«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 02 (9)

Замена упавший «близнецам

_{Спонсор рубрики — ОАО “Трест Жилстрой-1” — современные технологии в строительстве.}

4 июля 2004 года, в День независимости США, два американских губернатора и мэр Нью-Йорка заложили краеугольный камень в основание здания, которое будет построено на месте башен-близнецов.

Всеми ранее предполагалось, что в этом, ныне завершившимся, всемирном конкурса архитекторов и дизайнеров, победителем окажется «американский Церетели» — Дениэль Либескинд. Так в принципе оно и вышло — во всяком случае, застройка территории, где стояли башни ВТЦ, будет осуществляться по разработанному им генеральному плану.

Однако здание, строительство которого началось с установки памятной 20-тонной плиты, проектировал другой архитектор — Дэвид Чайлдс из фирмы SOM (Skidmore, Owings&Merrill LLP). Детище Чайлдса называется “Башня Свободы” (Freedom Tower). Ее высота — 541,3 метра — включает в себя 84-метровый шпиль, а если сюда приплюсовать еще и высоту антенны, то получаются все 609,6 метра. Таким образом “Башня Свободы” должна стать самым высоким небоскребом в мире. Башня Чайлдса обгонит нынешнего рекордсмена — Taipei 101 (его высота 510,8 метра) — это 101-этажное здание, строительство которого завершилось недавно в Тайване (см. «НиТ» № 5, 2006 г.). Но достроенной, согласно расчетам, к 2009 году нью-йоркской высотке, похоже, не суждено долго быть самым-самым небоскребом.

К 2010 году в Объединенных Арабских Эмиратах должно появиться здание Burj Dubai высотой не менее 600 метров (см. «НиТ» № 2, 2006 г.). Эмиры уж точно не пожалеют денег, чтобы их небоскреб был выше всех остальных.

Так что Либескинд, предложивший те самые 541,3 метра, возможно, просчитался. Но у него были на то “символические” причины: 4 июля 1776 года Америка стала независимой от Великобритании, а высота башни в футах — те самые 1776. Патриотический романтик, ничего не скажешь!

Стоит отметить, что Либескинд и Чайлдс частенько ссорились из-за проекта, денег и лидерства. Только на презентации они старательно улыбались, говоря об удовлетворении желания общественности, которой хотелось видеть “восклицательный знак” на горизонте. Трения между Либескиндом и Чайлдсом возникли потому, что последнего нанял глава консорциума риэлтеров, арендовавшего ВТЦ на 99 лет, Ларри Сильверстайн (Larry Silverstein), который планирует построить на Манхеттене еще четыре башни между 2009 и 2015 годами. Ну, а руководитель Studio Daniel Libeskind, вроде как, выиграл конкурс, сделал генплан и совсем не обрадовался наличию архитектора-конкурента. Но это уже мелочи.

После завершения уборки руин подземного гаража ВТЦ, в северо-западном углу участка (так называемых “следов близнецов” ни башня, ни другие здания не коснутся, там будет мемориал и сады) будут наращивать стальную конструкцию с использованием кабелей, наподобие тех, что держат Бруклинский мост. “Скелет” поднимется в небо в 2006 году, а к концу 2008-го обрастет “плотью” и превратится в 72-этажное офисное здание. На крыше появятся ресторан и смотровая площадка. Кроме того, наверху будут установлены “собирающие ветер” турбины, которые должны обеспечит 20 % энергии для здания.

В конкурсе участвовало около 10 проектов, но будет построено то, что вы видите. (Квадратные участки среди деревьев — это “следы башен-близнецов”, которые будут превращены в мемориал)

Нью-Йорк образца 2015 года

Кстати, башню из-за ее асимметрии называют “закрученной”, а своими контурами и шпилем, который некоторым напоминает факел, Freedom Tower, по идее, должна повторить тезку — Статую Свободы в нью-йоркской гавани.

Строительство башни оценивается в $1,5 млр. Что же касается Сильверстайна, который и должен потратить эти деньжищи, то в мае он потерял в суде $2 миллиарда из $7 млрд., предназначенных на застройку участка Ground Zero. Поэтому теперь пытается уложиться в $4,5 млрд. Но хотя арендаторов для “Башни Свободы” Сильверстайн пока не нашел, он заявляет, что денег на строительство имеет более, чем достаточно. Да и пяти лет на поиски должно хватить.

Трагические события 11 сентября заставили многое переосмыслить. Так ассоциация американских архитекторов разработала программу, в рамках которой было предложено пересмотреть существующую технологию строительства небоскребов. Если раньше от архитектуры зданий требовались функциональная целесообразность, соразмерность, прочность и красота, то после 11 сентября главное — максимальная безопасность. Здание не должно убивать, оно должно оберегать того, кто в нем оказался. Новые небоскребы должны помочь человеку выжить, если здание горит или взрывается, если в нем происходит перестрелка или в помещение попали отравляющие вещества. Теперь “высотки” будут подобны крепостям с несколькими уровнями защиты.

Снаружи небоскребы будут облицованы стальными пластинами, которые уменьшают вероятность воспламенения реактивного топлива врезавшегося в небоскреб самолета. Кроме того, толстые пластины будут поглощать взрывную волну. В строительстве будет использоваться сверхпрочный бетон с примесями стекловолокна и стали. Он будет “гасить” взрывную волну и в случае повреждения будет обваливаться крупными фрагментами, а не осыпаться. Спасатели говорят, что под крупными обломками шансов выжить гораздо больше. Каждый квадратный дюйм бетона сможет выдержать давление весом в 5 тысяч килограммов. Кроме того, здание, в строительстве которого использовался подобный бетон, обладает повышенной сейсмостойкостью.

Количество межэтажных перекрытий и несущих стен будет увеличено. Между этажами будут оборудованы бункеры со специализированными вентиляционными фильтрами, препятствующими задымлению. Сами бункеры будут соединены сетью коридоров и изготовлены из термостойких материалов. Подобные межэтажные “блиндажи”, кстати, уже применяются в Китае.

Каждый этаж будет снабжен лазерными датчиками, способными распознавать отравляющие и взрывчатые вещества в крайне малых концентрациях. Лазерные спектрометры будут определять более 15 видов отравляющих химических веществ. По словам разработчиков, прибор обладает невероятно тонким “нюхом”, который превосходит способности человеческого обоняния в 100 раз. Пожарная сигнализация будет работать независимо от напряжения в сети, а каждый датчик будет подавать двойной сигнал в пункт управления: о виде опасности и о местонахождении ее источника. Для тушения пожаров будут использоваться высокотехнологичные спринклеры, разбрызгивающие вещество, неспособное повредить сверхчувствительную к влаге аппаратуру.

