Эволюция жизни на Земле. Процессы, происходящие в природной среде

Появление эвкариотов (организмов, в клетках которых есть ядро), сначала одноклеточных, а со временем и многоклеточных, начала новую стадию эволюционного развития -- проявление кооперации. Объединение организмов (симбиоз, кооперация) обеспечивало более интенсивное усвоение свободной энергии. Значение кооперативных связей на протяжении всей истории эволюции биосферы беспрерывно возрастало и стало решающей с появлением на Земле Разума. Более широкие возможности для развития имеют те организмы, которые, легко изменяясь, черпают новую информацию от других организмов и из окружающей среды, в частности с Космоса. У этих организмов (а их сегодня на Земле большинство) ярко выраженный, по словам Р. Баландина, «порыв к разнообразию, неожиданных решений, свободы творчества». Конечно, наиболее полно эти качества оказались в гоминид, поэтому они и основали носителя Разума.

Итак, биосфера сформировалась на ранних этапах развития жизнь на Земле, причем очень быстро и уже в довольно сложном виде. К. Циолковский считал, что многочисленные виды простейших организмов зародились на Земле одновременно. Эту же мысль неоднократно подчеркивал В. Вернадский, считая, что комплекс одноклеточных организмов, способных не только существовать и воссоздаваться в окружающей среде, но и активно перестраивать его, за немного дней мог сформироваться и распространиться по всей поверхности планеты. В работе «Биогеохимические очерки» он пишет: «Следует неминуемо предположить, что, может, и менее сложная в основных чертах, чем сегодняшняя, и все же очень сложная жизненная среда сразу создалась на нашей планете как одно целое в догеологический ее период. Создался целый монолит жизни (жизненная среда), а не отдельный вид живых организмов...»

За три миллиарда лет комплекс простейших организмов (прокариотов) неузнаваемо изменил жизненную среду на Земле -- состав ее атмосферы, гидросферы, верхних пластов литосферы. Не имея способности изменять себя, прокариоты (сине-зеленые водоросли, хемотрофные бактерии и т.п.) вынужденные были отступать, освобождая место для более сложных организмов с эффективной энергетикой. Ныне прокариоты остались преимущественно в таких биологических нишах, которые за своими характеристиками напоминают ранний докембрий-- горячих источниках, бассейнах, пораженных сероводородом, и т.п.. Они осваивают также ландшафты, которые создает человек своей непродуманной деятельностью. Уничтожая высокоорганизованные группы растений и животных (то есть конкурентов прокариотов), мы одновременно возвращаем в биосферу те вещества, которые были выведены из нее и захоронены в осадочных породах за счет жизнедеятельности простейших организмов -- углекислый газ, оксиды серы, тяжелые металлы, соединения азота, фосфора и т.п.. Таким образом, мы создаем такую среду, где нет места не только высшим организмам, но и нам самым.

Печальным примером такой деятельности есть «цветение» водохранилищ. Зарегулировав сток Днепра (резко затормозив его течение), «подкармливая» эти застойные бассейны тысячами тонн фосфорных и азотных удобрений, которые смываются из полей, уничтожая пестицидами, которые в большом количестве попадают у моря с тех же полей, речной планктон, мы создаем идеальные условия для массового размножения сине-зеленых водорослей, вследствие чего вода становится отравляющей для всех других жителей. На березе Киевского или Каховского водохранилищ можно видеть результаты этого явления в виде валков из скелетов рыбы, трупы которой выброшен на берег волнами. Да и просто гулять берегом «рукотворного моря» не всегда приятно -- если оно «цветет», стоит такой смрад, что пилоты АН-2, которые пролетают этой территорией, вынужденные плотно затворять иллюминаторы...

Сам творец теории естественного отбора Ч. Дарвин не мог объяснить такого явления, если в процессе эволюции часто имеют преимущества не наиболее прогрессивные формы. Напомним основные положения теории дарвинизма: любая черта организма закрепляется в следующих поколениях, если благодаря ей этот организм лучшее приспосабливается к условиям жизни. Естественная среда именно выполняет отбор -- поэтому он и называется естественной. Лучше приспособленная особь имеет больше шансов выжить и дать большее потомков.

В последнее время ученые открывают все больше исключений из этого, казалось бы, стройного правила. Скажем, известный немецкий биолог Э. Майр обращает внимание на несоответствие закону естественного отбора процесса эволюции самого человека. По этому закону более приспособленной к окружающей среде есть умный просвещенный человек, который хорошо ориентируется в жизненных обстоятельствах -- интеллектуал. Доказано также, что интеллект, главным образом, обусловленный генетической склонностью. Тем не менее статистические сведения свидетельствуют, что люди, профессии которых требуют высокого интеллекта и вдобавок имеют более высокий уровень жизни, рождают у среднему меньше потомков, чем неквалифицированные рабочие. Что же значит, что человек деградирует? Многочисленные примеры этого мы видим и среди разных групп животных.

Чем же обусловленная изменчивость живых существ вообще? Знаменитый французский природовед Ж. Ламарк считал, что основной движущей силой эволюции есть влияние окружающей среды. Скажем, предки жирафа попали в савану. Чтобы достаться к питательным листкам деревьев, жираф «тренировал» свою шею, стараясь ее продлить. Выживали и давали потомков лишь длинношеие особи. Эту мысль привел к полнейшему абсурду Т. Лысенко, отстаивая «мичуринские» идеи, скажем, овес может превратиться на овсюг, а пшеница на рожь в зависимости от условий окружающей среды (влажности, температуры и т.п.).

Открытие генетического кода разрешило приблизиться к разгадке этой тайны. Оказалось, что в двойной спирали ДНК зашифрованные все сведения об организме, и в соответствии с этой программой происходит его индивидуальное развитие. Все сведения о будущем существе -- ее рост, стать, цвет глаз и т.п. -- закодированные в крохотной по объему и массой молекулярной структуре. Например, информация о ките, масса которого достигает 5Ч107 г, заложенная в ДНК его оплодотворенного яйца, масса которого составляет всего 5Ч1015 г. Итак, масса кита в процессе онтогенеза возрастает на 22 порядка! Такой плотности записи информации, которой достигла природа в структурах, которые руководят наследственностью современная кибернетика добиться не может.

