Соларис

Теорията Гея е не само независимо преоткриване на редица положения от теорията за Биосферата на Вернадски, а нов етап в развитието на биоцентричния подход към планетата, модерен научен възглед, станал център на внимание на обществеността.

В една от най-спорните научни хипотези на нашето време Джеймс Лавлок (J. Lovelock) представя биосфера на Земята като нещо подобно. Днес Лавлок е отстъпил от такава крайна форма на учението си. На пръв поглед идеята е доста екстравагантна, но не е съвсем абсурдна: нека биосферата да се състои от отделни организми, но това не пречи да я разглеждаме като един съставен организъм, подобно на пчелен кошер.
Снимка: Earth at Twilight, NASA

Гръцки междуособици или как едно недоразумение даде име на теорията

Ако Лавлок бе нарекъл тази теория по-прозаично и по-научно, например, теория за биосферния хомеостазис, може би нямаше да стане популярна извън научните среди. Това поетично име я прави център на обществени дебати в политическите, екологични, философски и религиозни кръгове. А може би заради него не е приемана сериозно от някои учени.

Затова смятам, че е поучително да разкажа как Лавлок е избрал името за хипотезата си. Той обсъждал идеите си с Уилям Голдинг (известния писател, автор на “Повелителя на мухите”). Голдинг направил аналогия с гръцката Гея – универсалната майка – Земя.

“В началото съществувал само вечния, безграничен и тъмен Хаос. В него се криел изворът на живота на света. От него се появила Гея. Широко се разтила тя, силна, даваща живот на всичко, което живее и расте върху нея. След това се родил и Ерос – “любовта, която стопля сърцата”, под чието животворно влияние попадат всички същества и творения, що се раждат на земята. Безграничният Хаос родил и вечния мрак – Ереб и тъмната Нощ – Нюкта, а те, на свой ред, пали живот на вечната светлина – Етер и радостния светъл ден Хемера. Благодатната Гея родила Уран – безкрайното синьо небе. После тя създала високите планини и Понт – вечно шумящото море.

От Гея и сина й Уран произлязла първата раса – титаните. Гея родила и трима великани-циклопи и ужасните хекатонхейри-сторъки великани. Уран ги намразил и ги затворил дълбоко в недрата на Земята. Дълбоко била наранена майка им Гея и тя замислила отмъщение. От недрата си създала блестяща стомана и направила сърп. Събрала останалите си деца и им разкрила плана си. Те се ужасили и отказали да вдигнат ръка срещу баща си, само Кронос, най-малкия й син, се съгласил. Нападнал Уран, кастрирал го и хвърлил кървящите гениталии в морето. Черната кръв, изтекла от раната, оплодила и земята, и морето”.

Гея, Tellus. Римски релеф, 13-9 г. пр. Хр., мрамор. Кралска колекция, Копенхаген

Гея и титаните – Фрагмент от гръцка ваза

Богинята-майка Гея дава детето Ерехтей на Атина – Гръцка керамика

Лавлок, не обръщайки достатъчно внимание на тези типични за гръцката митология “пикантерии”, помислил, че Голдинг произнесъл английската дума “gyre” (гр guros – кръг, цикъл) и си представил цикъла на сезоните и миграцията на птиците и решил, че това не е лоша идея. Двамата продължили разговора си, докато Голдинг не му казал “Не разбирам нито една дума от това, което ми говорите, Джим… “. Лавлок взел това недоразумение за подарък от небето.

Защо няма живот на Марс

Хипотезата “Гея” и геофизиологията се развивали, по думите на самият Джеймс Лавлок, като непредвиден страничен продукт от космическата програма на НАСА. Той работил там от 1965 г. в специална лаборатория за изследване на възможността за живот на други планети, особено на Марс. Той имал идеята, че газовете в атмосферата на “мъртва” планета трябва да са в химично равновесие, т. е., всички възможни химични реакции, които могат да се случат, вече са се случили и газовете в атмосферата са сравнително инертни.

При изследване атмосферите на Марс и Венера е установено, че се състоят предимно от нереактивен въглероден диоксид и следователно и двете планети трябва да са мъртви. В същото време атмосферата на Земята е динамична смес от много газове. Пропорциите на газовете в нея се подържат в течение на цялото геоложко време и се създава това особено “комфортно” състояние на планетарните параметри (температура на повърхността, климат и др.), което е благоприятно за живот, въпреки промените в топлинното излъчване на Слънцето.

От своя страна, активното присъствие на организми способства запазването на постоянен състав на атмосферата в условия на термодинамично неравновесие. Земята е уникална цялостност, в която всички съобщества живи организми (биота) и “неживото” им обкръжение в продължение на почти 4 милиарда години са здраво свързани в саморегулиращо се единство, подобно на саморегулацията на отделния жив организъм.

