Лаборатория Вселенной и океаны
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Давным-давно, четыре с половиной миллиарда лет назад, новоиспеченная Земля была горячей, круглой и покрытой рябинками — следами внутренних и внешних взрывных процессов. На ее поверхности не было отчетливых материковых поднятий и океанских впадин. Тогда на Земле не было ни воды, ни современной нам атмосферы и, конечно, не было жизни. Как произошло распределение поднятий и впадин на земной поверхности? Каким образом вода заполнила океанские бассейны? Наполнялись ли они постепенно или покров воды, как и сейчас, скрывал дно? Как образовался современный состав атмосферы? И как началась жизнь в океанах? Каким путем начался процесс эволюции, и как привела она к огромному разнообразию растительного и животного мира, которое мы наблюдаем сейчас на нашей планете? Таковы важнейшие вопросы естественной истории Земли, в которой весьма важную роль играют океаны.
Миллиарды лет назад они были местом зарождения самой жизни. И сейчас они снабжают влагой атмосферу, дают нам живительные дожди, смягчают климат и таят в себе неизведанные и почти нетронутые запасы пищи и минералов, необходимых человеку. По мере роста населения земного шара ресурсы материков используются все интенсивнее, и, для того чтобы не угасла жизнь, некогда возникшая в море, мы должны вновь обратиться к тому же морю.
Вопреки распространенному мнению наука ни на один вопрос не дает исчерпывающего ответа. Каждая разрешенная учеными проблема влечет за собой десятки других. Таким образом, число загадок, касающихся нашей планеты, возникновения жизни на ней и во Вселенной возрастает быстрее, чем даже население Земли. Это конечно хорошо, так как иначе истощился бы материал, которым питается наша любознательность. Итак, в процессе развития своих знаний человек находит все новые решения, однако природа непрерывно ставит перед ним все новые проблемы.
Вначале, когда вскоре после возникновения нашей Галактики стала образовываться Земля, она не была такой плотной, как сейчас, но мало-помалу приобрела современные размеры и современную степень плотности. Возраст Галактики можно определить по скорости удалении и расхождения звезд, находящихся на большом расстоянии от нас. Их свет переходит к длинным красным волнам спектра, подобно тому как понижается тон гудка удаляющегося поезда. По скорости расхождения звезд мы можем определить время, когда они были близкими соседями.
Наблюдатель с Марса не смог бы различить подробные очертания наших береговых линий. Его, вероятно, поразила бы любопытная асимметрия нашей планеты, где вода кажется как бы зеркальным отражением суши. Он различил бы четыре материка — основную систему из трех частей суши, похожих на лепестки, выходящие из северного полушария, — Америку, Европу — Африку, Азию — Австралию, — оконечности которых направлены к четвертому материку — Антарктиде, но не достигают ее. Диаметрально противоположно каждому материку он увидел бы океаны — Арктический, соответствующий Антарктическому континенту. Тихий, соответствующий Европе — Африке, Индийский, соответствующий Южной и Северной Америке, и Атлантический, соответствующий Азии — Австралии. Эти океаны тоже показались бы ему похожими на лепестки, начинающиеся в южном полушарии и достигающие своими оконечностями Арктического океана.
КАК ОБРАЗОВАЛИСЬ МАТЕРИКИ И ОКЕАНЫ.
Образование на земной коре материков и океанских бассейнов объясняется в известной мере медленной конвекцией, то есть поднятием масс с более высокой температурой и опусканием масс более холодных, погруженных в ячеистые структуры из пластичных материалов. Континенты образовались там, где соприкасались две ячеистые структуры и где имели место потоки, поднимавшиеся из недр Земли и сходившиеся у краев этих структур. Океаны, соответственно, образовались в центрах ячеистых структур, где потоки изнутри Земли расходились, образуя углубление. Таким образом, можно полагать, что в начальные геологические периоды и произошло поднятие материков и одновременное углубление океанских бассейнов.
Путем изучения радиоактивного распада тех или иных веществ и превращения их в устойчивые элементы — метод, позволивший определить возраст Земли (4,5 миллиарда лет), — можно установить, что самые древние породы находятся ближе к центру материков. Это подтверждает гипотезу о том, что края материков медленно нарастали и что океанские бассейны слагаются из «более молодого», или нового материала, принесенного из недр Земли.