Значит, изменчивость организмов, появление новых видов в процессе эволюции связанные с изменениями записи в генетическом коде. Доказано, что генетическая информация поднимается под влиянием мутагенных факторов -- радиации, активных химических веществ, таких как пестициды и т.п.. А тем временем окружающая среда все больше загрязняется этими факторами вследствие технологической деятельности человечества. Стоит вопрос, не ли готовим мы самые себе «генетическую катастрофу»?

На основании достижений генетики можно считать, что эволюция органического мира происходит по счет появления мутаций, то есть случайных отклонений в генетической записи под влиянием активных мутагенных факторов окружающей среды. В случае, если эти новые свойства являются выгодными для организма, они закрепляются естественным отбором.

Тем не менее, результаты исследований генетиков свидетельствуют, что абсолютное большинство мутаций вредное для организма. Особи, которые появляются на мир после мутагенного влияния радиации или химикатов, есть бесплодными, нежизнеспособными, безобразными и т.п. Накопление мутаций генетического кода образно можно сравнить с накоплениями ошибок в тексте книжки. Возникновение нового вида организмов за счет мутаций есть таким же маловероятным, как появление нового текста за счет увеличения количества ошибок. Кроме того, организм «сопротивляется» этому процессу -- генетикам известный механизм «ремонта» поврежденного генетического кода, который действует автоматически в сложном наследственном аппарате и восстанавливает поврежденная запись (в случае, если повреждение есть не весьма значительными). Известно также, что искусственно созданные путем гибридизации новые виды имеют тенденцию с течением времени «расщепляться» на своих предшественников (например, гибрид волка и собаки через несколько поколений снова расщепляется на волков и собак). Это как же возникают новые виды растений и животных?

Если бы эволюция действительно происходила путем постепенного изменения тех или других черт видов с закреплением нужных за счет естественного отбора, то среди ископаемых остатков организмов должно бы быть огромное количество промежуточных форм. подобно к тому, как токарь, который работал бы лишь с помощью метода попыток и ошибок, кроме нужной детали, выточил бы целые горы бракованных. Тем не менее, в палеонтологической летописи мы имеем чрезвычайно мало (а преимущественно вообще не имеем) промежуточных форм -- в определенном пласте горных пород находим остатки одних видов, а в сопредельном с ним -- других. Объяснить это лишь «законом неполноты палеонтологической летописи» (что твердит, что в ископаемом состоянии к нам дошла лишь незначительная часть организмов, которые населяло планету в минувшие эпохи) нельзя. Почему из этой летописи исчезли именно промежуточные формы?

Известно, что в процессе онтогенеза зародыш повторяет предшествующие стадии развития своих далеких предков. Оплодотворенная клетка спустя некоторое время превращается в мешочек, похожий на примитивное чревополостное животное, потом -- на существо, подобную к рыбьему мальку, головастика и т.д. На определенных этапах зародыши всех животных похожие один на одного, лишь в некоторых из них развитие прекращается, а остаток эволюционирует дальше. Наибольшее количество промежуточных стадий проходят зародыши млекопитающих, в частности и человека.

Об этом эволюционном ряде наши предки знали задолго к Ч. Дарвина. Вот как изображает ряд последовательных перевоплощений бога Вишну старинная индийская книга «Воплощение Вишну», написанная задолго к началу новой эры: рыба, черепаха, свинья, человек-лев, человек-карлик, человек с топором, Рама и Кришна. Этот последовательный ряд перевоплощений реально отображает эволюцию человека, если на смену рыбе приходит рептилия, потом млекопитающее, примат, гоминид (австралопитек, который имел невысокий рост). Далее появляется наш непосредственный предок-кроманьйонец («человек с топором»). Рама есть символом современного человека, а Кришна, следует думать, идеалом будущего - космическим человеком.

Укажем еще одну деталь, которая, возможно, поможет нам приблизиться к пониманию сути эволюционного процесса. Если мы сравним микроскопическое строение любой клетки организма человека и проще организованных одноклеточных (например, инфузории), то не найдем принципиальных отличий. Тем не менее, любая из клеток высокоорганизованных существ, кроме своих обычных функций (дыхание, обмена веществ и т.п.), выполняет также определенные функции, связанные с жизнедеятельностью всего организма. В изолированном состоянии клетка высокоорганизованного организма жить не может -- она существует лишь в условиях сотрудничества и кооперации с другими клетками. Собственно организмом есть не отдельная клетка, а вся их система, совокупность в целом, где на первый план выступают информационные связи, которые регулируют его слаженную деятельность.

Что же «подсказывает» оплодотворенной клетке, которая стадии ей належит пройти, на которой остановиться? Такая программа с самого начала записанная в ее хромосомной структуре, помещается в геноме (совокупности генов) и начинает реализоваться из момента оплодотворения яйцеклетки (слияние со сперматозоидом). Строение генома высокоорганизованных существ фантастически сложная -- в ДНК человека, например, насчитывается 3 млн. пар нуклеотидов. Сегодня генетики расшифровали лишь мизерную часть генома, то есть они имеют представление лишь о чрезвычайно маленькой частице этой программы. На протяжении последних лет американские биологи и кибернетики осуществляют сложные исследования по полной расшифровке с помощью ЭВМ генома человека. Идется пока что лишь об определении последовательности в ДНК всех нуклеотидов.

Поскольку управляющая система всегда более сложная за управляемую, стоит вопрос: насколько же более сложной может быть та система, которая создала и «запустила» программу развития живых организмов, где заведомо было определено, как именно «будет раскручиваться» спираль эволюции? Назовите эту управляющую систему, как вам большее по душе: Всемогущей Природой, Космическим Умом, в конце концов, Богом -- суть от этого не изменится. Главное же состоит в том, что вся эволюция земной биосферы была запрограммирована несравненно высшей и более сложной Космической Системой. И поскольку человек есть неотъемлемой составной биосферы, определенной стадией ее запрограммированного развития, то вся его деятельность не должна противоречить общей программе эволюции биосферы.

