Текст книги "100 великих тайн Земли"

Автор книги: Александр Волков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 34 страниц) [доступный отрывок для чтения: 13 страниц]

Реки, вулканы, горы – и это всё Антарктида!

У Антарктиды – два лица. Одно, явленное всем, бледное как смерть. На деле же это маска, надетая миллионы лет назад и донельзя примерзшая. Под ней – настоящее лицо. Только теперь мы начинаем понимать, что потеряли, когда снежная маска отрезала от внешнего мира подлинный лик Антарктиды. Если бы можно было стряхнуть эту массу снега и льда, придавившую далекую отшельницу, то открылась бы неожиданная картина.

Перед нами лежала бы горная страна, этакая оконечность Анд, изрезанная множеством долин, по которым бежали бы потоки, и котловин, затянутых ледяной синевой горных озер. Самое большое из них – озеро Восток. Здесь же протянулись, словно звенья одной цепи, еще несколько крупных озер. Но подавляющее большинство их, рассыпанных по каменистой тверди континента, совсем невелико. Их длина не превышает 20 километров, а глубина – сотни метров. Лишь в последние годы этот водный мир предстал перед нами, пусть только на картах, в подлинном своем величии. Общее число озер – 180 – внушает уважение. К тому же, по догадкам ученых, подо льдами Антарктиды скрывается гораздо больше озер: триста, четыреста, может быть, даже пятьсот.

Вид Антарктиды из космоса и ее рельеф

А ведь еще пару десятилетий назад ученые представляли себе ледяной панцирь Антарктиды чем-то вроде бетонной плиты, припечатавшей континент. Но плита оказалась с секретом. Ее нижняя часть не придавила эту полярную землю, а бережно укрыла ее, словно платком. Под ней продолжали бежать реки, мирно светились зеркала озер. Теперь их число растет с калейдоскопической быстротой.

Что же до здешних рек, то своим норовом некоторые напоминают горные потоки. Вплоть до недавнего времени ученые полагали, что реки, находящиеся под ледяным щитом Антарктиды, почти недвижимы. Однако, по данным спутниковых наблюдений, это не так. Вода из одного озера может внезапно перелиться в соседний бассейн. Озера то наполняются водой, и тогда лед над ними слегка приподнимается, то пересыхают (маска, закрывшая их, немного вваливается). Ледяная сила так и не перемогла оживление, царившее здесь. Все реки всё так же текут подо льдом, все озера так же питают своей водой реки, пополняя ее запас за счет того, что постепенно подтаивает дно ледника.

Чем пристальнее мы вглядываемся в здешние озера, тем чаще замечаем, что они проявляют постоянную активность, хотя ледяной щит Антарктиды выглядит очень статичным. Порой реки связывают озера, расположенные в нескольких сотнях километров друг от друга. Это, кстати, осложняет исследование подледного мира Антарктиды. Если мы по недосмотру загрязним одно из озер, то могут пострадать и другие.

Но вот вопрос: как сказывается эта бурная жизнь антарктических вод, все куда-то спешащих, переливающихся, на стабильности ледяного покрова Антарктиды? Не ускоряется ли таяние здешних льдов?

Когда-то любили говорить про «ледяной панцирь, буквально вросший в Антарктиду». Ан нет! Под ним обнаружилась водянистая масса, и лед на ней подрагивает, медленно скользит. В центральной части континента ледяная громада смещается за год на несколько метров, а ближе к берегу ускоряется, перекатываясь за год на 20—50 метров, а случается, что и на несколько сотен метров.

Скользит. Обрушивается в воду.

Если на пути ледника попадаются озера, он ползет еще быстрее. Впервые это доказали в 2007 году американские геологи Робин Белл и Майкл Стьюдингер. Они изучали спутниковые фотографии атлантического побережья Антарктиды и обнаружили сразу четыре неизвестных прежде озера. По ним ледник скользит «как по маслу». Анализ снимков показал, что вблизи озер ледяная громада сдвигается на 5 метров в год, над ними же – на 30 метров.

За перемещениями антарктического льда с тревогой следит весь научный мир. Ведь он сковывает не море, а сушу. Поэтому чем больше льда сваливается в море, превращается в плавучие горы, тем выше становится уровень моря. Между тем в климатических моделях, составленных специалистами из Международного совета ООН по изменению климата, никак не учитывается эта водица, разлитая под толщей антарктического льда. Водица, по которой лед, как на ленте конвейера, устремляется к морю.

