Силурийская гипотеза

возможно ли обнаружить индустриальную цивилизацию в геологической летописи?

Гэвин А. Шмидт (Gavin A. Schmidt), Институт космических исследований имени Годдарда НАСА, Адам Франк (Adam Frank), Университет Рочестера, США, "Силурийская гипотеза: возможно ли обнаружить индустриальную цивилизацию в геологической летописи?", "Международный журнал астробиологии" (International Journal of Astrobiology), 18(2), 16 апреля 2018.

Если бы на Земле существовала индустриальная цивилизация за многие миллионы лет до нашей эры, какие следы она бы оставила и можно ли было бы их обнаружить сегодня? Мы обобщаем вероятный геологический след антропоцена и показываем, что, хотя он и очевиден, во многих отношениях он не будет сильно отличаться от других известных событий в геологической летописи. Затем мы предлагаем тесты, которые могли бы правдоподобно отличить индустриальную причину от естественного климатического события.

Введение
Поиск жизни в других уголках Вселенной — центральное направление астробиологии, и учёные часто обращались к земным аналогам в поисках экстремофильных бактерий, жизни в различных климатических условиях и происхождения самой жизни. Частью этого поиска является поиск разумной жизни, а ещё одной — поиск цивилизаций, способных общаться с нами. Распространённое предположение заключается в том, что любая такая цивилизация должна была развить какую-либо промышленность. В частности, способность использовать эти промышленные процессы для разработки радиотехнологий, способных передавать или принимать сообщения. Однако далее мы будем определять индустриальные цивилизации как способность использовать внешние источники энергии в глобальном масштабе.

Один из ключевых вопросов при оценке вероятности обнаружения такой цивилизации — понимание того, как часто, при условии возникновения жизни и наличия разумных видов, развивается индустриальная цивилизация? Люди — единственный известный нам пример, и наша индустриальная цивилизация существует (пока) примерно 300 лет (например, с момента появления методов массового производства). Это лишь малая часть времени нашего существования как вида и крошечная часть времени существования сложной жизни на поверхности Земли (400 миллионов лет назад). Этот короткий период времени поднимает очевидный вопрос о том, могло ли это произойти раньше. Мы называем это «силурийской гипотезой».

Мы назвали эту гипотезу в честь эпизода британского научно-фантастического телесериала «Доктор Кто» 1970 года, где давно погребенная раса разумных рептилий «силурианцы» пробуждается благодаря экспериментальному ядерному реактору. Однако мы не утверждаем, что разумные рептилии действительно существовали в силурийскую эпоху, и не утверждаем, что экспериментальная ядерная физика способна пробудить их от спячки.

Хотя этому вопросу было посвящено много праздных размышлений и ночных разговоров, нам неизвестны серьезные исследования проблемы обнаружения существовавших ранее земных индустриальных цивилизаций в геологическом прошлом. Учитывая значительное увеличение числа работ, посвященных экзопланетам и вопросам обнаружения жизни, стоит рассмотреть этот вопрос более формально и в его астробиологическом контексте. Мы также отмечаем недавнюю работу Райта, в которой рассматривались аспекты проблемы, и предыдущие попытки оценить вероятность существования внеземной цивилизации в Солнечной системе, такие как работы Хакк-Мисры и Коппарапу. Данная статья представляет собой попытку восполнить этот пробел, поместив наше нынешнее воздействие на планету в более широкую перспективу. Сначала мы отмечаем важность этого вопроса для хорошо известного уравнения Дрейка. Затем мы рассматриваем вероятные геологические последствия человеческой индустриальной цивилизации и сравниваем этот «отпечаток» с потенциально аналогичными событиями в геологической летописи. Наконец, мы рассматриваем некоторые возможные направления исследований, которые могли бы улучшить ограничения в отношении этого вопроса.

Актуальность для уравнения Дрейка
Уравнение Дрейка — это хорошо известная модель для оценки числа активных, способных к общению внеземных цивилизаций в галактике Млечный Путь. Число таких цивилизаций, N, принимается равным произведению: средней скорости звездообразования, R*, в нашей Галактике; доли сформировавшихся звезд, fp, имеющих планеты; среднего числа планет на звезду, ne, потенциально способных поддерживать жизнь; доли этих планет, fl, на которых фактически развивается жизнь; доли планет, несущих жизнь, на которых развилась разумная, цивилизованная жизнь, fi; доли этих цивилизаций, разработавших средства связи, fc, т.е. технологии, которые посылают обнаруживаемые сигналы в космос; и продолжительности времени, L, в течение которого такие цивилизации посылают обнаруживаемые сигналы. Если за время существования планеты может возникнуть множество индустриальных цивилизаций, то значение fc>1.