Таким образом, каждое живое существо рождается, развивается, выполняет свою программу жизни как составная часть исполинского сверхорганизма -- биосферы. И, в свою очередь, есть порождением космического сверхорганизма - галактики. А все галактики являются будто клеточками сверх-сверхорганизма-- Космоса. К. Циолковский так подытожил свои раздумья о нас и наше место в Космосе: «Все рождено Вселенной. Она -- начало всех вещей, от него все зависит. Человек или другие высшие существа и его воля есть лишь проявлением воли Вселенной... Мы говорим: от нас все зависит, но мы сами создания Вселенной. Поэтому верней думать и говорить, что все зависит от Вселенной... Если нам и удастся выполнить свою волю, то лишь потому, что нам это разрешил Вселенная... Ни один атом Вселенной не избегает ощущения высшей разумной жизни».

Ну, а что же породило Вселенную? Возможно, это вопросы вообще нельзя ставить. К. Циолковский сказал, что о Причине Космоса можно лишь догадываться.

Подытоживая изложенное, укажем, что биосфера была запрограммирована несравненно более сложной системой -- Космическим Умом (Абсолютом, Вселенной, Богом и т.п.). Как. осуществляется эта программа, ныне нам известно лишь в наиболее общих чертах. В частности, определено, что в целом процесс эволюции можно рассматривать как увеличение объема генетической информации. За некоторыми современными подсчетами, объем генетической информации у млекопитающего больший, чем в бактерии в 100 тыс. раз. И дело не только в наращивании длины генной цепочки и массы ДНК в ядрах клеток -- у некоторых видов животных она, например, превышает массу ДНК человека. Дело еще и в том, как эта информация разворачивается. Возможно, приблизиться к пониманию этого механизма разрешит такое сравнение. Скрипки Страдивари ли Гварнери ценятся музыкантами потому, что содержат несравненно большие возможности для выполнения сравнительно с обычными. Однако в руках мастера божественно звучит и обычная скрипка. Известно, что если большому Паганини враги подпилили струны на скрипке, и они начали одна за одной лопаться во время его концерта, гениальный скрипач продолжал играть на единой, что осталась, и сыграл так, что на глазах у публики блестели слезы.

Сегодня некоторые ученые, обсуждая управляющую роль Космоса в эволюции, употребляют термин «космическое информационное поле». В. Вернадский говорил о космических излучениях. В старинных индийских книгах упоминается о «вибрациях» Космоса, которые пронизывают всю земную жизнь, христиане верят в Святой Дух, который сходит из небес на Землю, некоторые другие религии вспоминают «астральный луч» и т.п.. Все эти определения, в сущности, выражают одну мысль-руководство Космосом эволюции земной биосферы, которая есть ее неотъемлемой частицей.

Можно констатировать еще одну черту эволюции, а именно -- ее нарастающий темп. Палеонтологические сведения свидетельствуют именно об этом. Так, если условно принять век Земли (4,5 млрд лет) за одни сутки (24 ч), то в таких временных единицах жизни на Земле существует по крайней мере 20 ч, первые живые существа вышли из моря на сушу 6 ч 35 мин поэтому, млекопитающие существуют 3 ч 46 мин, а человек - последние 10 с. Довольно и говорить, насколько резко изменились состав и характеристики биосферы за эти последние 10 с «большого космического дня» Земли.

Эволюция или катастрофа

Мысль о глобальных катастрофах и их влиянии на развитие живых организмов належит выдающемуся французскому ученому XVIII ст. Ж. Кювье. Он считал, что спокойное развитие жизни на Земле много раз перерывалась революционными быстрыми изменениями катастрофического характера, вследствие которых кардинально менялся состав животных и растений, которые населяло Землю. Кювье считал, что такими катастрофами были всемирные потопы. О причинах таких потопов Кювье в своих произведениях не пишет, но из его книг вытекает, что он имел в виду затопления континентов вследствие их опускания ниже уровня океана.

Если в конце XVIII ст. Н. Палас сообщил о находках в Сибири скелетов и даже туш мамонтов в мерзлом сибирском грунте, это было воспринято как доказательство потопа, воды которого принесли к Сибири слонов из далекой Индии. Авторы гипотезы всемирных потопов ссылались и на авторитет Библии, где описанная такая вселенская катастрофа.

С появлением эволюционного учения Ч. Дарвина теорию катастроф как движущих сил развития жизнь на Земле отвергли. Отвергли, как сегодня оказывается, не совсем осмысленно. Дело в том, что фактический материал, собранный палеонтологами, климатологами, астрономами, свидетельствует, что в истории Земли много процессов имеет циклический характер, причем одни из отрезков этих циклов можно рассматривать как медленную эволюцию, другие же -- как быстрые революционные изменения. В особенности убедительно об этом свидетельствует история органического мира. Палеонтологам ныне известные «критические эпохи» в развития биосферы, на протяжении которых вымирали большие систематические группы растений и животных, которые к тому существовали десятки миллионов лет, а также эпохи быстрого развития отдельных систематических групп. Так, в начале палеозойской эры в морях резко уменьшилось количество безскелетных организмов, вместе с тем бурно начали развиваться скелетные, покрытые панцирями,-- трилобиты, моллюски. В конце палеозоя вымерли большие земноводные и большинство папоротневых растений, в середине мелового периода быстро появились покрытосеменные растения, а в конце -- внезапно вымерли динозавры, вместе с тем бурно начали развиваться млекопитающие.

Перечень таких примеров можно было бы продолжить. Причем многие переломные моменты в развития биосферы имеют катастрофический характер. Рассмотрим, например, вымирания динозавров. Эта группа животных властвовала на Земле на протяжении почти 150 млн лет. Миллионы, если не миллиарды этих рептилий, травоядных и хищных, гигантов, таких, как 70-тонный диплодок, существа размером с голубя, сухопутные и морские, бегающие по земле и парящие в воздухе, населяли всю Землю. Это была настоящая эра ящеров. И вот завершается меловый период, а с ним и вся мезозойская эра. И случается невероятное: динозавры исчезают! Гиганты и пигмеи, сухопутной, морские и летающие -- все до одного, на всей Земле не оставив потомков. Как писал американский палеонтолог Д. Симпсон, «наиболее загадочное событие в истории Земли -- это переход от мезозоя, века рептилий, к кайнозою, века млекопитающих. Впечатление такое, будто во время спектакля, в котором все главные роли выполняли рептилии, и в частности толпы разнообразнейших динозавров, занавес на миг упал и поднявшись снова, открыл те же декорации, но совсем других актеров: ни одного динозавра, другие рептилии на заднем плане в роли статистов, а в главных ролях -- млекопитающие, о которых в предшествующих действиях не было и речи».

