Ничто, обладающее массой, не может двигаться со скоростью света, поэтому в данном мысленном эксперименте берем 99% от нее. Также условно представим, что монета при вхождении в атмосферу не будет разрушена и достигнет поверхности Земли.
На первый взгляд ничего серьезного произойти не должно, ведь речь идет о предмете массой всего около трех граммов. Но при скорости, близкой к скорости света, обычная формула кинетической энергии уже не работает: здесь нужно учитывать релятивистские эффекты.
И результат такого столкновения был бы ужасающим.
Рублевая монета, летящая со скоростью 99% от скорости света, имела бы энергию около 1,64 × 10^15 джоулей. Это примерно 392 000 тонн в тротиловом эквиваленте, то есть около 392 килотонн. Для сравнения: мощность атомной бомбы "Малыш", сброшенной на Хиросиму, составляла около 15 килотонн — примерно в 26 раз меньше.
Так что рублевая монета, ударившаяся о поверхность Земли с такой скоростью, не просто оставила бы небольшой кратер. Она сформировала бы крупное ударное образование, вызвала мощную ударную волну, яркую вспышку, выброс вещества и разрушения на огромной площади.
Этот мысленный эксперимент хорошо показывает, насколько обманчивой может быть масса. При падении с обычной скоростью, привычной нам в повседневной жизни, рублевая монета максимум звякнула бы о землю. Но при разгоне до околосветовой скорости энергия ее движения превращается в чудовищную силу.
В ускорителях заряженных частиц, таких как Большой адронный коллайдер, протоны или ядра разгоняют почти до скорости света. Когда они сталкиваются, энергия высвобождается, рождая новые частицы, изучение которых позволяет проверять и уточнять наши теории. Но в случае с коллайдером речь идет о микроскопических частицах, масса которых ничтожна, поэтому даже огромная по меркам физики энергия остается управляемой для установки и не представляет опасности.
С макроскопическим объектом все иначе. Чем больше масса, тем чудовищнее становится цена разгона. Если бы мы решили отправить к звездам аппарат массой около тонны, что совсем немного для космического зонда, то для разгона до 99% скорости света в идеальных условиях потребовалось бы около 550 эксаджоулей энергии. Это сопоставимо с годовым энергопотреблением всего человечества. И это только идеальный минимум: без учета потерь, реальной эффективности двигателя и того, каким способом такую энергию вообще удалось бы передать аппарату.
По мере приближения к цели зонд нужно было бы еще и затормозить. В космосе нельзя просто нажать на педаль, как в машине: чтобы остановить объект, летящий с околосветовой скоростью, нужно куда-то передать всю его колоссальную кинетическую энергию.
Так что организация подобных научных миссий упирается не только в отсутствие технологий, но и в энергетику: разогнать невероятно трудно, затормозить — почти так же трудно, да и взять энергию для всего этого просто неоткуда.
Прочитав заголовок, многие подумают о золоте, платине или палладии. Однако самый дорогой металл на Земле — это не то, из чего делают кольца и серьги, а радиоактивный элемент, грамм которого стоит около 27 миллионов долларов (по состоянию на 23 июня 2026 года — почти два миллиарда рублей). А называется этот металл — калифорний.
Его впервые синтезировали в феврале 1950 года в Калифорнийском университете в Беркли. Американские ученые Стенли Томпсон и Альберт Гиорсо бомбардировали атомы кюрия (Cm) альфа-частицами и в итоге получили новый элемент, которому присвоили название калифорний (Cf) — в честь штата Калифорния, его "родины". В периодической системе химических элементов он занял 98-й атомный номер.
Калифорний — искусственный элемент, который ни разу не был обнаружен в природе. Хотя теоретически он может образовываться в ничтожных количествах при ядерных реакциях в урановых рудах.
Производство калифорния
Насколько известно*, в мире существует всего два места, где синтезируют калифорний (главным образом изотоп калифорний-252): Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде, Россия, и Ок-Риджская национальная лаборатория в штате Теннесси, США.
*Допускаю, что неофициально производством может заниматься Китай, чтобы ни от кого ни в чем не зависеть.
Процесс производства крайне сложный и долгий. Плутоний-239 подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе. В результате серии захватов нейтронов и бета-распадов образуется калифорний. Весь цикл занимает 8-18 месяцев. После этого из смеси облученных элементов химическими методами выделяют крошечные количества калифорния.
Ежегодно Россия и США в совокупности производят всего 30-60 миллиграммов калифорния. Для сравнения: вес одной среднестатистической фасолины в сухом виде составляет около одного грамма.
Свойства калифорния
Калифорний — серебристо-белый актиноидный металл, который обладает настолько высокой податливостью и мягкостью, что его можно легко резать ножом. Температура его плавления — около 900 °C, а кипения (по расчетам) — 1 470 °C.
Но главная его особенность — высокая радиоактивность. Калифорний-252, самый распространенный изотоп, — это мощнейший искусственный источник нейтронного и гамма-излучения. Благодаря способности к спонтанному делению, всего один грамм этого изотопа испускает примерно 2,3 триллиона нейтронов в секунду. Для сравнения: один грамм урана-235 испускает около 0,0003 нейтрона в секунду.
Где его используют
Несмотря на мизерные объемы производства, калифорний находит применение в самых разных областях:
Медицина
Калифорний применяется в брахитерапии, представляющей собой метод лучевой терапии, в рамках которой источник излучения вводится непосредственно в опухоль или располагается рядом с ней.
Нейтронное излучение калифорния эффективно разрушает раковые клетки, особенно те, что устойчивы к обычному рентгеновскому облучению. Локальное воздействие позволяет значительно уменьшить влияние на здоровые ткани, а значит, и снизить выраженность побочных эффектов.
Геология и ресурсодобыча
Калифорний используют в нейтронном каротаже — методе геофизического исследования горных пород в скважинах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, проникают глубоко в породу и по характеру рассеяния позволяют определить ее состав, влажность, наличие нефти или газа. Этот метод намного точнее рентгеновского, что при массовой разработке месторождений позволяет экономить десятки миллионов долларов.
Поиск драгоценных металлов
Калифорний применяется в нейтронно-активационном анализе для поиска золота, серебра, других металлов и редкоземельных элементов. Облучение породы нейтронами позволяет выявить даже следовые количества искомых элементов.
Контроль качества в промышленности
С помощью нейтронной радиографии просвечивают детали самолетов, турбин, ядерных реакторов. Метод позволяет обнаружить микротрещины, пустоты, коррозию — дефекты, которые не видны на рентгеновских снимках. Благодаря этому калифорний минимизирует любые риски, тем самым спасая тысячи жизней.
Научные исследования
Калифорний используют в фундаментальной физике для изучения структуры атомных ядер, синтеза новых сверхтяжелых элементов, исследования свойств материи и ее поведения в экстремальных условиях.
Таким образом, калифорний — не просто самый дорогой металл. Это уникальный инструмент, который помогает лечить рак, искать нефть, контролировать качество сложнейших конструкций и исследовать материю на атомном уровне. И все это — благодаря крошечным количествам вещества, которое человечество научилось синтезировать лишь 76 лет назад.
Вроде невозможность достижения скорости света в вакууме для объектов, обладающих массой покоя никого уже не удивляет. Я тут решил поинтересоваться, а до каких скоростей человечеству уже удалось достичь? Именно в вакууме т.к. в среде неинтересно - про свечение Вавилова-Черенкова и почему это имеет место быть мне ещё в школе рассказали.
То самое от Вавилова-Черенкова. Спёрто с википедии.
Естественно взор падает на элементарные частицы. В первую очередь начал смотреть на электроны (чем легче частица - тем легче её разогнать) и... обломался. Электрончики в ускорителях разгоняют слабо, всего до 91% от скорости света.
Ладно, глянем на самый-самый БАК:
Именно в этой трубе с бешенной скоростью летят протоны
Фишкой БАКа является то, что он заточен на ускорении протонов. Протоны разгоняются в двух встречных пучках и сталкиваются в области детекторов частиц:
Детектор CMS в ЦЕРН – один из двух наиболее мощных детекторов из когда-либо созданных. В среднем каждые 25 наносекунд в его центре сталкиваются новые группы частиц.
БАК способен разогнать протоны до энергии в 7 ТэВ (при этом масса протона увеличивается почти в 7000 раз) и скорости 299 792 455 м/с, всего 3 м/с не дотягивая до скорости света. А это 99,9999991% от скорости света. Впечатляет. И это у каждого пучка.
Ладно, а на что способна природа? Есть детектор “Fly’s Eye” который смотрит в небо и фиксирует взаимодействие космических частиц с атмосферой Земли. 15 октября 1991 года американские ученые зафиксировали очень быстрые протоны. Даже назвали их OMG-particles ("О Боже Мой" - частицы). Скорость этих частиц 99,99999999999999999999951% от световой с энергией порядка (3.2±0.9)×10^20 Эв (320 ЭэВ (экза-электронвольт))
.
Да... Нам до таких энергий и скоростей ещё расти и расти.
К сожалению, мы никогда не достигали ядра Земли (и, скорее всего, никогда не достигнем), но мы многое знаем о его строении, так как располагаем замечательной наукой под названием сейсмология, а также данными гравиметрии, геомагнетизма, геохимии и лабораторных экспериментов при экстремальных давлениях.
Помимо этого, часть важных знаний о внутреннем устройстве нашей планеты мы получили благодаря подповерхностным ядерным испытаниям в период Холодной войны, которые снабдили ученых "спровоцированными" сейсмическими сигналами.
Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее — твердое. Кроме того, исходя из наших знаний о распространенности химических элементов во Вселенной и о том, что с ними происходит при определенных условиях, мы знаем, что ядро состоит преимущественно из железа, которое находится под гигантским давлением.
Имеющиеся данные указывают на то, что температура земного ядра составляет примерно 6 000 градусов (тут и далее температура в градусах Цельсия), что делает его даже горячее солнечной поверхности (около 5 500 градусов). От поверхности Земли ядро отделяют порядка 3 000 километров — если бы наше светило оказалось так близко, оно тут же бы испепелило планету.
Почему же тогда более горячее ядро Земли за 4,6 миллиарда лет не расплавило ни планету, ни ее обитателей?
Ядро изолировано от поверхности огромной толщей мантии, состоящей в основном из твердых горячих горных пород, которые "текут" (мантийная конвекция) со скоростью в несколько сантиметров в год.
Несмотря на огромную температуру ядра, тепло из глубин поднимается к поверхности крайне неэффективно, так как породы плохо проводят его, а перенос за счет медленной мантийной конвекции занимает колоссальное время. Поэтому в данном случае важна не только температура ядра, но и то, сколько тепловой энергии может быть передано наружу и с какой скоростью.
В результате до поверхности доходит слишком маленький "поток" тепловой энергии, чтобы прогреть всю планету до температур плавления: Земля просто медленно теряет тепло (оно уходит в космос), а не "закипает" изнутри. При этом мантия не "плавится снизу" так, чтобы расплав постепенно поднимался все выше. В глубине давление повышает температуру плавления пород, поэтому даже при высоких температурах нижняя мантия в основном остается твердой. А там, где расплав все же появляется, он обычно не накапливается: поднимаясь, он попадает в более холодные области и частично кристаллизуется. В итоге в недрах Земли не существует "роста" океана расплава снизу вверх — возникают лишь отдельные зоны частичного плавления.
Искра бенгальского огня может иметь температуру в 1 500 градусов, но если она случайно попадет в вас, то вы, скорее всего, даже не почувствуете этого. А вот погружение в ванну с кипятком (каких-то 100 градусов) стало бы фатальным для большинства обитателей Земли, потому что у воды большая масса и теплоемкость — она успевает передать много энергии.
Тот же принцип и с Землей: "печка" спрятана очень глубоко, и тепло наружу просачивается постепенно — через конвекцию в мантии и теплопроводность пород. Поэтому планета не плавится, а медленно остывает.
В августе 2012 года физики Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разогрели материю до невообразимых 5,5 триллиона градусов — это высочайшая температура, когда-либо достигнутая в лабораторных условиях.
Для сравнения: температура в центре нашего Солнца — "всего" 15 миллионов градусов. Ученым удалось превзойти этот показатель почти в 367 000 раз.
Как это сделали
Рекордная температура была достигнута в Большом адронном коллайдере (БАК) — крупнейшем ускорителе частиц в мире, расположенном на границе Швейцарии и Франции. БАК представляет собой кольцевой туннель длиной 27 километров, проложенный на глубине 100 метров под землей.
