Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли

Первый исследователь поведения морских черепах герпетолог Арчи Карр, основавший национальный парк Тортугеро в Коста-Рике, отмечал, что у черепахи нет ни хронометра, ни секстанта, ни лоций, ни «Морского астрономического ежегодника», ни «Практического руководства по навигации», ни даже компаса. А она спустя два-три года, проведенных в открытом океане, и накрутив за это время несколько тысяч морских миль, возвращается точно на тот самый пляж, который покинула, едва вылупившись из яйца! «Морские черепахи несомненно обладают компасным чувством», — подытожил свои многолетние наблюдения за мечеными зелеными и другими черепахами Карр. А затем перебрал все доступные плавающим рептилиям возможности для поиска правильного направления на бескрайних океанских просторах. Рельеф? Его не видно уже через несколько миль. «Запах моря»?[6] Вряд ли особый аромат маленького пляжа можно учуять за тысячи километров. Звезды? Из-под воды невозможно засечь их видимое перемещение над самым горизонтом, как делают корабелы с помощью секстанта. Силы и ускорение Кориолиса, создающие четкие ориентиры благодаря различным скоростям перемещения объекта на разных широтах? Не исключено, но есть ли у животных органы, способные воспринимать эту разность скоростей? Наконец, координаты магнитные? А почему бы нет?

Предположение о наличии у черепах магнитного чутья, позволяющего распознавать свойства магнитного поля Земли, пятьдесят лет назад звучало довольно смело. Как и с помощью чего могут животные определять то, что под силу лишь сверхчувствительным и высокоточным приборам? Но в 80-х годах прошлого века впервые были обнаружены магниточувствительные бактерии.

Кристаллы магнетита, выращенного бактериями, не превышают в поперечнике 0,04–0,12 микрона, но не только для того, чтобы разместиться в ее клетке размером от одного до трех микронов. В кристаллах такой размерности намагниченность однородна и направлена везде одинаково и благодаря удлиненной форме они приобретают свойства ориентированных магнитных стрелок. Цепочки из кристалликов, окруженные собственной оболочкой, — магнитосомы — обладают достаточно большим магнитным моментом и образуют орган магнитной чувствительности, с помощью которого бактерия ориентируется в магнитном поле. Проживая на дне лагуны, она очень не любит, когда кто-нибудь большой и настырный ворошит ил, всплывающий облаком мути. Вращаясь в этом облаке, бактерия не знает, где спасительное дно с пониженным содержанием кислорода, а где — жутко опасное для нее открытое пространство, наполненное этим ядовитым газом. Но поскольку силовые линии магнитного поля проходят по касательной к поверхности Земли (и соответственно водоема), перемещаясь вдоль них с помощью магниточувствительного органа, бактерия живо уходит на дно. Не случайно такие бактерии, обитающие в Северном полушарии, всегда плывут на Север, и наоборот.

После обнаружения магниточувствительных бактерий пошел вал открытий: пчелы, голуби, киты, — оказывается, многие умеют ориентироваться в магнитном поле планеты… И действительно, почему бы не воспользоваться изначально заданными нашей планетой координатами? Организовано магнитное поле Земли довольно просто — действует по принципу диполя, то есть стержневидного магнита, помещенного в центре Земли и ориентированного вдоль оси ее вращения. Он положительно заряжен с одного (северного) конца и отрицательно — с другого. В любой точке земной поверхности магнитное поле можно представить как вектор в трехмерном пространстве, то есть как очень точный указатель. Задается этот вектор следующей системой координат: магнитным склонением (углом между меридианом и проекцией вектора на плоскость, касательную к поверхности Земли), наклонением (углом между вектором и плоскостью, касательной к поверхности Земли) и величиной (напряженностью поля). То есть склонение можно выразить как угол между направлением стрелки компаса на истинный Северный полюс и полюс магнитный, а наклонение — как угол, на который стрелка наклоняется к земле, следуя направлению вектора поля. Достаточно определить всего две переменные компоненты — напряженность и магнитное наклонение, и вы получите точную привязку своего местоположения к поверхности Земли. Без всякого GPS.

Конфигурация поля, вероятно, объясняется тем, что возникает оно в результате перемещения потоков в жидком железном ядре Земли. Какие именно слои ядра «отвечают» за магнитный момент, точно не известно, но ряд моделей довольно неплохо предсказывает результаты работы всей этой системы. Например, вращение в проводящей среде объемной фигуры из двух проводящих цилиндров, продольные оси которых взаимно перпендикулярны, создает двухполюсное магнитное поле, поскольку электрический ток в одном цилиндре индуцируется магнитным полем другого. Одним из результатов работы такой «динамо-машины» будет нерегулярная смена полюсов, когда южный оказывается в Северном полушарии и наоборот. Подобное явление названо магнитной инверсией[7].