2000 №1

Энергия из ускорителя

Кандидат технических наук Л. ЖИЛЯКОВ, Институт высоких температур РАН.

Проблема управляемого термоядерного синтеза — одна из важнейших задач, стоящих перед человечеством. По данным Мирового энергетического совета, разведанных запасов углеводородного топлива на Земле осталось на 50–80 лет. Единственный долгосрочный источник энергии — это ядерная энергия, которая выделяется в процессе деления или синтеза. Между тем эксплуатация атомных электростанций, работающих за счет деления ядер урана, приводит к серьезным экологическим проблемам. Процесс термоядерного синтеза в значительной степени свободен от недостатков, присущих процессу деления. В реакции синтеза не образуется долгоживущих радиоактивных изотопов, топливом для нее служат тяжелые изотопы водорода — дейтерий и тритий. В литре обычной воды содержится примерно 0,03 г дейтерия, но в процессе его реакции выделяется столько же энергии, сколько при сгорании 300 литров бензина! Запасов дейтерия на Земле хватит, чтобы обеспечивать человечество энергией около миллиарда лет. Немаловажно, что производство термоядерного топлива уже сегодня очень недорого: в нынешних условиях цена составила бы 1–2 копейки за киловатт электроэнергии и будет снижаться в дальнейшем.

Кольцевой зал ускорителя У-70 (Протвино). Справа примыкает канал ввода ионов (в данном случае — протонов, ионов водорода Н) первичного источника (синхротрона) в ускоритель. Ускоритель-коллайдер для термоядерного синтеза может иметь гораздо меньшие размеры.

Суммируя сказанное, можно сделать вывод: кто получит управляемую реакцию синтеза, тот практически полностью обеспечит себя энергией. И можно смело утверждать, что решение этой проблемы окупит все затраты.

С физической точки зрения задача формулируется несложно. Для осуществления самоподдерживающейся реакции ядерного синтеза необходимо и достаточно соблюсти два условия.

1. Энергия участвующих в реакции ядер должна составлять не менее 10 кэВ. Чтобы пошел ядерный синтез, участвующие в реакции ядра должны попасть в поле ядерных сил, радиус действия которых 10^-12—10^-13 с∙см. Однако атомные ядра обладают положительным электрическим зарядом, а одноименные заряды отталкиваются. На рубеже действия ядерных сил энергия кулоновского отталкивания составляет величину порядка 10 кэВ. Чтобы преодолеть этот барьер, ядра при столкновении должны иметь кинетическую энергию по крайней мере не меньше данной величины.

2. Произведение концентрации реагирующих ядер на время удержания, в течение которого они сохраняют указанную энергию, должно быть не менее 10¹⁴ с∙см³. Это условие — так называемый критерий Лоусона — определяет предел энергетической выгодности реакции. Чтобы энергия, выделившаяся в реакции синтеза, хотя бы покрывала расходы энергии на инициирование реакции, атомные ядра должны претерпеть много столкновений. В каждом столкновении, при котором происходит реакция синтеза между дейтерием (D) и тритием (Т), выделяется 17,6 МэВ энергии, т. е. примерно 3-10^-12 Дж. Если, например, на поджиг затрачивается энергия 10 МДж, то реакция будет неубыточной, если в ней примут участие не менее 3∙10¹⁸ пар D-Т. А для этого довольно плотную плазму высокой энергии нужно удерживать в реакторе достаточно долго. Такое условие и выражается критерием Лоусона.

Если удастся одновременно выполнить оба требования, проблема управляемого термоядерного синтеза будет решена.

Схематично термоядерный реактор можно представить в виде некоторого «черного ящика», в который вводятся топливо (дейтерий и тритий) и энергия E₁ для его нагрева. Выходят из «ящика» продукты реакции — α-частицы, нейтроны и выделяющаяся при синтезе энергия Е₂, которая должна быть больше затраченной Е₁.

Однако техническая реализация данной физической задачи сталкивается с огромными трудностями. Ведь энергия 10 кэВ — это температура 100 миллионов градусов. Вещество при такой температуре удержать в течение даже долей секунды можно только в вакууме, изолировав его от стенок установки.