В рамках эксперимента 2012 года физики разгоняли ядра свинца до скорости, близкой к скорости света, после чего сталкивали их "лоб в лоб". В результате на мгновение возникали условия, которые, согласно теоретическим моделям, существовали во Вселенной через несколько микросекунд после Большого взрыва.
В ходе таких манипуляций материя переходит в особое состояние — кварк-глюонную плазму. Это не твердое тело, не жидкость, не газ. Это состояние, в котором протоны и нейтроны распадаются на составляющие их кварки и глюоны, свободно движущиеся в мегагорячей "супе".
В обычных условиях кварки заперты внутри протонов и нейтронов из-за сильного взаимодействия — одной из фундаментальных сил природы. Но при экстремальных температурах это взаимодействие ослабевает, и кварки освобождаются.
Зачем это нужно
На фоне этого достижения меркнет не только Солнце, но и самые массивные звезды, недра которых разогреваются до трех миллиардов градусов, а также ядра звезд во время вспышки сверхновой, температура которых подскакивает до 100 миллиардов градусов. Температура, достигнутая на БАК, — это не просто рекорд, а возможность изучать процессы, которые ни при каких других условиях нельзя наблюдать в нашей Вселенной.
Цель экспериментов в БАК — понять, как устроена материя на фундаментальном уровне и как родилась Вселенная.
Сразу после Большого взрыва (примерно 13,8 миллиарда лет назад) Вселенная была невероятно горячей и плотной. В первые микросекунды она представляла собой кварк-глюонную плазму. Затем, по мере расширения и остывания, кварки объединились в протоны и нейтроны, из которых позже сформировались атомы.
Воссоздавая условия ранней Вселенной в лаборатории, физики изучают поведение кварк-глюонной плазмы, взаимодействие кварков и глюонов при экстремальных температурах, переходы материи из одного состояния в другое. Это позволяет уточнять наши теоретические модели и проверять всевозможные гипотезы.
Сегодня одна из главных нерешенных загадок космологии — почему материя победила антиматерию. После зарождения Вселенной их должно было быть поровну, но сейчас антиматерии практически нет. Эксперименты такого рода приближают нас к ответу.
Мгновение на наблюдения
Рекордная температура существует ничтожно короткое время — порядка 10⁻²³ секунды. Это время, за которое свет проходит расстояние меньше диаметра протона.
Затем кварк-глюонная плазма остывает и обратно "собирается" в обычные частицы — протоны, нейтроны, мезоны. Этот удивительный процесс называется адронизацией. Детекторы БАК фиксируют следы этих частиц, и по ним физики буквально реконструируют события, происходившие в момент столкновения.
Энергия, выделяемая в ходе одного такого столкновения, ничтожна — примерно как энергия летящего комара. Но эта энергия сосредоточена в объеме размером с атомное ядро (10⁻¹⁵ метра), тогда как комар состоит из пяти квинтиллионов атомов. Именно поэтому температура достигает столь запредельных значений.
Почему это безопасно
Казалось бы, температура в триллионы градусов должна испепелить все вокруг. Но этого не происходит по двум причинам:
Во-первых, количество материи ничтожно. Столкновение происходит между парой атомных ядер — это несколько сотен протонов и нейтронов. Их общая масса — 10⁻²⁴ грамма. Да, энергия столкновения огромна, но ее носитель — микроскопический.
Во-вторых, время существования кварк-глюонной плазмы составляет 10⁻²³ секунды, так что она просто не успевает передать тепло окружающим материалам.
Предшественник рекорда и планы
До БАК температурные рекорды принадлежали Релятивистскому коллайдеру тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории, США. В 2005 году там впервые получили кварк-глюонную плазму при температуре около четырех триллионов градусов.
Именно тогда ученые впервые доказали, что кварк-глюонную плазму можно создать в лабораторных условиях. Но БАК, работающий на более высоких энергиях, превзошел этот результат.
Но физики не собираются останавливаться на достигнутом. ЦЕРН развернул масштабную программу High-Luminosity LHC по модернизации Большого адронного коллайдера, которая должна завершиться к концу 2020-х годов. Цель — увеличить количество столкновений в пять-десять раз. Это позволит не только достигать более высоких температур, но и собирать больше данных, которые пока ускользают от детекторов.
Кроме того, ЦЕРН работает над концепцией Future Circular Collider, предусматривающей строительство 100-километрового ускорителя. Когда его введут в эксплуатацию (по плану к 2040-м годам), энергия столкновений вырастет в семь-десять раз. Это означает, что появится возможность достигать температуры в десятки триллионов градусов, а значит еще сильнее приблизиться к условиям самых первых мгновений Большого взрыва.
Китай также планирует построить свой гигантский ускоритель CEPC-SPPC — сначала для электронов и позитронов, затем для протонов. К возведению приступят в 2030 году, а сбор данных начнут в 2040 году. Поднебесная не скрывает амбиций обогнать ЦЕРН и достичь энергий, недоступных БАК.
В мире также разрабатываются концепции плазменных и лазерных ускорителей, которые позволят достигать сопоставимых энергий без необходимости строить многокилометровые установки.
Есть ли предел?
Теоретически существует планковская температура — 1,4 × 10³² K. Это абсолютный предел, при достижении которого современная физика просто "перестает работать". На этом рубеже гравитация становится* сравнимой с другими фундаментальными силами, пространство-время начинает "кипеть" квантовыми флуктуациями.
*Считается, что при достижении планковской температуры интенсивности всех четырех взаимодействий (ядерное, электромагнитное, слабое и гравитационное) выравниваются. Они становятся неразличимы и, предположительно, сливаются в одну единую силу.
Планковская температура существовала только в первое мгновение Большого взрыва — 10⁻⁴³ секунды после него. С тех пор ничто во Вселенной не достигало таких значений.
Учитывая действующий рекорд, до планковской температуры нам еще очень далеко — разница как между атомом и галактикой. Однако достичь ее в лабораторных условиях невозможно: чтобы разогреть хотя бы микроскопический объем материи до этого предела, потребовалась бы энергия, превышающая энергию всех звезд в наблюдаемой Вселенной.
На первый взгляд может показаться, что ответ очевиден: жизнь на Земле появилась один раз и после этого начала развиваться. Из первых примитивных организмов постепенно возникли бактерии, археи, растения, животные и в итоге мы сами.
Но на самом деле вопрос, вынесенный в заголовок, гораздо сложнее.
Итак, нет никаких сомнений, что жизнь на Земле существует. И нам известно, что она появилась несколько миллиардов лет назад. Но мы не знаем, сколько раз природа пыталась дать ей начало и сколько раз у нее это выходило.
Все живые организмы устроены удивительно похоже. Бактерии, грибы, деревья, киты и человек используют ДНК и РНК для хранения и передачи информации, белки собираются из аминокислот, а клетки используют АТФ как универсальную энергетическую валюту. Особенно интересно то, что генетический код у всех живых существ тоже почти один и тот же.
И это, разумеется, не совпадение. Все многообразие жизни, которое мы наблюдаем на Земле сегодня, восходит к одному общему корню — последнему универсальному общему предку, которого называют LUCA. Важно отметить, что в строгом научном смысле LUCA не был первым живым организмом на Земле. Это скорее последняя общая точка, от которой разошлись все ветви современной жизни.
А дальше начинается самое интересное.
Тот факт, что вся современная жизнь имеет общего предка, вовсе не доказывает, что жизнь зародилась только один раз. Это говорит лишь о том, что до наших дней дошла одна успешная линия.
На ранней Земле были океаны, вулканическая активность, химически богатая среда, источники энергии, органические молекулы и миллионы лет для экспериментов. В таких условиях могли появляться разные формы протожизни — простые химические системы, способные к росту, обмену веществ и примитивному наследованию. Но в итоге выжить смогла только одна линия.
Представьте не одно древо жизни, которое выросло из единственного семени, а целый лес разных деревьев. Где-то химическая система оказалась нестабильной и распалась. Где-то она не смогла надежно передавать информацию дальше. Где-то одна линия жизни банально не выдержала конкуренции с другой. И вот, спустя сотни миллионов лет, осталась только одна линия, давшая начало полноценной биологической эволюции.
С этого момента у единственной выжившей линии появилось огромное преимущество. Она уже не просто пассивно существовала в среде, а меняла ее под себя. Первые успешные организмы использовали доступные молекулы, занимали удобные экологические ниши и буквально "съедали" химические ресурсы, из которых теоретически могла бы вновь зародиться жизнь.
Поэтому есть вероятность, что на ранней Земле жизнь зарождалась неоднократно, но все эти эксперименты — кроме одного-единственного — оказались провальными. И свидетельства этого могли быть давно уничтожены: молекулы разрушились, породы переработали геологические процессы, океаны и суша изменились, а самая успешная линия жизни заняла всю планету.
Стоит упомянуть одну любопытную гипотезу, согласно которой на Земле может существовать "теневая биосфера" — организмы с другой биохимией, не похожей на нашу. Например, с другим набором молекул или необычным способом обмена веществ. Проще говоря, где-то может скрываться еще одна линия жизни, дошедшая до наших дней. Однако никаких доказательств в пользу этого нет. Все найденные организмы, какими бы странными они ни были, все равно принадлежат к тому же древу жизни, что и мы.
Около 300 миллионов лет назад, в каменноугольном периоде, над древними лесами рассекало воздух существо, которому в небе не было равных. Его имя — меганевра (лат. Meganeura), и это крупнейшее летающее насекомое, когда-либо жившее на Земле.
Несмотря на внешнее сходство с современными стрекозами, меганевра — не их прямой предок. Она принадлежит к вымершему отряду Meganisoptera, который представляет собой самостоятельную ветвь эволюции. Настоящие стрекозы (лат. Odonata) пошли по другому пути от общего с меганеврой предка. Установить это помогло ключевое анатомическое отличие в строении крыла: у меганевры отсутствовал нодус (узелок) — особое утолщение на переднем крае крыла, которое у современных стрекоз обеспечивает жесткость и гасит вибрации при активном полете.
Первые окаменелости меганевры были найдены в 1880 году во французской угольной шахте в Коммантри и описаны палеонтологом Шарлем Броньяром в 1885 году. Среди них — отпечатки крыльев с четкой сетчатой структурой жилок. Позже, уже в XX веке, более полные образцы нашли во Франции, Германии и Великобритании — в том числе в угольных шахтах Болсовера в графстве Дербишир.
И этих немногочисленных находок было достаточно, чтобы палеонтологи смогли восстановить анатомию, аэродинамику и даже примерный образ жизни древнего гиганта.
Итак, сегодня известно, что длина тела взрослой особи достигала 43 сантиметров, а размах крыльев — 65–70 сантиметров. Это был активный хищник: мощные зазубренные челюсти, цепкие лапы для захвата добычи в полете и огромные фасеточные глаза, обеспечивающие обзор почти на 360 градусов. Меганевра охотилась на более мелких наземных и летающих насекомых, а также на небольших земноводных, поедая добычу прямо на лету.
Почему меганевры были такими огромными
Насекомые дышат принципиально иначе, чем мы. У них нет легких и гемоглобина для переноса газов кровью — кислород поступает в ткани через систему мельчайших трубочек, трахей, которые пронизывают все тело. Чем крупнее насекомое, тем длиннее эти трубочки — и, следовательно, тем сложнее доставляется кислород до наиболее удаленных от кутикулы клеток.
В каменноугольном периоде это физико-биологическое ограничение обходилось само собой: концентрация кислорода в земной атмосфере достигала 35%, что на 14% больше нынешнего показателя. При таком кислородном изобилии трахейная система работала эффективнее, позволяя насекомым вырастать до невиданных размеров.
В пользу гипотезы кислородного гигантизма говорит не только меганевра. В том же каменноугольном периоде существовали двупарноногие многоножки артроплевры длиной до 2,6 метра и сухопутные пульмоноскорпионы длиной до 70 сантиметров. Фактически весь членистоногий мир той эпохи был по меркам сегодняшнего дня чудовищно огромным.
Почему меганевры не выжили бы сегодня
Физика трахейного дыхания при нынешней концентрации кислорода накладывает жесткое ограничение на размер насекомых — примерно 15–20 сантиметров размаха крыльев для летающих форм. Все, что крупнее, просто не смогло бы дышать — кислород не добирался бы до внутренних тканей.
Есть и второе ограничение — механическое. Полет требует мощной мускулатуры. У насекомых мышцы крепятся к внешнему скелету — хитиновому панцирю. При увеличении размера масса тела растет быстрее, чем прочность панциря, и в какой-то момент конструкция просто перестает работать — крупное насекомое рискует раздавить само себя собственным весом.