Другой вопрос, который беспокоит ученых, таков. Что будет, если огромные количества пресной воды, накопленные в потаенных озерах Антарктиды, перетекут в океан? Вообще-то ответ очевиден. Соленость воды в окрестностях шестого континента несколько изменится, и это может вывести из равновесия всю систему морских течений, которая отлаживалась на протяжении миллионов лет. В далеком прошлом, как убеждаются ученые, не раз случалось так, что антарктические озера прорывали преграду, отделявшую их от океана, и изливались в него.

Итак, под ледяным щитом Антарктиды притаился удивительный мир, путь в который пока заказан человеку. Глядя на экран радара, мы видим не только голубые ленты рек, акварельные мазки озер, но и горные хребты. Около 34 миллионов лет назад Антарктида напоминала современные Анды или, скорее, Альпы. Тогда ее климат был гораздо мягче нынешнего. В летние месяцы средняя температура в ее центральной части достигала 3 °С, а на побережье росли деревья.

Прообразы австрийских или швейцарских пейзажей давно скрылись под километровой маской льда. Но древний рельеф континента сохранился, как убеждаются ученые. В последние годы их внимание привлекает горная система в центре Антарктиды – горы Гамбурцева, названные в честь известного советского геофизика и открытые отечественными исследователями еще в 1958 году.

Как оказалось, именно этот массив, протянувшийся на тысячу с лишним километров, «навел порчу» на Антарктиду. Отсюда 34 миллиона лет назад началось оледенение огромной страны. До этого лишь несколько ледников покрывали высочайшие вершины шестого континента. Но теперь он, говоря словами чеховского героя, «попал в заколдованный круг, из которого нет выхода».

Что же случилось тогда? Естественные колебания орбиты нашей планеты, пишут на страницах журнала Natureбританские географы Пол Уилсон и Тоби Тиррелл и их немецкий коллега Агостино Мерико, привели к тому, что лето в Антарктиде на протяжении нескольких тысячелетий было очень прохладным. В высокогорных районах снег не успевал полностью растаять за лето. Каждый год толщина снежного покрова увеличивалась. Он отражал солнечные лучи, рассеивая их в космическом пространстве. По мере того как рос этот покров, Антарктида получала все меньше тепла и все сильнее остывала. Возникла, как говорят исследователи, «положительная обратная связь», и это привело к тому, что со временем весь континент оказался подо льдом. Своей кульминации оледенение достигло около 14 миллионов лет назад,

Под ледяным щитом Антарктиды есть и вулканы, которые могут когда-нибудь проснуться. По-видимому, в последний раз мощное извержение одного из них произошло около 300 года до нашей эры. Тогда раскаленная струя прожгла лед, лежавший над кратером. В небо над Антарктидой взметнулись потоки пепла и каменные бомбы. Высота огненного фонтана достигала почти 12 километров. С тех пор вулкан мирно дремлет под толщей льда.

Долгое время вся Антарктида была чем-то вроде сонного царства. Но в последние два десятилетия здесь делается одно открытие за другим. Белое пятно Антарктиды поистине напоминает пустое полотно, на котором географы, как художники, рисуют новый образ континента. Под снежной маской действительно таится свое неповторимое лицо.

Что нас ждет в глубине озера Восток?

Напрасно ледяные просторы Антарктиды называют пустыней. Жизнь не только приспособилась к невыносимому здешнему климату, но и готова терпеть его тысячелетиями. Жизнь приютилась даже под толщей льда, на глубине свыше трех с половиной километров. Там, близ российской станции «Восток», скрывается огромное озеро под тем же названием. Оно полностью отрезано от внешнего мира.

Еще в начале 1960-х годов советские исследователи предположили, что подо льдами Антарктиды может находиться… море пресной воды. В 1963 году советский географ И.А. Зотиков составил карту донного таяния антарктических льдов. На ней хорошо было видно, что в районе станций «Восток», «Амундсен—Скотт», «Берд» идет непрерывное донное таяние, а значит, здесь, под ледяным щитом, должны образоваться озера. Поначалу эта идея была встречена скептически.

В те же годы советские летчики, совершавшие полеты со станции «Мирный» в район станции «Восток», вспоминал И.А. Зотиков, также «видели довольно большие участки поверхности, резко отличавшиеся от остальных. Летчики называли их “озерами”. Они встречались всегда в одних и тех же местах, поэтому их даже использовали для навигации. Озера обладали одной особенностью: были видны с летящих низко над поверхностью ледника самолетов, в стороне от них, то есть когда угол зрения наблюдателя по отношению к поверхности был очень мал. Когда же самолет пролетал над самим озером, его поверхность и границы ничем не отличались от других мест».