Лифты и пожарные лестницы будут изготовлены из пуленепробиваемых пластин.

Нетрудно догадаться, что именно на все эти беспрецедентные меры безопасности и будет потрачена большая часть инвестированных денег. Тем не менее, страх перед повторением событий 11 сентября, “уводит” экономическую составляющую на второй план.

Вот так, на фоне финансовых неурядиц, вражды между архитекторами, недовольства проектом родственников погибших 11 сентября (есть, конечно, и такие), а также с помпой, исполненной патриотического пафоса, началось строительство на участке, где стояли 110-этажные башни и расстались с жизнью 2 тысячи 752 человека.

Серебристые облака

В. Г. Сурдин, Государственный Астрономический институт им. Штейнберга, Москва

Серебристые облака — самые высокие облачные образования в земной атмосфере, образующиеся на высотах 70–95 км. Их называют также полярными мезосферными облаками (polar mesospheric clouds, PMC) или ночными светящимися облаками (noctilucent clouds, NLC). Именно последнее название, наиболее точно отвечающее их внешнему виду и условиям их наблюдения, принято как стандартное в международной практике.

Наблюдать серебристые облака можно лишь в летние месяцы: в Северном полушарии в июне-июле, обычно — с середины июня до середины июля, и лишь на географических широтах от 45 до 70 градусов, причем в большинстве случаев — от 55 до 65 градусов. В Южном полушарии — в конце декабря и в январе на широтах от 40 до 65 градусов. В это время года и на этих широтах Солнце даже в полночь опускается не очень глубоко под горизонт, и его скользящие лучи освещают стратосферу, где на высоте в среднем около 83 км появляются серебристые облака. Как правило, они видны невысоко над горизонтом, на высоте 3-10 градусов в северной части неба (для наблюдателей Северного полушария). При внимательном наблюдении их замечают ежегодно, но высокой яркости они достигают далеко не каждый год.

Днем даже на фоне чистого голубого неба эти облака не видны: очень уж они тонкие, “эфирные”. Лишь глубокие сумерки и ночная тьма делают их заметными для наземного наблюдателя. Правда, с помощью аппаратуры, поднятой на большие высоты, эти облака можно регистрировать и в дневное время. Легко убедиться в поразительной прозрачности этих облаков: сквозь них прекрасно видны звезды.

Для геофизиков и астрономов серебристые облака представляют большой интерес. Ведь эти облака рождаются в области температурного минимума, где атмосфера охлаждена до -70 °C, а иногда и до -100 °C. Высоты от 50 до 150 км исследованы еще слабо, поскольку самолеты и аэростаты туда не могут подняться, а искусственные спутники Земли не могут надолго туда опуститься. Поэтому до сих пор ученые спорят как об условиях на этих высотах, так и о природе самих серебристых облаков, которые, в отличие от низких тропосферных облаков, находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством. Межпланетная пыль, метеорное вещество, заряженные частицы солнечного и космического происхождения, магнитные поля постоянно участвуют в физико-химических процессах, происходящих в верхней атмосфере. Результаты этого взаимодействия наблюдаются в виде полярных сияний, свечения атмосферы, метеорных явлений, изменений цвета и продолжительности сумерек. Предстоит еще выяснить, какую роль эти явления играют в развитии серебристых облаков.

В настоящее время серебристые облака представляют собой единственный естественный источник данных о ветрах на больших высотах, о волновых движениях в мезопаузе, что существенно дополняет исследование ее динамики другими методами, такими как: радиолокация метеорных следов, ракетное и лазерное зондирование. Обширные площади и значительное время существования таких облачных полей дает уникальную возможность для прямого определения параметров атмосферных волн различного типа и их временной эволюции.

Некоторые упоминания о ночных светящихся облаках встречаются в работах европейских ученых 17–18 вв., но они имеют отрывочный и нечеткий характер. Временем открытия серебристых облаков принято считать июнь 1885 г., когда их заметили сразу десятки наблюдателей в разных странах. Первооткрывателями этого явления считаются Т. Бэкхаус, наблюдавший их 8 июня в Киссингене (Германия), и астроном Московского университета Витольд Карлович Цераский, обнаруживший их независимо и впервые наблюдавший вечером 12 июня (по новому стилю). В последующие дни Цераский вместе с известным пулковским астрофизиком А.А. Белопольским, работавшем тогда в Московской обсерватории, подробно изучил серебристые облака и впервые определил их высоту, получив значения от 73 до 83 км, подтвержденные через 3 года немецким метеорологом Отто Иессе (О. Jesse).

Следует помнить, что с поверхности Земли серебристые облака могут наблюдаться только в период глубоких сумерек, на фоне почти черного неба и, разумеется, при отсутствии более низких, тропосферных облаков. Необходимо отличать сумеречное небо от зоревого неба. Зори наблюдаются в период ранних гражданских сумерек, когда центр солнечного диска опускается под горизонт наблюдателя на глубину от 0 до 6 градусов. Солнечные лучи при этом освещают всю толщу слоев нижней атмосферы и нижнюю кромку тропосферных облаков. Заря характерна богатым разнообразием ярких красок.

Во вторую половину гражданских сумерек (глубина Солнца 3–6 градусов) западная часть небосвода имеет еще довольно яркое зоревое освещение, но в соседних участках небо уже приобретает глубокие темно-синие и сине-зеленые оттенки. Область наибольшей яркости неба в этот период называют сумеречным сегментом.

Наиболее благоприятные условия для обнаружения серебристых облаков создаются в период навигационных сумерек, при погружении Солнца под горизонт на 6-12 градусов (в конце июня в средних широтах это бывает часа за 1,5–2 до истинной полночи). В это время земная тень закрывает нижние, наиболее плотные, запыленные слои атмосферы, и освещаются только разреженные слои, начиная с мезосферы. Рассеянный в мезосфере солнечный свет образует слабое сияние сумеречного неба; на этом фоне легко обнаруживается свечение серебристых облаков, которые привлекают к себе внимание даже случайных свидетелей. Различные наблюдатели определяют их цвет как жемчужно-серебристый с голубоватым отливом или бело-голубой.