Как же это ограничение обходили гиганты каменноугольного периода? Снова благодаря кислороду. При его концентрации в 35% мышцы древних гигантов выдавали колоссальную мощность при относительно небольшом объеме и весе. Меганевре просто не нужны были огромные, тяжелые мышечные волокна, которые перегрузили бы ее хитиновый скелет — ее мускулатура была легкой, но при этом сверхэффективной.
Сегодня, при концентрации кислорода в 21%, чтобы поднять в воздух полуметровое тело, современному насекомому потребовался бы такой объем мышечной массы, который хитиновый панцирь просто не смог бы выдержать физически. Именно поэтому современные летающие гиганты — вроде палочников, жуков-голиафов и дровосеков-титанов — находятся у самой границы того, что в принципе физически возможно.
Почему меганевра вымерла
Меганевра просуществовала около 50 миллионов лет — по любым меркам перед нами крайне успешная эволюционная история. Однако закат этих стрекозоподобных существ был предопределен изменением климата: к концу каменноугольного периода леса стремительно редели, а концентрация кислорода в атмосфере неумолимо падала. Для меганевры это означало одно — ее трахейная система, идеально работавшая при 35% кислорода, банально переставала справляться. Экологическая ниша гигантских насекомых сжималась, пока не исчезла вовсе.
Когда гигантские насекомые окончательно вымерли, их место в воздухе заняли примитивные летающие позвоночные. Они принесли с собой легкие — систему дыхания, которая не накладывает таких жестких ограничений на размер тела. В небе появились новые хозяева, свободные от ограничений, когда-то погубивших прежних властелинов неба.
Пещера Шондонг (вьет. hang Sơn Đoòng, "Пещера горной реки"), расположенная во вьетнамском национальном парке Фонгня-Кебанг, является крупнейшей известной пещерой на Земле. Ее объем оценивается примерно в 38,5 миллиона кубических метров. Для сравнения: объем пирамиды Хеопса, крупнейшей из египетских пирамид, составляет примерно 2,58 миллиона кубических метров.
Протяженность пещеры более девяти километров. Ширина отдельных залов достигает 150 метров, а высота сводов — 200 метров.
Пещера образована в известняковых породах карстового массива. Ее формирование началось около пяти миллионов лет назад, когда подземная река, сменившая русло, начала интенсивно размывать известняк, создавая обширные полости. В двух местах потолок обрушился, образовав вертикальные колодцы, через которые внутрь проникает солнечный свет.
История открытия
Пещера была обнаружена местным жителем Хо Кханем в 1991 году. Во время поиска древесины он попал под тропический ливень, от которого укрылся у входа в неизвестную пещеру. Немного пройдя вглубь, он услышал шум реки и порывы ветра, из-за чего не рискнул идти дальше в одиночку. Вернувшись в свою деревню, Хо Кхань рассказал о странной находке, и через несколько дней отряд из любознательных добровольцев выдвинулся на изучение пещеры. Однако из-за труднопроходимых джунглей Хо Кхань не смог отыскать ее местоположение. Потребовалось 18 лет поисков и помощь британских спелеологов, чтобы он перестал быть чудаковатым фантазером в глазах соседей.
В 2009 году британская экспедиция из спелеологической организации British Cave Research Association (BCRA) под руководством Говарда Лимберта провела первое официальное исследование и подтвердила размеры полости. После этого Шондонг получила статус крупнейшей пещеры мира.
Уникальная экосистема
Шондонг — не просто полость в горной породе. Внутри сформировалась собственная экосистема, изолированная от внешнего мира.
Через два обрушенных участка потолка внутрь проникает достаточное количество солнечного света для роста растений, что привело к формированию настоящих тропических лесов с деревьями высотой до 30 метров, папоротниками и лианами.
Пещеру пересекает река, которая продолжается за ее пределами. В сезон дождей уровень воды поднимается настолько, что некоторые участки становятся непроходимыми.
Обилие влаги, испаряемой рекой и растительностью, конденсируется в холодном воздухе полостей, что приводит к образованию тумана и облаков, которые не выходят наружу.
В пещере также находятся одни из крупнейших известных сталагмитов. Например, высота формирования под названием "Рука собаки" достигает почти 70 метров.
Стены пещеры покрыты кальцитовыми отложениями, возраст которых оценивается в сотни тысяч лет. Они позволяют изучать климатические изменения в регионе за целые геологические эпохи.
Доступ и туризм
Доступ в Шондонг строго контролируется властями Вьетнама. Ежегодно выдается ограниченное количество разрешений — примерно 500–1000 человек в год.
Продолжительность одной туристической экспедиции составляет 6–7 дней и требует физической подготовки. Маршрут включает переход через джунгли, спуск в пещеру, преодоление подземной реки и проживание в лагерях внутри полости. Стоимость тура составляет примерно 230 000 рублей на человека.
Количество разрешений настолько ограничено из-за необходимости сохранения хрупкой экосистемы. Массовый туризм привел бы к нарушению микроклимата, загрязнению подземной реки и повреждению кальцитовых образований (например, на них могли бы появиться надписи и рисунки).
Научная ценность
Шондонг представляет особый интерес для биологов, геологов и спелеологов. Наиболее изолированные и труднодоступные участки пещеры могут содержать уникальные виды животных и растений, которые эволюционировали независимо от внешнего мира.
Изучение кальцитовых отложений позволяет реконструировать климат региона. Анализ слоев сталагмитов дает информацию о количестве осадков, температуре и растительности за последние сотни тысяч лет.
Кроме того, Шондонг рассматривается как модель для изучения гипотетических подповерхностных экосистем на других планетах и спутниках. Если изолированные системы с собственной атмосферой и биосферой встречаются на Земле, то нельзя исключать существования подобных оазисов в лавовых трубках на Марсе или в полостях на лунах газовых гигантов.
Одно из самых враждебных мест на Земле, куда регулярно ступает нога человека, находится на глубине более четырех километров, где температура превышает +60 °C, давление колоссально, а воздух приходится закачивать с поверхности. Это Мпоненг — самая глубокая действующая шахта в мире.
Шахта Мпоненг расположена в Южно-Африканской Республике (ЮАР), в 75 километрах к юго-западу от Йоханнесбурга, в регионе Витватерсранд, представляющем собой крупнейший золотоносный бассейн планеты. Название Мпоненг на языке сото означает "смотри на меня" — и шахта действительно заслуживает внимания.
Глубина шахты — около 4,3 километра от поверхности до самых нижних выработок. Для сравнения: гора Народная, высочайшая точка Уральских гор, имеет высоту "всего" 1 895 метров над уровнем моря.
Шахта принадлежит южноафриканской горнодобывающей компании Sibanye-Stillwater, специализирующейся на добыче золота и металлов платиновой группы на территории ЮАР и США. Ежегодно Мпоненг поставляет на мировой рынок около 7–9 тонн золота, и каждый грамм от этого огромного числа добывается ценой невероятных усилий и огромного риска для жизни.
На глубине более четырех километров условия радикально отличаются от поверхности:
Из-за геотермального градиента (повышения температуры по мере углубления в земную кору) температура горных пород на дне шахты достигает +60–70 °C. Чтобы шахтеры могли работать, в глубины шахты по изолированным трубам подается вода, охлажденная почти до точки замерзания, которая через радиаторы забирает избыточное тепло у воздуха. Нагретая вода возвращается на поверхность, проходит через чиллеры (промышленные холодильные установки) и вновь подается в шахту. Вкупе с мощными вентиляторами это позволяет снизить температуру воздуха в рабочих зонах на дне шахты до +28–30 °C. Но даже это — экстремальные условия для изнурительного физического труда.
Горное давление на такой глубине колоссально. Породы буквально "давят" со всех сторон, что создает риск обвалов. Стены и потолки шахты постоянно трещат и "дышат", что сопровождается специфическими звуками, которые способны напугать любого неподготовленного человека. Для их укрепления используются стальные сетки, анкеры, бетонные конструкции, но угроза обрушения сохраняется всегда.
На глубине более четырех километров воздуха нет. Его закачивают с поверхности через систему вентиляционных шахт.
Чтобы добраться до рабочего места, шахтеры используют лифты, но это не быстрая поездка, как в офисном здании, а медленное погружение в недра планеты. Затем от последнего лифта до места добычи нужно еще ехать на кресельном подъемнике и идти пешком по низким и узким туннелям. Спуск с поверхности до дна шахты занимает в среднем полтора часа.
Рабочий день в Мпоненге начинается задолго до того, как шахтер окажется в забое. Спуск, инструктаж, переход к месту работы — все это занимает часы. Затем начинается бурение, взрывные работы, откатка породы.
Золото в Мпоненге залегает в тонких жилах толщиной всего несколько сантиметров, зажатых между слоями твердых пород. Чтобы извлечь его, приходится прорубать туннели, взрывать породу, дробить ее, транспортировать на поверхность и там перерабатывать. На одну тонну золотоносной руды приходится всего несколько граммов золота.
Работа идет круглосуточно, в три смены. В шахте одновременно находятся около 4 000 человек. Условия труда — одни из тяжелейших в мире. Несмотря на все меры предосторожности, в Мпоненге регулярно происходят несчастные случаи.
До недавнего времени самой глубокой шахтой считалась Тау-Тона, также в Южной Африке, всего в нескольких километрах от Мпоненга. Ее глубина достигала 3,9 километра.
Тау-Тона работала с 1962 года и долгое время удерживала рекорд глубины. Условия там были практически такими же экстремальными. В 2018 году шахту закрыли из-за истощения запасов и экономической нецелесообразности.
Можно ли копать еще глубже?
Технически человечество могло бы углубляться и дальше, но есть ряд ограничений:
С каждым километром температура растет примерно на 25–30 °C (среднее значение по планете). На глубине 5–6 километров она превысит +100 °C, а на 10 километрах — +200 °C и выше. Система охлаждения потребляла бы колоссальное количество энергии, что делало бы любую добычу нерентабельной.
Горное давление растет пропорционально глубине. На глубине более пяти километров породы начинают вести себя подобно пластичной массе, поэтому никакие укрепления не выдержат таких "гуляющих" нагрузок.
Чем глубже шахта, тем затратнее добыча. Нужно больше энергии на охлаждение, вентиляцию, подъем породы, больше времени на спуск и подъем людей, выше риски и дороже страховки. Все это съедает прибыль. Сегодня золото в Мпоненге уже добывается на пределе рентабельности — дальше просто невыгодно.
Глубокие шахты — это не только добыча ресурсов, но и лаборатории для исследования Земли. В Мпоненге работает научная станция для изучения нейтрино и поиска темной материи. Многокилометровая толща породы практически полностью отсекает космические мюоны и подавляет естественный радиационный фон, который на поверхности забивает сверхчувствительные датчики.
Кроме того, шахты помогают понять, как ведут себя породы под давлением, как циркулирует вода в глубинах, какие микроорганизмы могут жить в экстремальных условиях. Так в 2002 году в Мпоненге был обнаружен полностью изолированный штамм бактерии-экстремофила Candidatus Desulforudis audaxviator, который процветает на глубине за счет радиоактивных руд.
Мпоненг — это не просто шахта. Это предел человеческих возможностей, граница между тем, что мы можем контролировать, и тем, что нас уничтожит. А еще — это памятник нашей жадности, ненасытности и обесценивания человеческой жизни. Каждый день тысячи людей кровью и потом зарабатывают себе на хлеб, доставляя на поверхность металл, из которого будут сделаны модные украшения и электроника.
Вопрос, озвученный в заголовке, кажется простым. Правда ведь? Но чем глубже начинаешь рыть (в буквальном смысле — прямо к ядру планеты), тем более сумасшедшие всплывают цифры. Приготовьтесь: то золото, которым люди меряют свое богатство тысячи лет, — это буквально ничто по сравнению с тем, что скрыто под нашими ногами.
За все тысячелетия задокументированной истории — от древнеегипетских рудников до современных шахт в Южной Африке и Австралии — люди добыли, по оценкам геологов, около 200 000 тонн золота.
Ого-го! Звучит внушительно, не так ли? А теперь давайте попытаемся представить все это физически. Если собрать абсолютно все золото, которое когда-либо было добыто человечеством — все обручальные кольца, слитки в американских хранилищах Форт-Нокса и Шанхайском хранилище Китая, золото фараонов, инков, все то, что награбили конкистадоры, вывозя через океан в Европу на галеонах, — и переплавить в куб, то получится фигура со стороной чуть больше 21 метра.