Идею о катастрофических событиях в истории Земли, в частности об экологических катастрофах, ныне разделяет много ученых. Обсуждаются причины и масштабы таких катастроф, их вероятность в будущем и влияние на биосферу. Среди причин катастрофически быстрых изменений, в частности и экологических, называют внутренние, обусловленные свойствами самой Земли как планеты, и внешние, космические. Тем не менее следует подчеркнуть, что четкой границы между этими двумя группами причин провести невозможно, так как все внутренние, земные причины, при более детальном рассмотрении обнаруживаются так или иначе связанные с внешними, космическими.

Изменения магнитного поля Земли

Одной из особенностей нашей планеты есть ее магнитное поле. Мы не будем касаться довольно сложного вопроса о причинах его наличия, но подчеркнем, что оно есть одной из необходимых условий существования жизнь на нашей планете. Все живые существа Земли миллионы лет эволюционировали именно в условиях магнитного поля и без него существовать не могут. Канадский ученый Я. Крейн исследовал живые организмы, которые находилось в специальной камере с меньшей, чем земная, напряженностью магнитного поля. После 72-часового пребывания в таких условиях резко (в 15 раз) уменьшалась способность бактерий к размножению, снижалась нейро-моторная активность птиц, у мышей поднимался обмен веществ. В случае более длительного пребывания в условиях ослабленного магнитного поля в тканях возникали необратимые изменения и развивалось бесплодие.

Но геофизики (палеомагнитологи) установили, что на протяжении геологической истории нашей планеты магнитное поле неоднократно снижало свою напряженность и даже изменяло знак (то есть северный и южный магнитные полюса менялись местами). Таких эпох изменения знака магнитного поля, или инверсий, ныне установлено несколько десятков, они отразились в магнитных свойствах горных пород. У эпохи непосредственного изменения знака магнитного поля, это поле исчезало, чтобы потом снова появиться, нарастая к норме, но уже с противоположным знаком. Сколько времени продолжительная эпоха без магнитного поля, палеонтологи сказать сегодня не могут, но думают, что несколько тысяч лет. Например, нынешняя магнитная эпоха условно названа эпохой прямой полярности. Она длится уже близко 700 тыс. лет. Тем не менее напряженность поля медленно, но неуклонно снижается. Если этот процесс будет развиваться и в дальнейшем, то приблизительно через 2 тыс. лет напряженность магнитного поля Земли упадет к нулю, а потом, через определенное время «безмагнитной эпохи», начнет нарастать, но будет иметь противоположный знак.

Если опыты Крейна считать адекватными, то «безмагнитная эпоха» может восприниматься живыми организмами как катастрофа. Многие из них вымрут или изменят свои свойства. Тем не менее, существует еще и другая опасность. Дело в том, что магнитное поле Земли есть щитом, защищает жизнь на Земле от потока солнечных и космических частиц (электронов, протонов, ядер некоторых элементов). Двигаясь с огромными скоростями, такие частицы являются сильным ионизирующим фактором, который, как известно, влияет на живую ткань, и, в частности, на генетический аппарат организмов.

С помощью первых спутников, запущенных на космические орбиты, были выявленные радиационные пояса вокруг нашей планеты. Установлено, что земное магнитное поле отклоняет траектории космических ионизирующих частиц и «закручивает» их вокруг планеты.

Итак, в эпохи, когда Земля не имеет магнитного поля, у нее исчезает защитный антирадиационный щит. Значительное (в несколько раз) увеличение радиационного фона может значительно влиять на биосферу: одни группы организмов должны вымирать, среди других может резко возрастать количество мутаций и т.п. А если принять во внимание солнечные вспышки, то есть колоссальные за мощностью взрывы на Солнце, которые извергают чрезвычайно, сильные потоки космических лучей, то следует сделать вывод, что эпохи исчезания магнитного поля Земли, есть эпохами катастрофического влияния на биосферу со стороны Космоса.

Вспышки сверхновых звёзд

В 1957 г. русские ученые В. Красовский и Й. Шкловский рассмотрели еще одну возможную космическую причину земных катастроф. В нашей и других галактиках астрономы время от времени наблюдают грандиозные космические явления -- вспышки сверхновых звезд. Некоторые звезды, которые существенным образом не отличаются от других, вдруг вспыхивают и начинают излучать света в миллионы раз больше, чем к вспышке. В нашей Галактике последнее такое событие было зафиксировано старинными китайскими астрономами, которые описали появление «звезды-гостьи». Эта звезда была настолько яркой, что ее наблюдали даже днем, она была ярче Венеры и уступала светимостью лишь Луне. Через несколько месяцев звезда постепенно угасла. Современные астрономы на месте «звезды-гостьи» наблюдают Крабовидную туманность -- светящуюся газовую оболочку сверхновой звезды, которая продолжает расширяться после вспышки.

Установлено, что взрыв сверхновой звезды сопровождается очень большими дозами ультрафиолетового и рентгеновского излучения и потоками космических лучей высокой энергии. К счастью, вспышка сверхновой звезды в Крабовидной туманности состоялся очень далеко от Земли -- на расстоянии свыше 1 тыс. парсеков, так что эта космическая катастрофа на земную жизнь никак не повлияла. И возможны ли, такие грозные явления близ Земли?

В. Красовский и Й. Шкловский подсчитали, что вспышки сверхновых звезд в нашей Галактике происходят в среднем раз на 100 лет, в частности в окраинах Солнечной системы, (на расстоянии до 10 парсеков) раз на 750 млн лет, а возможно, даже раз на 200 млн лет. То есть за время существования на Земле биосферы такие явления имели место несколько раз. Какие это могло иметь следствия?

