Ние дишаме, без да се замисляме за това. Всяко вдишване

Ние дишаме, без да се замисляме за това. Всяко поемане е автоматизиран, жизненоважен развой, който изпълва белите ни дробове с въздух, съдържащ към 21% О2. Този газ, артикул на антични микроорганизми, ни се коства неизменима константа, фонът, на който се развива историята на живота. Но какво би било, в случай че не е по този начин? Ами в случай че количеството О2 в атмосферата не е просто даденост, а резултат от комплициран, многомилионен танц, в който вземат участие освен океаните и горите, само че и нажеженото ядро на нашата планета?

Едно скорошно изследване, извършено взаимно от НАСА и Университета в Лийдс, хвърля светлина върху изненадваща връзка, която до момента е била подценявана. Оказва се, че равнището на кислорода в атмосферата и силата на земното магнитно поле се трансформират по поразително синхронизиран метод в продължение на стотици милиони години. Това изобретение не просто прибавя нов щрих към портрета на нашата планета – то ни принуждава да преосмислим самите основи на нейната обитаемост.

Криминалната история на геологията: по какъв начин да прочетем предишното?

Преди да поговорим за изводите, си коства да разберем по какъв начин учените като цяло са съумели да надникнат толкоз надалеч в предишното. В края на краищата ние не разполагаме с машина на времето. Отговорът се крие в геоложките записи, които би трябвало да можем да разчитаме като умел детектив.

За да оценят равнищата на О2, откривателите са прибягнали до така наречен прокси знаци. Представете си, че желаете да разберете дали камината в остаряла къща постоянно се е отоплявала без значение каква е сметката за дърва. Можете да изследвате комина: колкото по-дебел е пластът сажди, толкоз по-активно е бил употребен. По сходен метод работят и геолозите. Един подобен „ знак “ е изкопаемият дървен въглен. Той се нуждае от О2, с цел да гори. Съответно огромното количество дървени въглища в седиментите от избрана ера демонстрира, че в атмосферата е имало доста О2 и пожарите са били чести. Друг способ е да се проучват океанските седименти за съществуване на аноксия, т.е. условия без О2. Колкото по-малки са безкислородните зони в океана, толкоз по-висока евентуално е била общата централизация на O₂ на планетата.

При магнитното поле историята е не по-малко елегантна. Когато магмените скали като базалта се охлаждат, минералите в тях (като магнетита) се намагнитват, „ запомняйки “ посоката и силата на земното магнитно поле в този миг. Това се назовава палеомагнетизъм. Чрез проучване на скални проби от разнообразни възрасти от целия свят учените могат да реконструират историята на нашия геомагнитен щит.

Времевите промени в наличието на О2 (O2) и VGADM през последните 540 милиона години

Танц в продължение на епохи

Сравнявайки тези два на пръв взор изцяло самостоятелни набора от данни за последните 540 милиона години (епохата на по този начин наречения „ очевиден живот “, или фанерозой), откривателите били изумени. Графиките на измененията в равнищата на кислорода и силата на магнитното поле съвсем се припокривали.

Пикът на този синхрон е настъпил сред 330 и 220 милиона години (периодите въглерод и перм). По това време Земята е била дом на великански папрати и инсекти с размерите на птици, а равнищата на О2 са се оценявали на 30-35%. Именно през тази ера магнитното поле на Земята е било извънредно мощно. След това, когато полето отслабнало, наличието на О2 също спаднало.

Статистическият разбор демонстрира коефициент на корелация от 0,72. Какво значи това на понятен език? Това не е просто съвпадане. Стойност над 0,7 демонстрира доста мощна, съвсем директна връзка.

Не е единствено щит: мистериозната връзка сред земните глъбини и биосферата

Най-очевидното пояснение, което изниква в съзнанието: магнитното поле пази атмосферата. И това е правилно. Нашата магнитосфера е незабележим силов купол, който отклонява слънчевия вятър – заредени частици, идващи от Слънцето. Без този щит слънчевият вятър в последна сметка би могъл да „ отлепи “ огромна част от атмосферата, отнасяйки в космоса леките газове, в това число водните молекули, от които под въздействието на ултравиолетовата светлина се освобождава кисслород. По-слабо поле – по-малко отбрана, повече загуби. Има смисъл.

Тази догадка обаче не изяснява цялостната картина. Факт е, че множеството модерни климатични и геохимични модели, описващи кислородния цикъл, просто не регистрират геомагнитното поле като важен фактор. Влиянието му се смяташе за прекомерно постепенно и нищожно на фона на бързите биохимични процеси на повърхността. Новата научна работа демонстрира, че това е бил сериозен пропуск.

И тук проучването слага една огромна мистерия. Ами в случай че връзката е по-дълбока? Ами в случай че процесите в течното железно ядро на Земята, които генерират динамото на нашето магнитно поле, по някакъв метод въздействат на процесите на повърхността? Може би измененията в ядрото въздействат върху конвекцията на мантията, която от своя страна въздейства върху вулканизма и тектониката на плочите. А тези процеси са директно свързани с световните въглеродни и кислородни цикли. Това към този момент не е еднопосочна отбрана, а комплицирана система от противоположни връзки, свързваща горещата сърцевина на планетата с тънката обвивка на биосферата.

Корелацията сред кислорода и геомагнитното поле е статистически значима. За да се регистрира автокорелацията, кислородните времеви редове бяха преизчислени благодарение на редове на Фурие, с цел да се генерират огромен брой синтетични времеви редове със същите автокорелационни свойства

Уроци за предишното и бъдещето

Това изобретение е от голямо значение. Първо, то обогатява разбирането ни за еволюцията на живота на Земята. Става ясно, че появяването на комплицирани организми, техният подем и изгубване са зависели освен от климата и биологията, само че и от невидими геофизични сили. Съдбата на живота на повърхността се оказва неразривно обвързвана с това, което се случва на хиляди километри под повърхността.

Второ, това ни дава мощен инструмент за търсене на живот отвън Земята. Днес, когато учим далечни екзопланети, търсим такива, които се намират в „ обитаемата зона “ – дистанцията от тяхната звезда, на което може да съществува течна вода. Сега към този аршин сигурно може да се добави още един: съществуването на мощно и устойчиво магнитно поле. Една планета, даже с съвършена температура и вода, само че без магнитен щит, евентуално ще бъде безвъздушна и стерилна пустиня.

Така елементарното наблюдаване на синхронизираната смяна на два световни параметъра отвори цяла нова глава в науката за Земята. То ни припомня, че нашата планета е обединен, необикновено комплициран организъм, в който всичко е обвързвано с всичко: от биенето на разтопеното сърце в центъра ѝ до всеки наш спокоен мирис.