Это меньше футбольного поля. Это можно с лихвой уместить под Эйфелевой башней. Просто вдумайтесь: все золото человеческой истории, вся неутолимая жажда наживы, все кровопролитные войны за него — уместились бы в объем одного небольшого здания.
Однако это лишь вершина айсберга. Но обо всем по порядку.
Откуда вообще взялось золото на Земле?
Атомы золота рождаются только в самых экстремальных процессах Вселенной: небольшое — по астрономическим меркам — количество при взрывах некоторых массивных звезд и львиная доля при столкновениях нейтронных звезд. Такие события выбрасывают в окружающее пространство облака, насыщенные тяжелыми элементами, включая золото и платину.
Эти облака объединяются с другими газопылевыми облаками и при благоприятных условиях становятся частью будущей планетарной системы. Солнечная система не стала исключением, и золото было частью "строительного материала" всех небесных тел, включая Землю.
Но вот парадокс: на ранних этапах формирования наша планета представляла собой раскаленный шар из расплавленного металла. Золото — элемент "сидерофильный", то есть буквально "любящий железо". Таким образом, практически все золото, изначально бывшее в составе новорожденной планеты, ушло вместе с железом в самое ядро Земли.
То есть все то золото, которое человечество добывало, добывает и будет добывать из земной коры, — это не остатки первичного золота. Это ресурс, доставленный на Землю уже после формирования ядра и ее остывания — во время поздней метеоритной бомбардировки, когда молодую планету засыпало астероидами, богатыми металлами.
И тут возникает вполне логичный вопрос: сколько золота в ядре Земли?
Золото земного ядра
По расчетам геохимиков, в ядре Земли может находиться до 2,5 квадриллиона тонн золота. Это настолько огромное количество, что если бы по мановению волшебной палочки его можно было извлечь и равномерно распределить по всей поверхности планеты — суше и океанам, — получился бы слой золота толщиной около полуметра.
"Откуда такие цифры? Ведь есть только Кольская сверхглубокая скважина и до ядра никто не добирался!" — возмутится ностальгирующий читатель.
Объясняю: все оценки состава ядра — результат косвенных методов: сейсмических волн, гравитационных измерений, лабораторных экспериментов с веществами при экстремальных давлениях и температурах, моделирования, а также анализа метеоритов, являющихся остатками "строительного материала", из которого сформировалась Солнечная система. То есть перед нами вывод, к которому наука шла десятилетиями, объединяя данные разных методов.
Выходит, что все 200 000 тонн, добытые человечеством за всю историю цивилизации — это буквально пылинка, соринка, случайно просыпавшаяся сверху, пока основной запас надежно заперт в раскаленном металлическом сердце планеты на глубине почти 3 000 километров. Я просто напомню, что шахта Мпоненг в Южно-Африканской Республике (ЮАР), являющаяся самой глубокой шахтой на Земле, имеет глубину всего 4,3 километра. И работа даже на столь небольшой по планетарным меркам глубине — это труд на пределе человеческих возможностей.
Золото Мирового океана
Еще один увлекательный поворот сюжета: золото растворено в морской воде, во всем Мировом океане. Его общее количество оценивается примерно в 15–20 тысяч тонн, что сопоставимо с десятой частью всего добытого человечеством золота!
В 1920-х годах лауреат Нобелевской премии по химии Фриц Габер — тот самый, что изобрел процесс синтеза аммиака, — всерьез взялся за проект по извлечению золота из морской воды. Габер и его команда получили государственное финансирование, так как тогдашнее правительство Германии рассчитывало выплатить с помощью океанского золота огромные репарации после Первой мировой войны.
Габер провел годы на борту кораблей, анализируя пробы морской воды по всему миру. Итог — полный провал. Реальная концентрация золота оказалась в тысячи раз ниже (доли грамма на миллион тонн воды), чем предполагали первые, ошибочные измерения. Проще говоря, добывать золото из морской воды экономически нецелесообразно.
Проект Габера в итоге закрыли, а сам ученый до конца жизни считал эту историю личным поражением.
Сколько золота еще можно добыть?
По оценкам геологической службы США, разведанные, но еще не добытые запасы золота в земной коре составляют около 57 000 тонн. При нынешних темпах добычи (порядка 3 000 тонн в год) этого хватит на 19-20 лет — хотя геологи наверняка найдут еще месторождения.
У каждого физического явления есть некоторая скорость. Электрический ток распространяется по проводу не мгновенно, а за некоторое время. Из этого логично предположить, чтои у гравитации тоже есть своя скорость. Но если исходить из наблюдений, то складывается впечатление, что такая характеристика вообще не применима к этому понятию.
Если вы больше любите смотреть, чем читать, то могу предложить посмотретьролик по этой теме на моем канале. Обычно я просто вставляю ролик в статью, но сейчас у некоторых туб тупит.
Ну точно скорость света...
Возьмем, например, яблоко. Да, именно яблоко, ведь этот плод у большинства людей ассоциируется с Ньютоном и гравитацией.Поместим это яблоко в гравитационное поле и заметим, что яблоко сразу поддаётся его воздействию. Как только объект оказывается рядом с другим массивным физическим телом, то они начинают притягиваться. Умозрительно это выглядит как молниеносное проявление взаимодействия. И что-то внутри подсказывает, что иначе просто не может быть.
Поэтому разыграем сценку иначе. В одной далёкой-далёкой галактике, где рядом нет материальных массивных тел, разместим два небесных тел. Насколько быстро они начнут влиять друг на друга и испытывать гравитационное взаимодействие? Настолько быстро, насколько высока скорость гравитации. Ну а все уважаемые читатели моего проекта наверняка помнят, что "мгновенно" себя проявляет только квантовая запутанность и потому оно "чёртово дальнодействие". И то там очень много подводных камней.
В попытке выяснить эту скорость у нас случается казус. Проблема в том, что скорость будетнапрямую определяться правильным пониманием явления. С этим есть некоторая напряженка. Давайте обсудим все возможные варианты, а в конце обозначим "самый правильный" с точки зрения современной физики.
Одно из предположений о природе гравитации подразумевает, что гравитационное поле состоит из гипотетических гравитонов. Это квантовый подход. Гравитоны начинают взаимодействовать с гравитонами некоторого другого тела и это проявляется, как взаимное притяжение.В квантовых теориях гравитациипод скоростью гравитации подразумевают скорость гравитонов как наименьших частиц (квантов) этого поля. Обычно она очень близка к скорости света или совпадает с ней. Но подход не запрещает ей и превышать скорость света.
Зато при таком подходегравитация не может работать мгновенно, поскольку сам механизм в гипотезе определяет некоторое время, необходимое для взаимодействия гравитонов. Образно это можно сравнить с чем-то типа диффузии. В традиционном школьном опыте кусочек марганцевки не растворяется в стакане воды мгновенно.
Гравитон
Если обратитьсяк гравитации Ньютона, то там это самая обычная сила, которая почему-то есть. Ему не столь важно почему она есть, но природа, которая определяет гравитацию как силу, подразумевает некоторое время на проявление взаимодействия. Пускай и не очень большое.
Зато вот с гравитацией Эйнштейна всё совсем интересно. С появлением представления, что пространство искажается в присутствии массивных тел и это воспринимается, как гравитация, стало популярным высказывание -гравитация это не сила. Если гравитация не сила, то это что-то типа свойства. Впрочем, так оно и есть в этой теории. Ведь искажение пространства формирует гравитационное взаимодействие и наоборот. Если это так, тосвойство у объекта может существовать всегда.
Через сколько жёлтый банан станет жёлтым? Не через сколько. Мгновенно. И да, относительно цвета тут можно понаписать в комментариях много всего на тему специфики появления цвета. И это будет правильным. Ну придумайте тогда какое-то другое более очевидное вам свойство. Суть простая - такая характеристика уже есть.
Вот только подход напрямую противоречит положению, чтоничто не может превышать скорость света. И согласно той же теории относительности, которая постулирует скорость света, скорость гравитации не должна быть выше.Спорный момент в том, что если гравитация есть свойство, то понятие скорости просто неприменимо. И да, тогда она мгновенная.
Но современная теория во главе с теорией относительности видит вопрос немного в другом свете. Я не претендую тут на критику, просто у меня в голове появляется некоторая неоднозначность. Ведь много раз звучало, что пространство не искажается, а формируется "на лету" уже искаженным и уже с конкретной гравитацией вблизи массивного тела. Однако, традиционная логика отталкивается от гравитационных волн.
Скорость гравитации в современном представлении - скорость распространения гравитационных воздействий, возмущений и волн.
Гравитационные волны обнаружены и подтверждены. По логике этого подхода гравитация, как и многое другое в этом мире, распространяется волнами. И если где-то появился гигантский камень, то пространство отреагирует на его появление как вода в пруду. Рядом с камнем будет огромный всплеск, а дальше пойдут возмущения. К слову, такие возмущения и зафиксированы в 2016 году. Видимо всё-таки тут моя ошибка восприятия, если вернутся к рассуждениям выше.
Очень хорошая иллюстрация про волны гравитации
В общей теории относительностив пустом пространствепредельная скорость гравитации равна скорости света. Но при разных условиях скорость гравитации может меняться. Экстремально сверхплотное вещество способно уменьшить скорость гравитационных волн, но в прочих случаях этот эффект пренебрежимо мал. Однако, само по себе существование этого пункта заставляет задуматься о специфике взаимодействия вещества и гравитации. Я разберу этот вопрос в отдельном материале, поэтому оставайтесь на связи и не забывайтедобавляться в Телеграм проекта.
Экспериментов с определением скорости гравитации тоже хватает.
Определить скорость гравитацииможно по скорости передачи влияния гравитационного поля на результаты каких-либо измерений. Например, в высокоточных экспериментах по измерению времени задержки прохождения света и радиосигналов в гравитационном поле какого-либо движущегося массивного тела
Ну апеременная скорость гравитациитоже была обнаружена. Например, в 2002 году в эксперименте с Юпитером и квазаром изменение метрики гравитационного поля происходило с опозданием, связанным с ограниченной скоростью гравитации. Учёт этого запаздывания при анализе эксперимента дал скорость гравитации, близкую по величине к скорости света, с точностью порядка 20%.
Получается, что согласно современным представлениям скорость гравитации не мгновенная и не может превышать скорости света. При этом замедление гравитации вполне возможно.
⚡ Обязательноподпишитесь на Telegramпроекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
Вирусы, например, невероятно малы. Но наука не считает их живыми организмами в полной мере — у них нет клеточного строения, нет обмена веществ, и они не способны размножаться самостоятельно вне чужой зараженной клетки. Это, по сути, просто биологический код на флешке, для считывания которого нужно "железо".
Поэтому, говоря о самом маленьком живом существе, я подразумеваю организм, который имеет клеточное строение, а также способен к самостоятельному метаболизму и размножению в подходящей среде.
Итак, это мы прояснили, а значит, начинаем.
Смещенный чемпион
Долгое время звание самого маленького живого организма удерживала Mycoplasma genitalium — бактерия, которая паразитирует в организме человека и вызывает некоторые инфекционные заболевания. Ее размер — всего 200–300 нанометров. Для сравнения: толщина волоса среднестатистического человека составляет примерно 80 000 нанометров.
Ради такой экстремальной миниатюризации эволюции пришлось пойти на жесткие сокращения. У этого одноклеточного создания нет клеточной стенки, а его геном насчитывает всего 525 генов (у человека их около 20 000). Биологи называют Mycoplasma genitalium почти идеальной моделью минимальной клетки: это живой механизм, лишенный всех "излишеств" и сведенный к абсолютному минимуму деталей.
Но потом нашли кое-что поменьше
В 2019 году микробиологи описали вид симбиотических наноархей со звучным именем Candidatus Nanoclepta minutus. Слово "Nanoclepta" можно перевести как "крошечный воришка", что прекрасно отражает суть представителей этого вида, размер которых варьируется всего от 100 до 150 нанометров.
Candidatus Nanoclepta minutus балансирует на тонкой грани между живым и неживым. У этой малютки нет генов для производства энергии (АТФ), поэтому, чтобы жить и размножаться, она вынуждена присасываться к телу другой, более крупной археи-хозяина и подворовывать у нее жизненно важные ресурсы.
Внимательный читатель задастся вопросом: "Если у нее нет генов для выработки энергии и она полностью зависит от хозяина, то чем она отличается от вируса?"