В условиях сумерек цвет серебристых облаков кажется необычным. Порой облака как бы фосфоресцируют. По ним движутся еле заметные тени. Отдельные участки облачного поля становятся значительно ярче других. Через несколько минут более яркими могут оказаться соседние участки.

Несмотря на то, что скорость ветра в стратосфере составляет 100–300 м/с, большая высота серебристых облаков делает их почти неподвижными в поле зрения телескопа или фотокамеры. Поэтому первые фотографии этих облаков были получены О. Иессе еще в 1887 г.

По внешнему виду серебристые облака имеют некоторое сходство с высокими перистыми облаками. Для описания структурных форм серебристых облаков при их визуальном наблюдении разработана международная морфологическая классификация:

Тип I. Флер — наиболее простая, ровная форма, заполняющая пространство между более сложными, контрастными деталями и имеющая туманное строение и слабое нежно-белое с голубоватым оттенком свечение.

Тип II. Полосы, напоминающие узкие струйки, как будто бы увлекаемые потоками воздуха. Часто располагаются группами по нескольку штук, параллельно друг другу или переплетаясь под небольшим углом. Полосы делят на две группы — размытые (II-а) и резко очерченные (II-Ь).

Тип III. Волны, подразделяют на три группы. Гребешки (III-а) — участки с частым расположением узких, резко очерченных параллельных полос, наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра.

Гребни (III-Ь) имеют более заметные признаки волновой природы; расстояние между соседними гребнями в 10–20 раз больше, чем у гребешков.

Волнообразные изгибы (III-с) образуются в результате искривления поверхности облаков, занятой другими формами (полосами, гребешками).

Тип IV. Вихри также подразделяют на три группы.

Завихрения с малым радиусом (IV-a): от 0,1 до 0,5 градуса, т. е. не больше лунного диска. Они изгибают или полностью закручивают полосы, гребешки, а иногда и флер, образуя кольцо с темным пространством в середине, напоминающее лунный кратер.

Завихрения в виде простого изгиба одной или нескольких полос в сторону от основного направления (IV-b).

Мощные вихревые выбросы “светящейся” материи в сторону от основного облака (IV-c); это редкое образование характерно быстрой изменчивостью своей формы.

Зона максимальной частоты наблюдения серебристых облаков в Северном полушарии проходит по широте 55–58 градусов. В эту полосу попадают многие крупные города России: Москва, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Красноярск, Н. Новгород, Новосибирск, Челябинск и др., и лишь несколько городов Северной Европы и Канады. В этом смысле российским ученым природа предоставила счастливую возможность, которую следует использовать.

Диапазон высот, на которых образуются серебристые, облака, вообще весьма стабилен (73–95 км), но в некоторые годы он сужается до 81–85 км, а иногда расширяется до 60-118 км. Часто облачное поле состоит из нескольких, довольно узких по высоте слоев. Основной причиной свечения облаков служит рассеяние ими солнечного света, но не исключено, что некоторую роль играет и эффект люминесценции под действием ультрафиолетовых лучей Солнца.

Прозрачность серебристых облаков чрезвычайно высока: обычное облачное поле задерживает всего около 0,001 % проходящего сквозь него света. Именно характер рассеяния солнечного света серебристыми облаками позволил установить, что они представляют собой скопления частиц размером 0,1–0,7 мкм. О природе этих частиц высказывались самые разные гипотезы: предполагалось, что это могут быть ледяные кристаллы, мелкие частицы вулканической пыли, кристаллы поваренной соли в ледяной “шубе”, космическая пыль, частицы метеорного или кометного происхождения.

Яркие серебристые облака, впервые наблюдавшиеся в 1885–1892 гг. и, по-видимому, не замечавшиеся до этого, наводили на мысль, что их появление связано с каким-то мощным катастрофическим процессом. Таким явлением было извержение вулкана Кракатау в Индонезии 27 августа 1883 г. После взрыва Кракатау были замечены оптические аномалии: светлые зори, уменьшение прозрачности атмосферы, поляризационные аномалии, кольцо Бишопа (коричнево-красный венец вокруг Солнца с внешним угловым радиусом около 22 градусов и шириной 10 градусов; небо внутри кольца светлое с голубоватым оттенком). Эти аномалии продолжались около двух лет, постепенно ослабевая, и серебристые облака появились лишь к концу этого срока.

Гипотезу о вулканической природе серебристых облаков первым высказал немецкий исследователь В. Кольрауш в 1887 г.; он считал их сконденсировавшимися парами воды, выброшенными при извержении. О. Иессе в 1888–1890 гг. развил эту идею, полагая, что это не вода, а какой-то неизвестный газ (возможно, водород) был выброшен вулканом и замерз в виде мелких кристаллов. Высказывались мнения, что вулканическая пыль также играет роль в формировании серебристых облаков, поскольку служит центрами кристаллизации водяного пара.

Но постепенное накопление наблюдательных данных давало факты, говорившие явно не в пользу вулканической гипотезы. Анализ световых аномалий после крупнейших вулканических извержений (Мон-Пеле, 1902 г.; Катмаи, 1912 г.; Кордильеры, 1932 г.) показал, что лишь в редких случаях они сопровождались появлением серебристых облаков; скорее всего, это были случайные совпадения. В настоящее время вулканическая гипотеза, которая в начале XX в. считалась общепринятой и даже проникла в учебники метеорологии, имеет лишь историческое значение.

Возникновение метеорной гипотезы происхождения серебристых облаков также связано с грандиозным природным явлением — Тунгусской катастрофой 30 июня 1908 г. Сточки зрения наблюдателей, среди которых были весьма опытные астрономы и метеорологи (В.Деннинг, Э.Эсклангон, М.Вольф, Ф.Архенгольд, Д.О.Святский и др.), это явление проявило себя главным образом различными оптическими аномалиями, наблюдавшимися во многих европейских государствах, в европейской части России и Западной Сибири, вплоть до Красноярска. Наряду со светлыми зорями и “белыми ночами”, наступившими там, где их обычно даже в конце июня не бывает, многими наблюдателями было отмечено появление серебристых облаков. Впрочем, в 1908 г. никто из очевидцев оптических аномалий и светящихся облаков ничего не знал о Тунгусском метеорите. Сведения о нем появились в печати лишь около 15 лет спустя.

