Следы изотопов на Земле указывают на то, что каждые миллион лет рядом с нашей планетой взрывается сверхновая звезда. Многие ученые полагали, что это провоцировало массовые вымирания в прошлом. Международная группа исследователей пришла к выводу, что ситуация более запутанна.
Крупные звезды в конце жизни взрываются как сверхновые, выделяя огромное количество энергии. Взрыв, произошедший в 326 световых годах от Земли, увеличил бы уровень космических лучей у нас на порядок и сохранял бы его повышенным ещё веками.
Такой уровень излучения может повредить озоновый слой за счет образования оксидов азота в стратосфере. Кроме того, галактические лучи могут значительно увеличить облачность над Землей, создавая центры кристаллизации, и, теоретически, вызвать похолодание. При похолодании на планете становится суше: меньше испарений из морей приводит к уменьшению осадков.
Несколько лет назад были найденыСледы повреждений ультрафиолетом спор из позднего девонского периода (события 374 и 359 миллионов лет назад) тогда интерпретировали как следствие сверхновой, которая спровоцировала позднедевонское вымирание, приведшее к утрате примерно 50% известных палеонтологам родов. Такая картина серьёзно обеспокоила многих учёных.
Сверхновые звезды, удалённые от Земли не более 326 световых лет, взрываются приблизительно раз в миллион лет. Учитывая это, невозможно полностью исключить возможность подобного события в ближайшее геологическое и астрономическое время.
Авторы новой работы в журнале Communications Earth & EnvironmentРешили проверить расчётами реальность такой угрозы. Для этого проанализировали физические и химические пути влияния близкого взрыва сверхновой на озон и климат планеты.
В результате взрыва сверхновой, произошедшей недалеко от Земли, большая часть воздействия пришлась бы на приполярные области. Умеренные и низкие широты оказались защищены магнитным полем планеты, способным отклонять часть космических лучей к полюсам. Окислы азота из приполярных зон не смогут эффективно распространяться в низкие широты благодаря постоянным сильным ветрам в стратосфере между высокими и средними широтами.
Ученые определили максимальные потери озона (О3) над полюсами и выяснили, что оксиды азота менее вредоносны для него, чем считалось раньше. При попадании солнечного света они разлагаются, образуя свободные атомы кислорода, которые способствуют образованию новых молекул озона.
Расчёты показывают обнадеживающие результаты: даже над Антарктидой озон может потерять не более 30% после пролёта сверхновой. Это сравнимо с истончением озонового слоя в конце XX века, когда антарктическая жизнь испытывала неудобства, но катастрофы не случилось.
Потенциальное уменьшение количества озона в стратосфере во время вспышки сверхновой на расстоянии 300 световых лет может составить 10%, что сопоставимо с снижением его концентрации, вызванным человеческой деятельностью в конце XX века, достигавшим 5-6%.
С другой стороны, близкий взрыв сверхновой стимулирует образование озона в тропосфере. Там этот газ токсичен и вредит биосфере. Исследователи пришли к выводу, что концентрации тропосферного озона в этом случае не сильно отличались бы от современных его уровней в больших городах, где озон образуется из-за выхлопных газов автомобилей.
Ученые также рассчитали, как близкий взрыв сверхновой повлияет на Землю в раннем кембрии и докембрии. В то время кислорода в воздухе было в десять раз меньше, чем сейчас. Из-за этого образоваться озону в достаточном количестве было значительно сложнее.
Такие условия могли привести к большему ущербу для сухопутной части биосферы (которая была весьма скромной в то время) из-за истончения озонового слоя. Расчёты показали, что, хотя в средних широтах появились бы дыры в озоновом слое, тропики почти не пострадали бы в таком сценарии.
Авторы научной работы учли даже эффект сверхновой, которая порождает гамма-всплеск. Это редкое явление, при котором за несколько минут или часов выделяется энергия, равняющаяся излучению обычной звезды за миллиарды лет. При этом последствия такого события для Земли по расчётам невелики.
Атмосфера поглотит почти все гамма-излучение сверхновой на высоте 30 километров. Окислы азота от гамма-всплеска тоже образуются, но их концентрация вернется к норме через несколько недель. В это время биосфера не получит слишком сильного удара.
Вследствие взрыва сверхновой эффект на климат, согласно новой работе, не будет слишком сильным. В случае, если он произойдет сегодня, климат планеты просто вернется к состоянию до начала глобального потепления — то есть станет градус холоднее и несколько суше, но все же далеко не фатально.
Взрывы сверхновых в десятках световых лет от Земли могут вызвать массовое вымирание, но по геологическим данным пока нет признаков таких событий. Это не означает, что подобные взрывы не произойдут в будущем.