В начале 1990-х годов за этим гипотетическим озером закрепляется то же название, что и за станцией, а в 1996 году, после публикации в журнале Nature, известие об озере Восток – «гигантском озере под антарктическим льдом» – стало мировой сенсацией.

Озеро Восток обещает новые открытия

В Антарктиде обнаружились и другие озера, но это – самое крупное. Его длина – около 250 километров; а общая площадь, занимаемая им, составляет примерно 15 700 квадратных километров. По словам В.М. Котлякова, «оно настолько велико, что его контуры просматриваются в планетарном масштабе, со спутников». По своей площади оно ненамного уступает озеру Балхаш, а по глубине – озеру Байкал; в отдельных местах его глубина достигает 1200 метров. Как и Байкал, это озеро, отмечает В.М. Котляков, «заполняет рифтовый участок литосферы – узкую глубокую впадину, образовавшуюся на месте растяжения земной коры – зародыш будущего океана».

Озеро Восток содержит не менее 5400 кубических километров воды (примерно в четыре раза меньше, чем Байкал). Вода здесь пресная или слегка соленая (по сравнению с обычной морской водой). Ее средняя температура: – 3 °С. Однако озеро не промерзло, поскольку вода находится под давлением в 30—40 мегапаскалей, а при высоком давлении точка замерзания воды лежит ниже 0°.

Посредине озера расположен «остров», где земля непосредственно соприкасается со льдом. Этот «остров», напоминающий горную цепь, делит озеро на две почти не связанные друг с другом части, препятствуя водообмену между ними. Поэтому химический и биологический состав в обеих частях озера – северной и южной – может разниться. «Южный водоем» занимает примерно две трети всей площади озера. Он заметно глубже «Северного водоема», чья глубина, пожалуй, не превышает 400 метров.

Нижний край ледяного панциря, сковавшего озеро, лежит прямо на воде, но поверхность его вовсе не горизонтальна. На севере озера лед на несколько сотен метров толще, чем на юге.

Никто пока не видел воочию это озеро. Это – последний крупный водоем, не затронутый деятельностью человека. Здесь безраздельно властвует Природа.

В 1990 году стартовал совместный российско-французско-американский проект. Намереваясь изучить, как менялся климат Антарктиды, исследователи начали бурить лед близ станции Восток. По чистой случайности они выбрали для бурения место именно над озером. К январю 1996 года они достигли уже глубины 3623 метра, и лишь тогда работы были прекращены примерно в 120 метрах от воды, чтобы не загрязнить ее микроорганизмами. К этому времени было доказано, что подо льдом простирается огромное озеро. Анализ льда, извлеченного из скважины, показал, что последние 60 метров ученые бурили уже не ледяной щит, а слой льда, образовавшийся, когда вода у поверхности озера замерзла.

Вот уже 15 миллионов лет озеро Восток скрывается подо льдом. Вероятно, сотни тысяч, а может быть, и миллионы лет оно отрезано от внешнего мира. Озеро Восток, по словам ученых, «это окошко в тот мир природы, в тот климат, который существовал на Земле в далеком прошлом». Большинство его обитателей умерло голодной смертью, но, видимо, некоторые микроорганизмы выжили. Компьютерные расчеты показывают, что озеро Восток в сотни раз беднее питательными веществами, чем Ладожское или Онежское. Однако для бактерий этого достаточно. Вода в озере циркулирует, происходит ее горизонтальное и вертикальное перемешивание. Благодаря этому толща озера насыщается кислородом.

Условия обитания в этом озере нельзя не назвать экстремальными: очень низкая температура, громадное давление, содержание кислорода примерно в 50 раз выше, чем в обычной пресной воде. Тем не менее, по оптимистичной оценке швейцарского географа Альфреда Вюста, в каждом миллиметре воды озера Восток может находиться до миллиона бактерий. Биологи рассчитывают найти здесь не только привычных для нас тихоходок или туфелек, но и уникальные популяции микробов, развившиеся в необычных условиях. Их эволюция протекала независимо от внешнего мира.

Кстати, во время бурения, в слое замерзшей воды, извлеченном из скважины, действительно были обнаружены микробы, но ученые не могут пока точно сказать, идет ли речь об организмах, обитавших в воде озера, или микробы были занесены сюда самими исследователями.