Разница принципиальная, и она кроется в самостоятельности сборки. Вирус — это, по сути, просто чертеж. У него нет своего оборудования. Он проникает в чужую клетку и заставляет ее рибосомы штамповать вирусные белки. Вирус сам себя не воспроизводит — этим занимается обманутый хозяин.
Наноархея — это полноценный, хоть и крошечный, живой организм. У нее есть своя собственная цитоплазма, своя оболочка и, главное, свои собственные рибосомы. Candidatus Nanoclepta minutus "подключается" к хозяину для получения готовой энергии и молекул-кирпичиков. Но из этих кирпичиков, используя полученную энергию, организм уже самостоятельно, внутри своей клетки, собирает собственные белки и копирует свою ДНК.
Возвращаясь к метафоре выше: вирус — биологический код на флешке. Наноархея — это смартфон, который втихаря подключили к чужому компьютеру, чтобы подзарядить и скачать файлы. Но процессор и операционная система у этого смартфона собственные.
Кстати, генетический код Candidatus Nanoclepta minutus насчитывает около 580 генов. Эволюция смогла уместить объем информации, сопоставимый с Mycoplasma genitalium, в оболочку вдвое меньшего размера. Миниатюризация в действии.
Пределы жизни
Ученые давно пытаются вычислить теоретический минимум — сколько генов нужно клетке, чтобы вообще считаться живой? Эксперименты команды микробиологов и генетиков из Института Крейга Вентера (США) дали ответ: не менее 473 генов. Именно столько содержит созданная ими в 2016 году синтетическая бактериальная клетка JCVI-syn3.0.
Что касается размера, то, согласно подсчетам физиков и биологов, клетка не может быть меньше 50 нанометров. Это абсолютный теоретический предел — меньшего размера просто было бы недостаточно для хранения молекул, необходимых для копирования ДНК и производства белков. Жизнь банально упрется в законы физики.
Все эти исследования — не просто акт удовлетворения любознательности, а поиск ответа на фундаментальный вопрос: где заканчивается химия и начинается жизнь? Может оказаться, что жизнь — не какое-то чудо чудное, а фундаментальное стремление материи к самоорганизации.
Где-то в Белых горах Калифорнии, на высоте более 3 000 метров над уровнем моря, среди выжженных Солнцем склонов и каменистых россыпей, растет дерево, которое началo свой "путь к небесам", когда завершалось объединение Верхнего и Нижнего Египта в единое государство фараонов, а до возведения первых монументальных пирамид оставались века.
И у этого дерева есть имя собственное — Мафусаил, в честь ветхозаветного патриарха, прожившего, по легенде, 969 лет. Возраст дерева по состоянию на 2026 год составляет примерно 4 859 лет, что делает его самым древним из известных деревьев на Земле.
Примечательно, что в недалеком прошлом рекорд принадлежал другому дереву, но обо всем по порядку.
Дерево, пережившее цивилизации
Мафусаил — сосна остистая межгорная (лат. Pinus longaeva), вид, приспособленный к экстремальным условиям. Эти деревья растут там, где почти ничто другое не выживает: на высоте 3000-4000 метров, в холоде, на каменистых и скудных почвах, под палящим Солнцем и почти непрекращающимися ветрами.
Такие деревья растут крайне медленно — за год ствол прибавляет доли миллиметра в диаметре. Древесина очень плотная, смолистая, почти не гниет. Мертвые стволы сосен остистых могут лежать под открытым небом тысячи лет, не разлагаясь.
Мафусаил пророс в 2 833 году до н. э. В ту эпоху древнеегипетские инженеры лишь приближались к созданию великих пирамид, в Месопотамии процветал Шумер, а на территории Европы только начинался бронзовый век. Дерево пережило взлет и падение Минойской цивилизации, Греции, Рима, крестовые походы, открытие Америки, все мировые войны, наступление ядерной эры. Оно росло, когда Гомер писал "Илиаду", когда Иисус Христос путешествовал по Иудее, проповедуя, когда Чингисхан покорял Азию. И Мафусаил продолжает расти сейчас.
Возраст Мафусаила был установлен методом дендрохронологии — подсчета годичных колец. Ученые взяли керн с помощью специального приростного бура — полой трубки, которую аккуратно ввинчивают в ствол. Когда бур извлекают, внутри остается тонкий цилиндр древесины, на котором, как на срезе, видны все годичные кольца. Само дерево при этом не погибает — ранка небольшая и со временем затягивается.
Точное местоположение Мафусаила засекречено Лесной службой США (англ. USDA Forest Service). Известно лишь, что дерево находится где-то в Белых горах Калифорнии, в "Лесу древних остистых сосен" (англ. Ancient Bristlecone Pine Forest). Координаты не публикуются, чтобы защитить дерево от людей. Такая безопасность — результат инцидента 1960-х годов, связанного с уничтожением еще более древнего дерева.
Прометей: трагедия старейшего дерева
В 1964 году в горах Невады, на склоне пика Уилер, рос другой представитель сосны остистой. У этого дерева тоже было имя собственное — Прометей. Студент-географ Дональд Карри в рамках своей исследовательской работы изучал климатические изменения региона с помощью годичных колец деревьев. Каждое кольцо — это своего рода "запись" погоды за конкретный год: чем шире и светлее кольцо, тем благоприятнее были условия; узкое темное кольцо говорит о засухе или холоде. И вот Карри добрался до Прометея. В процессе получения керна его бур застрял глубоко в стволе; все попытки извлечь дорогостоящий университетский инструмент не увенчались успехом.
Тогда Карри обратился в Лесную службу с просьбой о помощи. Чиновники, не осознавая ценности дерева, выдали разрешение на вырубку — чтобы освободить бур. Дерево срубили. Когда начали подсчитывать кольца, выяснилось: Прометею было около 4 900 лет. Это было старейшее известное дерево на планете.
Прометей пал жертвой не болезни, не пожара, не удара молнии — а человеческой неосторожности и бюрократической небрежности. После этого случая политика защиты древних деревьев была пересмотрена. С того дня больше никто в штатах не получал разрешения на вырубку потенциально старых экземпляров.
Есть ли деревья старше Мафусаила?
После смерти Прометея Мафусаил стал официально старейшим живым деревом на Земле. Но сегодня некоторые ученые осторожно намекают, что в тех же Белых горах могут расти экземпляры еще древнее. Однако никакой официальной информации, подтверждающей возраст таких находок, я не нашел.
Предполагаю, что это сознательная стратегия: разрушить культ вокруг конкретного дерева с целью минимизации рисков.
Зачем науке древние деревья?
Изучение древних организмов помогает понять пределы жизни и механизмы старения. Почему одни деревья живут тысячи лет, а другие — десятки? Что защищает их клетки от повреждений? Можно ли применить эти знания в медицине?
Кроме того, годичные кольца древних деревьев — это летопись земного климата. Каждое кольцо отражает условия конкретного года: засуху, холод, пожары. Анализируя кольца Мафусаила и его сородичей, ученые реконструируют климат последних тысячелетий с точностью до года.
В апреле 2000 года два шахтера горнодобывающей и металлургической компании Peñoles — братья Хуан и Педро Санчес — бурили новый туннель на глубине около 300 метров под мексиканской пустыней Чиуауа.
Внезапно бур пробил стену, за которой оказалась просторная полость. Внутри, при температуре 58 °C и влажности воздуха под 100%, росли гигантские кристаллы — зрелище, поразившее даже видавших виды горняков.
Эти образования, о которых пойдет речь в статье, признаны крупнейшими природными кристаллами из когда-либо обнаруженных на Земле.
Параметры
Самый крупный из задокументированных кристаллов имеет длину 11,4 метра, диаметр около одного метра и вес примерно 55 тонн. Все кристаллы в этой пещере состоят из селенита — полупрозрачной разновидности гипса с характерным молочным оттенком. Форма — идеальные шестигранные призмы с острыми гранями.
Полость с кристаллами-гигантами, получившая название "Пещера кристаллов" (исп. Cueva de los Cristales), располагается в руднике Найка на территории мексиканского штата Чиуауа. До этого открытия рекорд принадлежал "Пещере мечей" (исп. Cueva de las Espadas) в том же штате. Она находится на глубине около 120 метров, а ее открытие состоялось в 1910 году. Длина обнаруженных там экземпляров варьируется от одного до двух метров.
Формирование
Под пещерой находится магматический очаг — остывающее тело расплавленной породы, которое нагревало подповерхностные воды, насыщенные ангидритом (безводной формой гипса), до высоких температур. Эта вода постепенно заполняла подземные полости, и около 600 000 лет назад ее температура стабилизировалась в диапазоне 58 °C.
Это критическое значение: выше этой температуры ангидрит растворяется, а ниже — образуется селенит. И вот раствор начал медленно остывать, что запустило механизм роста кристаллов со скоростью около 0,001 миллиметра в год. Изотопный анализ показал, что возраст находок в "Пещере кристаллов" составляет от полумиллиона до миллиона лет.
Примечательно, что в 1985 году компания Peñoles начала откачивать грунтовые воды из шахты. Уровень воды упал, пещеры осушились, и рост кристаллов остановился — но, как вы узнаете дальше, лишь на время.
Адские условия и находки
Температура в пещере составляет 58 °C, но в некоторых участках достигает 60 °C. Влажность — 90–100%. При такой комбинации факторов человеческий организм теряет способность охлаждаться через испарение пота. Без защитного костюма человек может находиться внутри не более десяти минут: затем наступает тепловой удар, потеря сознания и вечный покой.
Исследователи, работавшие в "Пещере кристаллов", использовали костюмы с ледяными жилетами и автономными системами охлаждения. Но даже в этом случае пребывание ограничивалось 30–40 минутами.
С 2000 по 2017 год пещеру посетили несколько международных научных экспедиций. Химический анализ показал высокую чистоту селенита и минимальное содержание примесей. Была подтверждена датировка кристаллов.
В жидких включениях внутри кристаллов были обнаружены живые микроорганизмы возрастом около 60 000 лет, захваченные растущими кристаллами из первичного раствора. Они находились в состоянии анабиоза, но, оказавшись в лабораторных условиях, пробудились и начали стремительно размножаться. Это открытие, важное для астробиологии, расширило научные представления о границах существования жизни в экстремальных условиях.
Текущий статус
В 2015 году компания Peñoles прекратила откачку воды из шахты, так как добыча руды стала нерентабельной. Из-за этого подповерхностные воды начали возвращаться и заполнять полости. В 2017 году "Пещера кристаллов" оказалась полностью затоплена, а ее уникальное содержимое вновь погрузилось в горячий минеральный раствор. Таким образом, теоретически возможно возобновление роста кристаллов.
Сегодня доступ к пещере закрыт, и нет планов по превращению ее в туристический объект. Однако сохранились фотографии, видеоматериалы, научные данные и несколько небольших образцов для музеев.
Готовясь к этой статье, я задал сотне случайных людей, казалось бы, простой вопрос: "Кто доказал, что Земля круглая?" Большинство уверенно отвечали: Колумб или Магеллан. Некоторые, особенно моложе тридцати, вспоминали школьные рассказы о смелом мореплавателе Христофоре Колумбе, который будто бы бросил вызов невежественным современникам и всему мрачному Средневековью, отплыв за горизонт и доказав, что Земля — не плоский диск.
Конечно, встречались и те, кто заявлял, что "никто не знает, какая она на самом деле", потому что "небесная твердь", "космоса не существует" и вообще "нам не говорят всю правду, потому что мы — люди маленькие".
После всех этих ответов я окончательно убедился, что выбрал правильную тему.
Я представляю вашему вниманию увлекательную историю о том, как античные мыслители, за две тысячи лет до Колумба, узнали, что Земля имеет форму шара. Более того, они даже смогли вычислить ее размер с поразительной для своего времени точностью. И все это без телескопов и спутников!
Это история о триумфе человеческого гения.
Откуда взялась легенда о "плоском Средневековье"
Представление о том, что до великих географических открытий люди считали Землю плоской, появилось не в Средние века, а гораздо позже. Главным популяризатором этого мифа стал "отец американской литературы" Вашингтон Ирвинг. В 1828 году он опубликовал мифологизированную биографию Колумба, в которой красочно описал, как невежественные современники, подначиваемые священниками, высмеивали идею шарообразной Земли, а храбрый мореплаватель героически им противостоял.
Я не случайно назвал эту работу Ирвинга, получившую название "История жизни и путешествий Христофора Колумба", мифологизированной. Перед нами не глубокое историческое исследование, а художественное произведение. Он придумал драматический конфликт, которому нет никакого подтверждения. На самом деле у образованных европейцев XV века не было никаких сомнений, что они живут на шаре. И интеллектуальная элита спорила с Колумбом о размерах этого шара и о практической осуществимости экспедиции.