В 1926 г. мысль о связи между этими двумя явлениями была независимо высказана первым исследователем места Тунгусской катастрофы Л.А.Куликом и метеорологом Л.Апостоловым. Леонид Алексеевич Кулик довольно подробно развил свою гипотезу, предложив вполне определенный механизм образования серебристых облаков. Он считал, что не только крупные метеориты, но и обычные метеоры, полностью разрушающиеся как раз на высотах 80-100 км, поставляют в мезосферу продукты своей возгонки, которые конденсируются затем в частицы тончайшей пыли, формирующей облака.

В 1930 г. известный американский астроном Х.Шепли, а в 1934 г. независимо от него английский метеоролог Ф.Дж. Уиппл высказали гипотезу, что Тунгусский метеорит был ядром небольшой кометы с пылевым хвостом. Проникновение вещества хвоста в земную атмосферу привело, по их мнению, к возникновению оптических аномалий и к появлению серебристых облаков. Впрочем, представление о том, что причиной оптических аномалий было прохождение Земли сквозь облако космической пыли, высказал еще в 1908 г. один из очевидцев “светлых ночей” того периода Ф. де Руа, конечно, ничего не знавший о Тунгусском метеорите.

В последующие годы метеорную гипотезу поддерживали и развивали многие астрономы, стремясь объяснить с ее помощью наблюдаемые особенности серебристых облаков — их морфологию, широтное и временное распределение, оптические свойства и т. п. Но метеорная гипотеза в ее чистом виде с этой задачей не справилась, и с 1960 г. ее развитие практически прекратилось. Но роль метеорных частиц как ядер конденсации и роста кристаллов льда, составляющих серебристые облака, до сих пор остается бесспорной.

Сама по себе конденсационная (ледяная) гипотеза развивалась независимо с 1917 г., но долгое время не имела достаточных экспериментальных оснований. В 1925 г. немецкий геофизик А.Вегенер на основе этой гипотезы рассчитал, что для конденсации пара в ледяные кристаллы на высоте 80 км температура воздуха должна быть около -100 °C; как выяснилось в ходе ракетных экспериментов спустя 30 лет, Вегенер оказался весьма недалек от истины. Начиная с 1950 г. в работах В.А.Бронштэна, И. А.Хвостикова и др. была развита метеорно-конденсационная гипотеза серебристых облаков; в ней метеорные частицы играют роль ядер конденсации, без которых образование в атмосфере капель и кристаллов из пара чрезвычайно затруднено. Эта гипотеза отчасти опирается на результаты ракетных экспериментов, в ходе которых на высотах 80-100 км были собраны микроскопические твердые частицы с намерзшей на них ледяной “шубой”; при запуске ракет в зону наблюдавшихся серебристых облаков количество таких частиц оказывалось в сотню раз больше, чем в отсутствие облаков.

Помимо упомянутых “классических” гипотез выдвигались и другие, менее традиционные; рассматривалась связь серебристых облаков с солнечной активностью, с полярными сияниями, с другими геофизическими явлениями. Например, как источник водяного пара в мезосфере подозревалась реакция атмосферного кислорода с протонами солнечного ветра (гипотеза о “солнечном дожде”). Одна из последних гипотез связывает серебристые облака с возникновением озоновых дыр в стратосфере. Область формирования этих облаков изучается все активнее в связи с космическим и стратосферным транспортом: с одной стороны, запуски мощных ракет с водородо-кислородными двигателями служат важным источником водяного пара в мезосфере и стимулируют формирование облаков, а с другой — появление в этой области облаков создает проблемы при возвращении космических аппаратов на Землю. Необходимо создание надежной теории серебристых облаков, дающей возможность прогнозировать и даже управлять этим явлением природы. Но до сих пор многие факты в этой области неполны и противоречивы. Серебристые облака продолжают оставаться волнующей проблемой для естествоиспытателей.

Бегство от умирающего Солнца

Г. Александровский.

Внимательному человеку даже недолгая прогулка по лесу многое расскажет. Как проходит жизнь деревьев — от едва проклюнувшегося из земли ростка до пышно раскинувшейся зеленой кроны и до последних дней уже покосившегося, изгрызенного дуплами лесного старца. Наблюдая многие годы за великим обилием звезд, таких разных по яркости, цвету, по расположению на небосводе и их удаленности от Земли, астрономы (особенно за последние одно-два столетия) сумели понять, определить и выделить среди них совсем молодые светила, достигшие зрелости, и те, чей путь уже подходит к концу. Могут даже сказать, каким именно будет конец той или иной звезды. Немецкий научно-популярный журнал “Бильд дер Виссеншафт” в одном из последних номеров прошлого года опубликовал несколько статей, посвященных старению Солнечной системы. Но, пожалуй, самое любопытное в них — рассказ о некоторых проектах спасения жизни, зародившейся миллионы лет назад на планете Земля. Однако современная астрономия и астрофизика располагают столь большим запасом фактов и теорий о развитии Вселенной, что это позволяет им строить даже такие “сумасшедшие” гипотезы. Мы не приводим имена всех астрономов и астрофизиков, исследующих на основе новейших достижений будущее Солнечной системы и прилегающего к ней космического пространства, — их более двух десятков. Названы лишь авторы трех проектов продления жизни нашей планеты.

Нашу звезду — Солнце — относят к средним или даже малым по величине, ничем не выдающимся небесным телам. Эта звезда не прожила еще и половины срока, отведенного ей природой, — от рождения до смерти. Однако она уже израсходовала почти половину водорода, который в ядре светила превращается в гелий, высвобождая гигантскую энергию. Вместо 70,6 %, какие первоначально составлял водород в массе солнечного вещества, теперь доля его упала до 36,3 %.

Ежесекундно в центральных областях Солнца протекают термоядерные реакции превращен и я водорода в гелий, которые дают тепло и самому Солнцу и всему планетарному семейству. Происходит это при температуре не ниже 15 миллионов градусов. Давление в центральных областях светила противостоит гравитационным силам тяжести его верхних слоев. Эта постоянная борьба ядра и периферии — а только в центре звезды благодаря высоким давлению и температуре возможны процессы слияния атомных ядер — с течением времени приносит победу центральным силам. Объем, в котором происходит ядерный синтез, постоянно расширяется. Поэтому неуклонно повышается светимость Солнца.

“Вскоре после того, как Солнце стало звездой, — заключают ученые, — его светимость составляла только 70 % от того, что оно излучает сегодня. В последующие 6,5 миллиарда лет светимость нашей звезды будет неуклонно расти прямо пропорционально времени”.