Это особенно важный вопрос в свете последних достижений в астробиологии, в которых первые три члена, все из которых основаны исключительно на астрономических наблюдениях, теперь полностью определены. Теперь очевидно, что большинство звезд содержат семейства планет. Действительно, многие из этих планет будут находиться в обитаемых зонах звезды. Эти результаты позволяют заключить следующие три члена в рамки, используя данные об экзопланетах для установления ограничения на пессимизм в отношении экзоцивилизаций. В работе Фрэнка и Салливана такая «линия пессимизма» определена как максимальная «биотехнологическая» вероятность (на планету в обитаемой зоне) fbt для того, чтобы человечество стало единственным местом в космической истории, где развилась технологическая цивилизация, fbt в диапазоне 10^-24–10^-22.

Определение «линии пессимизма» подчеркивает важность трех членов уравнения Дрейка: fl, fi и fc. История Земли часто служит образцом для обсуждения возможных значений этих вероятностей. Например, широко обсуждается вопрос о том, сколько раз жизнь зарождалась на Земле в раннем архее, учитывая простоту абиогенеза, включая возможность существования «теневой биосферы», состоящей из потомков, произошедших в результате иного события происхождения, чем то, которое привело к появлению нашего последнего общего предка. Кроме того, давно ведутся дебаты о количестве эволюций интеллекта у дельфинов и других видов. Таким образом, только термин fc общепринято имеет на Земле значение, строго равное 1.

Актуальность для других планет Солнечной системы
Рассмотрение существования прошлых цивилизаций на других планетах Солнечной системы было проведено Райтом и Хакк-Мисра и Коппарапу. Здесь мы отмечаем наличие многочисленных свидетельств наличия поверхностной воды в древнем марсианском климате (3,8 млрд лет назад), а предположения о том, что ранняя Венера (от 2 млрд лет до 0,7 млрд лет назад) была обитаемой (из-за более тусклого Солнца и более низкой концентрации CO2 в атмосфере), подтверждаются недавними исследованиями с использованием моделей. Вполне возможно, что в будущем на любой из этих планет могут быть проведены глубокие буровые работы для оценки их геологической истории. Это ограничило бы рассмотрение того, что может представлять собой «отпечаток пальца» жизни и даже организованной цивилизации. Оценка предшествующих событий на Земле и рассмотрение маркеров антропоцена, подобных тем, которые мы проводим ниже, вероятно, обеспечат ключевой контекст для этих исследований.
Ограничения геологической летописи

То, что вопрос, вынесенный в заголовок этой статьи, заслуживает внимания, обусловлено неполнотой геологической летописи. Для четвертичного периода (последние 2,5 миллиона лет) существует множество сохранившихся физических свидетельств, например, изменений климата, почвенных горизонтов и археологических свидетельств культур, не относящихся к Homo Sapiens (денизовцы, неандертальцы и т. д.), с отдельными свидетельствами двуногих гоминидов, датируемыми как минимум 3,7 млн лет назад (например, отпечатки ног в Лаетоли). Самые древние сохранившиеся крупномасштабные поверхностные находки находятся в пустыне Негев и имеют возраст около 1,8 млн лет. Однако дочетвертичные наземные свидетельства гораздо более скудны и существуют в основном в обнаженных разрезах, буровых работах и горнодобывающих операциях. В океанических отложениях, из-за переработки океанической коры, существуют лишь свидетельства осадочных пород, относящиеся к периодам после юрского периода (170 млн лет).

Доля окаменевших живых организмов всегда чрезвычайно мала и сильно варьируется в зависимости от времени, среды обитания и степени выраженности мягких тканей по сравнению с твердыми панцирями или костями. Скорость окаменения очень низка в тропических лесных районах, но выше в засушливых районах и речных системах. Например, из всех когда-либо существовавших динозавров сохранилось лишь несколько тысяч почти полных экземпляров, или, эквивалентно, лишь горстка отдельных животных, относящихся к тысячам таксонов, за 100 000 лет. Учитывая темпы открытия новых таксонов такого возраста, ясно, что такие недолговечные виды, как Homo sapiens (пока что), могут вообще не быть представлены в существующей палеонтологической летописи.

Вероятность того, что объекты сохранились и были обнаружены, также невелика. Заласевич рассуждает о сохранности объектов или их форм, но нынешняя площадь урбанизации составляет менее 1% поверхности Земли, а обнажения и буровые работы, посвященные дочетвертичным отложениям, занимают на порядки меньшую долю от первоначальной поверхности. Следует отметить, что даже для ранних человеческих технологий сложные объекты обнаруживаются крайне редко. Например, Антикитерский механизм (ок. 205 г. до н.э.) является уникальным объектом до эпохи Возрождения. Несмотря на впечатляющие недавние достижения в обнаружении более широкого влияния цивилизации на ландшафты и экосистемы, мы приходим к выводу, что для потенциальных цивилизаций старше примерно 4 млн лет вероятность обнаружения прямых доказательств их существования с помощью предметов или окаменелых образцов их популяции невелика.