Древние греки знали все за две тысячи лет до Колумба
История понимания формы Земли уходит корнями в глубокую древность. Первые мыслители действительно представляли планету плоской. Например, Фалес Милетский в VI веке до н. э. считал, что Земля — плоский диск, плавающий в бесконечном океане. Анаксимандр и вовсе представлял ее цилиндром*, на верхнем торце которого живут люди.
*Почему именно цилиндром? Полагаю, это связано с объединением двух идей: плоский мир людей и огромное, неизведанное и многоуровневое подземное царство Аида.
Но уже Пифагор, живший примерно в 570–490 годах до н. э., предположил, что Земля имеет форму шара. Эта идея была основана на том, что древние греки считали сферу совершенной геометрической фигурой — достойной столь важного космического тела как Земля (антропоцентризм во все времена зашкаливал). Примечательно, что это была скорее философская концепция, чем научный вывод. Тем не менее Пифагор оказался прав.
Настоящий прорыв совершил Аристотель в IV веке до н. э. Он не просто рассуждал о шарообразности Земли — он был первым, кто предоставил убедительные доказательства, которые остаются актуальными и сегодня.
Первый аргумент касался лунных затмений. Аристотель заметил, что тень Земли, падающая на Луну, всегда имеет форму дуги — независимо от того, под каким углом происходит затмение. Единственное тело, способное отбрасывать такую тень при любом положении источника света, — это шар.
Второе доказательство философ получил, наблюдая за кораблями. Когда судно уходит в море, то сначала за горизонтом скрывается корпус, затем паруса, и лишь потом исчезает верхушка мачты. Если бы Земля была плоской, то корабль бы просто становился все меньше и меньше.
Третий аргумент, который Аристотель приводит в трактате "О небе" (около 350 года до н. э.), связан со звездами. Если путешествовать на север или на юг, то можно заметить, как одни созвездия постепенно скрываются за горизонтом, а другие — наоборот, появляются. Те, что в Египте поднимаются высоко над головой, в северных странах едва видны у линии горизонта. Такое различие возможно только в том случае, если поверхность Земли искривлена.
Человек, измеривший планету палкой
Одним из главных героев этой истории является Эратосфен Киренский — древнегреческий ученый, который в 240 году до н. э. не просто подтвердил выводы Аристотеля о шарообразности Земли, но и измерил ее окружность. И сделал он это с поразительной точностью, используя лишь логику, знание геометрии и... обычную палку.
Эратосфен заведовал знаменитой Александрийской библиотекой и имел доступ к знаниям со всего античного мира. Из старинного свитка он узнал любопытный факт: в городе Сиена (нынешний Асуан) в полдень летнего солнцестояния светило занимает положение точно в зените. В этот момент тени от предметов становятся пренебрежимо малы, а солнечные лучи проникают прямо на дно глубоких колодцев. Это явление, описанное неизвестным автором, натолкнуло Эратосфена на идею измерить размеры Земли.
В тот же день ученый провел эксперимент в Александрии. Он вбил в землю вертикальный шест и заметил, что в полдень тот отбрасывает короткую тень. Измерив длину этой тени и зная высоту шеста, Эратосфен вычислил угол падения солнечных лучей — чуть больше семи градусов, что соответствует примерно одной пятидесятой окружности.
Дальше в ход пошла простая геометрия. В Сиене в полдень солнцестояния Солнце занимало положение точно над головой и не давало тени, а в Александрии в тот же момент шест отбрасывал короткую тень. Разница в наклоне солнечных лучей между двумя городами составила около семи градусов — то есть одну пятидесятую полного круга. Значит, и расстояние между Александрией и Сиеной соответствует одной пятидесятой длины земного меридиана.
По одной версии, Эратосфен поручил измерить этот путь человеку, прошедшему его пешком и считавшему шаги. По другой — использовал данные караванной торговли. Получилось около 5 000 стадиев.
Умножив 5 000 на 50, ученый получил 250 000 стадиев — примерно 40 000 километров. Сегодня мы знаем, что длина экваториальной окружности Земли составляет 40 075 километров. То есть погрешность вычислений Эратосфена составила меньше одного процента. И все это за 2 197 лет до запуска первого искусственного спутника Земли.
Что на самом деле знали в Средние века
Вопреки популярному мифу, средневековые ученые не утратили знания, унаследованные от античных коллег, и не начали считать Землю плоской. Этот миф появился в эпоху Возрождения, когда власть имущие старались во что бы то ни стало противопоставить "мрачное Средневековье" "просвещенной науке" (а в XIX веке Ирвинг раздул этот миф, о чем сказано выше). На деле же образованные люди средневековой Европы и исламского мира прекрасно знали, что Земля имеет форму шара.
Более того, еще во II веке до н. э. греческий ученый Кратет Малльский создал первый в истории глобус. Средневековые картографы, опираясь на достижение своего предшественника, тоже изготавливали сферические модели Земли. То есть без принятия шарообразной формы планеты это было бы совершенно лишено смысла.
Важно отметить, что церковь не только не преследовала ученых за идею шарообразной Земли, но и принимала ее как факт. Например, святой Амвросий Медиоланский — епископ, проповедник и один из отцов западной церкви — уже в IV веке открыто рассуждал о «земном шаре». А мусульманские астрономы того времени развивали сферическую тригонометрию, чтобы вычислять направления и расстояния до Мекки — расчеты, которые имеют смысл только на шарообразной планете.
Роль Колумба в этой истории
Христофор Колумб не доказывал, что Земля круглая. Это давно было известно всем, кто имел хоть какое-то отношение к его экспедиции. Спор шел о другом — о размерах планеты.
Колумб считал Землю на 25-30% меньше, чем она есть на самом деле. Он опирался на данные древнегреческого философа и географа Посидония (135–51 годы до н. э.), который, отвергнув более точные вычисления Эратосфена, занизил оценку длины земной окружности. Согласно расчетам Колумба, путь в Азию по западному маршруту должен был занять всего несколько недель. Ему возражали не невежды, а лучшие географы Европы, справедливо указывавшие, что океан слишком велик и подобное путешествие может закончиться катастрофой.
По иронии судьбы именно ошибка Колумба сделала его путешествие возможным. Если бы он знал истинные размеры Земли и реальные расстояния до Азии, то, вероятно, не решился бы на столь рискованную экспедицию — запасов воды и еды просто не хватило бы на такой путь. Его флот спасло существование неизвестного** тогда континента — Америка оказалась между Европой и Азией, не дав кораблям сгинуть в бескрайнем океане.
**Справедливости ради стоит отметить, что за пять веков до Колумба берегов Северной Америки, вероятно, достигали викинги, но свои открытия они не удосужились задокументировать, так что вскоре это достижение было забыто.
Парадокс XXI века
И вот здесь история делает неожиданный поворот. В наше время, когда существуют тысячи спутниковых снимков Земли, Международная космическая станция непрерывно летает уже 25 лет, и сотни человек побывали в космосе, миллионы наших современников начали верить в плоскую Землю.
Согласно социологическим опросам, примерно 2-3% населения развитых стран убеждены, что планета имеет форму диска. Это не шутка. Существуют целые сообщества, конференции, каналы в интернете, посвященные "разоблачению" шарообразной Земли.
Особенно настораживает возрастная динамика. Среди людей старшего поколения в шарообразности Земли убеждены более девяноста процентов. Среди молодежи этот показатель заметно ниже. Интернет, который должен был стать инструментом распространения знаний, превратился в рассадник невежества.
Древние греки, не имея ни спутников, ни телескопов сумели понять форму планеты и измерить ее размер с помощью палки и тени. Аристотель в IV веке до н. э. привел доказательства, которые может проверить любой человек — достаточно понаблюдать за кораблями или за лунным затмением.
А часть наших современников, имея свободный и мгновенный доступ ко всем знаниям человечества, умудряется отрицать очевидное. Это не "альтернативная точка зрения" и не "здоровый скептицизм". Это интеллектуальная деградация — откат на тысячелетия назад.
Если смотреть на эту структуру сверху — с самолета или со спутника — она выглядит как практически идеальная темно-синяя окружность посреди бирюзового мелководья.
Кажется вполне логичным, что ее стоило бы назвать Большой синей дырой, но, скорее всего, когда термин Blue Hole вносили в русский язык, переводчики не удосужились взглянуть на снимки и, недолго думая, сделали "синее" "голубым". Хотя в английском языке значение цвета blue зависит от контекста. Ну, раз официально объекты такого рода называют голубыми дырами, то и я, скрепя сердце, буду называть их так.
Большая голубая дыра расположена в Карибском море, примерно в 70 километрах от побережья Белиза, государства на восточном побережье Центральной Америки. Она входит в состав рифа Лайтхаус и является частью Барьерного рифа Белиза — объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Размеры структуры впечатляют: диаметр — около 318 метров, глубина — более 125 метров. То есть перед нами не просто углубление в морском дне, а вертикальная пещера — провал, уходящий строго вниз сквозь известняк.
Именно глубина и обеспечивает этот пронзительный темно-синий (не голубой) цвет. Вокруг — мелководье, где вода бирюзовая и прозрачная. Контраст настолько резкий, что с высоты дыра выглядит как нечто искусственное.
Как она образовалась
История Большой голубой дыры началась не в океане, а на суше — и не вчера, а около 150 000 лет назад.
В эпоху ледниковых периодов уровень Мирового океана был значительно ниже, чем сейчас. Территория, которая сегодня находится под водой у берегов Белиза, была сушей — известняковым плато. В известняке, как это часто бывает, образовывались карстовые пещеры. Грунтовые воды просачивались сквозь породу, растворяли ее изнутри, и постепенно под землей формировались огромные полости с залами и сталактитами.
Потом ледники начали таять, что запустило подъем уровня океана. В какой-то момент своды некоторых пещер не выдержали веса воды и обвалились. Поскольку напряжения в известняке вокруг такой полости распределяются радиально, провалы получались практически идеально круглыми. Так сформировались структуры, заполненные водой, которые позже назвали "голубыми дырами".
И я не случайно говорю во множественном числе: голубые дыры встречаются по всему миру — у берегов Австралии, Египта, на Багамах. Но Большая голубая дыра у Белиза — крупнейшая из известных.
Кусто и мировая слава
Широкая общественность узнала о Большой голубой дыре благодаря Жаку-Иву Кусто — легендарному французскому исследователю океана. В 1971 году он привел сюда свое судно "Калипсо" и совершил погружение.
Кусто был в восторге. Он включил Большую голубую дыру в список десяти лучших мест для дайвинга в мире. После этого сюда потянулись дайверы со всего света — и слава дыры стала поистине общемировой.
На глубине около 40 метров нависает каменный козырек — это остатки древнего свода пещеры. Там же можно увидеть сталактиты, которые тысячелетиями формировались в карстовой пещере, а теперь навсегда застыли под водой — немые свидетели того, как океан поглотил сушу.
Открытие 2018 года
Несмотря на десятилетия дайверского интереса, дно Большой голубой дыры долго оставалось загадкой. Глубже 90 метров начинается мертвая зона: из-за отсутствия течений вода там не обновляется тысячелетиями, превращаясь в токсичную, лишенную кислорода среду. Обычные дайверы на такую глубину не погружаются.
Но все изменилось в 2018 году, когда туда отправилась экспедиция с участием предпринимателя Ричарда Брэнсона, Фабьена Кусто (внука Жака-Ива Кусто), исследовательницы National Geographic Эрики Бергман и пилота небольшой субмарины компании Aquatica Submarines. Этот квартет совершил первое в истории погружение на дно Большой голубой дыры.
Находки оказались одновременно завораживающими и жуткими.
На дне — толстый слой сероводорода, чрезвычайно ядовитого газа. Ничего живого. Абсолютная тишина и темнота. Зато идеальная консервация всего, что туда попало: на дне нашли останки нескольких раков-отшельников и морских моллюсков, которые случайно упали в дыру и не смогли выбраться. Нашли и двух из трех пропавших дайверов, которые, очевидно, погрузились слишком глубоко. О последней находке оперативно уведомили местные власти, но те решили, что их лучше не трогать, так как "они обрели покой".
Но самое неожиданное — исследователи обнаружили здесь керамические черепки древней цивилизации майя. Как они там оказались? На деле все просто: майя, почитавшие голубые дыры как врата в подземный мир, приплывали к Большой голубой дыре на лодках и совершали подношения — и то, что они бросали в воду тысячелетия назад, сохранилось на дне в нетронутом виде.
