Науки о Земле

Ученые выявили древнюю экологическую катастрофу, отвечающую «на главный вопрос жизни, вселенной и всего такого»

Влияние ослабленного магнитного поля в период пониженной солнечной активности на содержание озона по всей планете. Цветовая шкала в единицах Добсона (DU)

ooper et al. / Science, 2021.

Смена магнитных полюсов нашей планеты сопровождается существенными экологическими изменениями — так утверждает коллектив ученых после детального исследования подобного процесса, прошедшего 42 тысячи лет назад. Уточненная датировка события, моделирование климата и подробный анализ указывают на аномалии атмосферы и глобальные климатические сдвиги. Это и подобные ему потрясения могли стать причиной вымирания неандертальцев, европейских мамонтов и других представителей древнего мира. Также они, вероятно, повлияли на образ жизни и культуру наших пещерных предков. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Изменение полярности магнитного поля Земли 42 тысячи лет назад называется событием или экскурсией Лашамп, в честь местности во Франции, где впервые были обнаружены свидетельства о нем.

«Цепочка наших рассуждений об этом событии выстраивается от находки 2019 года в Новой Зеландии. Там было обнаружено окаменелое дерево каури, жившее 1700 лет во время экскурсии Лашамп, — рассказывает один из авторов работы Евгений Розанов, руководивший математическим моделированием климата, сотрудник Физико-метеорологической обсерватории Давоса (PMOD/ WRC), выпускник Санкт-Петербургского государственного университета. — Другие данные — ширина годичных колец и их состав — дают нам информацию об особенностях окружающей среды, сказавшихся на живом дереве. Мы также изучили данные других летописей природы: хронику магнитного поля в горных породах, следы космических излучений во льдах Антарктиды и Гренландии и прочие следы процессов, происходивших в то время. Благодаря исследованию годичных колец находки мы уточнили датировку и смогли синхронизовать данные от разных источников».

Авторы выяснили, что событие Лашамп сопровождалось уменьшением магнитного поля в течение примерно полутора тысяч лет. А значит, падала и защита планеты от жестких излучений. Это подтверждается возрастанием содержания изотопов углерода, бериллия и кислорода в атмосфере в тот период. Попадание космических частиц в атмосферу инициирует химические и ядерные реакции, приводящие в том числе к снижению содержания озона. В описанный момент это снижение достигало 5% и сопровождалось увеличением потока ультрафиолета на эту же величину, особенно в области экватора. Северное сияние спускалось по широтам до сороковой параллели (широта Рима, Ташкента и Пекина). Заметно возрастала облачность в низких широтах.

На тот же период приходится рад минимумов солнечной активности, а значит, и слабого солнечного магнитного поля. В течение промежутков времени от сорока до ста и более лет подряд Земля подвергалась интенсивному облучению межзвездными частицами — более энергетичными, чем солнечные. В низких широтах это приводило к падению содержания озона на 10–15%, и на такую же величину увеличивался поток ультрафиолета.

Эти данные в числе прочих были получены авторами при помощи подробной химико-климатической модели атмосферы Земли (модель SOCOL-MPIOM). Она учитывает многие внутренние и внешние факторы, циркуляцию вещества и теплообмен, химические процессы и ядерные реакции в верхних слоях. Все знания о том периоде, объединенные в модели, позволили детализовать значимые для климата и экологии параметры окружающей среды. К примеру, совмещенные с картой планеты, результаты моделирования показывают падение содержания озона над всей поверхностью. На карте аномалий температуры и скорости ветра видны области потепления в северной Европе и похолодание в области нынешних ледников Северной Америки. Все это четко указывает на произошедшее 42 тысячи лет назад изменение климата. Авторы назвали его событием Адамса, в честь писателя Дугласа Адамса и его числа 42 — «ответа на главный вопрос жизни, вселенной и всего такого».

Для солнечной активности характерны также эпизодические выбросы высокоэнергетических частиц в течение одного-двух дней. Во времена экскурсии Лашампа на низких широтах это приводило к усилению ионизации стратосферы на несколько порядков (в 104–108 раз интенсивнее современной). Также возрастала ионизация нижних слоев атмосферы до 50 раз. Заметное полярное сияние могло охватывать всю планету.

Сияние по всему небу и обжигающее излучение в эти короткие дни солнечных вспышек, повышенный ультрафиолет в течение солнечных минимумов сказались не только на климате. К примеру, близко по времени к событию Адамса чаще появляется наскальная живопись и отпечатки ладоней, сделанные охрой. Это резкое изменение в поведении наших предков по всему миру сопровождается более частым проживанием в пещерах. Вероятно, они прятались от травмирующего ультрафиолетового излучения, а применение охры могло быть тоже в первую очередь защитой от излучения. Через тысячу лет после смены полюсов, но все еще при ослабленном поле, произошло до сих пор не объясненное вымирание неандертальцев, а в Европе распространилась одна из самых ранних культур Homo sapiens — ориньякская.

«Похоже, что событие Адамса — это яркая климатическая, экологическая и археологическая граница, которая ранее оставалась незамеченной. Более того, это не единственное подобное событие. К примеру, еще одна хорошо известная экскурсия полюсов Моно 34 тысячи лет назад сопровождалась интенсивным вымиранием крупных животных Евразии. Раскрытые в этой работе детали древнего события подтверждают важную роль нередкой по геологическим масштабам смены магнитных полюсов планеты для развития жизни на ее поверхности», — рассказывает Ирина Миронова, кандидат физико-математических наук, руководитель по проекту РНФ, старший научный сотрудник Санкт-Петербургского государственного университета.

Коллектив авторов работы включает представителей Австралии, Новой Зеландии, Англии, США, Швейцарии, Швеции, Германии, Китая и России.