В настоящее время решение проблемы управляемого синтеза развивается по двум главным направлениям: магнитное удержание плазмы (токамаки, стеллараторы и пр.) и инерциальное удержание (лазерный синтез).

Термоядерный синтез в луче лазера требует сооружения циклопических устройств. На снимке — одна из 192 линий исследовательской установки, построенной в Ливер — морской национальной лаборатории (США).

Лазерный синтез методом термоядерных микровзрывов, поджигаемых мощными лазерными импульсами, в последнее время развивается наиболее интенсивно (см. «Наука и жизнь» № 11, 1999 г.). Здесь достигнуты большие успехи в технике сведения лучей, инжектировании топливных капсул, диагностике плазмы и т. п. Дело за малым — требуется лазерная система, обладающая необходимыми параметрами и с энергией импульса 1-10 МДж. А таковой в настоящее время не существует, и, следовательно, пока нет никаких реальных оснований прогнозировать успех данных работ.

Магнитное удержание сводится к попытке получить квазистационарное горение плазмы. Эти методы имеют уже почти полувековую историю. Путем многочисленных экспериментальных исследований найдено, что оптимальными параметрами обладают токамаки — установки, в которых рабочая камера имеет форму баранки. Именно на токамаках удалось наиболее близко подойти к требуемым параметрам термоядерной плазмы. Но здесь необходимо отметить небольшую особенность. Практически весь успех обеспечивается за счет увеличения их размеров. Дело в том, что теория токамаков гласит: время удержания плазмы прямо пропорционально напряженности магнитного поля и квадрату размера установки. Поскольку предел напряженности магнитного поля практически достигнут, остается единственный путь — увеличение размеров. За время существования токамаков их диаметр вырос с 2 до 20 метров. Токамак со вспомогательным оборудованием — это целое предприятие стоимостью сотни миллионов и даже миллиарды долларов. Строительство очередного токамака занимает несколько лет, и после ряда экспериментов на нем следует вывод: требуется установка еще больших размеров. В настоящее время осуществляется международный проект ITER стоимостью более 10 миллиардов долларов. Однако есть сильные сомнения в том, что и это исполинское сооружение сможет дать положительный выход энергии (см. «Наука и жизнь» № 12, 1999 г.).

Мы подошли к очень важной особенности работ по управляемому термоядерному синтезу. Любой проект, независимо от предлагаемого способа удержания плазмы, сегодня оценивается в миллиарды долларов. Установки небольших размеров и меньшей стоимости уже давно себя исчерпали. Во всем мире над проблемой синтеза работают почти 100 тысяч человек, поиском решения занимаются крупнейшие ученые, опытные инженеры и конструкторы. Говорить о том, что в ходе решения были допущены какие-то ошибки, нет абсолютно никаких оснований. И в результате многолетних исследований вся эта армия ученых приходит к однозначному выводу: решение проблемы управляемого синтеза возможно только путем увеличения размеров установок при астрономических затратах на их построение.

Можно привести весьма любопытный пример вполне реального проекта решения задачи. Предлагается огромный, объемом несколько кубических километров, стальной котел наполовину заполнить водой и греть ее взрывами термоядерных зарядов. Автор не берет на себя смелость оценивать целесообразность и экологические последствия реализации подобного проекта. Просто данный пример достаточно наглядно показывает масштабы поисков альтернативных способов использования термоядерной энергии.

В настоящее время взгляды на управляемый термоядерный синтез весьма противоречивы. С одной стороны, он практически не имеет равнозначной альтернативы, на решение проблемы уже затрачены огромные средства и отступать нельзя. С другой — каждый новый шаг дается путем все больших и больших затрат. Многим странам пришлось отказаться от продолжения исследований ввиду их чрезвычайной дороговизны. Даже самые горячие оптимисты ожидают, что задача может быть решена не раньше середины следующего столетия. Но к тому времени на Земле будут сожжены почти все запасы нефти и газа и, следовательно, человечество ожидает жесточайший сырьевой кризис. А если решение все же не будет найдено?..

Но действительно ли перспективы столь мрачны и человечеству, чтобы избежать их, необходимо идти на баснословные затраты. Может быть, есть более дешевое и доступное решение?