Однако мы отмечаем, что можно задать косвенный вопрос,
связанный с предшественниками в палеонтологической летописи, указывающими на виды, которые могли бы привести к эволюции более поздних видов, строивших цивилизации. Такие аргументы, за или против силурийской гипотезы, основывались бы на доказательствах, касающихся высокосоциального поведения или высокого интеллекта, основанного на размере мозга. Тогда утверждалось бы, что в палеонтологической летописи есть и другие виды, которые могли или не могли эволюционировать в строителей цивилизаций. В этой статье, однако, мы сосредоточимся на физико-химических индикаторах предыдущих индустриальных цивилизаций. Таким образом, появляется возможность расширить область поиска, включив в нее более распространенные индикаторы, даже если они могут быть подвержены более разнообразным интерпретациям.

Область исследования данной работы
В данной работе мы ограничимся рассмотрением геохимических ограничений существования дочетвертичных индустриальных цивилизаций, которые могли существовать с момента возникновения сложной жизни на суше. Это исключает общества, которые могли быть высокоорганизованными и потенциально сложными, но не развили промышленность и, вероятно, какие-либо чисто океанические формы жизни. Таким образом, основное внимание уделяется периоду между появлением сложной жизни на суше в девоне (~400 млн лет назад) палеозойской эры и средним плиоценом (4 млн лет назад).

Геологический след антропоцена
Хотя официальное объявление антропоцена уникальной геологической эрой еще не состоялось, уже ясно, что наши человеческие усилия окажут влияние на геологическую летопись, создаваемую сегодня. Некоторые рассуждения о конкретных границах, определяющих этот новый период, не имеют отношения к нашим целям, поскольку предложенные маркеры (концентрации газов в ледяных кернах, короткоживущая радиоактивность, колумбийский обмен) не будут геологически стабильными или различимыми в масштабах многомиллионных лет. Однако уже произошли многочисленные изменения, которые сохранятся. Ниже мы обсудим некоторые из них.

В рассмотрении антропогенного следа в геологическом масштабе времени возникает интересный парадокс. Чем дольше существует человеческая цивилизация, тем больше сигнала можно ожидать в геологической летописи. Однако чем дольше существует цивилизация, тем более устойчивыми должны были стать её практики, чтобы выжить. Чем более устойчивым является общество (например, в производстве энергии, промышленности или сельском хозяйстве), тем меньше его след на остальной планете. Но чем меньше след, тем меньше сигнала будет запечатлено в геологической летописи. Таким образом, влияние цивилизации может быть самоограничивающимся в относительно короткие сроки. Чтобы избежать спекуляций о конечной судьбе человечества, мы рассмотрим уже очевидные последствия или те, которые можно предвидеть в рамках правдоподобных траекторий на следующее столетие.

Отметим, что эффективные скорости осадконакопления в океанических отложениях для кернов с многомиллионнолетними отложениями составляют в лучшем случае несколько сантиметров/1000 лет, и хотя степень биотурбации может размывать кратковременный сигнал, антропоцен, вероятно, проявится лишь в виде среза толщиной в несколько сантиметров и почти мгновенно отразится в летописи.

Аномалии стабильных изотопов углерода, кислорода, водорода и азота
С середины XVIII века человечество выбросило в атмосферу более 0,5 триллиона тонн ископаемого углерода в результате сжигания угля, нефти и природного газа со скоростью, на порядки превышающей скорость поглощения природными долгосрочными источниками или поглотителями. Кроме того, широко распространена вырубка лесов и выброс углекислого газа в атмосферу в результате сжигания биомассы. Весь этот углерод имеет биологическое происхождение и, следовательно, обеднен изотопом 13C по сравнению с гораздо большим запасом неорганического углерода. Таким образом, соотношение 13C к 12C в атмосфере, океане и почвах уменьшается (это явление известно как «эффект Зюсса» с текущим изменением примерно на ?1‰ ? 13C по сравнению с доиндустриальным периодом в поверхностных слоях океана и атмосфере.

Вследствие увеличения поступления ископаемого углерода в систему, усугубляемого изменениями содержания черного углерода и других парниковых газов, помимо CO2 (например, N2O, CH4 и хлорфторуглеродов), глобальная индустриализация сопровождалась потеплением примерно на 1C с середины XIX века. Ввиду температурно-зависимого фракционирования при образовании карбонатов и сильной корреляции в внетропических регионах между температурой и O (и примерно в 8 раз большей чувствительности к изотопам дейтерия по сравнению с водородом), мы ожидаем, что это повышение температуры будет обнаруживаться в карбонатах поверхностных океанов (в частности, фораминиферах), органических биомаркерах, пещерных отложениях (сталактитах), остракодах озер и ледяных кернах высоких широт, хотя только первые два из них можно будет обнаружить в рассматриваемых здесь временных масштабах.

