстро сокращаться, другие — проводить электрические импульсы. Так появились мышцы и нервы. Для придания организму структуры, не позволяющей погибнуть под собственной тяжестью, а заодно и для защиты от внешних воздействий появились раковины и другие жесткие конструкции. Казалось, нет предела изобретательному разнообразию форм жизни, получившей наконец-то доступ к настоящим объемам энергии.
Эти раковины и другие жесткие конструкции оставались и после смерти самого организма и за тысячи лет окаменели. Камни кембрийского периода хранят очень много подобных останков, именуемых «окаменелостями», в то время как в камнях, датируемых более ранними периодами, окаменелости отсутствуют.
Предположительно, примерно 400 000 000 лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло сегодняшнего уровня. Озоновый щит прочно прикрывал планету, и ультрафиолетовые лучи достигали ее поверхности в столь малом количестве, что живые формы вполне могли долго находиться на открытом солнце без вреда для себя.
Тогда живые существа впервые в истории вышли на сушу, чтобы заселить континенты.
Но эволюция атмосферы не закончилась, придя к сегодняшнему состоянию. Содержание то одного, то другого вещества в ней периодически колебалось, и самые важные последствия имели колебания содержания углекислого газа.
Сегодня углекислый газ составляет лишь 0,03 процента атмосферы, но его значение непропорционально велико. Не только потому, что он представляет собой единственный продукт питания всей растительной (а следовательно, и животной) жизни на Земле, но и ввиду обеспечиваемого им парникового эффекта. Даже небольшие колебания концентрации углекислого газа могут оказывать сильное влияние на температуру Земли.
В истории были периоды, когда благодаря вулканической активности по всей планете в воздух выбрасывалось необычно большое количество углекислого газа и его концентрация несколько повышалась. В атмосфере накапливалось при этом чуть больше тепла, и Земля начинала нагреваться. В тепле и в условиях большого количества углекислого газа по всей планете начинался расцвет растительной жизни, сушу устилали густые леса. Именно после таких периодов и появлялись угольные и нефтяные месторождения, обязанные своим происхождением живым существам таких лесов.
А бывало и так, что в периоды активного горообразования огромные объемы каменистой породы выталкивались из недр Земли на поверхность. Вещества этих новых гор, ранее никогда не входившие в контакт с воздухом, начинали вступать в соединение с атмосферным углекислым газом для образования карбонатов. В результате количество свободного углекислого газа в атмосфере падало, парниковый эффект ослабевал и Земля остывала. Если она остывала ниже определенного порога, начинался ледниковый период. Сейчас мы находимся в конце затянувшегося периода горообразования и нашествия ледников.
Однако теперь человечество и само, посредством собственных технологий, оказывает влияние на климат.
Человек добывает из земли уголь и нефть, которые откладывались миллионами лет, и сжигает все за пару веков. При этом снова образовывается углекислый газ, тысячи лет назад встроенный растениями в собственные ткани, ставшие потом углем и нефтью.
Ежегодно сжигается шесть миллиардов тонн угля, нефти и природного газа, и уровень углекислоты в атмосфере медленно растет (несмотря на то что в основном она растворяется в океане и потребляется растениями). Подсчитано, что если темпы производства человеком углекислого газа останутся на прежнем уровне, то к 2000 году его будет содержаться в атмосфере на 25 процентов больше, чем сейчас, а к 2300 году — вдвое больше.
От наличия в воздухе 0,06 процента углекислого газа никто из нас не отравится, конечно, но что же произойдет с парниковым эффектом? Средняя температура на Земле медленно поползет вверх. Она уже несколько поднялась в первой половине XX века, возможно, именно благодаря увеличению содержания углекислого газа в воздухе.
Если на Земле станет чуть теплее, можно ожидать таяния полярных льдов, в результате чего уровень воды в Мировом океане поднимется. Даже если считать, что увеличившееся давление воды продавит океанское дно, все равно после полного таяния ледниковых шапок уровень моря будет метров на 60 выше, чем сейчас.
Все прибрежные территории континентов, где сейчас проживает больше всего людей, окажутся затопленными. Правда, по предварительным подсчетам, даже при самом резком развитии ситуации полностью полярные шапки растают не быстрее чем лет за 400, так что у человечества будет время подготовиться. Например, справиться с ситуацией помог бы полный отказ от сжигания угля и нефти в пользу применения атомной энергии. Специально разработанные устройства для широкомасштабного устранения углекислого газа из атмосферы могли бы остужать Землю, а по океанам можно было бы рассеивать вещества, с помощью которых удавалось бы эффективнее отражать солнечный свет.
В качестве последнего средства можно было бы переселить людей из некоторых районов поближе к полюсам — ведь эти пустынные сейчас местности смогут в случае потепления прокормить множество людей.
Атмосфера Земли, не раз уже устраивавшая кризисные ситуации всему живому на нашей планете, грозит уже в ближайшем будущем разразиться еще одним небывалым кризисом.
Глава 14
АТМОСФЕРА ЛУНЫ
Сейчас, когда запущенные человеком космические аппараты приближаются к Луне, кружатся вокруг нее, опускаются на нее и мы готовимся к тому, чтобы высадить на Луну человека, нам полезна любая информация о Луне, какую мы только можем получить. Вот что мы можем сказать, к примеру, об атмосфере Луны?
Вы скажете, что на Луне нет атмосферы.
Да, действительно, ничего даже отдаленно напоминающего земную атмосферу на Луне нет. И все же что-то на ней присутствует. Она не может вообще не иметь атмосферы. Вот как это можно показать.
Земля состоит из двух радикально различающихся между собой частей (как яйцо, состоящее из центрального желтка и окружающего его белка). «Желтком» Земли является никелево-железное ядро, плотность которого примерно в десять раз больше плотности воды. Его окружает «белок» — силикатная кора, плотность которой мала — всего втрое больше плотности воды. Соответственно, средняя плотность Земли представляет собой значение среднее между этими двумя цифрами — в 5,5 больше плотности воды (или 5,5 грамма на кубический сантиметр).
Плотность Луны — 3,3 грамма на кубический сантиметр. Для того чтобы иметь настолько меньшую, чем Земля, плотность, Луна должна быть лишена какого-либо крупного ядра из железа и никеля и представлять собой практически сплошной силикат.
Логично предположить, что по химическим элементам состав Луны сходен с составом земных горных пород. И то и другое формировалось в одно и то же время и из одних и тех же материалов. Если в земной коре содержится 2 процента калия, то и от Луны (целиком) следует ожидать того же.
Масса Луны — 73 430 000 000 000 000 000 000 килограммов, то есть, грубо округляя, 80 квинтиллионов тонн. Масса лунного калия (в первом приближении) — 1 800 000 000 000 000 000 000 килограммов, или почти 2 квинтиллиона тонн.
Существует три вида атомов калия. Два из них, калий-39 и калий-41, составляют примерно 99 процентов от общих запасов калия. Однако 0,0119 процента от всего калия существует в виде редкого изотопа, калия-40, обладающего интересными свойствами. Общая масса калия-40 на Луне может составить 214 000 000 000 000 000 килограммов, или 214 триллионов тонн.