Такой путь есть. И природа уже неоднократно его подсказывала. Еще на заре термоядерных исследований был обнаружен так называемый «пинч-эффект» — сжатие плазменного столба магнитным полем тока разряда. Эффект вызывал выброс нейтронов, служащий признаком реакции синтеза. Было много восторгов, ожидалось быстрое решение проблемы синтеза. Очень эмоционально этот момент обыгран в известном фильме того времени «Девять дней одного года». Но восторги быстро сменились разочарованием: выяснилось, что источником нейтронного выброса была не реакция по всему объему столба плазмы, а небольшие группы быстрых дейтронов (ядер дейтерия). При ускорении электрическими полями, возникающими в плазме при сильных неустойчивостях, дейтроны получали энергию, существенно превышавшую энергию остальных частиц плазмы, и вступали в реакцию синтеза с выходом нейтронов. Такой «отрыв от коллектива» физикам очень не понравился, полученные нейтроны были названы «ложными», и от этого направления поисков отказались. Но ведь реакция синтеза шла!

Еще пример из недавнего прошлого. Многим хорошо запомнилось сенсационное сообщение о «холодном термояде». Однако достаточно быстро выяснилось, что обнаруженный М. Флейшманом и С. Понсом и независимо от них С. Джоунсом эффект очень слаб и не может быть использован для получения энергии (см. «Наука и жизнь» № 6, 1989 г. и № 3, 1990 г.). Наиболее вероятное объяснение обнаруженного эффекта — так называемая «ускорительная модель»: реакция синтеза происходит в результате ускорения дейтронов сильным электрическим полем, возникающим при растрескивании палладия. Опять ускоренные дейтроны!

Обратимся к истории физики. Каким образом была проведена первая реакция ядерного синтеза (Э. Резерфорд, 1919 г.)? Путем бомбардировки ядер азота быстрыми α-частицами. Каким образом получают ядра трансурановых элементов? Бомбардировкой ядер известных элементов ускоренными частицами.

Путь проведения ядерных реакций на ускорителях совершенно естественен и ни у кого не вызывает сомнений. Уровень энергий ускоренных протонов измеряется уже сотнями гигаэлектронвольт. Для такой техники реакция синтеза дейтерий — тритий или дейтерий — дейтерий с энергией кулоновского барьера 10 кэВ никакой сложности не представляет. Тем не менее возможность осуществления реакции ядерного синтеза путем использования столкновений ускоренных ядер дейтерия и трития до сих пор не исследовалась. И для этого есть весьма существенные основания.

Дело в том, что главная цель термоядерных исследований — получение интенсивной реакции с выделением большого количества энергии, а в ускорителях ядерные реакции происходят практически поштучно. Здесь главное не количество актов реакции, а сам факт ее прохождения. Малая интенсивность ядерных реакций в ускорителях определяется тем, что количество частиц в ускоряемом пучке сравнительно невелико и соответственно их концентрация мала. Конечно, прямое использование современной ускорительной техники для решения проблемы управляемого синтеза бессмысленно. Для нее задача повышения концентрации частиц в пучке ставится, но не как основная; здесь главная задача — достичь максимальной энергии частиц.

А если попытаться сформулировать задачу несколько иначе? Разработать и создать ускоритель на встречных пучках на энергию ускоряемых ионов дейтерия и трития (дейтронов, тритонов) в несколько сот килоэлектронвольт, когда реакция синтеза уже наверняка пойдет, и при плотности частиц в пучке 10¹⁴ см^-3, когда ее интенсивность будет достаточно велика для практического использования. При современном развитии науки и техники такая задача может быть достаточно быстро решена на ускорителе небольших размеров. Как показывают расчеты, для получения требуемой плотности ионов величина тока в ускорителе должна составлять несколько десятков ампер. Существующие сегодня сильноточные ускорители ионов позволяют получать токи до 10⁶ А при энергии ионов до 10⁶ эВ. Остается задача удержания пучков с такими параметрами. Но и эта задача имеет решение. В современных ускорителях на встречных пучках время удержания измеряется часами! Можно также попытаться построить реактор, в котором столкновения пучков будут носить импульсно-периодический характер. Само столкновение пучков в этом случае будет иметь длительность порядка 10⁷—10⁸ секунды, и «удерживать» их потребуется только в течение этого времени. Столкновения могут повторяться с частотой 10⁷—10⁸ Гц, что будет означать практически непрерывное горение реакции.

Важнейшее отличие метода встречных пучков от магнитного удержания в том, что размер ускорителя не играет принципиальной роли для достижения условий синтеза. Минимальный размер экспериментальной установки будет определяться только размерами источника ионов с требуемой энергией. А они невелики: источник ионов на несколько сот килоэлектронвольт, применяемый в промышленности (например, для ионной имплантации полупроводников), занимает площадь не более 10 м² и стоит несколько тысяч долларов. В «нулевом» эксперименте по ядерному синтезу размеры коллайдера (объема, где сталкиваются пучки) могут быть очень малы. Например, при его длине 2 см и диаметре 0,4 см ожидается выделение 25 Вт тепла, то есть удельная мощность установки оказывается 10⁸ Вт/м³ (примерно как у двигателя внутреннего сгорания). Достижение таких параметров и будет означать физическое решение проблемы управляемого термоядерного синтеза. Получение требуемых мощностей — вопрос уже чисто технический. Рабочий объем реактора, скажем, может содержать необходимое количество коллайдеров — «термоядерных ТВЭЛов», тепловыделяющих элементов.

Подобные предложения неоднократно высказывались в научной литературе, однако до исследований, к сожалению, дело так и не дошло. Между тем они предполагают простую экспериментальную проверку, причем на небольшом и недорогом лабораторном стенде. Многие физико-технические проблемы такого эксперимента уже решены. Оценки показывают, что затраты на проведение работ будут в 10–20 тысяч раз меньше, чем на любые другие исследования в этой области. А в случае удачи открывается возможность несравненно более простого решения проблемы управляемого термоядерного синтеза, чем это обещают все те направления, которые разрабатываются в настоящее время.

Схема установки для термоядерного синтеза в коллайдере. Коллайдер представляет собой пару ускорителей, разгоняющих пучки ионов навстречу друг другу. При столкновении пучков происходит реакция с появлением новых частиц и выделением энергии.

Если в ускорителях разогнать ионы дейтерия (D) и трития (Т), то при их взаимодействии пойдет реакция синтеза с образованием а-частиц — ядер гелия-4 (⁴Не), нейтронов (п) и энергии: D + Т —> ⁴Не + n + 17,6 МэВ на один акт взаимодействия. Выделяющееся в камере коллайдера тепло можно использовать традиционным способом — для испарения рабочего тела (например, воды) с получением пара высокого давления.

ПОДСЧИТАЕМ ЭНЕРГИЮ

Рассмотрим условия, при которых возможно проведение энергетически выгодной реакции ядерного синтеза в системе на встречных пучках. Пусть в системе находятся пучки ионов дейтерия и трития с энергией E₁ > 10 кэВ и концентрацией n₀.

Затраты энергии на разгон пучков А = Е₁n₀. Выделяющаяся в результате синтеза энергия при многократных столкновениях пучков А = ΔnЕ₀, где Δn — убыль концентрации топлива за счет сгорания; Е₀ = 17,6 МэВ — энергия, выделяющаяся в единичном акте реакции ядерного синтеза.

Условие энергетически выгодной реакции А > GA₁, (1) где G > 1 — коэффициент усиления по энергии, показывающий, во сколько раз энергия, полученная в результате синтеза, превосходит ее затраты на инициирование реакции.

В системе на встречных пучках есть два канала потерь энергии: электромагнитное излучение, возникающее при ускоренном движении заряженных частиц, и рассеяние частиц при упругих столкновениях друг с другом и с молекулами остаточного газа. Поскольку в реакции ядерного синтеза участвуют ионы дейтерия и трития (дейтроны и тритоны), имеющие массу, в 4–5 тысяч раз превышающую массу электрона, потери на излучение в системе будут пренебрежимо малы (они составят не более 0,01 % от энергии, выделяющейся в результате синтеза). Таким образом, основной источник потерь энергии в системе на встречных пучках — рассеяние частиц. Но здесь Природа приготовила подарок, не воспользоваться которым — просто грех. Дело в том, что сечение рассеяния обратно пропорционально квадрату кинетической энергии относительного движения частиц и при энергии ионов около 200 кэВ сравнимо с сечением синтеза. Поэтому любое столкновение ионов во встречных пучках должно приводить к реакции синтеза, и потери на рассеяние будут сведены к нулю.

