Катастрофы в природе: климат и погода. Факты, причины, гипотезы и последствия

Нынешним разнообразием жизнь на Земле обязана тем климатическим переменам, которые произошли на ней за последние четыре миллиарда лет. Изначально она зародилась в содержащий метан бескислородной атмосфере в форме метаногенов – архей побочным продуктом метаболизма которых был метан. Он стал тем парниковым газом, который обеспечил благоприятный для развития иных жизненных форм температурный режим земной поверхности.

Метаногены широко распространены в заболоченных территориях, где образуют метан (болотный газ), в кишечниках жвачных млекопитающих и человека. На подземную часть биосферы, превышающей по объёму в два раза Мировой океан (примерно около 2,3 млрд. кубокилометров), суммарно приходятся 17—25 млрд. тонн существующих сегодня жизненных форм. В ней обитает 70% всех архей и бактерий, что в 300—400 раз больше суммарной массы всех людей на планете.

Это указывает, что жизнь способна существовать в самых экстремальных условиях и при отсутствии кислородной атмосферы, а также выживать в открытом космосе, что доказали эксперименты на Международной космической станции в 2014—2016 годах.

Так археи Geogemma barossii обитают в жерлах гидротермальных источников на морском дне при температуре плюс 121 градус Цельсия – выше точки кипения воды. Ещё один ранее неизвестный организм обнаружен на глубине 2,5 км от дневной поверхности. Он миллионы лет существует за счёт метана, который сам же генерирует.

Однако для известных на сегодня сложных форм жизни необходимы определённые условия. В самом общем виде они определены космологическими обстоятельствами, тем что система Земля-Луна оказалась в той области Солнечной системы, где не слишком жарко и не слишком холодно, а вода как основа высокоразвитой углеродной жизни способна на Земле находится в жидком состоянии.

В звёздных системах подобные области получили название обитаемых или зон Златовласки. В Солнечной системе она начинается сразу за орбитой Венеры и простирается до орбиты Марса, в виде кольца на плоскости эклиптики шириной примерно 120 миллионов километров. Если бы законы гравитации допускали, то зоной Златовласки был бы сферический слой вокруг Солнца объёмом 440х10

млн. кубокилометров. Несмотря на грандиозность этой величины по космическим меркам это крайне малое пространство, где могла бы существовать подобная земной органическая жизнь.

Более того к пространственному масштабу необходимо добавить и временной, поскольку на любом космическом теле благоприятный для существования любых форм жизни период времени ограничен естественными причинами. Для Земли он начался с появлением примерно 4,5 млрд. лет назад универсального общего предка всего живого LUCA (Last Universal Common Ancestor) и будет продолжаться до момента, когда она станет непригодной для современных форм жизни.

Схема распределения оценочных максимальных, минимальных и средних температур на планетах земной группы и Луне (из-за парникового эффекта для Венеры приведена максимальная температура) с их расстоянием до Солнца в астрономических единицах.

По разным оценкам это произойдёт через 1—3 млрд. лет, когда из-за увеличения интенсивности солнечного излучения испарятся воды Мирового океана испарятся, а из-за прекращения тепловой конвекции в земных недрах остановится дрейф континентов. Уже через четыре миллиарда лет жизнь на Земле полностью исчезнет.

Глобальные изменения на Земле вызовет старение Солнца, которое по мере сжигания водородного топлива будет становиться всё горячее и ускоренно расходовать его запасы. Светимость звезды увеличивается на 10% каждые 1,1 млрд. лет и спустя один миллиард область пригодной для жизни – обитаемая зона сместится далеко за пределы нынешней земной орбиты. Существует гипотеза, что после завершения внутренних процессов термоядерного синтеза Солнце превратится в холодную кристаллическую структуру высокой плотности – белый карлик.

В определении одного из основоположников танатологии XIX века Мари Франсуа Ксавье Биша жизнь – это сопротивляющихся смерти совокупность явлений. Причём переход к ней живого вещества связан с гибелью организма, и он необратим. Спустя два столетия его определение не утратило своего значения, поскольку чётко разграничивает наделённые жизнью и нет субстанции.

Без сомнения во Вселенной существуют различные формы жизни, и они будут оставаться таковыми пока сопротивляются своему исчезновению. Тем не менее, появление жизни на космическом теле не предполагает, что она станет достаточно разумной чтобы осознать законы мироздания в и использовать их для самосохранения.

Проведением и законами мироздания определены условия необходимые возникновения на основе относящихся к органическим веществам сложных организмов. Ещё более высокие временные требования природа предъявляет к появлению разумной жизни и совсем короткий срок отпущен разуму с развитым интеллектом что бы он успел научиться существовать в согласии с окружающей средой без нанесения ей непоправимого ущерба чреватого гибелью его самого.

