Голубая точка. Космическое будущее человечества - Карл Эдвард Саган

Недавно были выявлены три потенциальные экологические катастрофы глобальных масштабов: истончение озонового слоя, парниковый эффект и ядерная зима. Выяснилось, что все три открытия тесно связаны с планетологией.

1. Было очень неприятно узнать, что инертное вещество с широчайшей сферой применения (рабочая жидкость в холодильниках и кондиционерах, аэрозольный пропеллент в дезодорантах), также входящее в состав других материалов, в частности, легкой пузырчатой упаковки для фастфуда и служащее в качестве чистящего агента в микроэлектронике, – список далеко не полон – может угрожать жизни на Земле. Кто же знал?

Речь шла о веществах, которые называются «хлорфторуглероды». С химической точки зрения они крайне инертны, то есть неразрушимы, пока не достигнут озонового слоя, где эти вещества расщепляются под действием солнечного ультрафиолета. Высвобождающиеся при этом атомы хлора реагируют с защитным озоном, разрывая его молекулы. В результате к Земле устремляется все больше ультрафиолета. Такая повышенная интенсивность ультрафиолетового излучения дает целую серию жутких последствий, не только вызывая рак кожи и катаракту, но и ослабляя иммунитет. Наиболее опасно то, что ультрафиолет может вредить сельскому хозяйству и фотосинтезирующим организмам, находящимся у основания пищевой цепочки, от которых зависит существование большинства биологических видов на Земле.

Кто же открыл пагубность хлорфторуглеродов для озонового слоя? Может быть, это было сделано в компании «Дюпон», которая была их основным производителем и проявила корпоративную ответственность? Или в Агентстве США по охране окружающей среды, которое нас защищает? В министерстве обороны? Нет, это сделали двое непубличных научных сотрудников в белых халатах, работавших над совершенно другой проблемой, – Шервуд Роуланд и Марио Молина из Калифорнийского университета в Ирвайне. Этот университет даже не относится к Лиге плюща[51]. Никто не обязывал этих ученых присматриваться к экологическим угрозам. Они занимались фундаментальными исследованиями, имели собственные научные интересы. Их имена должен знать каждый школьник.

В исходных расчетах Роуланд и Молина использовали константы скорости реакций, в которых участвует хлор и другие галогены. Измерение этих значений велось, в частности, при поддержке НАСА. Почему НАСА? Дело в том, что в атмосфере Венеры присутствуют молекулы хлора и фтора, поэтому астрономы-планетологи хотели понять, что там происходит.

Теоретическая работа, подтверждающая роль хлорфторуглеродов в истончении озонового слоя, вскоре была выполнена в Гарварде группой исследователей под руководством Марка Макэлроя. Как вышло, что у них в компьютерах оказались в готовом виде все эти разветвленные сети, описывающие химическую кинетику галогенов? Просто они изучали химию хлора и фтора в атмосфере Венеры. Венера помогла не только открыть, что земной озоновый слой в опасности, но и подтвердить это. Обнаружилась совершенно неожиданная связь между фотохимическими реакциями в атмосферах двух планет. Результат, важный для каждого жителя Земли, был получен от, казалось бы, самой отвлеченной, абстрактной, непрактичной работы – исследования химии мелких примесей верхних слоев атмосферы другой планеты.

Здесь прослеживается связь и с Марсом. Благодаря «Викингу» было обнаружено, что поверхность Марса явно безжизненна и, что примечательно, на ней нет даже простейших органических молекул. Но простая органика должна была там присутствовать, так как Марс бомбардируют насыщенные органикой метеориты из расположенного неподалеку пояса астероидов. Распространено мнение, что органики на Марсе нет именно потому, что там нет и озонового слоя. Микробиологические опыты «Викинга» позволили установить, что органические вещества, доставленные на Марс с Земли и разбрызгиваемые в поверхностном слое пыли, быстро окисляются и разрушаются. Разложение органики происходит из-за присутствия в марсианской пыли веществ, несколько напоминающих перекись водорода. Перекись водорода используется в качестве антисептика, так как проявляет окислительные свойства, убивая при этом микробов. Солнечный ультрафиолет беспрепятственно льется на поверхность Марса, поэтому если бы там и имелась какая-либо органика, то она должна была быстро разрушиться под действием как самого ультрафиолета, так и продуктов окисления. Соответственно, стерильность верхнего слоя марсианского грунта отчасти объясняется тем, что на Марсе существует озоновая дыра планетарного масштаба. Сама по себе эта история служит предостережением нам, так беспечно истощающим и протыкающим земной озоновый слой.

2. Было теоретически предсказано, что глобальное потепление возникает в результате нарастающего парникового эффекта, обусловленного в основном диоксидом углерода, выделяющимся при сгорании ископаемого топлива, но также связанного с накоплением других газов, поглощающих инфракрасное излучение (это оксиды азота, метан, все те же хлорфторуглероды и другие молекулы).

Допустим, у нас есть трехмерная компьютерная модель общей циркуляции для земного климата. Программисты, разработавшие эту модель, заявляют, что могут спрогнозировать, как выглядела бы Земля, если бы содержание того или иного компонента в ее атмосфере повысилось или, наоборот, понизилось. Модель очень хороша в «прогнозировании» современного климата. Но нам не дает покоя одна навязчивая мысль: ведь модель была «отрегулирована», поэтому она и получается правильной – то есть были выбраны определенные значения параметров настройки, и сделано это было не исходя из основных физических закономерностей, а с расчетом на получение верного результата. Нельзя назвать это жульничеством, но если применить ту же самую компьютерную модель к совершенно иным климатическим условиям – например, к сильному глобальному потеплению, – то «регулировка» может оказаться неподходящей. Модель может быть адекватна для современного климата, но не может экстраполироваться на другие.

Один из способов протестировать такую программу – испытать ее в совершенно иных климатических условиях других планет. Позволит ли она спрогнозировать состав марсианской атмосферы и климат на этой планете? Погоду? А что насчет Венеры? Если в этих тестовых случаях программа не сработает, то мы сможем с полным правом не доверять ее прогнозам и относительно нашей родной планеты. На самом деле используемые сегодня климатические модели довольно хорошо описывают климат Венеры и Марса, исходя из основных физических принципов.

На Земле известны колоссальные излияния расплавленной лавы. Их происхождение связывается с суперплюмами, которые в ходе конвекции поднимаются из глубин мантии и образуют обширные плато застывшего базальта. Около 100 млн лет назад произошел особо масштабный случай такого рода – возможно, тот суперплюм выбросил в атмосферу до 10 % ее нынешних запасов диоксида углерода и спровоцировал существенное глобальное потепление. Считается, что такие плюмы эпизодически возникают в истории Земли. Вероятно, подобные подъемы мантии происходили и на Марсе, и на Венере. Существуют веские основания, по которым нам требуется понять, как могут неожиданно происходить масштабные изменения рельефа и климата Земли, причины которых локализованы на глубине сотни километров.