Научная ценность
Большая голубая дыра — это не просто природный парк развлечений для туристов и дайверов, а естественная капсула времени.
Бескислородное дно сохраняет осадки в нетронутом виде тысячелетиями. Изучая эти слои, ученые могут восстанавливать климатическую историю региона с поразительной точностью. Например, исследования 2018 года показали, что в IX веке на полуостров Юкатан обрушилась череда засух, которые стали одной из ключевых причин коллапса некогда могучей цивилизации майя. Ранее же факт ее падения был предметом нескончаемых споров и антинаучных спекуляций. Получается, что на дне пещеры лежал ответ на одну из величайших загадок древней истории.
Кроме того, у Большой голубой дыры есть и астробиологическая ценность: изучая бескислородные зоны структуры, ученые проводят параллели с подледными океанами на некоторых потенциально обитаемых спутниках Юпитера и Сатурна — там тоже могут царить экстремальные условия на грани пригодности для жизни. Оценить пределы земной жизни — значит лучше понять, где вести поиски в Солнечной системе.
Около 75 миллионов лет назад, в позднем меловом периоде, в огромном мелководном эпиконтинентальном Западном внутреннем море на территории современных Канады и США, обитали черепахи архелоны.
Это были далекие предки морских черепах с пляжных курортов, которые давным-давно вымерли, как и исчезло море, в котором они когда-то процветали. Однако архелоны оставили после себя кости, по которым ученым удалось восстановить их облик с поразительной точностью.
Меловой гигантизм
Крупнейший из найденных экземпляров достигал 4,6 метра в длину — от кончика клюва до хвоста. Размах передних ласт — около пяти метров. Вес взрослой особи превышал две тонны. Для сравнения: кожистая черепаха, крупнейшая современная черепаха в мире, вырастает до 2,6 метра, а ее вес может достигать 916 килограммов.
Но самое интересное не цифры, а то, как архелон был устроен.
Думая о черепахах, первое, что приходит в голову — твердый костяной панцирь. У архелона его не было. По крайней мере, не в привычном смысле. Вместо сплошного купола, представленного сросшимися костями, панцирь архелона состоял из тонких костных перемычек, покрытый толстой кожей. Интересно, что панцирь ко́жистой черепахи устроен примерно аналогичным образом, что делает ее единственной из ныне живущих видов, у которой нет твердого панциря.
Специфическое строение панциря архелона делало его легче, чем можно было бы ожидать при таких размерах, и более маневренным в воде. Твердый монолитный панцирь такого размера просто утопил бы его.
Хищник, а не увалень
Черепахи в массовом представлении — медлительные травоядные существа. Архелон разрушает этот стереотип полностью.
Он был активным морским хищником. Мощный клюв — без зубов, но с острыми режущими краями — идеально подходил для охоты на аммонитов, кальмаров и медуз. Некоторые исследователи допускают, что архелон мог охотиться и на более крупную добычу — рыбу и небольших морских рептилий.
Его ласты работали как крылья — архелон не греб ими как веслами, а совершал редкие широкие взмахи, буквально паря под водой. Именно так плавают современные морские черепахи, только у архелона этот механизм был реализован намного эффективнее.
Объясняется это тем, что мир, в котором жил архелон, был крайне враждебным местом. Его соседями были мозазавры — огромные морские ящеры длиной до 17 метров — и акулы, не уступавшие современным большим белым по размерам и мастерству охоты. Хотя архелон и был велик, но он не был неуязвимым. Поэтому его выживаемость полностью зависела от скорости и маневренности, чем эволюция его учтиво и "наградила".
Скелет с историей
Главный скелет архелона хранится в Йельском музее естественной истории (США). Его нашли в конце XIX века в штате Южная Дакота — на территории, которая когда-то была дном того самого Западного внутреннего моря. И что особенно примечательно, так это отсутствие одного заднего ласта у скелета.
Ученые уверены, что ласт был утрачен еще при жизни. Следы на костях говорят о том, что архелон подвергся нападению более крупного хищника, но выжил и прожил еще какое-то время, так как рана успела зажить. Кто напал — мозазавр или крупная акула — установить невозможно. Но сам факт говорит о многом: даже двухтонная черепаха с пятиметровым размахом ласт не была в безопасности в меловом океане.
Есть и еще одна деталь. Судя по размерам и степени окостенения скелета, этот конкретный архелон был самкой — и, по оценкам палеонтологов, ей было более ста лет на момент гибели.
Беспощадное вымирание
Архелоны вымерли около 65 миллионов лет назад — вместе с динозаврами, мозазаврами и большинством крупных рептилий мелового периода. Причина та же: массовое вымирание, предположительно вызванное падением астероида, которое привело к катастрофическим климатическим изменениям.
Их родственники — морские черепахи — выжили. Они были меньше, более гибки в питании и лучше адаптировались к новым условиям. Архелон оказался слишком специализированным существом для мира, который внезапно изменился.
Равнодушная эволюция
Глядя на скелет архелона, я невольно задумываюсь о масштабе того, что было потеряно. Эти существа делили планету с тираннозаврами, трицератопсами и множеством других гигантов, которые казались абсолютными хозяевами Земли. Они доминировали на суше, в море и в воздухе — и по геологическим меркам весь этот уклад был разрушен в мгновение.
Но катастрофа, погубившая гигантов, открыла дверь для тех, кто прятался в тени. Мелкие млекопитающие, десятки миллионов лет жавшиеся по норам и не способные конкурировать с рептилиями, вдруг оказались в мире, где прежние правила больше не работали. Они начали стремительно заполнять пустые ниши и эволюционировать, что в итоге привело к появлению нас — вас, читающих это, и меня, написавшего эти строки.
Но вот что важно понять: это не был запланированный ход развития событий. Эволюция — не лестница, ведущая к разуму. Это ветвящееся дерево без направления и цели, где каждый поворот определяется случайностью. Не будь того астероида — архелоны, возможно, плавали бы в океанах до сих пор, динозавры продолжали бы править сушей, а млекопитающие так и оставались бы мелкими ночными существами на обочине эволюции.
Это значит, что появление разумной жизни, возможно, куда более редкое событие, чем принято думать. Не закономерный итог эволюции, а цепочка случайностей, каждая из которых могла пойти иначе. Астероид мог промахнуться или при входе под другим углом по большей части сгореть в атмосфере. Гиганты могли продолжать править Землей, а млекопитающие в итоге быть полностью вытеснены. Приматы могли не появиться.
Мы здесь не потому, что так должно было быть. Мы здесь потому, что в определенный момент истории произошла катастрофа определенного масштаба. Шаг влево, шаг вправо — и эволюция пошла бы совершенно иным путем.
Это произошло в ночь с 21 на 22 августа 1986 года. Жители деревень вокруг озера Ньос в Камеруне (Африка), как обычно, легли спать, но утром не проснулись 1 746 человек.
Причиной тому стало невидимое облако углекислого газа, которое вырвалось из озера и, будучи тяжелее воздуха, "стекло" вниз по склонам в долины, где находилось несколько деревень. За ночь оно погубило практически всю фауну в низинах на расстоянии до 25 километров от озера.
Это, определенно, была одна из самых странных природных катастроф в истории.
Что такое озеро Ньос
Озеро Ньос расположено на северо-западе Камеруна, в кратере потухшего вулкана на высоте 1 091 метр над уровнем моря. Это небольшое озеро — около двух километров в длину и 1,2 километра в ширину. Максимальная глубина — 210 метров.
До катастрофы озеро было одним из ключевых источников пресной воды, которая использовалась для питья и в сельскохозяйственных целях. Кроме того, в водоеме водилось большое количество рыбы, регулярный вылов которой удовлетворял значительную часть продовольственных нужд. Озеро фактически обеспечивало людей базовыми ресурсами для жизни, поэтому вблизи него и строились деревни.
Под самим озером находится магматический очаг — остатки древней вулканической активности. Магма выделяет углекислый газ (CO2), который просачивается сквозь трещины в земной коре и растворяется в воде озера. На глубине, под давлением толщи воды, CO2 накапливается в огромных количествах. Тропический климат мешает естественному перемешиванию воды, поэтому верхний теплый слой работает как "пробка", удерживая холодную, перенасыщенную газом воду на глубине.
Роковая ночь
Вечером 21 августа 1986 года что-то нарушило равновесие. Возможно, это был обвал скалы, подводный оползень или просто перенасыщение нижних слоев воды газом. Но холодная вода с глубины резко поднялась к поверхности. Давление упало, и растворенный углекислый газ мгновенно начал переходить из растворенного состояния в газообразное — как при открытии бутылки газировки, только в масштабах озера.
За считанные минуты из озера вырвалось около 1,2 кубических километра CO2. Этот газ почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому он не рассеялся, а под действием силы тяжести "потек" вниз по склонам как невидимая река, заполняя долины и низины. Облако двигалось со скоростью до 50 километров в час, вытесняя кислород.
Всего вокруг озера проживало около 4 000 человек. Жители низменностей засыпали и больше не просыпались — к праотцам отправились 1 746 человек. Еще 845 человек серьезно отравились и/или получили повреждения дыхательных путей, но выжили. Кроме того, были потеряны 3 500 голов скота, а озеро, откуда вылавливали рыбу для пропитания, стало практически безжизненным — гарантированный голод для выживших без помощи извне.
Почему это произошло именно там
Озеро Ньос — редкий, но не уникальный случай. Такие озера называют лимнологическими бомбами. Для их формирования необходимо соблюдение трех условий:
Во-первых, озеро должно находиться в вулканической зоне, где из глубин поступает углекислый газ.
Во-вторых, озеро должно быть глубоким и стратифицированным — то есть слои воды не перемешиваются из-за разницы температур и плотности.
В-третьих, климат должен быть стабильным, без сильных ветров и температурных колебаний, которые могли бы перемешивать воду.
Ньос идеально подходил под все условия. Глубина, вулканический источник CO2, тропический климат без штормов — все это создало идеальные условиях для формирования "газовой ловушки".
Есть ли другие подобные озера?
Да, и не одно.
Озеро Монун, также в Камеруне, всего в 95 километрах от Ньос. Его размеры составляют 1,6 × 0,7 километра, а максимальная глубина — 99 метров. 15 августа 1984 года Монун высвободило углекислый газ, погубив 37 человек.
Однако тогда на это событие почти никто не обратил внимания — слишком "скромный" масштаб катастрофы, которая на самом деле была грозным предупреждением.
Озеро Киву находится на границе Руанды и Демократической Республики Конго. На его побережье проживает более двух миллионов человек. Оно гораздо крупнее озера Ньос. Его размеры составляют 89 × 48 километров, а максимальная глубина — 496 метров. По оценкам экспертов, в его недрах растворено около 300 кубических километров CO2 и 65 кубических километров метана (CH4).
Есть также потенциально опасные озера в Италии (вулканические озера Лацио), в Индонезии и на Камчатке. Все они находятся в вулканических зонах и могут накапливать CO2. Однако ни одно из них не идет ни в какое сравнение с трио самых опасных озер, которые расположились на территории африканского континента.
Горький опыт
Наученные инцидентом с озером Ньос, ученые нашли простой, но эффективный способ обезопасить Ньос, Монун и Киву: дегазация.
Эксперимент начали на озере Ньос в 2001 году, установив вертикальную трубу, которая достигает дна. Насос поднимает насыщенную газом воду с глубины на поверхность. Там давление падает, и CO2 выходит контролируемо, образуя фонтан высотой до 50 метров. Процесс идет непрерывно. К 2011 году установили три такие трубы, которые эффективно снижают концентрацию газа в озере. Однако если система выйдет из строя, то накопление газа возобновится.
На озере Монун также установлена дегазационная система. А вот Киву пока не оснащено полноценной защитой из-за огромных размеров и высокой стоимости такого проекта. Однако озеро находится под непрерывным наблюдением. Но если здесь начнет разворачиваться "ньосовский сценарий", то я с трудом представляю себе эвакуацию двух миллионов человек за несколько минут.
Ученые предупреждают, что Киву — бомба замедленного действия. Если в регионе произойдет сильное землетрясение, то это непременно приведет к выбросу газа и последствиям, в сравнении с которыми событие у озера Ньос будет выглядеть как безобидная шалость природы.
В 2006 году геофизик из Огайо Ральф фон Фрезе и его ассистент Патрик Поттс занимались анализом данных американо-германских спутников-близнецов GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Главная задача этой миссии — поиск гравитационных аномалий на нашей планете, связанных с неравномерным распределением пород под поверхностью.
