Авмерика или Амазия: будущий суперконтинент Земли определит ее обитаемость

Ученые во главе с Майклом Вэем (Michael Way) из Института космических исследований имени Годдарда (США) проверили, насколько обитаемой окажется наша планета через 200-250 миллионов лет. Как выяснилось, в случае формирования суперконтинента Амазия (Америка плюс Азия) в высоких широтах климат будет заметно более холодным, чем при образовании Авмерики (Австралия плюс Америка) на экваторе. Пригодность планеты для обитания в случае «победы» Амазии окажется намного ниже. Современное сельское хозяйство в ее условиях становится в значительной степени невозможным. Новая работа также позволит точнее оценить обитаемость экзопланет земного типа.

В XXI веке необходимость оценить обитаемость других потенциально обитаемых планет заставила исследователей разработать шкалу «климатической обитаемости». Согласно ей, зоны со средней температурой ниже нуля по Цельсию либо необитаемые, либо ограниченно обитаемые.

На первый взгляд странно, поскольку современная Россия в таком случае лежит в основном вне зоны обитаемости. Однако у классификации есть смысл: современная сложная жизнь базируется на автотрофах-растениях, и в зонах, где температура ниже нуля, растения практически не фотосинтезируют. Иными словами, все эти зоны — временно обитаемые или обитаемые только тогда, когда температура там положительна. Ученые называют это «частичной обитаемостью». С такой точки зрения современная Земля имеет обитаемость 85%. Из этой цифры практически полностью исключены арктические и антарктические пустыни, но не Сахара и иные неарктические пустыни.

Авмерика или Амазия? Любой вариант будущего Земли закончится суперконтинентом

Авторы новой работы, опубликованной в Geochemistry, Geophysics, Geosystems, рассчитали климат для двух основных сценариев географии далекого будущего. Первый из них — формирование суперконтинента Амазии (Amasia) в результате слияния Америки и Евразии, двигающихся на север (а затем и слияния с остальными континентами). Примерный прогнозируемый маршрут этого процесса можно наблюдать на видео ниже:

Второй сценарий — формирование Авмерики (Aurica), континента, вытянутого вдоль экватора (лучше смотреть на удвоенной скорости):

Сегодня научное понимание тектоники плит недостаточно продвинуто, чтобы точно предсказать, какой из двух суперконтинентов сформируется на практике: нынешние скорости и направления движения литосферных плит в принципе совместимы с обоими вариантами. Однако, как отмечают авторы новой работы, само формирование будущего суперконтинента примерно в эти сроки мало у кого вызывает сомнения.

Из геологической истории планеты известно, что суперконтиненты на ней формируются и распадаются циклически, раз в 400-600 миллионов лет. Последний раз суперконтинент сформировался 330 миллионов лет назад и назывался Пангея. Около 180 миллионов лет назад, в юрском периоде, он распался. Из этого достаточно очевидно, что сейчас Земля находится в середине цикла формирования следующего суперконтинента, и через 200-250 миллионов лет его появление было бы вполне ожидаемо.

Суперконтинент на полюсе и на экваторе: две разные планеты

В случае формирования Амазии основная ее часть будет сосредоточена вокруг Северного полюса. Внутренние моря — остатки Северного Ледовитого океана — окажутся надежно изолированы от теплых течений типа Гольфстрима, отчего получат стабильное ледовое покрытие. Ледниковый щит неизбежно накроет и большую часть суши. В этом сценарии Антарктида останется неприсоединенной к суперконтиненту и тоже будет покрытой льдом.

Несмотря на это, средняя температура планеты будет намного выше, чем сегодня (когда она плюс 15) и станет примерно равной микулинскому межледниковью, достигнув плюс 17,2. Причина — в росте светимости Солнца на 1,9%. Астрономы достаточно давно установили, что с возрастом яркость звезд растет, и для светила нашего класса скорость роста определена настолько точно, что ее можно предсказать на сотни миллионов или даже несколько миллиардов лет вперед.

Однако более высокая температура планеты в среднем не означает более высокую обитаемость. Ведь почти вся суша будет лежать в высоких широтах, и уровень ее обитаемости упадет до 58% — от 85% сегодня. Это серьезное падение обитаемой площади, до 30%. Более того: в сегодняшнем мире более 90% видов существуют вне зон умеренного климата, а на Амазии будет немного территорий теплее современного умеренного климата. Поэтому фактическое биоразнообразие в таком будущем планеты должно упасть на многие десятки процентов.

Принципиально иной будет Земля в случае формирования Авмерики. Как легко видеть выше, этот континент будет включать даже Антарктиду. То есть практически вся суша сконцентрируется в низких широтах. А там лед и снег смогут существовать только на вершинах самых высоких гор. Лишь малая часть солнечных лучей будет отражаться льдами обратно в космос. В итоге средняя температура на планете станет плюс 20,7 — почти как в мезозое. Поэтому доля обитаемой суши в «авмерийском» будущем составит 99,8% — намного выше, чем сегодня, и на две трети выше, чем в сценарии Амазии.

Следует отметить, что почти вся эта суша будет иметь экваториальный и тропический климат. Очевидно, биоразнообразие на ней в связи с этим станет исключительно высоким. С точки зрения пригодности к сельскому хозяйству современного типа Авмерика, опять же, лучше нынешней Земли и несопоставимо лучше варианта Амазии.

Что это значит для будущего

На первый взгляд, при нынешнем уровне представлений о тектонике плит слегка рано прогнозировать, какой будет земная суша через четверть миллиарда лет. Но авторы новой работы правы в том смысле, что формирования суперконтинента все равно избежать нельзя. А взяв за точки отсчета Амазию («вся суша на полюсах») и Авмерику («вся суша на экваторе»), они очертили границы изменчивости земного климата в любом возможном сценарии будущего планеты.

Еще важнее то, что с цифрами на руках удалось показать: обитаемость планеты земного типа серьезнейшим образом зависит от расположения континентов, в особенности — суперконтинентов. Разница между 58% и 99,8% обитаемости для исследованных сценариев колоссальна и означает, что любой будущий анализ обитаемости экзопланет должен учитывать расположение континентов на них.

Это важно: в ближайшие десятки лет (а и то и ближайшие годы) крупные телескопы получат данные о расположении континентов на ближайших к нам планетах, доступных для транзитного метода наблюдений. Иными словами, на тех планетах, что проходят между диском своей звезды и нами. Сегодня известны десятки таких планет с размерами, близкими к земным.

Но новая работа важна не только тем, что позволяет отделить потенциально менее обитаемые планеты (с «Амазиями») от потенциально более обитаемых (с «Авмериками»). Дело еще в том, что, как уже не раз отмечали другие исследовательские группы, если внеземные цивилизации существуют, они неизбежно будут оказывать серьезное воздействие на климат своей планеты — либо непреднамеренно, как люди сегодня, либо преднамеренно, как это предлагал советский климатолог Михаил Будыко в прошлом столетии (чтобы сделать северные части СССР полноценно обитаемыми).

Если наши телескопы заметят планеты земного типа у звезд вроде Солнца, имеющие приполярные суперконтиненты (типа Амазии) и получающие от своей звезды столько же тепла, что и Земля, но при этом лишенные ледового покрова, — это может стать серьезным аргументом в пользу тщательного дальнейшего анализа. Ведь подобная аномалия способна указать на существование внеземных цивилизаций.

Правда, большинство планет земного типа во Вселенной вращаются вокруг совсем других звезд — красных карликов. Поскольку к ним принадлежит три четверти всех существующих светил, там же должны находиться как минимум три четверти землеподобных планет. У красных карликов расположение суперконтинента означает для обитаемости немного меньше, чем на Земле. 95% излучения подобных звезд — в инфракрасном диапазоне, а лед не может отражать такие лучи в космос. Соответственно, даже на приполярных континентах планеты в зоне обитаемости стабильных ледовых шапок не будет.

Тем не менее отслеживать позиции суперконтинентов будет важно и для планет под красными солнцами. Напомним: чтобы быть обитаемыми, им нужно получать достаточное количество излучения от светила. Поскольку светимость красных карликов в десятки и более раз ниже, чем у Солнца, это возможно, только если планета намного ближе к своей звезде. Но начиная с определенной дистанции, звезда тормозит вращение планеты вокруг ее оси так сильно, что экзопланета начинает смотреть на свое светило все время одной стороной. Каждый из нас много раз видел пример подобной «синхронизации»: Луна смотрит на Землю именно таким образом.

В этом сценарии наличие суперконтинента на освещенной стороне планеты — а земные астрономы с новыми телескопами смогут его зафиксировать — окажется еще важнее, чем при изучении систем типа Солнечной. Если на вечно освещенной стороне планеты у красного карлика есть суперконтинент — значит, там возможны и наземные растения, и сложная сухопутная жизнь. Если же там нет суперконтинентов и все они сосредоточились на вечно теневой стороне планеты, места для сухопутной жизни там предельно мало. Ясно, что подробное изучение таких планет менее перспективно, чем тех, где континенты на «светлой стороне».

Пока науке до конца не ясно, есть ли тектоника плит на планетах у красных карликов — не препятствует ли приливной захват такой тектонике. Если тектоника все же есть, каждое перемещение суперконтинента с освещенной стороны на темную будет означать уничтожение сложной сухопутной жизни. Ведь без света растения не смогут фотосинтезировать, а после их гибели исчезнут и травоядные, и хищники.

При отсутствии тектоники планета у красного карлика играет в своего рода лотерею. В случае «выигрыша» часть ее континентов (а то и суперконтинент) раз и навсегда находится на освещенной стороне, и тогда экзопланета идеальна для жизни. При «проигрыше» ее суперконтинент будет на теневой стороне, а для жизни останутся лишь моря и океаны. Судя опыту земной биосферы, суммарная биомасса в океанах в десятки раз ниже, чем на суше, хотя океаны куда больше по площади. То есть биологически океаны крайне пустынны в сравнении с сушей. Сомнительно, что шансы на разумную жизнь у миров без освещенной суши могут быть действительно высоки.