В результате близкой вспышки сверхновой звезды Земля на протяжении нескольких тысячелетий облучалась потоком жестких рентгеновских, ультрафиолетовых и космических лучей. На Земле резко повышался радиационный фон. Все это могло иметь серьезные биологические, прежде всего генетические следствия. Увеличивалась частота мутаций, которые в особенности сильно влияли на долгоживущие организмы. По мнению В. Красовского и Й. Шкловского, с такой космической катастрофой может быть связана, в частности, и гибель динозавров в конце мелового периода.

Метеоритные взрывы

Возможно, более всего понятию «катастрофа», которое ввел Ж. Кювье, отвечали грандиозные явления, которые сопровождали в далеком прошлом падения на поверхность Земли больших космических тел (метеоритов, астероидов, комет). В последнее время ученые обнаружили на Земле много следов таких катастроф в виде метеоритных кратеров. Это воронкообразные углубления в земле диаметром десятки, а то и сотни километров. Например, в Украине в Днепропетровской области вблизи с. Болтишка найден заполненный осадочными породами кратер диаметром 25 км. Он образовался в результате падения большого метеорита 100 млн лет тому. Еще больший кратер диаметром близко 100 км выявлен в Сибири, в бассейне р. Хатанги.

Катастрофа произошла 30 млн. лет тому, когда космическое тело с большой скоростью пробило осадочные породы Сибирской платформы толщиной 1,2 км и столкнулось с кристаллическими породами фундамента, мгновенно превратившись на высокотемпературный газ, то есть взорвавшись. О силе этого взрыва свидетельствуют обломки скал диаметром в 20 т, разбросанные на расстоянии до 40 км от кратера. Энергия этого колоссального взрыва оценивается в 1023 Дж, то есть она в тысячи раз превышала энергию мощнейших вулканических взрывов и в сотни тысяч раз -- сильнейших землетрясений. Эта колоссальная энергия равняется энергии взрыва 120 млн. атомных бомб такой мощности, которую было сброшено на Хиросиму.

Большая мощность взрывов во время столкновенья Земли с космическими телами (метеоритами, астероидами, кометами) предопределяется их высокими скоростями и большими массами. В результате столкновенья колоссальная кинетическая энергия космического тела мгновенно превращается на тепло, которое вызывает испарение большей массы горных пород. В воздух поднимается много пыли, которая в случае мощных взрывов может вызвать значительные климатические изменения (уменьшение солнечной инсоляции, похолодание и т.п.).

Поскольку большая часть (71 %) поверхности Земли покрытая океанами, можно предположить, что большинство космических тел падало именно в океан. Расчеты ученых свидетельствуют, что в случае падения крупного метеорита или астероида в океан он пробивает всю толщу воды и взрывается, столкнувшись с породами дна. У воздуха поднимается очень много пыли, а еще больше -- паров воды. Это вызовет катастрофические ливни на большей части поверхности Земли.

Польский исследователь Л. Крживский смоделировал подобное катастрофическое явление на ЭВМ. Были приняты такие параметры: диаметр метеорита (астероида) -- 10 км, скорость его столкновенья с Землей -- 20 км/с, глубина океана в месте падения--5 км, кинетическая энергия--1030--1031 эрг. В результате его взрыва на дне океана образуется большой кратер, возникнут высокотемпературные ударные волны, которые нарушат озоновый слой атмосферы. На 30 °С повысится глобальная температура верхних слоев атмосферы, испарится огромное количество воды (в 100 раз большее за массу астероида), в воздух будет поднято 106 т пыли, которая сократит фотосинтез и охладит тропосферу. На Землю прольются опасные за продолжительностью и массой осадков ливни. В океане вследствие взрыва возникнет колоссальная за масштабами волна цунами высотой 3 км (наибольшие с известных нам сейсмогенных цунами имели высоту 30 - 50 м). Эта волна многократно обогнет земной шар, затапливая и смывая все на своем пути на огромных площадях материков.

Не такое ли явление, как всемирный потоп, описан в Библии и других старинных текстах? Конечно, ливни, какими бы колоссальными они не были, и даже трехкилометровая волна цунами не могут затопить водой всю Землю вместе с высочайшими горами, как утверждают эти тексты, тем не менее в низменной библейской Месопотамии действительно могло быть затоплено все. Кстати, следы такого наводнения в Месопотамии геологи нашли.

В последнее время появились весомые свидетельства в пользу того, что катастрофа в конце мелового периода, что привела к гибели динозавров, могла быть обусловлена именно падением на Землю одного или нескольких больших космических тел. Доказательством этого есть иридиевая аномалия на границе мелового и палеогенового периодов. В тех местах земного шара, где наблюдается непосредственный переход (без перерыва) меловых пород, в палеогеновые, геологи обнаружили тонкую прослойку глины, обогащенную иридием, кобальтом, никелем и другими элементами, которые характерные для метеоритов. Здесь же найдены частицы сажи и мелкие зерна минералов, которые свидетельствуют о влиянии сверхвысоких давлений и температур, -- высокобарических минералов (коэсит, высокотемпературная шпинель и т.п.). Ученые считают их появление следствием колоссальных взрывов и вызванных ними больших пожаров, которые охватили большую часть материков. Климатическая катастрофа, которая была следствием падения астероида (загрязнение атмосферы пылью и сажей пожаров, вызванное этим похолодание и т.п.), привела к быстрой гибели динозавров. Млекопитающие, которые были в те времена небольшими животными размером с крысу, жили в норах и питались насекомыми, пережили вселенскую катастрофу. Исчезновение со сцены динозавров, которые продолжительное время «не давали жизни» млекопитающим, разрешило последним быстро освоить жизненное пространство.

Найдены несколько ископаемых (перекрытых осадочными породами) кратеров, которые могут быть связаны с катастрофой конца мелового периода. А именно, в конце мела -- начала палеогена, образовались Карский (диаметр 65 км) и Усть-Карский (25) кратеры на Пай-Хое (полярное Приуралье), Каменский (22) и Гусевский (4 км) кратеры на Донбассе. Возможно, будут найденные и другие кратеры, связанные с катастрофой, в частности и такие, что находятся на дне океана. Кстати, расчеты астрономов свидетельствуют, что если более или менее большой астероид входит в поле тяготения Земли, он обязательно может разорваться за счет приливных сил, и на Землю выпадет не одно крупное тело, а много более мелких.