Сжигание ископаемого топлива, изобретение процесса Хабера-Боша, широкомасштабное применение азотных удобрений и усиленная фиксация азота, связанная с культурными растениями, оказали глубокое влияние на круговорот азота, так что аномалии 15N уже обнаруживаются в отложениях, удаленных от цивилизации.

Седиментологические данные
Существует множество причин значительного увеличения потока наносов в реках и, следовательно, их отложения в прибрежных районах. Развитие сельского хозяйства и связанная с этим вырубка лесов привели к значительному увеличению эрозии почвы. Кроме того, канализация рек (таких как Миссисипи) привела к гораздо большему океаническому отложению наносов, чем это произошло бы в противном случае. Эта тенденция несколько смягчается одновременным увеличением количества речных плотин, которые уменьшают поток наносов вниз по течению. Дополнительно, повышение температуры и содержания водяного пара в атмосфере привело к увеличению интенсивности осадков, что само по себе также привело бы к усилению эрозии, по крайней мере, в региональном масштабе. Прибрежная эрозия также усиливается в связи с повышением уровня моря, а в полярных регионах она усиливается сокращением морского льда и таянием вечной мерзлоты.

Помимо изменений в потоке осадочных пород с суши в океан, изменится и состав осадочных пород. Из-за усиленного растворения CO2 в океане вследствие антропогенных выбросов CO2 происходит закисление верхних слоев океана (увеличение содержания H+ на 26% или снижение pH на 0,1 по сравнению с XIX веком). Это приведет к увеличению растворения CaCO3 в осадочных породах, которое будет продолжаться до тех пор, пока океан не сможет нейтрализовать это увеличение. Также произойдут важные изменения в минералогии. Усиление континентального выветривания также, вероятно, изменит соотношение стронция и осмия (например, соотношения 87Sr/86Sr и 187Os/188Os).

Как обсуждалось выше, азотная нагрузка в реках увеличивается в результате сельскохозяйственной деятельности. Это, в свою очередь, приводит к усилению микробной активности в прибрежных водах, что может истощать растворенный кислород в водной толще, а недавние исследования показывают глобальное снижение уже примерно на 2%. Это, в свою очередь, приводит к расширению зон кислородного минимума, усилению аноксии в океане и созданию так называемых «мертвых зон». Таким образом, осадки в этих зонах будут иметь большее содержание органических веществ и меньшую биотурбацию. Конечные размеры этих мертвых зон неизвестны.

Кроме того, антропогенные потоки свинца, хрома, сурьмы, рения, металлов платиновой группы, редкоземельных элементов и золота в настоящее время значительно превышают их природные источники, что подразумевает резкое увеличение потоков этих металлов в речном стоке и, следовательно, более высокие концентрации в прибрежных отложениях.

Фаунистическая радиация и вымирания
За последние несколько столетий произошли значительные изменения в численности и распространении мелких животных, особенно крыс, мышей и кошек и т. д., связанные с освоением человеком территорий и биотическим обменом. Изолированные популяции почти повсеместно во многих отношениях были вытеснены этими инвазивными видами. Ископаемые данные, вероятно, указывают на значительную фаунистическую радиацию этих индикаторных видов в настоящее время. Одновременно многие другие виды уже вымерли или, вероятно, вымрут, и их исчезновение из палеонтологической летописи будет заметным. В перспективе многих миллионов лет, вымирания крупных млекопитающих, произошедшие в конце последнего ледникового периода, также будут связаны с началом антропоцена.

Синтетические вещества неестественного происхождения
Существует множество химических веществ, которые были (или производятся) промышленным способом и по разным причинам могут распространяться и сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени. Наиболее примечательно то, что стойкие органические загрязнители (органические молекулы, устойчивые к разложению химическими, фотохимическими или биологическими процессами) распространились по всему миру (даже в изначально нетронутых средах). Их стойкость часто связана с тем, что это галогенированные органические соединения, поскольку прочность связи C–Cl (например) намного выше, чем C–C. Например, известно, что полихлорированные бифенилы сохраняют свою активность в речных отложениях в течение многих сотен лет. Однако, как долго будет сохраняться обнаруживаемый сигнал в океанических отложениях, остается неясным.

Другие хлорированные соединения также могут обладать потенциалом для долговременного сохранения, в частности, ХФУ и родственные соединения. Хотя существуют природные источники для наиболее стабильного соединения (CF4), для C2F6 и SF6, следующих по стабильности соединений, существуют только антропогенные источники. В атмосфере их поглощение посредством фотолитического разрушения в стратосфере ограничивает их продолжительность жизни несколькими тысячами лет. Эти соединения растворяются в океане и могут использоваться в качестве индикаторов океанической циркуляции, но нам неизвестны исследования, указывающие на то, как долго эти химические вещества могут сохраняться и/или обнаруживаться в океанических отложениях, учитывая некоторые ограниченные данные о микробной деградации в анаэробных средах.

