Анализ изотопных следов, обнаруженных на поверхности Земли, указывает на то, что примерно раз в миллион лет в относительно близком от нашей планеты пространстве происходит взрыв сверхновой звезды. Ранее многие ученые полагали, что подобные события спровоцировали череду массовых вымираний в истории Земли. Однако международная группа исследователей установила, что реальная картина оказывается гораздо более неоднозначной.
В конце своего существования крупные звезды взрываются как сверхновые. Энергия этих взрывов колоссальна: если бы она произошла на расстоянии 326 световых лет от Земли, то уровень космических лучей вблизи нашей планеты увеличился бы в сотню раз. И это повышение сохранилось бы на протяжении веков.
Указанный уровень излучения может повредить озоновый слой, приводя к образованию окислов азота в стратосфере. Помимо этого, галактические лучи способны значительно увеличить облачность над Землей, выступая в роли центров кристаллизации, и, теоретически, спровоцировать похолодание. Похолодание, в свою очередь, ведет к засухе, поскольку уменьшение испарений с поверхности морей снижает количество 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.
Сверхновая, расположенная на расстоянии не более 326 световых лет от Земли, взрывается лишь раз в миллион лет. Поэтому представляется маловероятным, что подобное событие произойдет в геологическом и астрономическом смысле недалёком будущем.
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.
Согласно исследованиям, большая часть воздействия от вспыхнувшей неподалеку от Земли сверхновой придется на приполярные области. Магнитное поле планеты, способное отвести часть космических лучей к полюсам, обеспечит защиту умеренным и низким широтам. Оксиды азота, образующиеся в приполярных зонах, не смогут широко распространиться в более низкие широты, так как в стратосфере между высокими и средними широтами действуют устойчивые и мощные ветры.
После этого исследователи определили потенциальный объем наибольшего разрушения озонового слоя над полюсами. Выяснилось, что соединения азота представляют меньшую угрозу для озона, чем предполагалось изначально. Это связано с тем, что под воздействием солнечного излучения они имеют тенденцию к распаду, в результате чего образуются свободные атомы кислорода, способствующие формированию новых молекул озона.
Согласно проведенным расчетам, общая картина выглядит обнадеживающей: даже над Антарктидой уменьшение озонового слоя после близкой сверхновой не превысит 30%. Это сопоставимо с истощением озона, наблюдавшимся в озоновых дырах в конце XX века. Таким образом, речь идет о событиях, которые, безусловно, нежелательны для антарктической фауны, но далеко не катастрофические.
В результате вспышки сверхновой, расположенной в 300 световых годах от Земли, концентрация стратосферного озона на планете может уменьшиться на 10%. Для сравнения, в конце двадцатого века антропогенное снижение его концентрации достигало 5-6%. Эти показатели сопоставимы.
Влияние близкого по расположению взрыва сверхновой может стимулировать формирование озона в тропосфере. В этом слое атмосферы данный газ приносит больше вреда, чем пользы, поскольку обладает определенной токсичностью. Тем не менее, по мнению ученых, концентрация тропосферного озона в подобной ситуации не превысила бы показатели, характерные для крупных городов, где он образуется в результате выбросов от автомобилей.
Также исследователи приняли решение оценить воздействие близкого взрыва сверхновой на Землю в период раннего кембрия и докембрия. В те времена концентрация кислорода в атмосфере была в десять раз ниже современной. Соответственно, формирование озонового слоя в необходимых количествах представляло собой более сложную задачу.
Похоже, что в сложившихся обстоятельствах истощение озонового слоя могло бы оказать более значительное воздействие на наземные экосистемы (хотя и не столь существенное в тот период). Тем не менее, согласно проведенным расчетам, несмотря на возможное возникновение озоновых прорех в средних широтах, тропические регионы практически не затронуты были бы в подобной ситуации.
Авторы научной работы для полноты исследования оценили даже влияние сверхновой, сопровождающейся гамма-всплеском. Это крайне редкое явление, в процессе которого за несколько минут или часов высвобождается энергия, сопоставимая с излучением обычной звезды за миллиарды лет. Однако, согласно расчетам, воздействие такого события на Землю остается незначительным.
Большая часть гамма-излучения, исходящего от сверхновой, будет поглощена земной атмосферой уже на высоте тридцати километров, и до поверхности оно не дойдет. Окислы азота, образующиеся в результате гамма-всплеска, также присутствуют, однако их концентрация вернется к исходному уровню в течение нескольких недель после произошедшего события. За это время биосфера не получит значительного воздействия.
Новое исследование показывает, что климатическое воздействие взрыва сверхновой нельзя считать значительным. В случае, если бы такое событие произошло в наши дни, климат Земли вернулся бы к условиям, существовавшим до начала глобального потепления. Это привело бы к понижению температуры на один градус и некоторому уменьшению влажности, но в целом не стало бы катастрофическим.
Ученые установили, что к значительному вымиранию способны привести в действие лишь взрывы сверхновых, происходящие на расстоянии нескольких десятков световых лет от Земли. В то же время, в геологических записях отсутствуют свидетельства изотопных отклонений, указывающих на то, что подобные события когда-либо имели место. Тем не менее, это не исключает возможности их возникновения в будущем.