При отсутствии потерь на рассеяние взаимодействие ионных пучков в системе будет происходить до практически полного сгорания термоядерного топлива. Полученная в результате энергия А — Е₀n₀/2 во много раз превысит затраты энергии на инициирование реакции А₁ = E₁n₀.

Допустим, что, несмотря на принятые меры, потери все-таки будут велики и на одно столкновение синтеза будет приходиться к рассеивающих столкновений. Снижение концентрации ионов Δn₀ в системе будет определяться сгоранием топлива Δn и потерями на рассеяние k∙Δn:.

В этом случае условие (1) можно записать:

где

А = ΔnE₀/2 — энергия, получаемая в результате синтеза; А₁ = E₁n₀ — энергия, затраченная на ускорение ионов.

Отсюда

Учитывая, что

получаем

или

Выражение (2) — аналог критерия Лоусона для системы на встречных пучках. При любых концентрациях, когда оно выполняется, реакция ядерного синтеза будет энергетически выгодна.

Проведем численные оценки для Е₁ = 0,2 МэВ. При G = 1 (полученная энергия равна затратам) к должно быть меньше 43.

Допустим, что построенная для осуществления реакции ядерного синтеза система окажется очень несовершенной и на одно столкновение синтеза будет приходиться 10 рассеивающих столкновений, т. е. k = 10. Даже в этом случае G = 4 и система будет работать как генератор энергии, вырабатывая на каждый затраченный джоуль энергии 4 джоуля.

Современные системы на встречных пучках имеют очень незначительные потери (k << 1), а источники ионов на энергии 0,2–1 МэВ — уже обычное промышленное технологическое оборудование. Все это дает основание полагать, что попытаться провести управляемую реакцию ядерного синтеза на встречных пучках можно в короткий срок и при небольших затратах.

Берингия — страна феникс

Кандидат технических наук А. САДОВСКИЙ.

Можно предположить, что примерно так выглядела земля Берингия в один из последних периодов своего существования.

Палеогеография района Берингова пролива во время предпоследнего оледенения.

Гипотеза о былом континентальном соединении Азии и Америки в районе Берингова пролива появилась давно. И эта не существующая ныне суша даже получила свое имя — Берингия. Гипотеза опирается на вполне реальные, хорошо известные науке процессы трансгрессии (наступление моря на сушу) и регрессии моря (то есть обратное движение — отход, отступление от берегов), а кроме того, подтверждается поразительным сходством современной флоры и фауны по обе стороны пролива.

Сейчас, в последние годы уходящего XX столетия, когда планируемое строительство тоннеля под Беринговым проливом и большой электрифицированной железнодорожной магистрали, соединяющей Евразию с Северной Америкой, обретает все более реальные черты, особый интерес приобрела далекая геологическая история Чукотки, Аляски и разделяющего их пролива.

Изучением этого во многом необычного и удивительного края геологи, биологи, палеонтологи занимаются давно. Исследования, проведенные в последние полтора-два десятка лет, дали много новых и неожиданных материалов.

Ширина пролива, разделяющею в северных широтах два крупнейших материка планеты — Евразию и Америку, — всего лишь 82 километра. Глубина его также сравнительно небольшая — 40–50, кое-где до 60 метров. Специалисты обращают внимание на сходство геологического строения прибрежных территорий по ту и другую сторону пролива. При такой малой глубине пролива достаточно, чтобы уровень моря снизился по сравнению с современным всего на несколько десятков метров, и пролив закроется.

При понижении уровня моря примерно на 100 метров должна обнажиться огромная территория континентального шельфа — от Таймыра до северной оконечности Аляски. А к югу от Берингова пролива откроется суша протяженностью почти в две тысячи километров.