Четыре материка — это четыре района, где ячеистые структуры из подогреваемого пластичного вещества сходятся и выносят на поверхность материал, слагающий континенты; четыре океана — это четыре центра ячеистых структур, где расходящиеся потоки образуют океанские впадины. Эта простая гипотеза может послужить основой для объяснения описанной выше интересной системы распределения материков и океанов на поверхности Земли.
Возникли ли воды океана и атмосфера до начала геологического периода или они медленно формировались на протяжении всего геологического времени из вещества, выделяемого из недр на поверхность Земли? Таков еще один из нерешенных вопросов. В пользу гипотезы постепенного образования океанов говорит большое количество ювенильной воды, выделяющейся в настоящее время из изверженных пород во время вулканической деятельности, более чем достаточное для того, чтобы наполнить океаны в течение геологического периода. Об этом также свидетельствует наличие коралловых атоллов в районе Тихого океана и подводных гор с плоскими вершинами, расположенными намного ниже уровня моря. Они могли образоваться только вследствие понижения дна океана, над которым они возвышаются.
По-видимому, некоторые из этих понижений дна океана произошли за последние сто миллионов лет; это указывает на то, что четвертая часть океанской воды была выделена на поверхность планеты вследствие внутренних взрывных процессов, развивавшихся в последнюю сороковую часть существования Земли. Если внутренняя активность, которая влечет за собой увеличение количества воды, будет продолжаться, то через несколько сот миллионов лет наша планета, быть может, окажется полностью под водой.
Для того чтобы объяснить жизнь в море, мы должны понять ее происхождение, ее эволюцию и связь между всеми ее элементами. Мы должны понять также взаимосвязь жизни в море с миром наземных птиц и животных, понять то влияние, которое оказывает на жизнь моря самый большой хищник — человек.
ДОЛГИЕ СТОЛЕТИЯ НИЧЕГО НЕ ИЗМЕНИЛИ
Жизнь зародилась в море. Она существовала в нем много раньше возникновения жизни в воздухе и на суше. Все основные виды растений и животных, живущих на земле, имеют в океане наиболее примитивных представителей и наиболее древних предков. Но, поскольку океан влияет на обитающие в нем живые организмы точно так же, как он влияет на климат, то есть, подобно маховику, придает развивающимся процессам ровный характер, сдерживая рывки или быстрые изменения, стимулы для развития новых видов в нем не так велики, как на суше; поэтому темпы эволюции в океане значительно медленнее.
Несмотря на то, что жизнь в океане существует гораздо дольше, несмотря на то, что площадь океана гораздо больше площади суши, только 20 процентов всех существующих в настоящее время видов обитает в океане. Действительно, темпы эволюции на суше выше, чем в океане, так как здесь живые организмы должны приспосабливаться к более суровым и разнообразным условиям. Голод, жажда и инстинкт размножения способствуют отбору из величайшего разнообразия видов наиболее приспособленных; в результате этой эволюции появилась например, пустынная крыса, способная жить даже на такой безводной «диете», при которой любое другое животное умерло бы от жажды, или африканская двоякодышащая рыба, могущая долгое время существовать без воды в пересохшем иле.
В местах, которые бывают попеременно то влажными, то сухими, например в прибрежной приливной зоне, на границе между океаном и сушей, где приливы регулярно то покрывают берега, то, отступив, подвергают обсохшее дно действию жары или сильного холода, трудные условия для выживания создают обстановку, благоприятную для наибольшего скопления и развития различных видов. Можно предположить, что эволюция тем медленнее, чем глубже океан, поскольку однообразные условия не способствуют отбору; кроме того, при низких температурах все реакции протекают медленнее.
Конечно, океан защищает своих обитателей от космических лучей, которые могут производить мутации, однако космическая радиация, вероятно, не так уж эффективна по сравнению с темпами естественных мутаций, вызываемых тепловым влиянием среды. Итак, в океане мы встречаем живых ископаемых — формы жизни, которые не изменились в течение многих миллионов лет. К ним относятся целакантус, возможно, промежуточное звено между рыбами и сухопутными позвоночными, или рачки, живущие в иле Лонг-Айленда в преддверии самого большого современного города Нью-Йорка; этих рачков считают связующим звеном между древними ископаемыми трилобитами и мечехвостами. Когда мы найдем более совершенные методы наблюдений и сбора «даров моря», мы откроем еще много форм живых существ — нижние ветви древа эволюции, не изменившиеся на протяжении веков.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.