Другие классы синтетических биомаркеров также могут сохраняться в отложениях. Например, стероиды, воски листьев, алкеноны и липиды могут сохраняться в отложениях в течение многих миллионов лет. Отличительной чертой природных биомаркеров от синтетических может быть хиральность молекул. В большинстве случаев полный синтез не различает D- и L-хиральность, в то время как биологические процессы почти исключительно монохиральны (например, все встречающиеся в природе аминокислоты являются L-формами, а почти все сахара — D-формами). Синтетические стероиды, не имеющие природных аналогов, также повсеместно встречаются в водоемах.

Пластик
С 1950 года наблюдается огромный рост количества пластика, попадающего в океан. Хотя многие распространенные виды пластика (такие как полиэтилен и полипропилен) плавают в морской воде, и даже те, которые номинально тяжелее воды, могут быть включены в плавающие обломки, остающиеся на поверхности, уже ясно, что механические эрозионные процессы приведут к образованию большого количества пластиковых микро- и наночастиц. Исследования показали увеличение количества пластикового «морского мусора» на морском дне от прибрежных районов до глубоких бассейнов и Арктики. На пляжах были обнаружены новые агрегаты — «пластигломераты» — в местах контакта пластикосодержащих обломков с высокими температурами. Разложение пластика происходит в основном под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения и в океанах преимущественно в фотической зоне, при этом заметно зависит от температуры (другие механизмы, такие как термоокисление или гидролиз, в океане происходят нечасто). Уплотнение мелких частиц пластика обрастающими организмами, их поглощение и включение в органические «дожди», оседающие на морском дне, является эффективным механизмом доставки на морское дно, что приводит к увеличению их накопления в океанических отложениях, где скорость разложения значительно ниже. После попадания в осадок микробная активность является возможным путем разложения, но скорость этого процесса зависит от доступности кислорода и подходящих микробных сообществ. Как указано выше, конечная долгосрочная судьба этих пластиков в осадке неясна, но потенциал для очень длительного сохранения и обнаружения высок.

Трансурановые элементы
Многие радиоактивные изотопы, связанные с антропогенным делением или ядерным оружием, имеют длительные периоды полураспада, но недостаточно длительные, чтобы быть актуальными в данном контексте. Однако существуют два изотопа, которые потенциально достаточно долгоживущие. В частности, плутоний-244 (период полураспада 80,8 млн лет) и кюрий-247 (период полураспада 15 млн лет) были бы обнаруживаемы в течение значительной части соответствующего периода времени, если бы они были отложены в достаточном количестве, например, в результате обмена ядерным оружием. Известных природных источников 244Pu, кроме сверхновых, нет.

Были предприняты попытки обнаружить первичный изотоп 244Pu на Земле с переменным успехом, что указывает на то, что скорость аккреции актинидных метеоритов достаточно мала, чтобы этот изотоп мог служить достоверным маркером в случае достаточно крупного ядерного обмена. Аналогично, изотоп 247Cm присутствует в отходах ядерного топлива и в результате ядерного взрыва.

Аномальные изотопные соотношения в элементах с долгоживущими радиоактивными изотопами также могут быть признаками, например, более низкие, чем обычно, соотношения 235U и наличие ожидаемых дочерних продуктов в урановых рудах бассейна Франсвиль в Габоне были связаны с естественным ядерным делением в оксигенированных, гидратированных породах около 2 млрд лет назад.

Краткое изложение
Антропоценовый слой в океанических отложениях будет резким и многомерным, состоящим из, казалось бы, одновременно возникающих пиков в многочисленных геохимических индикаторах, биомаркерах, элементном составе и минералогии. Он, вероятно, будет обозначать четкий переход фаунистических таксонов до события по сравнению с периодом после него. Большинство отдельных маркеров не будут уникальными в контексте истории Земли, как мы покажем ниже, но комбинация индикаторов может быть таковой. Однако мы предполагаем, что некоторые специфические индикаторы могут быть уникальными, в частности, стойкие синтетические молекулы, пластмассы и (потенциально) очень долгоживущие радиоактивные осадки в случае ядерной катастрофы. В отсутствие этих маркеров уникальность события может быть видна в множестве относительно независимых «отпечатков пальцев», а не в согласованном наборе изменений, связанных с одной геофизической причиной.

Резкие палеозойские, мезозойские и кайнозойские события
Приведенное выше резюме «отпечатка пальца» антропоцена предполагает, что сходства могут быть обнаружены в (геологически) резких событиях с многомерной сигнатурой. В этом разделе мы рассматриваем часть известных событий в палеонтологической летописи, которые имеют некоторое сходство с предполагаемой возможной антропогенной сигнатурой. Наиболее очевидный класс событий, имеющих подобные сходства, — это гипертермальные периоды, в первую очередь палеоценово-эоценовый термический максимум (56 млн лет назад), но сюда также входят более мелкие гипертермальные события, аноксические события в океане в меловом и юрском периодах, а также значительные (хотя и менее хорошо изученные) события палеозоя. Мы не рассматриваем события (такие как мел-триасовое вымирание или граница эоцена и олигоцена), для которых существуют очень четкие и ясные причины (столкновение с астероидом в сочетании с масштабным вулканизмом и начало антарктического оледенения (вероятно, связанные с открытием пролива Дрейка). В летописи могут быть и другие подобные события, но они не включены сюда просто потому, что, возможно, не были подробно изучены, особенно в докайнозое.