Палеонтологов же очень интересует слой отложений глубиной в несколько сотен метров, образовавшийся на дне озера. Очевидно, здесь можно найти многочисленные останки животных, обитавших в далеком прошлом в самом озере и по его берегам. Ведь когда озеро оказалось отрезано от внешнего мира и здесь стало не хватать пищи, началось массовое вымирание животных, обитавших в его водах. Из-за отсутствия света прекратились процессы фотосинтеза. Это привело к гибели водорослей и других водных растений. Остатки погибших организмов, прежде всего скелеты и раковины, усеяли дно озера и должны были сохраниться по сей день. Их открытие позволит ученым достаточно полно реконструировать мир озера Восток, каким он был, прежде чем оказался погребен подо льдом.

В январе 2011 года руководители Арктического и антарктического научно-исследовательского института в Санкт-Петербурге объявили о планах завершить бурение скважины и взять пробы воды из озера. Последние два-три десятка метров было намечено использовать вместо обычного механического бура термический бур, который расплавит слой льда, скрывающий озеро. Когда поверхность озера будет достигнута, вода устремится в скважину и замерзнет. Пробы свежего льда и будут извлечены исследователями.

8 февраля 2012 года было объявлено, что из скважины, с глубины 3768 метров, удалось извлечь пробу только что замерзшей воды. Предполагается, что в дальнейшем озеро обследует робот. Он возьмет образцы воды и отложения со дна озера. Генетический анализ материала проб даст, наконец, ответ на вопрос: есть ли в озере Восток жизнь?

Жизнь зародилась в толще льда?

Вопрос происхождения жизни на нашей планете – одна из главных проблем современной науки. Пока ученым остается лишь гадать и строить гипотезы в попытках понять, каким образом мертвая органическая материя превратилась в первые примитивные формы жизни. Так где же это произошло? Где 4 миллиарда лет назад включился механизм дарвиновской эволюции?

Новые эксперименты ученых свидетельствуют о том, что первые живые организмы могли возникнуть в толще льда, а вовсе не в теплом «первородном бульоне». Эту неожиданную гипотезу выдвинул в 1999 году немецкий физик, норвежец по национальности, Хауке Тринкс.

Поначалу идея казалась абсурдной. Ведь все прежние догадки о происхождении жизни – в каких бы декорациях ни заставляли ученые свершаться это знаменательное событие, будь то на поверхности океана, возле глубоководного источника или же в космосе, далеко от нашей планеты, – объединяло общее начальное условие: жизнь зарождалась в тепле.

Еще памятный эксперимент американского биохимика Стэнли Миллера, проведенный в 1953 году, подтвердил, что в доисторические времена в атмосфере нашей планеты (в данном случае воздушной оболочкой служила смесь аммиака, водорода, метана и водяных паров) при температуре в несколько десятков градусов выше точки замерзания в самом деле могут возникать аминокислоты – составные части белков.

Однако этот эксперимент, вполне пригодный для посрамления верующих с их вечным рефреном «в начале сотворил», вскоре перестал устраивать самих ученых. В дальнейших опытах Миллеру и его последователям так и не удалось получить сложные биомолекулы. Кроме того, состав атмосферы Земли в тот памятный миг «Генезиса», как выяснилось теперь, был иным. Она состояла не из аммиака и метана, которые быстро разлагаются под действием солнечных лучей, а из углекислого газа, азота и водяных паров, а этого недостаточно, чтобы образовались части «молекул жизни».

Одноклеточные водоросли, которые развиваются в нижнем слое морского льда, часто образуют цепочки и нити

К тому же среди химиков пошли разговоры о том, что тепло не помогает, а лишь мешает зарождению жизни. Представьте себе, вы собираете пазл, а чья-то невидимая рука, выбрасываясь на миг из-за вашей спины, одну за другой похищает детальки будущей картины. Вот так и солнечные лучи, едва соберутся молекулы, без которых не сложится «первоэлемент жизни», начинают бесцеремонно их «красть» – точнее, разрушать. Чтобы сохранить биомолекулы до того момента, когда они начнут размножаться, следует на какое-то время законсервировать их. Необходима, по словам исследователей, «энергетическая впадина», например низкотемпературная фаза, когда процессы разложения молекул почти приостановятся.

