|
Атмосфера Земли - лучшая защита от вспышек сверхновых
|
|
|
|
Защитная атмосфера Земли защищала жизнь на протяжении миллиардов лет, создавая убежище, где в процессе эволюции возникли сложные формы жизни, подобные нам. Озоновый слой играет важнейшую роль в защите биосферы от смертоносного ультрафиолетового излучения. Он блокирует 99% мощного ультрафиолетового излучения Солнца. Магнитосфера Земли также защищает нас. Но солнце относительно безобидно. Насколько эффективно озон и магнитосфера защищают нас от мощных взрывов сверхновых? Каждые миллион лет — это небольшая часть срока жизни Земли, составляющего 4,5 миллиарда лет, - в радиусе 100 парсеков (326 световых лет) от Земли взрывается массивная звезда. Мы знаем об этом, потому что наша Солнечная система находится внутри огромного космического пузыря, называемого Местным пузырем. Это область космоса, похожая на пещеру, где плотность водорода намного ниже, чем за пределами пузыря. В результате серии взрывов сверхновых за предыдущие 10-20 миллионов лет пузырь образовался.
|
|
|
|
Вспышки сверхновых опасны, и чем ближе планета к одной из них, тем более смертоносными становятся их последствия. Ученые размышляют о последствиях, которые взрывы сверхновых оказали на Землю, задаваясь вопросом, вызвали ли они массовое или, по крайней мере, частичное вымирание. Гамма-всплеск сверхновой и космические лучи могут разрушить озоновый слой Земли и позволить ионизирующему ультрафиолетовому излучению достичь поверхности планеты. В результате в атмосфере может образоваться больше аэрозольных частиц, что приведет к увеличению облачности и глобальному похолоданию. В новой исследовательской статье, опубликованной в журнале Communications Earth & Environment, рассматриваются взрывы сверхновых и их влияние на Землю. Она называется "Атмосфера Земли защищает биосферу от близлежащих вспышек сверхновых". Ведущий автор - Теодорос Христудиас из Центра исследований климата и атмосферы Кипрского института, Никосия, Кипр.
|
|
|
Локальный пузырь - не единственное свидетельство коллапса ядра сверхновой (SNe) за последние несколько миллионов лет. Океанские отложения также содержат 60Fe, радиоактивный изотоп железа с периодом полураспада 2,6 миллиона лет. При взрыве SNe выбрасывают в космос 60Fe, что указывает на то, что около 2 миллионов лет назад взорвалась близлежащая сверхновая. В отложениях также содержится 60Fe, что указывает на другой взрыв SN около 8 миллионов лет назад. Исследователи связали ядерный взрыв с поздним девонским вымиранием, произошедшим около 370 миллионов лет назад. В одной из работ исследователи обнаружили споры растений, сожженные ультрафиолетовым излучением, что указывает на то, что что-то мощное разрушило озоновый слой Земли. На самом деле, биоразнообразие Земли сокращалось примерно за 300 000 лет до вымирания в позднем девоне, что позволяет предположить, что свою роль могли сыграть многочисленные выбросы SNe.
|
|
|
|
Озоновый слой Земли находится в постоянном движении. Когда ультрафиолетовая энергия достигает его, она расщепляет молекулы озона (O3) на части. Это рассеивает ультрафиолетовую энергию, и атомы кислорода снова объединяются в O3. Цикл повторяется. Это упрощенная версия химического состава атмосферы, но она служит иллюстрацией цикла. Близкая вспышка сверхновой может нарушить цикл, понизив плотность озонового слоя и позволив большему количеству смертоносного ультрафиолетового излучения достичь поверхности Земли. Но в новой работе Кристудиас и его коллеги-авторы предполагают, что озоновый слой Земли гораздо более устойчив, чем считалось ранее, и обеспечивает достаточную защиту от SNe в радиусе 100 парсеков. В то время как предыдущие исследователи моделировали атмосферу Земли и ее реакцию на близлежащее солнечное излучение, авторы говорят, что они улучшили эту работу. Они смоделировали атмосферу Земли с помощью модели Earth Systems Model with Atmosphere Chemistry (EMAC), чтобы изучить влияние близлежащих взрывов SNe на атмосферу Земли. Используя EMAC, авторы говорят, что они смоделировали "сложную динамику атмосферной циркуляции, химический состав и обратные связи процессов" атмосферы Земли.