Палеоценово-эоценовый термический максимум
Существование резкого скачка изотопов углерода и кислорода вблизи перехода палеоцен/эоцен (56 млн лет назад) было впервые отмечено Кеннеттом и Стоттом и доказано как глобальное явление Кохом и др. С тех пор более детальные и высокоточные анализы на суше и в океане выявили захватывающую последовательность событий, длившихся 100–200 тыс. лет и включавших быстрое поступление (возможно, менее чем за 5 тыс. лет) экзогенного углерода в систему, возможно, связанное с внедрением Североамериканской магматической провинции в органические осадки. Температура повысилась на 5–7 C (на основе множества индикаторов, наблюдался отрицательный скачок изотопов углерода и снижение сохранности океанических карбонатов в верхнем слое океана. Во многих отложениях наблюдалось увеличение содержания каолинита (глины), что указывает на усиление эрозии, хотя данные о глобальном увеличении противоречивы. Во время палеоцен-эоценового термического максимума вымерло 30–50% бентосных фораминифер, и это событие ознаменовало собой период значительного распространения млекопитающих и ящериц по Северной Америке. Кроме того, во время этого события резко возросло содержание многих металлов (включая V, Zn, Mo, Cr).

События эоцена
В течение 6 миллионов лет после периодического термического максимума в геологической летописи наблюдается ряд более мелких, хотя и качественно схожих, гипертермальных событий . В частности, событие Эоценового термического максимума 2 (ЭТМ-2) и по меньшей мере четыре других пика характеризуются значительными отрицательными отклонениями изотопов углерода, потеплением и относительно высокими темпами осадконакопления, обусловленными увеличением поступления терригенного материала. Арктические условия во время ЭТМ-2 демонстрируют признаки потепления, снижения солености и усиления аноксии. В совокупности эти события получили название «Эоценовые слои загадочного происхождения».

Хотя и возникает соблазн истолковать терминологию этих событий, следует помнить, что большинство явлений, произошедших 50 миллионов лет назад, навсегда останутся в некоторой степени загадочными.

Примерно 40 млн лет назад произошло еще одно резкое потепление (среднеэоценовый климатический оптимум (MECO)), также сопровождавшееся аномалией изотопов углерода.

Аноксические события в океане мелового и юрского периодов
Впервые описанные Шлангером и Дженкинсом, аноксические события в океане (OAE), характеризующиеся периодами значительного увеличения отложения органического углерода и слоистых отложений черных сланцев, — это периоды, когда значительные участки океана (регионально или глобально) истощались растворенным кислородом, что значительно снижало активность аэробных бактерий. В ходе более крупных океанических аноксических событий (ОАЭ) имеются частичные (хотя и не повсеместные) свидетельства эвксинии (когда океаническая толща заполняется сероводородом (H2S)).

В меловом периоде произошло три крупных ОАЭ: событие Вейссерта (132 млн лет назад), ОАЭ-1a около 120 млн лет назад, длившееся около 1 млн лет, и еще одно ОАЭ-2 около 93 млн лет назад, длившееся около 0,8 млн лет. По меньшей мере четыре других незначительных эпизода образования органических черных сланцев отмечены в меловом периоде (событие Фараони, OAE-1b, 1d и OAE-3), но, по-видимому, они ограничены протоатлантическим регионом. По меньшей мере одно подобное событие произошло в юрском периоде (183 млн лет назад).

Последовательность событий во время этих событий имеет два различных «отпечатка», возможно, связанных с двумя различными теоретическими механизмами этих событий. Например, во время OAE-1b наблюдаются признаки сильной стратификации и застоя в глубоководных слоях океана, тогда как для OAE-2 данные указывают на уменьшение стратификации, повышение продуктивности верхних слоев океана и расширение зон кислородного минимума.

В начале событий часто наблюдается значительное отрицательное отклонение C (как в случае ПЭТМ), за которым следует положительное восстановление во время самих событий, поскольку захоронение (легкого) органического углерода увеличилось и компенсировало первоначальное высвобождение. Причины связывают с формированием земной коры/тектонической активностью и усиленным высвобождением CO (или, возможно, CH), вызывающим глобальное потепление. Повышенные значения 87Sr/86Sr и 187Os/188Os в морской воде указывают на увеличение стока, большее поступление питательных веществ и, следовательно, более высокую продуктивность верхнего слоя океана. Возможные перерывы в некоторых разрезах OAE 1a указывают на событие растворения верхнего слоя океана.