Советский палеонтолог А. В. Шер в своей монографии «Млекопитающие и стратиграфия плейстоцена Крайнего Северо-Востока СССР и Северной Америки» (1971 год) показывает, что на протяжении последних трех с половиной миллионов лет жизни нашей планеты сухопутный мост между Евразийским и Американским континентами возникал пять, шесть, а может быть, и большее число раз. Земля Берингия, словно птица Феникс, то исчезала, то возрождалась вновь.

Доказательства этому автор видит в сравнительном анализе ископаемых фаун млекопитающих в древних отложениях Анадырской низменности. Найдены многочисленные свидетельства о перемещениях древних млекопитающих по Берингийскому мосту из Нового Света в Старый.

Такой Берингия, наверное, бывала, когда море только что отступило.

Клиновидные жильные льды образовывались на Чукотке и в западной части Аляски в периоды сильного похолодания и охлаждения суши.

Самый ранний этап существования естественного сухопутного моста, который связывал континенты (мост I), относится ко времени плиоцена, то есть удален от нас на 2,5–2.2 миллиона лет (см. таблицу). Отложения, найденные на Чукотке в Койнатхунском горизонте, говорят о том, что в это время (его так и называют Койнатхунским) в палеоарктику — на сушу, которая образовалась севернее Берингова пролива, — с Чукотки переселялись древние евро-азиатские лошади, корнезубые полевки. С Аляски в Старый свет мигрировали верблюды, а в обратном направлении — рысеподобные кошки, гиены. Это был последний период существования на Чукотке лесных массивов — мелколиственных, хвойных, а на отдельных участках даже широколиственных пород деревьев.

В более высоких слоях разреза заметно, что произошло оскудение растительности — от таежной до лесотундровой. Следовательно, в начале верхнего плиоцена (примерно 2.3 миллиона лет назад) наступило похолодание. Но берингийский мост все еще был покрыт лесной растительностью. Это подтверждается тем, что через мост переселялись лесные жители — бобры, белки-летяги.

Все это происходило до Берингийской трансгрессии, когда континентальный путь закрылся. Некоторые ученые полагают, что между Берингийской и следующей — Анвильской трансгрессией тоже был период сухопутного соединения континентов (мост II). И что в это время в Полярной Берингии (может быть, только в ее южной части) обитали лесные животные.

Наступление Анвильской трансгрессии оказалось чрезвычайно мощным. Уровень моря тогда повысился на 20—100 метров по сравнению с современным. Берингов пролив, конечно, полностью открылся. И это произошло не позднее, чем 0,7 миллиона лет назад.

Затем последовал новый контакт континентов (мост III). Это Олёрское время (360–700 тысяч лет назад). По раскопкам мы узнаем, что основная часть Берингии в те времена была покрыта лесотундровой растительностью. И только в южных районах встречалась береза, а в приокеанских — хвойные леса, похожие на леса современной Аляски. О холодном климате говорят следы многолетней мерзлоты даже в южной части Берингии. Встречаются ледниковые отложения и оледенения того времени. Переселение млекопитающих (северный олень, лемминги) происходило уже только на восток.

В начале плейстоцена на восток, через Берингийскую сушу, мигрировали слоны. А на Чукотку они пришли, по-видимому, из Африки, проникли через Суэцкий перешеек в Евразию и расселились по всему континенту. Самые древние слоны на территории России известны из отложений верхнего плиоцена и относятся к роду архидискодонтного типа. Можно полагать, что переселение чукотских слонов в Америку произошло не позднее Олёрского времени. Тогда же мигрировали на восток и хищники: саблезубые тигры, медведи.

Можно допустить, что, подобно лошадям, предки северных оленей переселились из Нового Света в Старый в конце плиоцена — начале плейстоцена. А в середине плейстоцена окончательно оформился род северного оленя.

В конце нижнего плейстоцена сухопутный мост через Берингов пролив прерывается. Климат становится более суровым, развивается оледенение в горах Чукотки.

Следующее соединение (мост IV), по мнению некоторых авторов, произошло в максимальной фазе Крестовской (Коцебукской) трансгрессии и объясняется значительным тектоническим поднятием на Чукотке и Аляске. Именно тогда в Новом Свете появились древние лошади. К этому же времени относятся найденные останки крупного бизона в районе Фэрбенкса и на побережье Коцебу. Бизоны и горные бараны проникли туда в начале среднего плейстоцена.