|
|
|
|
Они необходимы для "моделирования потери стратосферного озона в ответ на повышенную ионизацию, что приводит к ионно-индуцированному зарождению и росту частиц до CCN" (ядер конденсации облаков). "Мы предполагаем, что поблизости находится типичная звездная звезда с уровнем ионизации GCR (галактическими космическими лучами) в атмосфере, который в 100 раз превышает нынешний уровень", - пишут они. Это соответствует взрыву сверхновой на расстоянии около 100 парсеков или 326 световых лет. "Максимальное разрушение озонового слоя над полюсами меньше, чем современная антропогенная озоновая дыра над Антарктидой, которая приводит к потере озонового слоя на 60-70%", - поясняют авторы. "С другой стороны, в тропосфере наблюдается увеличение содержания озона, но оно находится в пределах уровней, вызванных недавним антропогенным загрязнением". Но давайте перейдем к делу. Мы хотим знать, безопасна ли биосфера Земли. Максимальное среднее разрушение стратосферного озонового слоя из-за ионизирующего излучения, в 100 раз превышающего норму, характерное для близлежащей Солнечной системы, составляет около 10% в глобальном масштабе. Это примерно такое же снижение, какое вызывает наше антропогенное загрязнение. Это не сильно повлияет на биосферу.
|
|
|
|
"Несмотря на свою значимость, маловероятно, что такие изменения озонового слоя окажут серьезное влияние на биосферу, особенно потому, что большая часть потерь озонового слоя приходится на высокие широты", - объясняют авторы. Но это для современной Земли. В докембрийский период, до того, как жизнь распространилась во множестве форм, в атмосфере было всего около 2% кислорода. Как бы на это повлиял SN? "Мы смоделировали атмосферу с содержанием кислорода 2%, поскольку это, вероятно, соответствует условиям, при которых формирующаяся биосфера на суше все еще будет особенно чувствительна к разрушению озонового слоя", - пишут авторы. "Потеря озонового слоя составляет около 10-25% в средних широтах и на порядок ниже в тропиках", - пишут авторы. При минимальных уровнях озонового слоя на полюсах ионизирующее излучение от СН может привести к увеличению озонового столба. "Мы пришли к выводу, что эти изменения атмосферного озона вряд ли оказали серьезное влияние на формирование биосферы на суше в кембрии", - заключают они.
|
|
|
|
А как насчет глобального похолодания? Глобальное похолодание усилится, но не до опасной степени. Над Тихим и Южным океанами CCN может увеличиться до 100%, что, по-видимому, очень много. "Эти изменения, хотя и имеют отношение к климату, сравнимы с контрастом между нетронутой доиндустриальной атмосферой и загрязненной атмосферой сегодняшнего дня". Они говорят, что это охладило бы атмосферу примерно на столько же, на сколько мы нагреваем ее сейчас. Исследователи отмечают, что их исследование касается всей биосферы, а не отдельных людей. "В нашем исследовании не рассматриваются прямые риски для здоровья людей и животных, связанные с воздействием повышенного уровня ионизирующего излучения", - пишут они.
|
|
|
|
В зависимости от индивидуальных обстоятельств отдельные люди могут подвергаться опасному уровню радиации с течением времени. Но в целом биосфера продолжала бы существовать, несмотря на 100-кратное увеличение ультрафиолетового излучения. Наша атмосфера и магнитосфера могут справиться с этим. "В целом, мы пришли к выводу, что близлежащие SNe вряд ли могли привести к массовым вымираниям на Земле", - пишут авторы. "Мы пришли к выводу, что атмосфера и геомагнитное поле нашей планеты эффективно защищают биосферу от воздействия близлежащих подземных толчков, что позволило жизни развиваться на суше в течение последних сотен миллионов лет" Это исследование показывает, что биосфера Земли не сильно пострадает, пока взрывы сверхновых будут происходить на расстоянии.
|
|
|
|
Источник
|