Другие важные изменения геохимических индикаторов во время OAE включают значительно более низкие изотопные отношения азота (15N), увеличение концентраций металлов (включая As, Bi, Cd, Co, Cr, Ni, V). Положительные сдвиги изотопов серы наблюдаются в большинстве OAE, за исключением любопытного случая OAE-1a, где сдвиг отрицательный.

События раннего мезозоя и позднего палеозоя
Начиная с девонского периода, в разрезах континентальных отложений было зарегистрировано несколько крупных резких событий. Последовательность изменений и полнота геохимического анализа изучены хуже, чем для более поздних событий, отчасти из-за отсутствия существующих океанических отложений, но они были выявлены во многих местах и, предположительно, имеют глобальный масштаб.

Позднедевонское вымирание, около 380–360 млн лет назад, было одним из пяти крупнейших массовых вымираний. Оно связано с черными сланцами и океанической аноксией, простираясь от событий Келлвассера (~378 млн лет назад) до события Хангенберга на границе девона и карбона (359 млн лет назад).

В конце карбона, около 305 млн лет назад, тропические леса Пангеи пришли в упадок. Это было связано с переходом к более сухому и прохладному климату, а также, возможно, с уменьшением содержания кислорода в атмосфере, что привело к вымиранию некоторых представителей мегафауны.

Наконец, пермское вымирание (252 млн лет назад), длившееся около 60 тыс. лет, сопровождалось первоначальным снижением изотопов углерода, значительным глобальным потеплением и масштабной вырубкой лесов и лесными пожарами,связанными с широко распространенной аноксией и эвксинией в океане. Также сообщалось о предсобытийных скачках содержания никеля (Ni).

Обсуждение и проверяемые гипотезы
Несомненно, существуют сходства между предыдущими резкими событиями в геологической летописи и вероятным антропоценовым следом в будущей геологической летописи. Отрицательные, резкие отклонения C, потепления и нарушения азотного цикла повсеместны. Более сложные изменения в биоте, осадконакоплении и минералогии также распространены. В частности, по сравнению с предполагаемым антропоценовым следом, почти все изменения, обнаруженные до сих пор для ПЭТМ, имеют одинаковый знак и сопоставимую величину. Некоторые сходства можно было бы ожидать, если бы основным эффектом во время любого события было значительное глобальное потепление, независимо от его причины. Кроме того, во многих из этих событий есть свидетельства того, что потепление было вызвано массивным поступлением экзогенного (биогенного) углерода либо в виде CO, либо в виде CH.

По крайней мере, со времен карбона (300–350 млн лет назад) ископаемого углерода было достаточно для поддержания индустриальной цивилизации, сравнимой с нашей, и любой из этих источников мог обеспечить поступление легкого углерода. Однако во многих случаях этот вклад совпадает по времени со значительными эпизодами тектонической и/или вулканической активности. Например, совпадение событий формирования земной коры с изменениями климата предполагает, что внедрение базальтовых магм в богатые органическими веществами сланцы и/или нефтеносные эвапориты могло привести к выбросу больших количеств CO2 или CH4 в атмосферу. Воздействие на потепление и/или приток углерода (например, увеличение стока, эрозия и т. д.) качественно схоже в зависимости от геологического периода, в котором они происходят.

Таким образом, эти изменения не являются достаточным доказательством существования предшествующих индустриальных цивилизаций.

Современные изменения, по-видимому, происходят значительно быстрее, чем палеоклиматические события, но это может быть частично связано с ограничениями хронологии в геологической летописи. Попытки определить продолжительность предшествующих событий основывались на постоянных оценках осадконакопления, маркерах постоянного потока, орбитальных хронологиях или предполагаемой годовой или сезонной полосчатости осадочных пород. Точность этих методов снижается при значительных изменениях осадконакопления или перерывах в этих событиях (что часто встречается), или они основаны на несовершенном сопоставлении закономерностей с конкретными астрономическими особенностями. Кроме того, биотурбация часто сглаживает резкое событие даже в идеально сохранившейся осадочной среде. Таким образом, возможность обнаружения начала события, произошедшего несколько столетий (или меньше) в геологической летописи, вызывает сомнения, и поэтому прямая изоляция промышленной причины, основанная только на очевидном времени, также не является окончательной.