Венера	Земя		Марс
	без биосфера	с биосфера
въглероден диоксид CO2 = 96.5%	CO2 =98%	CO2 = 0.03%	въглероден диоксид CO2 =95.3%
азот N = 3.5%	N = 1.9%	N = 77%	азот N = 2.7%
кислород O = 0%	O = 0%	O = 21%	кислород O = 0.13%
средна температура на повърхността tо=+480о C	tо=-23о C	tо=+15о C	tо=-53о C
атмосферно налягане (атм) P=90	P=90	P=1	P= 0.0064

Планета Секвоя

Ако нашата планета-Гея е развиваща се, саморегулираща се система, то не може ли да я считаме за форма на живот?

Като аналогия Лавлок предлага да си представим калифорнийската секвоя, Sequoia gigantea. Тези дървета се срещат в обширните гори покрай северните брегове на Калифорния и достигат височина над 100 метра и тегло около 2 000 тона. Някои от тях са на повече от 3 000 години. Живото дърво секвоя в действителност е 97% мъртво. Целият ствол в средата е мъртъв, външната кора също е мъртва. Има само тънка обвивка от жива тъкан около периферията на стъблото. Целият мъртъв материал е пряк продукт от живота или е обработен от многобройни организми. И много прилича на Земята. Стволът на дървото е подобен на земната литосфера с тънък слой от живи организми на повърхността си. Кората, подобно на атмосферата, защитава живите тъкани и доставя биологично важни газове, например въглеродния диоксид и кислорода. Никой не се съмнява, че секвоята е жива. И външния му слой и мъртвото стъбло са част от дървото секвоя. И макар, че живите организми, а и ние – хората, сме само тънка ципа, останалите “неживи” части се включват в известна степен в жизнените процеси, което ни напомня, че цялата Земя е жива, подобно на секвоята.

Снимка: Sequoia and Kings Canyon National Park

Температурата на Земята и други необясними константи

• Температура

Средната температура на земната повърхност е оставала винаги в приемливите за живот граници. Дори през ледниковите периоди, средната температура не е падала под 10-15^о C , защото Земята е успяла да подържа постоянна температура подобно на постоянната температура на топлокръвните животни.

• Съотношение на газовете в атмосферата

Преди около 2 милиарда години древните растения започнали да използват фотосинтеза за да усвояват слънчевата енергия. Кислородът бил страничен продукт, но в крайна сметка е създал атмосфера, в която са могли да се развиват много нови форми на живот. И въпреки вулканичните изригвания и други катаклизми, кислородът си оставал в идеалните 21% в течение на последните 200 милиона години. Ако това ниво се измени дори с наколко пункта нагоре или надолу, животът би изчезнал.

• Съдържанието на сол в океаните

В друг пример, съдържанието на сол в океаните е 3.5% и остава приблизително константа, независимо от стичането на континентални води, които донасят повече от 500 мегатона сол всяка година. Ако процентът на сол стане повече от 6%, всичко живо в моретата (освен може би някои археи), ще загине. Лавлок пресметнал, че цялото солено съдържание на океаните се подменя всеки 60 милиона години с материал донесен от континентите от реките. Да не забравяме и изпарението на морска вода.

Изпарената морска вода се връща прясна, “рециклирана” под формата на дъжд. Солта се отлага и погребва на дъното под слоеве седименти в плитките лагуни и солени езера. Те пречистват океаните както нашите бъбреци отделят нечистотиите от кръвта ни.

• Съотношение на биогенните елементи

Синтезът на органични вещества изисква определено съотношение на биогенните елементи – въглерод, азот, кислород и фосфор (С/N/P/O₂), получило название отношение на Редфилд. Забележителен е фактът, че съдържанието на тези биогени във повърхностните слоеве на океана практически съвпада с отношението на Редфилд, което не може да се обясни по друг начин, освен с участието на самата океаническа биота .

Схема: bgchaos, по идея на

Когато е възниквал живота, през Архайската ера, преди около 4 милиарда години, слънцето било с 30% по-слабо от сега, но заради високото съдържание на CO2 парниковия ефект е бил много по-силен и е съответно температурата е по-висока. В последствие парниковия ефект намалява с времето, защото въглеродният диоксид се отлага на дъното на океана като CaCO3 здраво запечатан във варовиковите черупки за загиналите морски организми.

Албедо

А сега нека да сравним механизмите за температурно регулиране в нашите тела и на Земята.

Всеки знае, че температурата на нашето тяло е около 37 ^о C. Подържането на тази температура е резултат от обратните връзки между мозъка и различните органи и системи на тялото. Ако е твърде студено, нашето тяло произвежда топлина треперейки, ако пък е твърде топло, тялото ни се поти и отделя топлина чрез изпарение. Изобретявайки дрехата, която може да изолира, затопля и даже охлажда нашите тела, хората са разширили способността за запазване на температурата в нужните граници.

На Земата температурата се регулира по аналогичен, макар и по-сложен начин. Албедото (лат. albus – бял) е характеристика на способността на повърхностите да поглъщат или отразяват светлина и има пряко отношение към цвета на планетата. Тъмните области, например, планините през лятото, горите или даже океана, поглъщат повече енергия, топлина от слънцето. Светлите области, като пустините, облачните области или полярните ледени шапки повече отразяват слънчевата енергия.

Данните са от сайта:

Снимки: La théorie de Gaïa

Горе виждаме симулация на влиянието на растителната и облачна покривка на разпределението на албедото и температурата на земната повърхност.