В конце концов, сам Миллер в 1998 году перечеркнул прежние надежды, проведя еще один знаменательный опыт – исследовав влияние температуры на компоненты одной из важнейших биомолекул, РНК. В этом эксперименте аденин, гуанин, цитозин и урацил – элементы, содержащиеся во всех живых клетках в составе рибонуклеиновой кислоты, – оказывались то на жаре, то на холоде. При 100 °С эти части РНК быстро гибли. В то же время при 0° большинство их, по словам Миллера, были, в принципе, «достаточно стабильны», чтобы образовать рибонуклеиновые кислоты. Этот опыт окончательно убедил его в том, что молекулы жизни вряд ли могли сформироваться, например, в геотермальных источниках.

Что ж, неужели мы обязаны теперь отправиться на Крайний Север, чтобы там, среди торосов, под завывание пурги, задуматься о том, как пробуждались к жизни частицы органического вещества. И новый завет биологов, ратующих за смену парадигмы, должен звучать так: «В начале были мрак и мраз; потом же ожила твердь, что была мертвее любого камня»?

«Нужно помнить следующее, – пишет Тринкс в книге “Шпицбергенский эксперимент”. – При температуре от 10 до 20 °С определенные биомолекулы разлагаются в считаные недели, в то время как при 5° ниже нуля – в течение десятков тысяч лет». Так что жизнь может зародиться в любой среде, но лишь в оцепенении и покое – при очень низких температурах – она способна сохраниться. Лед можно рассматривать как идеальный инкубатор «молекул жизни». Он консервирует их; в его толще они могут пусть очень медленно, но зато стабильно развиваться.

Способствует этому и особая структура морского льда. Это – не монолитный блок, где на всех уровнях, во всех слоях господствуют одни и те же условия. Наоборот, при замерзании морская вода, в отличие от пресной, ввиду высокого содержания соли расслаивается. Между кристалликами льда –самые крохотные из них достигают в поперечнике 10—100-тысячных долей микрометра и состоят из чистой замерзшей воды – неизменно сохраняются крохотные пузырьки и канальцы, где циркулирует солевой раствор, содержащий определенные кислоты, простые сахара, минеральные вещества и углекислый газ. По меткому сравнению Тринкса, этот раствор – словно кровь, пульсирующая в наших жилах. Жидкость и лед разделены тончайшими пленками, которые напоминают клеточные мембраны. Все вместе это впрямь выглядит каким-то подобием живых клеток. Благодаря такой структуре лед подолгу удерживает сложные молекулярные комплексы, однажды образовавшиеся в нем; они скапливаются между отдельными его «клетками».

Стоит отметить, что ультрафиолетовые лучи, опасные для всего живого, почти не проникают в толщу льда. Их поглощают близ его поверхности попавшие сюда аминокислоты. Сами они при этом частично разрушаются, а их фрагменты погружаются в глубь льда, где могут быть использованы для синтеза других сложных биологических молекул. Там же, в ледяных глыбах, отмечено поразительно высокое содержание углекислого газа, а его молекулы играют важную роль в подобном синтезе.

Подкрепляет гипотезу «холодного» зарождения жизни и мнение ряда геологов, полагающих, что около 4 миллиардов лет назад значительная часть морей на нашей планете была скована льдом – тем более что в то время, когда Солнечная система только сформировалась, количество энергии, излучаемой Солнцем, было примерно на четверть меньше, чем теперь.

Эта гипотеза нашла поддержку и у редакции авторитетного журнала Science.Одна из статей, появившихся на его страницах, была озаглавлена так: «Некоторые любят погорячее – но не первые биомолекулы». Разумеется, в ней говорилось о возможности зарождения жизни при низких температурах.

Итак, отдельные исследователи готовы назвать лед «холодным первородным бульоном». В полярных льдах, кстати, обнаружены разнообразные формы жизни, а это лишний раз свидетельствует о том, что биота может существовать в такой среде. Почему бы ей не зародиться там?

Вопрос отнюдь не академический. Если эта гипотеза найдет подтверждение, то, очевидно, жизнь гораздо шире распространена в космосе, чем считалось прежде. «Везде, на любой планете, где образовался лед, в его толще, возможно, зародилась и существует жизнь» , –заявляет Тринкс. В таком случае следы живых организмов следует искать даже в нашей Солнечной системе: во льдах Марса, на спутниках Юпитера и, конечно, на кометах – этих припорошенных пылью льдинах, снующих среди планет и, может быть, всюду – успешно или нет – сеющих жизнь. Если же вспомнить, что кометы порой вылетают за пределы Солнечной системы, то они могут уносить семена жизни и к другим планетным мирам, распространяя их на просторах Галактики, как предполагают сторонники гипотезы панспермии – «жизни, прилетевшей из космоса».