Обсуждаемые выше специфические маркеры промышленной деятельности человека (пластмассы, синтетические загрязнители, повышенная концентрация металлов и т. д.) являются, однако, следствием специфического пути, по которому шло человеческое общество и технологии, и общность этого пути для других видов промышленной деятельности совершенно неизвестна. Крупномасштабное использование энергии потенциально является более универсальным индикатором, и, учитывая высокую плотность энергии в углеродсодержащем ископаемом топливе, можно предположить, что слабый сигнал C может быть общим сигналом. Вполне возможно, что солнечная, гидро- или геотермальная энергия могла использоваться предпочтительно, что значительно уменьшило бы любой геологический след (как и наш)..Однако любой крупный выброс биогенного углерода, будь то из метановых гидратов или вулканических интрузий в богатые органическими веществами осадки, будет иметь аналогичный сигнал. Таким образом, мы имеем ситуацию, когда известные уникальные маркеры могут быть неинформативными, в то время как (возможно) более ожидаемые маркеры недостаточны.

Мы понимаем, что выдвижение гипотезы о существовании предшествующей индустриальной цивилизации как движущей силы событий в геологической летописи может привести к довольно необоснованным спекуляциям. Любые наблюдения можно было бы сопоставить с воображаемой цивилизацией таким образом, что их было бы практически невозможно опровергнуть. Таким образом, следует проявлять осторожность и не постулировать такую ??причину до тех пор, пока не появятся фактические положительные доказательства. Силурийская гипотеза не может считаться вероятной только потому, что не представляется никакой другой обоснованной идеи.

Тем не менее, мы находим приведенный выше анализ достаточно интригующим, чтобы мотивировать дополнительные исследования. Во-первых, несмотря на обилие существующих работ о вероятном следе антропоцена, мы рекомендуем провести дальнейший анализ и изучение стойкости уникальных промышленных побочных продуктов в океанических отложениях. Существуют ли другие классы соединений, которые оставляют уникальные следы в геохимии отложений в масштабах многих миллионов лет? В частности, будут ли обнаруживаться побочные продукты обычных пластмасс или органических длинноцепочечных синтетических соединений?

Во-вторых, и это, безусловно, более умозрительно, мы предлагаем провести более глубокое исследование элементных и композиционных аномалий в сохранившихся отложениях, охватывающих более ранние события (хотя мы ожидаем, что об этих разрезах получено гораздо больше информации, чем было упомянуто здесь). Ранее аномалии в этих разрезах искали как потенциальные признаки импактных событий (успешно для события на границе К–Т, но не для каких-либо из упомянутых выше событий), начиная от иридиевых слоев, ударно-деформированного кварца, микротектитов, магнетитов и т. д. Но возможно, что новый поиск и новые анализы с учетом силурийской гипотезы могут выявить больше. Аномальное поведение в прошлом может быть более четко обнаружено с помощью индикаторов, нормализованных по потокам выветривания или другим индикаторам постоянного потока, чтобы выделить периоды, когда продуктивность или производство металлов могли быть искусственно завышены.

В-третьих, если будут обнаружены какие-либо необъяснимые аномалии, вопрос о наличии видов-кандидатов в палеонтологической летописи может стать более актуальным, как и вопросы об их дальнейшей судьбе.

Возникает интригующая гипотеза, если какие-либо из описанных выше первоначальных выбросов легкого углерода действительно связаны с существовавшей ранее индустриальной цивилизацией. Как обсуждалось в разделе «Аноксические события в океане мелового и юрского периодов», эти выбросы часто вызывали эпизоды океанической аноксии (за счет увеличения поступления питательных веществ), приводя к массивному захоронению органического вещества, которое в конечном итоге стало источником ископаемого топлива.

Таким образом, существовавшая ранее индустриальная деятельность фактически породила бы потенциал для будущей промышленности посредством своего собственного упадка. Крупномасштабная аноксия, по сути, может обеспечить самоограничивающуюся, но самоподдерживающуюся обратную связь промышленности на планете. В качестве альтернативы, это может быть просто частью долгосрочной эпизодической обратной связи естественного углеродного цикла на тектонически активных планетах.

Возможно, необычно, что авторы этой статьи не убеждены в правильности предложенной ими гипотезы. Если бы она оказалась верной, это имело бы глубокие последствия не только для астробиологии. Однако большинству читателей не нужно объяснять, что всегда нецелесообразно принимать решение об истинности или ложности идеи, основываясь на последствиях её истинности.

Хотя мы сильно сомневаемся в существовании какой-либо предшествующей индустриальной цивилизации до нашей, формальная формулировка вопроса, которая явно указывает, как могли бы выглядеть доказательства существования такой цивилизации, поднимает свои собственные полезные вопросы, связанные как с астробиологией, так и с исследованиями антропоцена.

05.06.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия - астрофизика 2001

Одним из самых вдохновляющих и волнующих из последних открытий астрономов является то, что существует громадное пустое пространство к северной части туманности Ориона, небесная каверна так велика, что мозг человека не способен как то оценить ее размеры
подробнее

Шнобелевская премия - физика 2001

Дэвид Шмидт из университета Массачусетса, выяснил, почему при включённом душе занавеску затягивает вовнутрь. Оказывается, что в ванной образуется мини-ураган с зоной низкого давления. Чтобы сделать свои расчеты, он создал модель типичного душа в ванной
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист