Из изотопных следов на поверхности нашей планеты следует, что раз в миллион лет не слишком далеко от нее взрывается сверхновая. Многие ученые считали, что это запустило ряд массовых вымираний прошлого. Международная группа исследователей пришла к выводу, что картина заметно сложнее.
Достаточно массивные звезды в конце жизненного цикла взрываются как сверхновые. Энергия таких вспышек огромна: случись она в 326 световых годах от Земли, и уровень космических лучей близ нашей планеты поднимется в сотню раз. Причем он будет оставаться повышенным еще века.
Такой уровень излучения способен нанести ущерб озоновому слою за счет образования окислов азота в стратосфере. Кроме того, галактические лучи могут резко увеличить облачность над Землей, создавая центры кристаллизации, и в теории вызвать похолодание. А при похолодании на планете становится суше, ведь чем меньше испарений из морей, тем меньше осадков.
Несколько лет назад были найдены следы поврежденных ультрафиолетом спор времен позднедевонского вымирания (события 374 и 359 миллионов лет назад). Тогда это интерпретировали так: просто позднедевонское вымирание примерно 50% известных палеонтологам родов было вызвано сверхновой. Подобная картина серьезно обеспокоила многих исследователей.
Дело в том, что сверхновая не далее 326 световых лет от Земли взрывается примерно раз в миллион лет. Достаточно трудно исключить еще одно такое событие в геологически и астрономически близкое время.
Авторы новой работы в журнале Communications Earth & Environment решили проверить расчетами, насколько реальна такая угроза. Для этого они проанализировали физические и химические пути влияния близкого взрыва сверхновой на озон и климат нашей планеты.
Исследователи показали, что почти весь эффект сверхновой, взорвавшейся относительно близко от Земли, придется на приполярные зоны. Умеренные и низкие широты будут защищены магнитным полем планеты (способным отклонить часть космических лучей к полюсам). Окислы азота из приполярных зон не смогут эффективно распространяться в низкие широты, поскольку в стратосфере между высокими и средними широтами дуют постоянные сильные ветра.
Затем ученые рассчитали, какие максимальные потери озона (О3) возможны над полюсами. Оказалось, окислы азота менее опасны для озона, чем считалось ранее. Дело в том, что под действием солнечного света они склонны распадаться, образуя свободные атомы кислорода, которые помогают образоваться новым молекулам озона.
Общий результат расчетов выглядит оптимистично: даже над Антарктидой потеря озона после близкой сверхновой должна быть не выше 30%. Что близко к его обеднению в озоновых дырах конца XX века. То есть к событиям пусть и неприятным для антарктической жизни, но далеко не катастрофичным.
Общемировое количество стратосферного озона при вспышке сверхновой в 300 световых годах может снизиться на 10%, в то время как в конце XX века глобальное антропогенное падение его концентрации достигало 5-6%. Это сравнимые величины.
С другой стороны, относительно близкий взрыв сверхновой подстегивает образование озона в тропосфере. Там этот газ уже не столько полезен, сколько вреден для биосферы (он относительно токсичен). Однако, заключили исследователи, концентрации тропосферного озона в таком случае не сильно отличались бы от современных его уровней в больших городах, где озон образуется из-за выхлопных газов авто.
Кроме этого, ученые решили рассчитать последствия близкого взрыва сверхновой для Земли в раннем кембрии и докембрии. В ту эпоху кислорода в воздухе было в 10 раз меньше, чем сегодня. Следовательно, и озону в нужных количествах образоваться было гораздо сложнее.
Кажется, что в таких условиях обеднение озонового слоя способно нанести более серьезный удар по сухопутной части биосферы (впрочем, весьма умеренной в ту эпоху). Однако, как показали расчеты, хотя в средних широтах при этом и появились бы озоновые дыры, тропики почти не пострадали и в таком варианте.
На всякий случай авторы научной работы посчитали даже эффект от сверхновой, дающей гамма-всплеск. Это весьма экзотическое событие, в котором за минуты или часы может выделиться энергия, сравнимая с излучением обычной звезды за миллиарды лет. И все же последствия такого события для Земли расчетно невелики.
Почти все гамма-излучение от сверхновой будет поглощено земной атмосферой еще на высоте 30 километров и не достигнет поверхности. Окислы азота от гамма-всплеска тоже образуются, но их концентрация вернется к нормальной через считаные недели после события. За это время биосфера не успеет получить слишком сильный удар.
Климатический эффект взрыва сверхновой, согласно новой работе, тоже трудно назвать слишком сильным. Если бы он случился сегодня, климат планеты просто вернулся бы в эпоху до начала глобального потепления — то есть стал бы, конечно, на градус холоднее и несколько суше, но все же далеко не фатально.
Исследователи пришли к выводу, что серьезное вымирание могут вызвать только взрывы сверхновых в десятках световых лет от нашей планеты. Однако пока в геологической летописи нет следов изотопных аномалий, показывающих, что настолько близкие взрывы когда-либо случались. Правда, это совсем не значит, что они не произойдут в будущем.
Гамма-всплеск GRB 080319B в представлении художника. Событие случилось 7,5 миллиардов лет назад, но дошло до наших телескопов только в 2008 году. Вероятной причиной считается взрыв сверхновой, образующий два мощных относительно узконаправленных луча у бывших полюсов звезды. Один из этих лучей и пришел к Земле, правда, рассеявшись за время своего очень долгого пути