Наукой ищется ответ на вопрос как возникла современная мировая цивилизация, но для её дальнейшего существования не менее важным является ответ на вопрос – почему предки ныне живущих людей преуспели там, где потерпели крах все остальные ветви гоминидов и какова в этом роль земного климата.

Современная или Мировая цивилизация – это нынешнее состояние человечества во всём многообразии образующих его этносов и техносферы, т.е. всех исторически созданных человеком духовных, культурных и материальных ценностей. Её фундаментом является естественнонаучное представление о Мироздании позволившее к концу XX века на основе электричества создать систему планетарных информационных и транспортных коммуникаций. Эволюционный смысл любой цивилизации заключается в нахождении способов предотвращения вырождения и гибели образовавшего её вида разумных существ.

Миллиарды лет назад климат планеты стал хорош для многоклеточных организмов, а его изменения для их эволюции вплоть до появления человека разумного – Homo sapiens. Однако Земля не сразу стала благоприятной для высших жизненных форм. С начала времён немыслимая жара или смертельный холод попеременно царили на её поверхности, но всё изменилось, когда около ста тысяч лет назад климат приблизился к тем пределам, в которых он существует сейчас.

Ещё двести, как и тысячу лет назад практически всё о земном климате в прошлом, формирующих его в том или ином месте факторах и погодных аномалиях оставалось тайной. Была непонятна природа ветров или почему температура понижалась с подъёмом на высоту. Как дождевые облака парят в атмосфере, возникают молнии и многое другое. Только с появлением естественных наук удалось приподнять завесу над тайной происхождения климата и формирования погоды на планете.

Основные социально-культурные этапы формирования мировой цивилизации на стреле времени. Нынешнее состояние человечества составляет ничтожно малый период в сравнении с временем существования Homo sapiens.

«Итак, это создание Провидения не менее прочих заслуживает восхищения. Можно привести не одну причину, в силу которой Провидению следовало изобрести ветры и разместить их по разным сторонам света. Во-первых, ветры не дают застаиваться воздуху и, постоянно гоняя его из стороны в сторону, делают его бодрящим и живительным для всех, кто им дышит. Во-вторых, ветры приводят на землю дожди и в то же время не дают им лить слишком долго, то пригоняя, то угоняя тучи так, чтобы осадки равномерно распределялись по всему земному шару. В Италию дожди приносит Австр, в Африку – Аквилон. Этесии у нас разгоняют облака, а в Индии и Эфиопии те же этесии сопровождаются беспрерывными дождями». Луций Анней Сенека «Философские трактаты», около 4—65 гг.

Краеугольным камнем естествознания стало учение Исаака Ньютона о всемирном тяготении, согласно которому сила гравитации универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Сформулированные в XVII веке им законы классической механики легли в основу современных представлений о геофизических процессах на Земле и механизмах распределения солнечного тепла на её поверхности.

В 1686 году английский учёный Эдмунд Галлей опубликовал в философских трудах Королевского общества описание тропических ветров под названием «An Historical Account of the Trade Winds, and Monsoons, Observable in the Seas between and the Tropicks, with an Attempt to Assign the Physical Cause of the Said Wind» (Историческая справка о пассатах и муссонах, наблюдаемых в морях между тропиками и вблизи тропиков, и попытка определить физическую причину указанных ветров). их происхождение Он объяснил неравномерным прогревом солнечными лучами земной поверхности.

В 1735 году английский учёный Джордж Гадлей (George Hadley) в сообщении для «Philosophical Transactions» указал, что именно из-за вращения Земли образуются восточные пассаты: «…что воздух, поскольку он движется от тропиков к экватору c более низкой скоростью, чем скорость движения частей Земли, в направлении которых он движется, то его относительное движение будет осуществляться против суточного движения Земли в этих частях. При сочетании этого движения с движением в направлении экватора на этой стороне экватора будет формироваться северо-восточный ветер, а на другой стороне – юго-восточный ветер».

Гадлей утверждал, что более сильное нагревание воздуха под действием Солнца над экватором должно привести воздух к подъёму и в силу целостности системы существует область, где воздух снижается, а формирование западных ветров происходит вдали от тропиков. Его идеи легли в основу современных представлений о формировании земного климата.

Только к концу XIX века развитие небесной механики позволило рассчитать изменения орбитальных и вращательных характеристик Земли. Было доказано основополагающее значение её вращения для атмосферной циркуляции и, следовательно, формирования климатической системы – от восточных пассатов до западных ветров средних широт.

Таким образом естественными факторами такими как солнечная активность, характер атмосферной циркуляции в высокоширотных областях, автоколебания в системе «атмосфера – лёд – океан», деятельностью биосферы определяется состояние климата планеты.

К XX веку астрономия, математика, физика и химия достигли такого уровня что их понятийный аппарат и инструментарий стал достаточным для естественнонаучного анализа происходящих на Земле физико-химических процессов и явлений. Физическая география разделилась на геоморфологию, геофизику, гидрологию, гляциологию, климатологию, океанологию и другие научные направления. Все они проистекали из необходимости решения практических задач в области геологоразведки, землеведения, мореходства, прогноза погоды и многих других, но привели к естественнонаучному представлению о геологической эволюции планеты и причинах возникновения на ней жизни.

За миллиарды лет геологические процессы и сменяющие друг друга жизненные формы кардинально изменили газовый состав атмосферы и покров земной поверхности. Свою лепту в этот грандиозный процесс вносили различные природные явления – вулканическая и тектоническая активность планеты, слияние и распад материковой суши, потепления и похолодания земного климата.

Около 2,5 мил. лет назад на Земле произошло глобальное похолодание, и череда ледниковых периодов отсеяла не сумевших к ним приспособиться ветви гоминидов. Примерно 320 тыс. лет назад извержения вулканов в юго-восточной Африке определили будущее человечества. Продолжавшаяся почти 150 тыс. лет вулканическая активность не только изменила условия жизни древних людей, но сказалась на том, в каком направлении пошла их эволюция.

С наступлением межледниковья климат потеплел, ледники отступили, а площадь морей уменьшалась. Тем не менее, на планете всё ещё было очень холодно. В Северном полушарии наступил пик Днепровского оледенения (300—250 тыс. лет назад) и льды покрывали большую часть Восточно-Европейской равнины. Холодно было в Южном полушарии, где чередовались периоды похолодания и потепления. Несмотря на окружающие опасности предки людей выжили поумнев настолько, что научились противостоять враждебной среде и смогли дождаться окончания смертельных холодов.

Извержение вулкана Тоба в Индонезии привело к новому резкому похолоданию климата планеты 70—80 тыс. лет назад и поставило на грань выживания предков современных людей. Его мощность составила высшее VIII баллов VEI с объёмом изверженных пород около 2,8 тыс. кубокилометров.

Высокий уровень пепла в атмосфере стал причиной необычайно впечатляющих закатов после извержения Тоба. Они запечатлены на картинах Каспара Давида Фридриха (Caspar David Friedrich) и Уильяма Тёрнера (Joseph Mallord William Turner) с преобладанием жёлтых оттенков. Анализ изображений закатов солнца на картинах художников (1500—1900 гг.) позволили сделать вывод, что интенсивность окраски неба на них соответствует вулканическому выбросу на момент их создания.

Высота эруптивного облака достигала 35 километров, а вулканический пепел был даже найден в отложениях озера Малави на Африканском континенте (подробнее Б. Каррыев «Катастрофы в природе: Вулканы», 2016). На побережье Южной Африки обнаружены следы этого извержения в виде микроскопических стеклянных осколков – криптоферы.

Почти тысячу лет продолжался период вулканического похолодания климата из-за которого произошло резкое сокращение генетического разнообразия и численности людей. Возник т. н. «эффект бутылочного горлышка» – момент с которого популяция достигает минимально необходимой численности для воспроизводства, и она рискует полностью вымереть.

В промежуток 90 – 55 тыс. лет назад началась миграция людей современного типа в Азию, а оттуда в Австралию, Сибирь, Европу и Америку. Скорее всего таких попыток было много, но эта, судя по данным о митохондриальной ДНК (мтДНК) современных людей, оказалось успешной.

Оценки изменений температуры на Земле относительного современного уровня за последние восемьсот тысяч лет по данным EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica, 2010). Чем дальше в прошлое, тем меньше детализация состояния земного климата.

Это был период времени, когда представители Homo sapiens приспосабливались к окружающей среде и искали наиболее благоприятные условия для жизни. Естественными убежищами становились пещеры, а богатые флорой и фауной регионы предпочтительными территориями расселения.

Умение наблюдать и подражать успешным практикам сначала в дикой природе, а затем друг – другу в собирательстве и охоте позволили одной группе предков современного человека пройти «бутылочное горлышко» в то время, как другие, возможно не менее одарённые представители Homo, этого сделать не смогли. Обладающие этими качествами люди имели больше шансов на выживание особенно в ситуации вынужденной миграции на новые земли.

В книге Стивена Оппенгеймера (Stephen Oppenheimer) «Eden in the East» (Из Эдема, 2004) изложена гипотеза о том, что предки современных людей дважды мигрировали из Африки. Первый раз представители Homo sapiens совершили исход с континента через Синайский полуостров в район Леванта около 120 тыс. лет назад, но полностью вымерли во время ледникового периода. Второй раз они вышли из Африки через Баб-эль-Мандебский пролив после извержения вулкана Тоба на острове Суматра 70—80 тысяч лет назад. Переход удался благодаря регрессии Красного моря, и группа в несколько сотен человек положила начало всем неафриканским народам в мире.

Тем не менее, генетический код современных людей содержат свидетельства межвидового скрещивания с другими представителями рода людей, в разное время мигрировавших с Африканского континента. Со всей очевидностью ДНК человека доказывает, что его предки неоднократно скрещивались на всех континентах кроме Африки с денисовцами и неандертальцами, населявшими Евразию более сорока тысяч лет назад.

Сама по себе миграция – это приобретение опыта выживания в новых условиях с отсевом не сумевших приспособится к ним людей. Не везде находились привычные пещеры и приходилось строить шалаши или сооружать гнёзда на деревьях. Это значительно осложняет работу антропологов, вынужденных по остаткам каменных орудий или утвари генерировать субъективные суждения о быте и нравах древних людей.

Несмотря на многочисленные толкования назначения сооружения Стоунхендж (Stonehenge) эпохи неолита в Англии как сакрального объекта, для предсказаний космических явлений или места проведения обрядов поклонения духам природы друидами, найдено более адекватное человеческой природе объяснение. Тысячи лет назад Стоунхендж служил местом грандиозных массовых пиршеств, на которые собирались жители Британии. Благодаря археологическим раскопкам обнаружены остатки этих трапез, а изотопным анализом определить время их поведения – 4,5 тыс. лет назад. К этому же периоду относится строительство великих пирамид Гизы в Египте.

К концу ледникового периода двенадцать тысяч лет назад предки современных людей колонизировали почти все свободные ото льда части суши. Они жили как охотники-собиратели и следовали за миграцией животных, пока не научились выращивать съедобные растения и одомашнивать животных. Этот момент в истории человечества британский учёный Вир Гордон Чайлд (Vere Gordon Childe) назвал Неолитической революцией.

Высказываются различные предположения о причинах побудивших отдельные группы людей десять тысяч лет назад перейти к оседлому образу жизни и возделыванию земли. От стабилизации климата до нехватки естественных источников пищи для увеличившейся численности людей (подробнее Б. Каррыев и др. «Катастрофы в природе: Планета городов», 2018).

В этой связи история человечества обычно представляется последовательной сменой поколений, периодов или эпох, которым присваивались те или иные названия согласно характерным особенностям – от способа добычи пищи, до системы социальных отношений. Это упрощает восприятие процесса формирования современного человечества, однако в каждый момент времени одновременно существовали и живут «параллельные миры» представители которых находятся на разных этапах социального времени.

По мере расселения на планете условия жизни и климат колонизируемых территорий существенно менялись. Это требовало от людей способности не только изменять привычный образ жизни, но и изобретать обеспечивающие выживание потомства способы существования. У живой природы перенимались самые эффективные приёмы добычи пищи и оборудования жилищ. В свою очередь естественный отбор отдавал предпочтение выигрышным факторам поведения, и генетическая ассимиляция закреплялась наследственно. В дальнейшем она сохранялась несмотря на изменения среды обитания как под воздействием естественных процессов, так и самого человека.

«Моя идея состоит в том, что в любой популяции организмов, способных к самовоспроизведению, неизбежны генетические вариации и различия в воспитании отдельных индивидуумов. Это значит, что некоторые индивидуумы более других способны делать правильные выводы об окружающем их мире и поступать в соответствии с этими выводами. У таких индивидуумов будет больше шансов выжить и дать потомство, а потому их образ мыслей и их поведение станут доминирующими». Стивен Хокинг «Краткая история времени», 1988 год.

В социуме новые выигрышные адаптации передавались уже не через гены, а путём обучения, а затем благоприятствующие закреплению новых навыков гены отбирались в результате биологической эволюции. Как считает Джеймс Болдуин, этот процесс позволил человеку коэволюционировать и более эффективно приспосабливаться к окружающей среде.

Пользование девственными ресурсами постепенно начало уступать сознательной деятельности по производству самых необходимых для жизни продуктов и предметов. Этот период в истории людей получил наименование Аграрной революции, ознаменовавшей переход от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству.

Его можно рассматривать как мутуализм – форму активного симбиоза человека с другими организмами. В научный обиход понятие о нём во второй половине XIX века ввёл Генрих Антон де Бари. Благодаря человеку одомашненные животные и окультуренные растения получали лучшие условия для размножения, а он сам приобрёл контролируемые источники продовольствия.