Какво управлява количеството облаци?

Албедото на Земята не е константа – над земната повърхност стават интересни изменения, които влияят на земното албедо.
Едно от възможните средства, които могат да регулират глобалната температура са облаците.

Ако има повече облаци, повече слънчева светлина ще се отразява и земята ще е по-хладна. При по-малко облаци, повече слънчева светлина може да достигне повърхността на Земята.

Има много фактори, които влияят на облачното покритие на планетата. Взаимодействието на атмосферата с океана е основен показател.

Ако океаните покриват две трети от земната повърхност, очевидно е, чe aко нещо съдейства за образуването на облаци над океана, то би имало основно влияние върху земната температура. Един такъв фактор е отделянето на облачни кондензационни ядра (или CCN) от морския фитопланктон, особено от коколитофоридите – coccolithophorids. Облаците се образуват, когато водната пара в атмосферата се конденсира или замръзва. За да се оформи облак е необходина частица или “ядро” , около което да се кондензира или сублимира водата.

Планктонът е термостата на планетата

През 1971 г. при изследване на кръговрата на важните за живота минерали Лавлок изказва хипотезата, че живите организми са способни да отделят вещества, които могат да пренасят тези елементи от океаните на сушата. Потвърждението идва през 1973 г., когато била открита емисия диметилсулфид (DMS) и метилйод в мъртъв планктон. Оказва се, че този страничен продукт от фотосинтезата е единствената известна възможност за пренос на сяри и йод от океана на сушата. Молекулите на диметилсулфида CH3-S-CH3 имaт сходство с тези на водата H-O-H с аналогична полярност и форма и затова привличат водните молекули – играят роля на кондензационни ядра. Облаците локално влияят на микроклимата (отслабват интензивността на ултравиолетовите лъчи, влияещи пагубно на живите организми, помагат при формирането на ветровете. Хранителните вещества (биогени), благодарение на ветровете, се разместват, издигат се от по-богатите долни пластове нагоре, което на свой ред способства за увеличаването на продукцията на водораслите, които обитават най-горните светли слоеве.

Схема: bgchaos

Цикълът се затваря

Лавлок определя следните стъпки на влияние на DMS и т.н.

• DMS “се изпарява” от морската повърхност към атмосферата
• DMS се окислява до сулфатен аерозол
• Сулфатните аерозоли действат като основен източник на CCN над океаните
• Албедото на облака нараства
• Глобалната температура намалява
• Развитието на фитопланктона се подтиска
• Намалява емисията на DMS
• Намалява отделянето на сулфатни аерозоли
• Намалява облачното албедо
• Глобалната температура се повишава
• Повишава се производството на фитопланктона и на емисиите DMS

Така цикълът се саморегулира и се самобалансира. И по този начин фитопланктонът е подържал на Земята устойчива температура милиони години.

Сернистите съединения, попадайки на сушата, спомагат за ръста на растенията, което ускорява ерозията на скалите. Образуваните в резултат от този процес биогени се смиват в ручеи, реки и в края на краищата – в морето, където предизвикват ръст в продукцията на водораслите. Проявата на подобни, на пръв поглед неочаквани циклични затворени причинно-следствени вериги са характерна черта на геофизиологията.

Ще ни спаси ли плактонът от глобалното затопляне?

Хората ежегодно изпускат повече от шест милиарда тона газ въглероден двуокис, изгаряйки изкопаните горива и поради други дейности. Но учените са открили само три милиарда тона в атмосферата. Три милиарда тона CO₂ не могат просто да изчезнат без следа. Този удивителен факт може би се дължи на фитопланктона.

В хода на изследвания, спонсорирани от НАСА, проведени през лятото на 2004г. за първи път било доказано влиянието на планктона върху климата в естествени условия, макар че изучаването на процесите в лаборатории се провеждат не една година. По-рано било доказано, че концентрацията на диметилсулфида в океана достига максимума си през лятото, когато нивото на ултравиолетовото лъчение е най-високо, а концентрацията на планктона е най-ниска за годината.

Изследователите открили, че молекулите DMS напълно се обновяват за 3-5 дни, а това означава, че планктонът може да реагира на ултравилетовото лъчение достатъчно бързо, за да повлияе решително на времето. Няма съвременна метеорологична симулация, в която да не се взема предвид отделянето на DMS.

Ако белите облаци отразяват слънчевата светлина обратно в космоса, то планктоновите облаци са способни да изменят и глобалните температури. Този процес със сигурност ще забави глобалното затопляне.

Или както казва Лавлок “без планктон нашата планета би била доста по-горещо място”. В следващата тема ще Ви запозная с един забележителен представител на фитопланктона – коколитофоридите.

Източник:
The Remarkable Ocean World, The Gaia Hypothesis
Gaia What’sNEW
Гея и святость земли, Дэвид Спэнглер

Global Warming: Questions from Starely Thompson slides
Gaia and DaisyWorld
DaisyWorld & the Gaia Hypothesis
The Carbon Cycle
La théorie de Gaïa – Luxorion