Два аппарата движутся по одной орбите на небольшом расстоянии друг от друга. Изменения гравитационного поля заставляют их то сокращать, то увеличивать дистанцию. Фиксируя эти изменения, ученые получают возможность составить подробную карту гравитационных аномалий на Земле.
В районе Земли Уилкса, одного из самых недоступных регионов Антарктиды, группировка GRACE зафиксировала нечто странное. Под километрами льда вырисовывалась структура, напоминающая гигантскую мишень: чередующиеся зоны с повышенной и пониженной плотностью пород, расходящиеся от центра.
Диаметр структуры — почти 480 километров, так что внутри можно было бы без проблем уместить 70 таких городов, как Москва.
Что скрывается подо льдом?
Ученые предположили, что это ударный кратер, сформировавшийся после падения астероида. Вероятно, крупнейший на Земле, превосходящий даже южноафриканский Вредефорт с его 300 километрами.
Но самое захватывающее — не размер, а время появления.
Предполагается, что удар произошел около 252 миллионов лет назад. Именно тогда на Земле случилось то, что геологи называют двумя словами — "Великое вымирание". За относительно короткий срок исчезло примерно 96% морских видов и 70% наземных позвоночных. Это была самая масштабная катастрофа в истории земной жизни, на фоне которой событие, приведшее к гибели динозавров около 66–67 миллионов лет назад, — небольшая встряска.
Но как определили возраст, если кратер скрыт под трехкилометровой толщей льда?
На помощь пришли косвенные геологические методы. Ученые выявили два события: одно гарантированно произошло до удара, другое — после. Это позволило установить, что возраст кратера лежит в диапазоне от 100 до 500 миллионов лет.
Во-первых, спутники зафиксировали под кратером маскон — плотный сгусток мантийного вещества, спрессованного ударом. Земная кора постоянно движется, и моделирование показывает, что под действием тепла планеты маскон "рассосался" бы максимум за 500 миллионов лет. Так определили верхнюю границу.
Во-вторых, около 100 миллионов лет назад суперконтинент Гондвана начал раскалываться, и прямо через кольцевые структуры прошел тектонический разлом, отделивший будущую Австралию. Если бы удар произошел позже, кратер не застал бы Австралию соединенной с этим местом. Значит, удар был раньше.
Определив диапазон, ученые применили метод антиподального вулканизма. Когда массивное тело бьет в Землю, ударная волна проходит планету насквозь и фокусируется в противоположной точке — на антиподе. В теории это может привести к расколу коры и излиянию лавы. Моделирование показало, что около 250-252 миллионов лет назад Земля Уилкса находилась напротив Сибири, где в тот период произошла величайшая вулканическая катастрофа в истории — излияние Сибирских траппов. Датировка этого события установлена точно благодаря радиоизотопному анализу базальтов.
Таким образом, согласно предложенной гипотезе, ударная волна от падения астероида в Антарктиде "пробила" планету насквозь и вызвала мегаизвержения в Сибири, ставшие ключевой причиной "Великого вымирания".
Как проверить гипотезу?
Казалось бы, нужно всего лишь пробурить три километра льда и расставить точки над "i". В чем проблема?
Проблема в масштабе. Три километра антарктического льда — это не корочка на озере, а многовековой монолит, спрессованный давлением и временем. Бурение такой толщи — операция, по сложности сравнимая с космической миссией: колоссальные деньги, экстремальные условия, годы подготовки.
И даже если пробурить, нет гарантии попасть в нужную точку. Определить возраст структуры — одно, а доказать ее космическое происхождение — совсем другое. Для этого нужно найти либо шоковый кварц, образующийся только при ударах чудовищной силы, либо следы иридия — редкого металла, который приносят метеориты. Без этих "улик" гравитационная аномалия так и останется просто аномалией. Теоретически она может объясняться и скрытым древним вулканом, и особенностями коренных пород, не имеющими к космосу никакого отношения.
Ситуация весьма ироничная: у человечества нет денег, чтобы разгадать одну из величайших тайн земной истории, но при этом из каждого утюга доносятся разговоры о скорых полетах на Марс, строительстве баз на Луне и достижении подледного океана Европы, залегающего на глубине около 30 километров.
Представьте себе простую ситуацию. Луч света попадает на стекло и проходит через него насквозь. При этом мы помним, что скорость света в вакууме является табличным значением. Скорость света в воздухе чуть ниже. Ну а в стекле она совсем низкая (по меркам вакуума). Что можно сказать про скорость луча света, который прошёл через стекло?
Скорее всего ответ очевиден. Скорость светадолжна уменьшиться. Мы подкрепляем такую идею тем, что поток некоторых частиц, которые мы именуем фотонами, сталкиваются со структурой стекла, взаимодействуют с ней и теряют при этом энергию. На выходе скорость света ниже, чем была изначально. А вот и нет, а вот и не так!
Свет, покинув среду, вернется к своей изначальной скорости.
Тут весьма забавно, что многие ученики просто откроют табличку значений скорости света и тыкнут пальцем в значение для воздуха. И будут случайно правы. Хотя как раз-таки мысли про замедление куда более логичны. Но почему скорость света восстанавливается? Ведь это напоминает что-то типа нарушения закона сохранения энергии.
Луч, потерявший энергию в структуре материала, откуда-то берет её вновь и снова увеличивает скорость.
Что же, мы в очередной раз не совсем корректно смоделировали в воображении поведение частиц. В первую очередь нужно понимать, чем являются фотоны. Исходя из этого нужно анализировать поведение системы и специфику взаимодействия фотона со средой.
Свет - это не простой поток твердых частиц, и это не чистая волна. Он состоит из "волновых пакетов", которые и принято называть фотонами.
Если говорить в "сложном виде", то есть три способа описать скорость света в волновом пакете. Выделяют фазовую, групповую и фронтальную скорости света. В вакууме (или даже в воздухе) об этом можно не беспокоиться, потому что все три скорости одинаковы. Но в таких материалах, как стекло или вода,они не одинаковы, поэтому фазовая скорость замедляется примерно до 60–70% от табличного значения и снова ускоряется на выходе из материала.
Все это сбивает с толку. И в корне проблемы - неправильная воображаемая модель. Это работает не так и тут стоило бы вспомнить мой материал про истинную природу отражения.
Соль проблемы в том, что частички не проскакивают структуру, как это хотелось бы представлять. Но как тогда правильно?
На самом деле частицы переизлучаются этой структурой. Энергетические пакеты в виде фотонов попадают в некоторую среду. В нашем случае в стекло. Эта энергия будоражит внутреннюю конструкцию. Атомы получают порции энергии и в последствии переизлучают эту энергию. Так паровозиком всё это доходит до противоположной стенки стекла. Там фотон излучается уже в воздух. Скорость этого "нового переизлученного фотона" будет определяться по специфике среды, в которую он излучился.
Поскольку энергия выброшена в воздух, то и скорость её движения в виде пакета, именуемого фотонам, будет определяться по скорости распространения в воздухе. Вот вам и ответ на поставленный вопрос.
На этой проблеме ученики очень часто сыплются. В общем-то, сами они не виноваты. Дело в том, что объяснили не то, чтобы правильно. Поэтому утверждение, чтосвет, покинув среду и вернувшись в вакуум, снова начинает двигаться со скоростью света, вызывает лёгкий шок. Тут вам и недопонимания, и поиск противоречия закону сохранения.
История появления Луны началась примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда молодая Земля (протоземля) столкнулась с небесным телом размером примерно с Марс, которое условно называют Тейей. Это событие было настолько разрушительным, что часть земной мантии и фрагменты разрушенной Тейи оказались выброшены на орбиту. Этот материал сформировал вокруг планеты раскаленный диск из обломков и расплавленного вещества.
Из этого диска довольно быстро — по некоторым моделям за считаные часы, по другим оценкам за тысячи или десятки тысяч лет — аккрецировала Луна. В любом случае по астрономическим меркам это произошло мгновенно.
Сразу после формирования Луна находилась на расстоянии примерно 20–25 тысяч километров от Земли. Для сравнения: сегодня среднее расстояние между этими объектами составляет примерно 384 400 километров, и Луна продолжает от нас удаляться прямо сейчас, пока вы читаете этот текст, со скоростью 38 миллиметров в год.
Почему Луна не была ближе
Тут все очень просто: существует физическое ограничение, известное как предел Роша, — минимальное расстояние, на котором крупное тело способно существовать без риска быть разорванным приливными силами более массивного соседа. Для системы Земля — Луна этот предел составляет от 9 500 до 18 000 километров в зависимости от плотности тела.
Формирующаяся Луна на самой ранней стадии представляла собой рыхлую, полурасплавленную массу, аккрецирующую из диска обломков. У нее не было структурной прочности, которая позволила бы удержаться от разрыва на расстоянии в 9 500 километров. Для устойчивого формирования ей необходимо было находиться дальше "жидкого" предела Роша, то есть дальше 18 000 километров, — чтобы одной только собственной гравитации хватило для победы над приливными силами со стороны Земли, которые в противном случае разорвали бы любые формирующиеся сгустки материи на части.
И вот тут моделирование дает оценку в 20–25 тысяч километров от нашей планеты. Именно с этой точки Луна начала свое существование, и стартовал ее долгий путь отдаления от Земли.
Почему Луна удаляется от Земли
В процессе вращения вокруг общего центра масс Луна создает на Земле приливные горбы — возвышения океанической воды и деформации твердой коры, вызванные ее притяжением. Но из-за того, что Земля вращается быстрее (один оборот вокруг своей оси за 24 часа), чем Луна обращается вокруг нее (один оборот примерно за 27,3 дня), эти горбы оказываются немного смещены вперед относительно самой Луны.
Эта, казалось бы, незначительная асимметрия обеспечивает приливное ускорение, которое слегка подталкивает Луну вперед по орбите, одновременно замедляя вращение Земли. Ускоряясь, Луна по законам орбитальной механики поднимается на все более высокую орбиту.
Сегодня этот процесс идет со скоростью 38 миллиметров в год. Цифра настолько точная благодаря отражателям, которые в рамках программы NASA "Аполлон" были оставлены на лунной поверхности. Ученые регулярно посылают к ним лазерные импульсы и измеряют время возврата сигнала. Зная скорость света и время, за которое был пройден путь, можно с легкостью рассчитать расстояние — с точностью до миллиметров.
Стоит отметить, что скорость удаления не была постоянной на протяжении миллиардов лет. Она сильно зависит от конфигурации континентов на Земле, потому что интенсивность приливного трения определяется формой и размерами океанических бассейнов. Были эпохи, когда Луна удалялась значительно медленнее, чем сейчас, и периоды более резкого дрейфа.
Короткие сутки древней Земли
Обратная сторона удаления Луны — замедление вращения Земли, поскольку именно оно питает энергией весь процесс. Когда Луна только сформировалась, продолжительность земных суток составляла всего 5–6 часов.
По мере того как Луна отдалялась, "воруя" угловой момент у Земли, сутки постепенно растягивались — до современных 24 часов, и процесс продолжается, просто крайне медленно: каждое столетие прибавляется около 1,7 миллисекунды. Для сравнения: когда на Земле доминировали динозавры, продолжительность суток составляла 23–23,5 часа.
Гигант на небосводе
Новорожденная Луна была в 15–20 раз ближе к Земле, чем сегодня, а значит, и ее видимый диаметр был тоже в 15–20 раз больше, чем у привычного нам диска. То есть в небе висел исполинский шар, закрывающий значительную часть небосвода и днем, и ночью.
Из-за столь малой дистанции приливные силы были на порядки мощнее нынешних. Океанские приливы представляли собой волны высотой в сотни метров, а земная кора испытывала чудовищные деформации: тут и там появлялись временные горы и разломы.
Как все это узнали?
Разумеется, у нас нет фотографий той эпохи, но имеется не менее ценный источник информации — так называемые приливные ритмиты: осадочные породы с тонкой слоистостью, формирующиеся в приливных зонах. Они естественным образом задокументировали цикличность приливов прошлого. Изучая толщину и структуру этих слоев в древних породах, геологи реконструируют, как менялись длина земных суток и лунная орбита на протяжении миллиардов лет истории планеты.
Комбинируя эти геологические данные с современными лазерными измерениями и физическими моделями приливного взаимодействия, можно с уверенностью говорить о том, насколько близко находилась Луна в момент своего рождения и насколько другой была Земля в начале своей истории.
Комментарии