Карта показывает очертания континентов в максимальный период последнего оледенения Земли (18–20 тысяч лет назад). Уровень Мирового океана значительно понизился, обнажились огромные участки океаническою шельфа. На севере образовались большие перешейки. такие, как Берингия, соединились Северная Америка и Гренландия. Проливы, разделяющие Австралию и Юго-Восточную Азию, сузились.

Фиолетовым цветом на карте показаны территории, покрытые ледниками. Нанесены контуры континентов и островов, какими они стали теперь.

Животные, которые в периоды возрождения земли Берингии кочевали из Евразии в Северную Америку или из Северной Америки в Евразию.

Лемминг

Североамериканский род слона с резко укороченной нижней челюстью.

Тип лошади, появившейся на Чукотке и на Аляске 25–27 миллионов лет назад.

Бизон

Гигантский большерогий олень был жителем Старого Света 3–4 миллиона лет назад.

Шерстистые носороги.

Мастодонт окончательно переселился с Чукотки в Америку около 1 миллиона лет назад.

Крупный саблезубый тигр.

Овцебыки.

Шерстистый мамонт.

Крестовская трансгрессия была наиболее ярким событием в истории Берингии. (На Аляске ее называют трансгрессией Коцебу.) Климат того периода отмечают как необычайно суровый. Это было время максимального оледенения Чукотского полуострова. Из-за наступления моря увеличилась влажность воздуха, что и стало главной причиной оледенения. Холода здесь и раньше бывали сильные, но влаги для развития оледенений не хватало.

Крестовская трансгрессия сменилась регрессией — значительным снижением уровня моря (мост V). И началось новое похолодание. Усилилась континентальность полярной Берингии. Большие стада овцебыков переходили по сухопутному мосту и широко расселялись в Америке.

Вся вторая половина среднего плейстоцена отмечена как очень холодная и на Колыме, и на Аляске. Даже в самой южной части Тихоокеанской Берингии (на островах) развивались клиновидные жильные льды. В западной части Аляски преобладала травянистая растительность, даже кустарников почти не было. Лишь на востоке Аляски кое-где сохранялись участки лесов таежного типа. Туда уходили мамонты и овцебыки.

Этот период континентальной связи (верхний плейстоцен) прерывался короткими трансгрессиями (около 25–40 тысяч лет назад).

Отложения Алекшинской свиты (в низовьях реки Колымы) — следы последней связи континентов (мост VI). Некоторые животные, например шерстистый носорог, то ли не успели, то ли почему-то не смогли пройти по этому последнему мосту в более теплую Америку. Они остались на востоке Чукотки и просуществовали там сравнительно недолго. С наступлением ледникового периода северный носорог «надел» теплую шубу. И по просторам Сибири возле ледников бродили звери полутораметровой высоты в холке, трех с половиной метров в длину, покрытые бурой шерстью, вооруженные двумя рогами на носу, один из которых (нижний) более метра длиной. Палеонтолог В. Громов считает, что шерстистый носорог обитал на территории Крайнего Севера как раз в то время, когда Берингия была поглощена водой. А когда сухопутная связь между континентами восстановилась, носорога на севере Сибири уже не было или он встречался там крайне редко.

Как бы то ни было, носорожье племя, чьей родиной, видимо, была Америка, осталось жить в Старом Свете. Такая же судьба постигла и другое копытное животное — лошадь.

Америка была также родиной семейства верблюдов. Ископаемые останки этого животного находят здесь в слоях, относящихся к середине третичного периода (около 35 миллионов лет назад). В Евразии и Южной Америке верблюды появились лишь в четвертичном периоде, т. е. не более миллиона лет назад.

Таким образом, через берингийский мост проходили самые крупные из живших тогда млекопитающих: покрытые густой шерстью северные слоны — мамонты, носороги, верблюды, лошади, бизоны. В Евразии мамонты вымерли около 10 тысяч лет назад.

В одной из древних легенд Чукотки рассказывается о том, как однажды враги похитили у семьи оленье стадо и мальчика. Олени спасли мальчика от холода и голода и вместе с ним вернулись домой.