Когда же в центре Солнца затухнут ядерные реакции синтеза, начнется новая схватка между центром и внешними слоями звезды. “Выгоревший” водород, пишут астрофизики, уступит внешнему давлению, центр сожмется.

Но тогда повысится концентрация остатков еще не вступившего в ядерную реакцию водорода. Он разгорится “жарче”, и центр снова расширится. В конце концов Солнце в возрасте 7,5 миллиарда лет “раздуется” и перейдет в стадию красного гиганта. Предполагается, что его диаметр превзойдет диаметр нынешнего Солнца в 160 раз. В таком состоянии светило проживет несколько миллионов лет. Оболочка этого шара будет относительно тонкой и нагретой лишь на 3000 градусов — отсюда и красный цвет звезды. Поверхностные слои сравнительно быстро рассеются. В центре же останется очень плотный шар, который станет еще разогреваться. При температуре 100 млн. градусов ядерные реакции преодолеют новый порог: ядра гелия (полученные из водорода) начнут сливаться в ядра углерода. Гелий как топливо выделяет несоизмеримо больше энергии, чем сжигаемый водород.

Солнце из красного гиганта за короткое время перейдет в состояние белого карлика. По размерам оно станет меньше нынешнего Солнца в десяток раз, но по светимости — в 40–50 раз больше. В таком виде наше светило проживет, возможно, около 100 млн. лет.

Но когда придут к концу запасы и водорода и гелия, повторится бурное расширение светила— оно снова станет красным гигантом. Зона горения гелия переместится ближе к периферии. Светило, в которое превратится Солнце, потеряет стабильность: начнутся отдельные вспышки, происходящие оттого, что в ядерную реакцию включатся не затронутые ранее остатки гелия. Светимость будет то резко возрастать, то падать, — такое показывают наблюдения за другими звездами.

В отдельных случаях светимость звезды возрастает более чем в 5000 раз. Обычно это последний яркий акт умирания малых и средних по размеру звезд. Потом начинает усиливаться “солнечный ветер”, то есть разбегание частиц звездной оболочки. Пройдут тысячи лет, — и от красного гиганта останется лишь маленькое горячее ядро.

Примерно 75 000 лет наше светило снова будет в стадии белого карлика, который излучает все слабее. Оставшаяся масса составит половину того, что Солнце имеет ныне, его диаметр уменьшится до 80 000 километров (вместо нынешних 1 391 980 километров), а плотность вещества достигнет двух миллионов тонн в каждом кубическом сантиметре. Вся история нашего ласкового, а порой и довольно жесткого Солнца, воспетого шаманами, жрецами, поэтами займет 12,4 миллиарда лет.

Последние дни умирающей жизни на планете около умирающей звезды

Все упомянутые события в Солнечной системе отдалены от нас трудно вообразимыми временными расстояниями. Но масштабы предстоящих катастроф таковы, что ученые уже сейчас задумываются над тем, как спасти человечество.

Конечно, можно предположить, что до наступления этого драматического времени люди переселятся на какую-нибудь из пригодных для жизни планет в Млечном Пути. Только вряд ли человечество с легкостью покинет колыбель своего разума и бросит на неотвратимую гибель Землю. Вот почему сейчас рождаются идеи, планы, как сохранить для человечества его родную планету.

Еще задолго до того, как раздувшееся Солнце опалит земной шар, начнутся резкие изменения климата, их не вынесет большая часть живых организмов. Наша планета окажется в положении своей соседки — Венеры, какой она нам ныне представляется: безжизненная, горячая пустыня (примерно 470 °C), над которой висит мощный облачный слой, состоящий преимущественно из углекислого газа. Область, где смогут существовать белковые тела, сильно отодвинется к периферии солнечной системы.

Если светимость Солнца увеличится более чем в полтора раза, на Марсе установятся температуры, близкие к нынешним земным. Люди могли бы найти там пристанище, но только временное: не исключено, что расширившаяся внешняя оболочка Солнца чуть позднее поглотит и Марс.

В лучшем положении окажутся луны крупных планет. Толстые ледяные панцири, сковывающие сейчас спутники Юпитера, растают и образуют океаны. А вода — одно из основных условий для жизни. Правда, мы еще не знаем, насколько велики и надежны эти водные запасы.

Во всяком случае, судя по данным, полученным с автоматической межпланетной станции “Галилей”, есть основания считать, что спутники Юпитера — Европа и Каллисто — содержат под ледяной коркой воду.

Крупнейший спутник Сатурна — Титан — тоже может стать убежищем для жизни, хотя ныне там господствует холод: -180 °C. И атмосфера на Титане, состоящая сейчас из азота, образует вместе с различными углеводородами плотные облака, которые поглощают 90 % солнечного излучения. Если убрать этот колпак, создающий непрозрачность атмосферы, то поверхность Титана получит в 17 раз больше солнечной энергии, чем сегодня. А если еще добавить действие парникового эффекта, то среднюю температуру Титана можно поднять на 80 градусов.

Этот спутник Сатурна ряд ученых рассматривают как природную лабораторию, где можно увидеть, изучить, понять, какими были условия на Земле в самое раннее время ее существования. Биохимический и строительный материал на Титане несомненно есть. По расчетам ученых, у человечества впереди еще около 500 миллионов лет, отпущенных природой на то, чтобы оживить это небесное тело, как раз к тому времени, когда Земле придет время умирать.

Разогрев и расширение внешней оболочки Солнца, вероятно, приведут к тому, что ближайшие к нему планеты (может быть, только один Меркурий) будут поглощены раскаленным веществом, а сфера, в которой сохранятся условия, пригодные для жизни, передвинется на значительно большее расстояние от светила.

Швейцарский физик Мечислав Таубе, предвидя подобное развитие событий, задумался, возможно ли всю нашу планету передвинуть на другую, более далекую от Солнца орбиту. И он еще в 1982 году просчитал возможность такого путешествия Земли. По его замыслу, вдоль экватора следует построить 240 башен 20-километровой высоты, на вершинах которых разместятся термоядерные реактивные двигатели. В момент, когда оси двигателей будут направлены на центр солнечного диска и совпадут с намеченной траекторией удаления от Солнца, двигатели включат, и реактивная сила начнет толкать планету прочь от светила. Столь большая высота для башен с двигателями нужна, чтобы струи уходили в космос, а не гасли в атмосфере, иначе планета не сдвинется с места.

Расчеты швейцарского физика показывают, что каждый двигатель должен развивать мощность 8,3∙10¹⁷ ватт.