Возможное ли столкновенье Земли с крупным метеоритом или астероидом в наше время? Последнее такое событие произошло близко 50 тыс. лет тому, когда образовался Аризонский кратер в США диаметром 1,2 км и глубиной 180 м. Метеорит упал в пустынном районе, и никаких важных следствий для окружающей жизни не имел.

Кое-кто из астрономов предполагает, что знаменитый Тунгуский феномен в 1908 г. был вызван взрывом в атмосфере небольшой кометы. Энергия этого взрыва составляла 1016 Дж, и он вызвал большой пожар и вывал леса на площадях в сотни квадратных километров. Если бы это событие случилось не над безлюдной сибирской тайгой, а над густонаселенной частью Земли, следствия были бы трагические, хотя, конечно, вселенской катастрофой этот взрыв назвать никак нельзя.

Большое беспокойство вызвало сообщение астрономов о близком прохождении близ Земли астероида Икар в 1868 г. Пророчили даже близкий конец мира вследствие падения на Землю этой космической глыбы массой сотни миллионов тон. Действительно, если бы произошло такое столкновенье, то сила взрыва была бы эквивалентной силе тысячи водородных бомб. К счастью, астероид прошел на расстоянии около 6 млн. км от Земли.

Таких астероидов размером 1 км и больше, орбиты которых пересекают орбиту нашей планеты и которые в принципе могут столкнуться с Землей, астрономы насчитали около 1300. Вероятность такого катастрофического события оценивается как один случай на 100 тыс лет. Будем надеяться, что человечество найдет методы борьбы с этой потенциальной угрозой. Уже во время прохождения Икара близ Земли обсуждалось предложение выслать навстречу астероиду ракету с ядерной боеголовкой, чтобы взрывом раздробить его на мелкие фрагменты. Во всяком случае ныне существуют специальные астрономические программы слежения за движением астероидов, которые подходят близко к Земле.

Другие катастрофические события, что время от времени случаются на Земле -- извержение вулканов, землетрясения, тайфуны и т.п., имеют локальный характер и повлиять на эволюцию биосферы в целом не могут. Как свидетельствуют гляциологические исследование, обледенение, которые неоднократно происходило в истории нашей планеты, тоже не имели глобального характера. В частности, никогда, какое бы сильным и продолжительным обледенение не было, ледники не достигали тропических широт, то есть северная и южная ледниковые шапки не смыкались. Итак, у органического мира Земли всегда оставалась резервная территория, не занятая льдом, и большинство видов животных и растений могли мигрировать в экваториальную зону и пережить там похолодание. Однако, конечно, в тех широтах, которые переживало похолодание, органический мир изменялся кардинально, смещались границы климатических и биогеографических зон и т.п.

Следует отметить, что потенциально опасные для человечества естественные явления -- землетрясения, извержение вулканов, ураганы -- имеют место в определенных зонах Земли. Они часто наносят значительный материальный вред и приводят к человеческим жертвам. По оценкам К. Ситника, О. Брайона и А. Гордецкого, убытки вследствие разных стихийных бедствий во всем мире составляют ежегодно близко 30 млрд долларов, а количество человеческих жертв оценивается в 250 тыс. человек (больше половины этого количества есть следствием больших стихийных бедствий). Более всего человеческих жертв вызывают ураганы, а наибольших убытков -- наводнения.

Ураганы и наводнения

Ураганы (тайфуны, тропические циклоны) возникают над теплыми водами Мирового океана в его тропической зоне. Разрушительное действие ураганов обусловленная большой скоростью ветра (до 100 м/с и даже больше), и сопровождается значительными ливнями, нагоном морских вод в дельты рек, на низкие морские побережья и т.п.. Ураган над сушей срывает крыши из домов (легкие дома сносит целиком), вырывает с корнем и ломает дерева, переворачивает автомобили и железнодорожные вагоны, разрушает линии электропередач. В особенности страдают от тропических ураганов островные и прибрежные страны, в первую очередь те, которые развиваются (Бангладеш, Филиппины, Индонезия и т.п.). Ураганы над морем поднимают огромные волны, которые приводят к гибели кораблей.

По данным мировой статистики, лишь за 1960--1980 гг. 20 ураганов в разных районах мира лишили жизни около 350 тыс. людей и нанесли убытков, которые превышают 5 млрд долларов. Лишь один тропический ураган Ада в 1970 г. забрал жизни 300 тыс. жителей Бангладеш. Усовершенствование службы метеопрогнозов (в частности внедрение у системы предупреждения об ураганах космических средств слежения) разрешает осуществлять срочную эвакуацию населения из угрожающих участков и уменьшать количество человеческих жертв. Проводятся также исследование влияния на ураганы (в особенности те, что лишь зарождаются) внесением в облака некоторых химических реагентов (йодистое серебро и т.п.). Это в ряде случаев вызвало преждевременное выпадение дождя и ослабление разрушительной силы урагана

Наводнения, то есть временные затопления низменных территорий речных долин, вызываются большими муссонными дождями, циклонами, ураганами и другими метеорологическими причинами. Значительный вред, который наводнения наносят человечеству, в значительной мере объясняется тем, что их сейчас еще тяжело прогнозировать. Для борьбы с наводнениями строят дамбы, плотины, регулирующие бассейны (водохранилища), выполняют взрывные работы для разрушения ледовых заторов на реках и т.п. Разрушительное действие наводнений может быть усилено непродуманным сведением лесов в бассейнах речек (в особенности в горных зонах). Так, большого вреда народному хозяйству Украины было причинено наводнениями на г. Днестр и других реках западной, прикарпатской ее части в конце 60-х лет. В значительной мере они были обусловлены вырубкой карпатских лесов, которые играют водорегулирующую роль в этом районе. Пришлось затратить много средств и усилий для восстановления вырубленных лесов.

