Наука Плоского мира

Изначальное облако было представлено в основном водородом и гелием, то есть самыми легкими химическими элементами. Скорость, с которой движутся молекулы, зависит от ее массы: увеличивая массу в 100 раз, молекула начинает двигаться примерно в десять раз медленнее. Все, что движется со скоростью, превышающей вторую космическую скорость (для Земли это составляет свыше 7 миль в секунду, или 11 км/с), может преодолеть притяжение планеты и унестись в космическое пространство. Следовательно, молекулы, чья молекулярная масса (сумма атомных весов всех атомов, составляющих молекулу) меньше 10, должны были исчезнуть из атмосферы Земли. Молекулярная масса водорода – 2, гелия – 4, поэтому сложно рассчитывать, что эти элементы обнаружатся где-то неподалеку, хотя в космосе они распространены повсеместно. Другими наиболее широко представленными типами молекул в первичном газовом облаке являлись метан, аммиак, вода и неон, чьи молекулярные массы превышают 10. Похожую картину мы можем наблюдать в окрестностях таких газовых гигантов, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Разница в том, что они куда массивнее Земли, поэтому вторая космическая скорость там выше, а следовательно, в их атмосфере задерживаются и такие легкие газы, как водород и гелий. Правда, у нас нет полной уверенности, что четыре миллиарда лет назад атмосфера Земли состояла из метана и аммиака, поскольку точно неизвестно, как именно конденсировалось первичное облако, однако нам совершенно очевидно, что если даже древняя Земля и обладала подобной атмосферой, почти вся она была утеряна. Сегодня в ее атмосфере почти нет ни метана, ни аммиака, да и те биологического происхождения. Кислорода в атмосфере новорожденной Земли было очень мало. Однако около 2 миллиардов лет назад его доля внезапно возросла до 5 %. Наиболее вероятной, хотя вряд ли единственной причиной этого стало развитие фотосинтеза. В какой-то момент, примерно 2 миллиарда лет назад, океанские бактерии освоили фокус использования энергии солнечного света для превращения воды и углекислого газа в сахар и кислород. Так же поступают и современные нам растения, использующие те же молекулы, что и древние бактерии, а именно – хлорофилл. Животные пошли по противоположному пути получения энергии: они используют кислород для окисления пищи и вырабатывают углекислый газ. Те древние фотосинтезирующие бактерии, питавшиеся сахаром, быстро размножились, но кислород для них являлся лишь ядовитым отходом, испускавшимся в атмосферу. Затем уровень кислорода долго оставался практически неизменным, но около 600 миллионов лет назад он резко вырос примерно до современного значения и достиг 21 %.

Такой высокий процент кислорода в современной атмосфере вряд ли возможен без наличия живых организмов, которые не только производят его в огромных количествах, но и поглощают, в том числе преобразуя в углекислый газ. Просто поразительно, насколько не сбалансирована наша атмосфера в сравнении с той, которая существовала бы при исчезновении жизни и наличии лишь неорганических химических процессов. По геологическим стандартам количество кислорода в атмосфере изменяется чрезвычайно быстро, всего лишь в течение сотен, а не миллионов лет. Например, если какая-нибудь катастрофа убьет все растения, но пощадит животных, то всего лишь через пятьсот лет доля кислорода снизится наполовину, достигнув уровня вершин современных Анд. Такое же развитие событий, по мнению Карла Сагана, ожидает нас в случае «ядерной зимы»: облака пыли, поднявшиеся в атмосферу после применения ядерного оружия, сделают ее непроницаемой для солнечного света. В таком случае некоторые растения смогут влачить свое существование, однако им не удастся поддерживать фотосинтез, они будут поглощать кислород, подобно различным микроорганизмам, питающимся мертвыми растениями.

Подобный эффект может возникнуть и в случае извержения небывало большого количества вулканов сразу, а также в результате падения на Землю большого метеорита или кометы. Когда комета Шумейкеров – Леви столкнулась в 1994 году с Юпитером, удар был эквивалентен взрыву полумиллиона водородных бомб.