_{Фрагмент. Гравировка на моржовом клыке. Работа художника-костореза Маи Гемауге.}

Что же послужило причиной то появления, то исчезновения земли Берингии, которая становилась сухопутным мостом между Евроазиатским и Американским континентами? Подавляющее большинство ученых связывают это с глобальными похолоданиями климата и оледенениями на Земле, а также с динамикой земной коры.

По современным данным, за последние 2,5 миллиарда лет Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая из которых длилась от многих десятков до 200 миллионов лет. Последняя из них — лавразийская — началась 60–70 миллионов лет назад и продолжается сейчас. Эра состоит из нескольких ледниковых периодов, а каждый период — из большого числа ледниковых эпох.

Общая продолжительность четырех ледниковых эр на Земле — не менее трети всего времени эволюции нашей Земли за последние 2,5 миллиарда лет. А если учесть, что ледниковой эре предшествует длительная начальная фаза зарождения оледенения, а в конце — долгая постепенная деградация его, то получается, что эпохи оледенения на Земле занимают столько же времени, сколько теплые, безледные периоды.

Сильные похолодания климата и при этом значительное, резкое расширение площадей покровных оледенений всегда сопровождались эвстатическим (то есть медленным, вековым) понижением уровня Мирового океана примерно на 100 метров. В межледниковые периоды наступала так называемая трансгрессия, то есть уровень Мирового океана снова поднимался, морские воды затопляли территории шельфа и прибрежных низменностей.

Интересен вопрос о времени переселения в Америку человека. Американский ученый Г. Мюллербек, проанализировав историю развития природы и материальных культур в Евразии и Америке, высказал предположение, что первая миграция произошла 25–28 тысяч лет назад. Это было самое начало последнего периода существования берингийской суши. Люди могли пройти из Чукотки в континентальные районы Америки по свободному тогда ото льдов сухопутному мосту. Эти переселенцы и дали начало палеоиндейскому населению внутренних частей Северной Америки. В более поздние времена (20–23 тысячи лет назад) сухопутная дорога через Берингов пролив уже была перекрыта непроходимыми льдами последнего материкового оледенения.

Около двадцати тысяч лет назад, в период последнего материкового оледенения, сухопутная дорога через Берингов пролив была перекрыта такими же непроходимыми льдами.

Российский ученый У. С. Лафлин обращает внимание на различие двух групп коренного населения Северной Америки — индейцев и эскимосов и приходит к выводу, что предки каждой из этих групп шли через Берингию своим путем. Предки палеоиндейцев, у которых ярко выражены традиции степных и тундровых охотников на крупную дичь, прошли в Америку, вероятно, по внутренним районам берингийской суши. И произошли индейцы, по всей видимости, от более ранней ветви монголоидов, чем эскимосы. У другой группы берингийских аборигенов (эскимосы, алеуты, чукчи и коряки) обнаруживается большее сходство с азиатскими монголоидами современного типа. У них сохраняются исторически сложившиеся традиции прибрежных жителей. На земли Америки берингийские монголоиды переселились, скорее всего, в самом конце существования сухопутного моста.

И вот уже совсем недавно с помощью вирусного анализа получены новые убедительные доказательства того, что аборигены Северной Америки — действительно далекие потомки азиатов (см. «Наука и жизнь» № 10, 1999 г.).

Около 10 тысяч лет назад, на рубеже голоцена, сухопутный путь из Азии в Америку был окончательно закрыт. Вероятно, в то же или несколько более позднее время водами океана был покрыт обширный восточносибирский шельф. Береговая линия приняла очертания, близкие к современным.

Возродится ли когда-нибудь Берингия снова? Конечно, непременно возродится… Но когда, через сколько тысяч или десятков тысяч лет это произойдет, пока не знает никто.

_{ЛИТЕРАТУРА}

_{Кондратов А. Была страна Берингия. — Магадан, 1981.}

_{Котляков В.М. Мир снега и льда. — М.: Наука, 1994.}

_{Хопкинс Д.М. История уровня моря в Беринги и за последние 250000 лет. Берингия в кайнозое. — Владивосток, 1976.}