Землетрясения и вулканические извержения

Грозным стихийным бедствием, какому человечество ныне еще не может ничего противопоставить, являются землетрясения. Большое количество жертв и колоссальные материальные ущербы от землетрясений поясняются несколькими причинами:

- землетрясения до сих пор почти невозможно предсказать (известно лишь несколько прогнозов, которые подтвердились);

- во время землетрясений выделяется колоссальная энергия; например, сейсмическая энергия, которая выделилась за несколько секунд вследствие катастрофического землетрясения в Перу в 1970 г., приблизительно равняется суточному потреблению электроэнергии Соединенными Штатами;

- часто землетрясения случаются в густонаселенных районах стран, которые развиваются; их бедность предопределяет плохое качество зданий, которые рассыпаются даже от сравнительно слабых толчков, хороня под обломками тысячи людей.

Следует также вспомнить, что некоторые непродуманные действия людей могут вызвать землетрясение в сейсмическое безопасном районе. Известные случаи, если вследствие быстрого заполнения водой водохранилища в близлежащем районе начинались подземные толчки, иногда разрушительные. Такое землетрясение случилось в Индии в 1967 г. вследствие сооружения водохранилища на р. Койна. Может спровоцировать землетрясение также накачка воды в подземные пустоты в горных породах, что часто делают с отработанными нефтяными месторождениями. Эти явления объясняются тем, что масса воды в водохранилище действует как дополнительный фактор, который выводит из равновесия блоки горных пород, и они приходят в движение. Вода, накачанная в подземные пласты пород, действует как смазка, уменьшает трение между блоками, которые тоже может вызвать их перемещение, а значит и землетрясение.

Грозным стихийным бедствием в некоторых районах Земли есть вулканическая деятельность. Часто извержение вулканов сопровождаются землетрясениями, а подводные вулканические извержения в океане -- разрушительными волнами цунами. Иногда вулканические извержения выбрасывают в верхние шары атмосферы так много газов и вулканического пепла, что это приводит к снижению облучения Земли Солнцем и похолодание. Такое явление было зафиксировано, например, в 1815 г. во время извержения вулкана Тимор в Индонезии. Некоторые метеорологи считают, что интенсивная вулканическая деятельность такого типа в минувшем могла приводить к глобальным похолоданиям и даже обледенениям.

Экологические катастрофы, вызванные человеком

Человек -- часть природы, и наиболее опасные для нашей планеты катастрофы и загрязнение окружающей среды связанные именно с ним.

Эволюция человека была направлена не на развитие грубой силы или подавления слабых. Человек никогда бы не выделился из животного царства, если бы его развитием руководил знаменитейший закон Дарвина о естественном отборе. В отличие от требований этого закона, содержание которого состоит в том, чтобы любой ценой сохранить максимально здоровых, физически крепких и выносливых индивидов, человек прикладывает много усилий для ухода за инвалидами, теми, кто не способный жить без посторонней помощи. То есть человек руководствуется не только рациональным подходом, а и чувствами, которые являются составной частью морального кодекса высшего представителя животного царства. Милости к тем, кто упал, просил у Николая І А. Пушкин, А С. Есенин гордился тем, что «никогда меньшего брата -- зверье -- не бил по голове». Как свидетельствует история, общество, которое равнодушно относилось к своим членам или, большее того, применяло насилие, было обречено.

Наистрашнейшие поругание над человечностью - это война. В отличие от любых зверей, человек способен с невероятной жестокостью убивать подобных к себе. Учеными подсчитано, что за последние 6 тыс. лет люди пережили 14 513 войн, в которых погибло 3640 млн человек. Вдумайтесь в эту страшную цифру: в сущности, было выбито больше половины населения планеты (ныне на Земле живет свыше 5 млрд людей). Мировая термоядерная война в считанные минуты может уничтожить все человечество. Ведь мощность ядерных зарядов, накопленных человечеством, в 1980 г. составляла 8 тыс. Мт тринитротолуола (по две тонны на каждого жителя Земли).

История человечества преисполненная ужасных примеров геноцида, зверской жестокости завоевателей, гибели в пожарах опустошительных войн городов, храмов, библиотек, которые создавалось столетиями. Ученые-археологи затратили великое множество усилий, чтобы расшифровать ассирийские клинописные тексты, половина которых оказалась хвастливыми реляциями царей-завоевателей о свои «геройствах».

История сохранила к нашим временам выражение кровавого Чингисхана: «Наибольшая радость для мужчины -- победить своих врагов, преследовать их и лишить всего, что они имеют». В своих грабительских походах орда Чингисхана планомерно уничтожала все: сжигала урожай, засыпала колодцы, похищала скот, чтобы те, кто уцелел от резни, погибли от голода. Вломившись в Месопотамию, Чингисхан уничтожил оросительную систему, которая распределяла воду р. Тигр. Каналы, которые строились на протяжении тысяч лет, были разрушены, плодородная земля превратилась на пустыню, и с того времени земледелие в этих странах не смогло восстановиться.

Загрязнение человеческого сознания идеей войны длится веками. Война была изобретением нашей цивилизации. Не ли будет и конец человечества обусловленный этим дьявольским изобретением?

Война постоянно «дорожает». Если затраты на первую мировую войну составляли 50 млрд рублей, то вторая обошлась уже в десять раз дороже.

В конце 80-х лет затраты на вооружение в мире составляли уже 1 триллион долларов! Это превышает ассигнование всех стран мира на медицину, образование и жилищное строительство. А если достижение науки, ресурсы ума, человеческого сознания и природы направляются на гонку вооружений, которое может привести к ядерной катастрофе, то это -- наибезумнейшая трата богатств, какую лишь можно себе вообразить. Таким образом, человек ограничивает возможности решения других проблем, в частности связанных с загрязнением окружающей естественной среды. Значит, тратя силы и средства на подготовку ядерной катастрофы, человечество одновременно приближает неотвратимость катастрофы экологической. Даже не мировая ядерная война, а локальный ядерный конфликт вызовет такую климатическую катастрофу, от которой погибнет не только все человечество, а и вся биосфера Земли.

