Задыхаясь Без Кислорода
(УС)
В начале Интерстеллара Профессор Бранд говорит Куперу: "Атмосфера Земли на 80 процентов состоит из азота. Мы не дышим азотом. А патоген дышит. И покуда он процветает, в нашем воздухе становится все меньше и меньше кислорода. Последние голодающие станут первыми задыхающимися. Поколение твоей дочери будет последним на Земле." Есть ли у предсказания Профессора какое-нибудь научное обоснование?
Этот вопрос лежит на стыке двух областей науки: биологии и геофизики. Так что я задал его биологам на Обеде Эпифитии, в частности Эллиоту Мейеровицу, и двум геофизикам, калтеховским профессорам Джеральду Вассенбургу (специалисту по происхождению Земли, Луны и Солнечной системы) и Yuk Yung (специалисту по физике и химии атмосферы нашей Земли и других планет). От них и из технических статей, которые они мне указали, я узнал следующее.
Создание и Разрушение Пригодного Для Дыхания Кислорода
Кислород, которым мы дышим, это O2 - молекула, состоящая из двух атомов кислорода, связанных электронами. На Земле много кислорода и в других формах: углекислый газ, вода, минералы в земной коре - это лишь некоторые. Но наш организм не сможет использовать его до тех пор, пока какой-нибудь другой организм не высвободит его и не превратит в O2.
O2 из атмосферы разрушается дыханием, горением и гниением. Когда мы взыхаем O2, наш организм соединяет его с углеродом и получает углекислый газ, CO2, с высвобождением кучи энергии, используемой нашим организмом. Когда горит дерево, языки пламени быстро соединяют O2 воздуха с углеродом древесины с образованием CO2, производя тепло, которое поддерживает горение. Когда мертвые растения разлагаются на лесной подстилке, их углерод медленно соединяется с атмосферным O2 с образованием CO2 и тепла.
Атмосферный O2 создается в основном фотосинтезом: хлоропласты растений[24] (Глава 11) используют энергию солнечного света, чтобы разделить CO2 на C и O2. O2 высвобождается в земную атмосферу, а растения соединяют углерод с водородом и кислородом воды с образованием углеводов, необходимых им для роста.
Разрушение O2 и Отравление CO2
Предположим, эволюция создает патоген, который разрушает хлоропласты, как рассуждал Эллиот Мейеровиц в конце предыдущей главы. Фотосинтез прекращается, не весь сразу, а постепенно по мере вымирания растений. O2 больше не создается, но по-прежнему разрушается дыханием, горением и гниением - в первую очередь, как выясняется, гниением. К счастью для оставшихся людей, на земной поверхности недостаточно разлагающейся растительной жизни, чтобы поглотить весь O2.
Большая часть разложения завершится через тридцать лет, израсходовав всего лишь около одного процента O2. Детям и внукам Купера его по-прежнему вполне хватит для дыхания, если они найдут, что поесть.
Однако, этот один процент атмосферного O2 превратится в углекислый газ, а значит, 0,2 процента атмосферы станет CO2 (так как большая часть атмосферы - это азот). Этого довольно, чтобы дышать стало неприятно самым чувствительным людям и, возможно, чтобы поднять температуру на Земле (посредством парникового эффекта) на 10 градусов Цельсия - что неприятно для всех, мягко говоря!
Чтобы затруднить дыхание и вызвать у всех сонливость, пришлось бы перевести в CO2 в десять раз больше атмосферного O2; а чтобы отравление CO2 убило почти каждого, нужно было бы перевести еще в пять раз больше - суммарный множитель пятьдесят. Я не нашел для этого убедительного механизма.
Так ошибается ли Профессор Бранд? (Даже физики-теоретики могут совершать ошибки. Особенно физики-теоретики. Уж я-то знаю, я один из них.) Вероятно, да, он ошибается, но можно допустить, что нет. Профессор мог бы быть прав, но для этого потребовалось бы, чтобы представления геофизиков касательно океанического дна содержали серьезный изъян.
На дне океанов есть не разложившееся органическое вещество, так же, как и на суше. Геофизики оценивают количество на дне примерно в одну двенадцатую количества на суше. Если они ошибаются и не разложившейся органики там в пятьдесят раз больше, чем на суше, и если существует способ быстро вытащить ее, тогда ее разложение с выделением CO2 может заставить всех задыхаться без кислорода и умирать от отравления CO2.
Теперь, раз в многие тысячелетия какая-нибудь неустойчивость запускает опрокидывание океана. Поверхностные воды погружаются на дно и выталкивают глубинные воды на поверхность. Допустим, в эпоху Купера происходит столь сильное опрокидывание, что поднимающиеся глубинные воды несут с собой большую часть органического вещества с океанического дна. Внезапно открытое воздействию атмосферы, это вещество стало бы разлагаться, превращая атмосферный O2 в смертельные количества CO2.
Можно допустить, да. Но это вряд ли возможно по двум причинам: очень маловероятно, что не разложившейся донной органики в 1000 раз больше, чем думают геофизики, и очень маловероятно что случится достаточно сильное опрокидывание океанов.[25]
Тем ни менее, в Интерстелларе Земля несомненно умирает, и человечеству нужно найти новый дом. Солнечная система, не считая Земли, негостеприимна, так что поиск продолжается за границами нашей Солнечной системы.
24. Также хлоропласты и фотосинтез бывают в водорослях и цианобактериях в океане, их обоих я отношу к растениям в своем упрощенном описании. (В некотором смысле, цианобактерии - это проформа хлоропласта.)
25. Некоторые количественные подробности и объяснения огромных неопределенностей геофизических оценок см. в Кое-Каких Технических Заметках в конце книги.
Комментариев нет :
Отправить комментарий