Эта энергия может быть получена за счет реакции превращения 2,4 тонны дейтерия в гелий. 15 000 тонн дейтерия сообщат планете движение, которое в течение одного миллиарда лет при непрерывной попеременной работе 240 двигателей позволит Земле достичь орбиты Юпитера и стать одним из его спутников. Но для такого путешествия надо превратить в реактивные струи восемь процентов массы всей нашей планеты, то есть много больше, чем весит вода в Мировом океане. Немалую часть вещества придется еще позаимствовать у одной из ближайших планет, например, у Юпитера.

Однако и орбита Юпитера, на которой может по этому сверхфантастическому проекту оказаться Земля, все же не так далеко удалена от красного гиганта, чтобы Земля не испытывала там губительного воздействия его внешней оболочки. Правда, автор проекта полагает, что частичное испарение океанов Земли создаст облачность, способную отразить излишнее облучение.

Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне— от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

Таким образом, проект М. Таубе не дает долговременной перспективы.

Есть другая идея — создать искусственное Солнце вблизи нашей планеты. Источником энергии должны служить ядерные реакции. Топливо взять у Юпитера. Искусственное Солнце не будет светить во все стороны, как нынешнее, а только направленно — на Землю. Судя по предварительным расчетам, такое рукотворное светило способно поддерживать жизнь на планете в течение 100 миллиардов лет.

Английский ученый М. Фогг развивает эту идею несколько иначе. По его мнению, Юпитер уже в наше время стоит превратить в звезду, направленно дающую Земле энергию.

Коронарные выбросы заряженных частиц. Справа внизу показана планета Земля для сравнения

Поскольку меньше половины одной миллиардной части солнечного излучения падает на Землю, а вся остальная невообразимо огромная масса энергии бесполезно рассеивается в космосе, ученые задумались: нельзя ли эту расточительность уменьшить и направить больше солнечной энергии на Землю, к нашей пользе. Может быть, когда-нибудь земляне поищут пути реконструирования Солнца в таком направлении, которое будет более удобно людям.

Д. Крайсвелл, руководитель института при университете в Хьюстоне (США), еще в 1985 году пришел к идее вообще сократить излучение Солнца до уровня, который бы вполне достаточно обеспечивал потребности Земли. Тогда, как показывают его расчеты, Солнце сможет в 2000 раз дольше жить и работать для нас. Данные Крайсвелла опираются на зависимость, существующую между светимостью звезды, ее массой и продолжительностью ее жизни. Физический смысл здесь простой: чем больше масса небесного тела, тем выше температура и давление в его недрах. Следовательно, ядерные реакции там идут энергичнее. Светимость звезды больше — значит, ее жизнь короче, потому что при высокой температуре ядерное топливо сгорает быстрее.

Ну, а если мы хотим продлить жизнь светила? Надо каким-то образом снизить его вес, тогда светимость уменьшится, а жизнь продлится. Но каким образом облегчить вес такого огромного тела, как звезда?

Крайсвелл предлагает расположить на орбите вокруг Солнца множество ионных ускорителей, которые смогут действовать за счет его лучистой энергии. Потоки заряженных частиц, идущих от ускорителей, образуют около полюсов светила однородное постоянное магнитное поле. Оно будет захватывать частицы солнечной атмосферы и удалять их в космос. По выкладкам автора, в течение года они выбросят б пространство три миллиардных доли массы нашей звезды. Это соответствует примерно одной десятой процента массы Земли. За 300 миллионов лет Солнце потеряет восемь процентов своей нынешней массы. Оставшегося вещества хватит на поддержание ядерной реакции, которая раскаляет светило.

Солнце, существенно уменьшившееся, будет способно многие миллиарды лет непрерывно посылать свет и тепло. Крайсвелл к тому же предлагает рационально использовать материал, отнятый у Солнца. Удаленные частицы можно будет сгруппировать в шары и получить (после того, как они остынут) 12 космических островов, которые смогут дать пристанище колонистам.

Но и у этого фантастического проекта есть серьезные недостатки. Во-первых, если удалять солнечную материю только с поверхности, то изменится соотношение сил центра и периферии. Это грозит тем, что Солнце может внезапно раздуться в красного гиганта. И тогда трагическая судьба всего находящегося в окружении Солнца неизбежна. Во-вторых, небесная механика говорит: если Солнце потеряет 0,2–0,3 % своей массы, то орбиты планет приблизятся к Солнцу. И тогда Земля, как нынешний Меркурий, утратит движение вокруг собственной оси, будет постоянно обращена к Солнцу одной стороной. Такая планета для жизни непригодна — об этом речь уже шла.

Этот замысел выглядит еще фантастичнее: покинуть наше постаревшее Солнце и пристроиться к другой, более молодой звезде. Космос знает такие перемены хозяев, они случаются, когда две звезды, имеющие спутников, пролетают неподалеку друг от друга. В 1984 году астроном Д. Г. Хиллс из лаборатории в Нью-Мексико опубликовал результаты компьютерного моделирования подобной ситуации в космосе. Он убедился, что светило может потерять свою планету, если другая звезда пройдет на близком расстоянии от них. Астрономы наблюдали, как планета — спутник одной из звезд — была увлечена тяготением проходящей мимо звезды. При таком захвате орбита спутника может остаться почти круговой, как у Земли. И это очень важное обстоятельство, потому что планета будет получать равномерный обогрев.

М. Фогг высказал в 1989 году несколько идей, как можно провести подобную грандиозную рокировку в космосе. Если человечеству она понадобится в течение ближайших нескольких миллионов лет, то надо рассчитывать на звезды, лежащие в радиусе, не превышающем 100 световых лет. Всего в этом объеме обычно “живет” около 12 000 звезд, из них 300 по размеру подобны Солнцу и не имеют планетных систем, многие существенно моложе нашего светила.

Как заставить одну из них пролететь близко к нашей системе? Здесь могли бы пригодиться ускорители частиц. Магнитные поля, созданные струями заряженных частиц, можно так варьировать, что удаляемая ими материя звезды будет давать отдачу в желаемом направлении и таким образом изменять траекторию полета небесного тела. Вычисления показывают, что за один миллион лет избранная людьми звезда сможет отклониться от прежнего курса на четыре градуса, а за срок в одиннадцать миллионов лет ее курс можно изменить на 34 градуса.

