Когда речь идет о древних вымираниях обычно представляется что-то вроде падения астероида на Землю, иногда вспоминают про взрывы сверхновых. Но возможны другие катастрофические причины о которых мало кто слышал.
Астероид или комета сталкивается с Землей примерно раз в миллионы лет, крупный астероид примерно раз в 30 миллионов лет - событие это очень редкое. Гораздо чаще кометы падают на Юпитер, который обладает большим притяжением и размером.
При этом каждый раз выделяется значительно больше энергии чем при падении на Землю. Ведь масса Юпитера 318 земных, вторая космическая скорость 60,4 километров в секунду, а у Земли только 11,2 километра в секунду.
А падение комет на Солнце вообще привычное явление, о котором в научных новостях сообщают почти каждый год. Из-за мощного тяготения, падающая на наше светило масса разгоняется сильнее чем при падении на Юпитер и энергия столкновения (зависящая от скорости в квадрате) еще больше.
Однако, масштабы Солнца столь велики, что падение средненькой кометы на него сравнимо по выбросу энергии всего лишь с мощной солнечной вспышкой вроде тех которые порождают магнитные бури. Настолько грандиозные процессы происходят на звезде даже в норме.
Мелкие кометы испаряются даже не достигая солнечной поверхности. Разрушаясь при этом приливными силами, потому что очень непрочные, по своей структуре похожие на смесь снега, пыли и песка.
Падение обычной кометы на Солнце почти не заметно на нашей планете, практически не оказывает никакого влияния на природную жизнь.
Но что будет, если на Солнце упадет не средняя комета, а объект гораздо крупней, например крупный астероид? За время существования Солнечной системы ведь могли быть такие столкновения, о которых мы просто не можем знать...
Представим, что на Солнце падает астероид диаметром чуть меньше 500 километров. Его объем будет примерно 100 миллионов кубических километров, а масса, в зависимости от материала, от ста тысяч триллионов тонн, если он ледяной до вдвое-втрое большей, если он каменный.
Солнце весит 332 982 масс Земли, его вторая космическая скорость (для поверхности) 617,7 км/с - это 55,2 земных. Кинетическая энергия камня, падающего с такой скоростью будет в 3036 раз больше чем у такого же тела падающего на Землю.
Весьма просто подсчитать, что энергия столкновения в несколько тысяч раз превысит общую светимость Солнца.
Фотосфера - это очень тонкий слой, чуть больше 300 километров, что при размерах Солнца просто тончайшая пленка. И хотя наша звезда - газовый шар, именно мощная гравитация так плотно прижимает атмосферу к поверхности, что поверхность издалека кажется гладкой.
В месте столкновения фотосфера будет нарушена (ее толщина сравнима с размером самого астероида), ударная волна пойдет вширь и ниже в зону конвекции.
Разумеется, что там будут происходить очень интересные процессы, но я не знаю как это скажется на тепловом равновесии этого слоя звезды, будет ли какой-то значительный выброс и появится ли особо огромное пятно. И даже не могу точно сказать сколько секунд будет происходить само столкновение, поскольку это зависит от того на какой глубине разрушится астероид.
Без сложной модели можно лишь сказать, что за считанные мгновения выделится столько энергии, сколько всё Солнце излучает за полтора часа.
Наверное, не хотелось бы оказаться на месте живых организмов далекого прошлого, если на Солнце когда-либо происходило такое, особенно, если оно было повернуто местом столкновения в сторону Земли.
Одно только световое излучение вполне могло быть сравнимо (и по яркости и по продолжительности) со световым излучением в радиусе поражения ядерной бомбы, вызывающей сплошные пожары. Однако, учитывая концентрацию кинетической энергии и температуру потревоженный горячих конвекционных слоев под фотосферой, это было бы жесткое ультрафиолетовое излучение такой мощности, что произвело бы фотохимическое действие на атмосферу. Образовалось бы чрезвычайно много оксидов азота, которые не только подчистую уничтожили бы озоновый слой, но и выпали бы кислотными дождями. В таком случае пострадает не только обращенное к Солнцу полушарие, но и вся поверхность.
Это могло бы быть причиной одного из массовых вымираний прошлого.
Все видели нежное свечение послезакатного неба. Ультрафиолетовое излучение Солнца разрушает молекулы газов в верхних слоях атмосферы, потом молекулы восстанавливаются, испуская свечение еще некоторое время после заката. Это происходит и днем, просто в сумерках это слабое свечение лучше видно.
Но мощность ультрафиолетового излучения взбудораженного ударом Солнца, скорее всего, так велика, что свечение при рекомбинации молекул может быть ослепительным даже днем. Если, конечно, у живых существ во время такой катастрофы сохраняться глаза, чтобы еще что-то видеть.
Считается, что сама толщина атмосферы (даже без учета озонового слоя) не допускает до поверхности энергию самого коротковолнового ультрафиолета, но через посредство фотолиза газов, часть этой энергии может всё же достичь поверхности в видимом диапазоне. Не знаю будет ли сколько нибудь обжигающим этот вторичный свет, это слишком сложно рассчитать. Особенно когда речь идет об земной атмосфере прошлого.
Есть гипотеза, которая объясняла ордовикско-силурийское вымирание близкой вспышкой сверхновой или гамма всплеском. Скорее всего у этой массовой гибели были геологические причины, но в принципе, некоторые вымирания могли произойти и из-за гамма-всплеска.
Некоторые последствия (вроде ожогов и оксида азота в атмосфере) могут быть одинаковыми, что при гамма всплеске, что и при падении крупного астероида на Солнце.
Беда в том, что в обоих случаях не остается почти никаких следов. Бесполезно искать давно потухшую нейтронную звезду, которая может быть теперь уже в другом секторе галактики. Через сотни миллионов лет там уже ничего не светится. Еще бесполезнее искать астероид, сгоревший в раскаленных солнечных глубинах.
Вот так, вымирание было, а причин уже не найти! Да, с астероидами, падавшими на Землю, гораздо проще, можно хотя бы останки кратера обнаружить, точнее, специфические горный породы, подвергшиеся резкому давлению - импактиты.
Так что, причины некоторых вымираний могут быть так и не обнаружены.
Но я всё же предложу способ, каким можно (хотя бы теоретически) отличить одно из вымираний от другого. То есть отличить вымирание из-за гамма-всплеска от вымирания из-за удара астероида в Солнце.
Ну не зря же я это писал, не только ведь для того, чтобы показать простейшие подсчеты, при желании, доступные даже школьнику. Даже такая гипотеза должна предлагать способы своей проверки и делать предсказания.
Вымирание из-за гамма всплеска отличается глубиной проникновения радиации. Излучение проникает на километр вглубь морей (а моря в палеозойское время были неглубокими) и на сотни метров в толщу земли. При этом мощность излучения в десятки раз превосходит дозу, смертельную для людей и других млекопитающих. Хорошо, что млекопитающих тогда еще не было.
При столкновении астероида с Солнцем излучение более поверхностно, нет глубоко проникающей радиации.
И тут вырисовывается уже два способа как отличить поражающие факторы. Распределение вымерших видов по глубинам их проживания, но с учетом, что гибнущие виды потянут за собой в небытие зависящие от них пищевые цепочки.
Или надо учесть разную устойчивость жизни к радиации. Дело в том, что существует не очень широко известная приблизительная закономерность: что чем древнее класс или тип организмов, тем более он устойчив к облучению.
Самые уязвимые - птицы, ненамного от них отличаются млекопитающие, рептилии заметно устойчивее к облучению, морские рыбы устойчивее пресноводных, очень живучие насекомые и другие членистоногие.
Подобная же закономерность есть и у растений: древние растения лучше переносят радиацию, чем цветковые. Но самые живучие, разумеется, бактерии.
Такую закономерность, скорее всего, объясняют тем, что к радиации устойчивее формы жизни с более архаичным строением из-за их примитивности, простоты. Но я думаю, дело еще в том, что организмы древнего происхождения прошли более длинный естественный отбор в ранние геологические эпохи, когда содержание природных изотопов в горных породах было больше современного.
И вот, если составить базу данных погибших в данном вымирании видов и соотнести ее с предполагаемыми данными по устойчивости к облучению. Соотнести с древностью погибших видов (молодые виды уязвимее к излучению). То может быть что-то получится. Но предупреждаю, что будет очень сложно и не очень надежно. Ведь и в этом случае надо учитывать пищевые цепочки, которые потянут в вымирание организмы, даже пережившие облучение.
Еще некоторые приблизительные подсказки может дать астрономическая статистика. Сверхновыми становятся массивные, то есть короткоживущие звезды, быстрее тратящие запасы своего топлива. Обычные звезды существуют десяток миллиардов лет, а массивные только десятки миллионов лет, то есть в сотни раз быстрее проживают свою жизнь. Поэтому сверхновые более привязаны ко времени к процессам звездообразования. Значит их было много во времена молодости нашей Галактики (а это задолго до образования Солнечной системы). Процессы звездообразования возобновлялись когда наша Галактика временами поглощала какую нибудь карликовую галактику наподобие одного из Магеллановых Облаков. Последний раз такое произошло незадолго до образования Солнца. Предполагается, что тогда усилились взрывы сверхновых, а из газового облака впоследствии и возникло звездное скопление в котором зародилось наше родное светило.
Пока не вижу веских оснований предполагать, что во начале палеозойской эры взрывы сверхновых происходили в нашей Галактике чаще чем сейчас.
Да, поглощение Солнцем такого крупного астероида - событие сверхредкое. Сейчас столь больших астероидов единицы. И у них всех орбиты такие, что ни к каком столкновении не может быть речи.
Так что если, столкновение происходило, то во времена когда Солнечная система отличалась от современной. Или астероид мог быть не из здешних. Тогда бесполезно искать закономерности связанные с историей Солнечной системы.
С начала своего существования, обращаясь вокруг галактического центра, наше Солнце прошло сквозь Галактику путь свыше 4 миллионов световых лет. За все эти обороты в точности этот путь никогда не повторялся. Навстречу могли попадаться даже крупные астероиды, не принадлежащие звездам. Такие астероиды называют гиперболическими.
Бывает, что их выбрасывает из родной системы взаимодействием с планетами гигантами, а планет гигантов у соседних звезд обнаружено уже немало.
Когда речь идет о столкновении с Солнцем действительно больших комет то там проявляются свои особенности.
Комета начинает заметно испаряться еще на расстоянии. И бывает так, что у кометы с ядром всего несколько километров, образуется газовое облако (кома) больше всего Солнца, иногда даже полтора миллиона километров диаметром. А за всем этим может еще протянуться на сотню-другую миллионов километров газовый хвост, то есть длиной больше чем расстояния между планетами.
А ведь бывают кометы покрупнее тех, которые описаны за кратчайший период современных астрономических наблюдений. И я даже не про те впечатляющие кометы, которые упоминаются в средневековых и античных хрониках. В доисторическое время прошлых геологических эпох на небе могло появляться что-то совершенно грандиозное.
Обычно комета представляет собой почти одну видимость: подсвеченный разреженный газ. Но при столкновении с Солнцем кометы с диаметром ядра 100 километров (а такие бывают), уже появляется повод для беспокойства.
Такая комета, сначала разрушенная приливными силами, а потом в раздробленном виде испаряющаяся в атмосфере Солнца, превратит внешний вид светила в нечто трудновообразимое. Вокруг Солнца образуется не просто что-то вроде подсвеченной туманности, вспучивающейся так, что заполняет пространство до орбит ближайших планет. Местами эта вздувающаяся газопылевая туманность будет даже не совсем прозрачной, отбрасывая тени. Однако, существовать она будет не очень долго. Частично ее раздует пузырем солнечный ветер, отгоняя на окраины солнечной системы, частично песчинки и крупинки осядут на Солнце.
У Солнца в разные периоды его истории не раз могли образовываться кольца. Они существовали не долго, но могли быть еще одной малоизвестной причиной влияния на климат Земли.
Известно, что влияние на климат может оказывать изменение солнечной светимости даже на долю процента.
Проблема пылевых колец в том, что они тоже находятся в плоскости эклиптики, в той же плоскости что и орбита Земли. Они могли отбрасывать тень на планеты. И тень эта больше толщины колец, поскольку плоскости не могли совпадать точно, периодически планета заходила в тень и выходила из нее.
Такое затенение могло стать причиной похолодания, если только не спасал парниковый эффект.
В этом случае тоже бесполезно искать причину на самой Земле. Может быть эти рассуждения заинтересуют кого-то из палеонтологов.