Взрывы сверхновых и жизнь на Земле оказались тесно связаны

На иллюстрации показан вид с Земли на Млечный Путь, где сверхновые разгоняют космические лучи до высоких энергий.

На иллюстрации показан вид с Земли на Млечный Путь, где сверхновые разгоняют космические лучи до высоких энергий.
Иллюстрация H. Svensmark/DTU Space.

Исследователь из Дании выявил поразительную связь между количеством взрывов сверхновых и жизнью на Земле.

О том, почему взрываются сверхновые, мы подробно рассказывали в прошлых материалах. Писали мы и о том, как сверхновые повлияли на разнообразие химических элементов во Вселенной, а также о том, как именно процессы, происходящие после взрыва звезды, приводят к формированию сложных химических соединений.

Новые данные позволили датскому учёному сделать ещё более интересные выводы: они демонстрируют тесную связь между долей органических веществ в осадочных породах нашей планеты и частотой взрывов сверхновых.

Эта связь прослеживается в течение последних 3,5 миллиардов лет, сообщает единственный автор новой работы Хенрик Свенсмарк (Henrik Svensmark) из Национального космического института Датского технического университета, и наиболее детально она изучена в течение последних 500 миллионов лет.

Исследователь пришёл к выводу, что необходимые условия для существования жизни на нашей планете создали именно сверхновые, в частности, через влияние на климат.

Оказалось, что большое количество взрывов сверхновых приводит к похолоданию климата и повышению разницы температур между экватором и полярными областями.

Это в свою очередь приводит к сильным ветрам и перемешиванию вод Мирового океана. Эти процессы изменяют доставку питательных веществ в места обитания живых существ и растений.

В то же время обилие питательных веществ в окружающей среде позволяет живым (биологическим) системам свободно развиваться. Это приводит к тому, что больше органических веществ попадает в осадочные породы.

В тёплом климате, напротив, наблюдаются более слабые ветры и меньшее перемешивание океанских вод, и, как следствие замедленного перемещения питательных веществ, более низкая биопродуктивность и снижение доли органического вещества в породах.

Ещё одним следствием накопления органических веществ в осадках является то, что они являются косвенным источником кислорода.

Исследователи рассуждают следующим образом: кислород и сахара производятся в ходе фотосинтеза из света, воды и углекислого газа.

Однако, если органический материал не перемещается в осадочные породы (отложения), кислород и органика превращаются в CO2 и воду. Соответственно, захоронение органических материалов в осадочных породах предотвращает эту обратную реакцию.

"Следовательно, сверхновые звёзды косвенно контролируют производство кислорода, а кислород является основой всей сложной жизни", – заключает Свенсмарк.

Отметим, что концентрация питательных веществ в океанах в разное время жизни планеты определялась путём измерения содержания микроэлементов в минерале пирите (FeS2, также известном как "золото дураков"). Он встречается в виде включений в чёрном сланце, присутствующим в донных отложениях.

Оценить долю органического материала в осадочных породах помогают измерения содержания изотопа углерода-13 по отношению к углероду-12.

Поскольку жизнь "предпочитает" более лёгкий атом углерода-12, количество биомассы в Мировом океане влияет на соотношение между углеродом-12 и углеродом-13. Содержание первого и второго также можно измерить в осадочных породах моря.

Климат Земли и космические лучи

Предыдущие исследования Свенсмарка и его коллег также показали, что образованию аэрозолей, из-за которых в атмосфере образуются облака, способствуют ионы — молекулы и атомы, имеющие электрический заряд.

Ионы же среди прочего порождаются в результате столкновения с атмосферой Земли космических лучей. Поясним, что космические лучи среди прочего порождаются и во взрывах сверхновых.

Поскольку облака могут частично задерживать солнечную энергию, не давая ей достигнуть поверхности планеты, связь между взрывами сверхновых и облаками важна с точки зрения влияния на климат.

Наблюдения учёных подтверждают, что климат Земли изменяется в соответствии с изменением интенсивности космических лучей.

При этом частота взрывов сверхновых на длительных отрезках времени может изменяться в разы, что в результате приводит к значительным изменениям климата Земли.

"Когда взрываются массивные звёзды, они производят космические лучи, состоящие из элементарных частиц с огромной энергией. Космические лучи достигают Солнечной системы, и некоторые из них заканчивают свой путь, сталкиваясь с атмосферой Земли. Здесь они отвечают за ионизацию атмосферы", – объясняет Свенсмарк.

Работа датского учёного была опубликована в открытом доступе 5 января 2022 года в издании Geophysical Research Letters.

Напомним, ранее мы писали о том, что в далёком прошлом взрывы сверхновых часто происходили иначе, чем сейчас — и это поставило под вопрос представления учёных о Вселенной.

Кроме того, мы рассказывали о том, что фосфор для первых живых клеток мог прилететь из космоса, а также о том, как процесс зарождения жизни удалось повторить в лаборатории.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".