В заключение хочется привести слова великого физика Нильса Бора: “Прогнозы трудны, особенно когда они нацелены на отдаленное будущее”. Трудны, но увлекательны, и поскольку у человечества в запасе есть еще примерно два миллиарда лет, за это время люди непременно что-либо придумают, может быть, попроще и понадежнее приведенных здесь гипотез.

Бионический глаз вживается в образ… электродами

Создавая внутриглазные электронные имплантаты, большинство авторов совершает ошибку — отказывается от “остатка” зрения, которое еще есть, и пробует заменить его камерой. Но интересная картина нарисуется, если создать биоэлектронный гибрид.

Дэниел Паланкер из Стэнфордского университета и его научная группа “Биомедицинской физики и офтальмологических технологий” разработали оригинальный протез сетчатки высокого разрешения или “Бионический глаз” (Bionic Eye), обладающий целым рядом преимуществ перед предыдущими проектами лечения слепоты с помощью электронных имплантатов.

Возрастная деградация сетчатки, при которой умирает значительное количество светочувствительных клеток, и такое заболевание, как пигментоз — ответственны за слепоту (или близкое к “нулю” зрение) миллионов людей во всем мире. Множество научных групп и лабораторий экспериментируют с имплантатами сетчатки. Поскольку при указанных дефектах сами нервные клетки (в основном) остаются в порядке, можно направлять в них слабые электрические импульсы с некой схемы — решетки из электродов, размещенной прямо в сетчатке. Соответственно, импульсы эти должны отражать картинку, которую снимает миниатюрная видеокамера, закрепленная на голове.

Чип на дне глаза слепого — давняя идея. Только вот найти оптимальную конструкцию оказалось сложнейшей задачей…

Блестящий замысел. Если бы не ряд “но”. Во-первых, размещение большого числа электродов на маленькой площади — это препятствие биологического плана. Схема просто перегревает глаз. Кроме того, даже имплантировав решетку в толщу сетчатки, нельзя добиться слишком близкого соприкосновения электродов и ее глубинных клеток, лежащих непосредственно под умершими фоторецепторами. И получается, что как только инженеры сближают электроды между собой (то есть увеличивают разрешение микросхемы), каждый из них начинает действовать сразу на ряд ближайших клеток — а должен, в идеале, — только на одну, иначе смысл в высоком разрешении изображения телекамеры полностью пропадает.

Чтобы это препятствие обойти, нужно “привязать” по одному электроду на одну, от силы — две клетки. Но для плотности пикселей, геометрически соответствующей остроте зрения 20/400 (это почти невидящий человек, порог “юридической слепоты”, как пишут авторы работы, а в наших единицах — это зрение 0,05) клетки должны располагаться не дальше 30 микрон от электродов. А для остроты 20/80 (0,25) это расстояние не должно превышать 7 микронов. При такой остроте зрения, кстати, уже можно пользоваться компьютером, передвигаться по городу, распознавать лица и вообще— вести самостоятельную жизнь. Нажимать же на имплантат при внедрении (чтобы плотнее прижать электроды к слою клеток) нельзя — велик риск травмы сетчатки. А ведь расстояние между каждым из электродов и его “подшефной” клеткой — далеко не все. Для такой остроты зрения (20/80) нужно иметь плотность пикселей в 2,5 тысячи на квадратный миллиметр. А тут начинает проявляться не только паразитная перекрестная связь между соседними электродами, но и перегрев (клетки нельзя нагревать больше, чем на один градус выше естественной температуры в глазу), а также— нарушение электрохимии в окружающей микросхему живой среде. Потому никому до сих пор не удавалось создать устройство с числом электродов (читай — транслируемых пикселей) больше нескольких штук, десятков, ну, может быть — сотен. А нужно их иметь — многие тысячи.

Разрез под микроскопом: клетки сетчатки крысы мигрируют через крошечное отверстие имплантата

Тут сделаем еще один мини-экскурс в биологию. Глаз имеет примерно 100 миллионов фоторецепторов (это как камера на 100 мегапикселей). Однако в составе зрительного нерва в мозг идет всего 1 млн. раздельных каналов. Информация пропадает? Нет, оказывается, в самой сетчатке уже происходит предварительная обработка, некое суммирование информации.

Сама сетчатка — это ведь не только слой фоторецепторов, но и слой нервной сети. Теперь, если возвращаться к имплантатам с электродами, необходимо сказать — есть несколько подходов к размещению такого имплантата в глазу. Он может занимать различные слои по глубине. Можно обойтись меньшим числом электродов (только тогда необходимо имитировать суммированные сигналы нервной сети сетчатки), а если возбуждать нервные клетки, лежащие ближе к фоторецепторам — можно хорошо воспроизводить систему зрения, только плотность пикселей в имплантате должна быть высокой.

В новом проекте клетки сетчатки заманиваются в полости имплантата. На его поверхности и в отверстиях создается система стимулирующих электродов

Аналогично работает схема с выступами

Чтобы разрешить это противоречие, авторы нового проекта провели ряд опытов на крысах. И обнаружили новый биологический эффект. Ученые внедряли в сетчатки животных полимерные пластинки с маленькими отверстиями — диаметром 15–40 микрон. И вот через считанные часы клетки сетчатки сами начали передвигаться в отверстия, в течение всего нескольких дней заполняя полости под ними. Аналогично клетки вели себя и по отношению к пластине, которую покрывали стройные ряды длинных выступов-башенок. Клетки быстро заполняли промежутки между этими выступами.

“Если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе, — сказал Паланкер. — Мы не можем поместить электроды близко к клеткам. Но мы фактически приглашаем клетки прибыть в область электродов, и они делают это с удовольствием и очень быстро”. Таким образом, в проекте нового имплантата удалось добиться той самой плотности 2,5 тысячи электродов на квадратный миллиметр с соблюдением дистанции между каждым электродом и его личной клеткой — до 7 микрон. Электроды разместили в этих полостях и, соответственно, на выступах. Будет ли рабочий проект иметь отверстия в пластине или наоборот — “башенки” — пока неясно. В случае отверстий можно добиться едва ли не поштучного соединения электродов и клеток, но зато в случае выступов — у клеток лучше снабжение питательными веществами. Выбор будет сделан позже.

Но это — далеко не все отличия проекта от конкурирующих работ. Другие авторы предлагают транслировать на электроды сигнал прямо с камеры на лбу. A в этом есть сильный подвох.