Примером экологической катастрофы, вызванной воинским конфликтом, являются события, которые происходили на территории Кувейта и близлежащих территорий Персидского залива после операции «Буря в пустыни» в начале 1991 г. Отступая из Кувейта, иракские оккупанты подорвали взрывчаткой свыше 500 нефтяных буровых скважин. Значительная их часть вспыхнула и горела на протяжении шести месяцев, отравляя вредными газами и сажей большую территорию. Из буровых скважин, которые не воспламенились, нефть била фонтанами, образовывая большие озера и стекала в Персидский залив. Сюда же вылилось большое количество нефти из подорванных терминалов и танкеров. В результате нефтью было покрыто близко 1554 км2 поверхности моря, 450 км береговой полосы, где погибло большинство птиц, морских черепах, дюгоней и других животных. В огневых факелах ежесуточно сгорало 7,3 млн л нефти, которая равняется объему нефти, которая ежедневно импортирует США. Тучи сажи от пожаров поднимались:

на высоту до 3 км и разносились ветрами далеко за границы Кувейта -- черные дожди выпадали в Саудовской Аравии и Иране, черный снег -- в Кашмире (за 2 000 км от Кувейта). Загрязненное нефтяной сажей воздуха вредно влияло на здоровье людей, так как сажа содержала много канцерогенов. Эксперты установили, что эта катастрофа сопровождалась такими явлениями:

1. Тепловое загрязнение (86 млн квт ежесуточно). Такое же количество тепла выделяется вследствие лесного пожара на площади 200 га.

2. Сажа от горящей нефти -- 12 000 т ежесуточно.

3. Углекислый газ-- 1,9 млн т ежесуточно (это составляет 2 % всего СО2, что выделяется в атмосферу Земли вследствие сжигания минерального топлива всеми странами мира).

4.SO2 -- 20 000 т ежесуточно (что составляет 57 % количества SO2, которая ежесуточно поступает из топок всех ТЭЦ США).

Вообще загрязнение окружающей среды во время этой катастрофы равнялось, по оценкам экспертов, 20 авариям танкера «Экссон Валдиз»

Другое загрязнение человеческого сознания -- это бездумное, потребительское отношение к природе и ее богатствам. Человек устроен так, что часто мыслит лишь категориями сегодняшнего дня и руководствуется девизом «А мне так хочется!». За примерами далеко ходить не надо. Вспомните, что весенние крокусы, ландыша, фиалки давно уже стали редкостью в пригородных лесах, они занесены в Красную книгу. А кто не видел, как в толпе, которая выплескивается из электрички после весеннего выходного дня, кое-где да и мелькнет огромная варварская охапка этих редчайших цветов. Это означает, что отдыхающие все-таки нашли и выдрали последние цветочки, которые через час завянут, а дети этих «любителей природы» будут любоваться в пригородном лесу разве что осотом и чертополохом.

За тысячелетие человеческой цивилизации великое множество видов животных и растений было бездумно уничтожено. Никакая, например климатическая, катастрофа не смогла бы так быстро истребить популяцию мамонтов, как это сделали охотники палеолита. Расчеты ученых - биогеографов свидетельствуют, что в начале палеолита на территории европейской части бывшего СССР (часть России, Украина, Белоруссия) паслось около полмиллиона мамонтов. Наши далекие пращуры быстро освоили метод охоты на этих гигантов с помощью ловчих ям. Люди палеолита, как считает П. Савко, просто развратились. Горы мяса и великое множество костей для изделий доставались им очень легко. Археологи, например, откопали вблизи с. Междуречия Черкасской области два палеолитических ярангоподобных жилья, каркасы которых было составлено из черепов и костей 130 мамонтов. Темпы уничтожения мамонтов были настолько интенсивными, что всего за тысячу лет они исчезли совсем.

После того, как не стало мамонтов, люди были вынуждены охотиться на меньшего зверя -- бизона, шерстистого носорога, гигантского оленя. Если же исчерпались и эти ресурсы, пришлось браться за ум, изобрести мотыгу, перейти от охоты на животных к их выращиванию в домашних условиях, то есть внедрить то, что через тысячи лет ученые назвали неолитической революцией.

А теперь посудите, не ли такой же логикой руководствуемся мы ныне, «осваивая» биологические ресурсы Мирового океана? Ведь мы действуем по принципу наших далеких палеолитических пращуров: сначала выбили китов, потом ценные виды рыб, а сегодня вылавливаем мойву, минтая, ставриду и т.п.. Выращивание ценных видов морских животных и растений, так называемая марикультура -- это жалкие крошки к мировому обеду. То есть мы отличаемся в этом вопросе от наших предков лишь тем, что бьем китов из пушек, а рыбу вылавливаем километровыми неводами.

Основный экологические понятия и термины

Основной (элементарной) функциональной единицей биосферы есть экосистема. Экосистема -- единый естественный комплекс, образованный за длинный период живыми организмами и средой, в которой они существуют, и где все компоненты тесно связаны обменом веществ и энергии. Но, в соответствии с представлением Ю. Одума, не всякая комбинация жизнь-среда -- может быть экосистемой. Ею может стать лишь среда, где имеет место стабильность и четко функционирует внутренний кругооборот веществ. Выделяют микроэкосистемы (пенек с грибами, небольшое болото), мезоэкосистемы (участок леса, озеро, водохранилище) и макроэкосистемы (континент, океан). Глобальной экосистемой есть биосфера нашей планеты. Часто экосистему отождествляют с биогеоценозом. И. Дедю считает, что категории экосистема и биогеоценоз совпадают на уровне растительной общности и принципиально различаются лишь выше и ниже этого уровня. «Экосистема» -- понятие более общее. Компоненты биогеоценоза -- биотоп и биоценоз. Биотоп -- однородное за абиотическими факторами среды пространство, занятое биоценозом (то есть место жизни вида, организма), а биоценоз -- сообщество организмов (продуцентов, консументов и редуцентов), которые живут в границах одного биотопа. Понятие «биоценоз» -- условное, поскольку вне среды существования организмы жить не могут, но ним удобно пользоваться в процессе изучения экологических связей между организмами.

В зависимости от местности, отношение к человеческой деятельности, степени насыщения, полноценности и т.п. различают биоценозы суши, воды, естественные и антропогенные, насыщенные и ненасыщенные, полночленные и неполночленные.