Дело в мельчайших непроизвольных движениях глаз, сканирующих пространство даже тогда, когда нам кажется, что мы неподвижно смотрим в одну точку. Если напрямую связывать камеру на лбу с имплантатом в сетчатке, это свойство зрения пропадает, что очень негативно сказывается на восприятии. А еще — при такой схеме — зрение полностью зависит от числа электродов в имплантате. А что можно увидеть, скажем, в ста пикселях?

Паланкер предложил иную схему. Камера на лбу тут также имеется, но она направляет сигнал в носимый микрокомпьютер (размером с бумажник), который переводит видимое изображение в набор коротких импульсов инфракрасного светодиодножидкокристаллического дисплея, с числом точек в несколько тысяч. Этот поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного перед глазами, проходит через хрусталик и попадает на фоточувствительные диоды имплантата в сетчатке глаза. Те усиливают сигнал, используя энергию от крошечной солнечной батареи, имплантированной в радужку. Эти инфракрасные лучи человек не видит. А вот результат воздействия электрических импульсов на клетки сетчатки — воспринимает как изображение. При этом сам имплантат имеет размер в половину рисового зерна (3 миллиметра) и покрывает 10 градусов поля зрения — его центр.

И тут главный фокус: благодаря стеклу у человека сохраняется естественное восприятие сцены перед ним (теми живыми фоторецепторами, что еще работают в глазу), особенно — периферийным зрением, наряду с наложенным “дополнением” от камеры. И мелкие быстрые движения глаз сохраняют свою важность, — ведь человек сам смотрит как на пейзаж (напрямую), так и на то электронное изображение (пусть инфракрасное). Положение этого изображения на сетчатке (и внедренной решетке электродов, соответственно) меняется вместе с движением глазного яблока. Таким образом, электронный прибор максимально использует оставшиеся естественные способности глаза по обработке зрительной информации.

Сейчас авторы проекта имплантируют устройство крысам, а вскоре должны перейти к опытам на свиньях. Про опыты на людях исследователи пока ничего не говорят.

Бионический глаз Паланкера

Газ на дне океана как альтернативный энергоноситель

Владимир ФРАДКИН

В массовом сознании альтернативными энергоносителями являются исключительно возобновляемые источники энергии — Солнце, ветер, биомасса, морской прибой и тому подобные. Есть, однако, и еще один весьма перспективный, хоть и не возобновляемый энергоноситель: метан с морского дна. Многие о его существовании и не догадываются, что, в общем-то, простительно: ведь еще совсем недавно об этом не знали и ученые. Между тем, на морском дне хранятся огромные запасы метана!

Правда, он находится там в связанном виде — в форме твердых гидратов.

Образование гидратов метана, то есть его соединений с водой, происходит под воздействием высокого давления и низкой температуры — при условиях, вполне типичных для океанских глубин. Там, где океаническая плита, сдвигаясь, уходит под континентальную, возникают зоны мощнейшего сжатия. Они-то и выдавливают наружу метан, образующийся в толще органических отложений. Одна из таких тектонических зон находится у западного побережья Северной Америки. Экспедиция, отправившаяся туда на поиски гидрата метана, действительно его нашла, однако главной сенсацией стало то, что огромные его залежи были обнаружены непосредственно на поверхности морского дна. Профессор Юрген Минерт, научный сотрудник немецкого Исследовательского центра «Geomar» со штаб-квартирой в Киле, говорит: «Мы имеем основания считать, что газовая смесь, заключенная в этой породе, на 98…99 процентов состоит из метана. Когда проба грунта с морского дна поднимается на борт, газ тут же начинает улетучиваться. Черные пятна свидетельствуют о повышенном содержании углерода в осадочных отложениях. Иначе говоря, метан, обнаруженный на морском дне, является продуктом разложения органической материи, результатом отмирания живых организмов, то есть имеет биогенное, а не термогенное происхождение».

Образцы газогидрата, добытые у побережья США, с тех пор бережно сохраняются в специальных резервуарах-холодильниках и изучаются — например, в Институте полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера в Бремерхафене. Здесь расположена одна из немногочисленных лабораторий, в которых созданы условия, обеспечивающие сохранность газогидрата в первозданном виде. То есть в помещении поддерживается температура -27 °C, так что исследователи вынуждены работать в специальных комбинезонах и теплых перчатках. Поднятые со дна моря куски газогидрата внешне напоминают вывалянные в грязи куски льда. Собственно, это и есть лед с высоким содержанием метана. Образцы нарезают на тончайшие пластинки, каждый срез фотографируют, и только после этого гидрат подвергают химическому анализу. Йенс Грайнерт, сотрудник Исследовательского центра «Geomar», поясняет: «По большей части, это метан. На 98 % метан, но и остальное— это может быть сероводород, углекислый газ— нас очень интересует, поскольку от примесей во многом зависит, при каких условиях гидрат стабилен, а при каких — нет. Зная это, можно браться за исследование вопроса, когда и как гидраты метана образуются, когда и как распадаются».

Немалый интерес к работам геофизиков проявляют и климатологи. В их глазах метан — не столько ценный энергоноситель, сколько один из главных виновников глобального потепления.

«Метан, как известно, третий по значимости парниковый газ. Принято считать, что важным источником метана являются океаны и — особенно — периферийные моря. Но зачастую ученые не могут даже качественно оценить, выделяет ли море метан в атмосферу или же, напротив, связывает атмосферный метан, образуя гидраты. А уж о количественной оценке этих процессов сегодня и говорить не приходится. Между тем, это очень важный вопрос. И мы надеемся, что наши новые приборы помогут найти на него ответ», — говорит Клаус Вайткамп, сотрудник Исследовательского центра «GKSS» в Геестхахте, специализирующегося на создании высокочувствительных газовых сенсоров. Но каковы же запасы метана в газогидратах? Могут ли они оказать существенное влияние на климат — например, если в результате глобального потепления залегающие на дне под толщей воды гидраты начнут распадаться на составные компоненты, и весь метан уйдет в атмосферу?»

Гидрат метана на морском дне

Сотрудник Исследовательского центра «Geomar» Герхард Борман говорит: «Существуют оценки, согласно которым около 50 % всего имеющегося на Земле углерода заключено в этих гидратах. Вы только представьте себе, мы столько говорили о содержании углекислого газа в атмосфере, о круговороте углерода в природе и до сих пор не учитывали столь важное слагаемое этого процесса! Впрочем, все расчеты, которыми мы пользуемся, носят весьма приблизительный характер. Прогнозируя, где и в каком количестве могут быть обнаружены подводные газогидратные поля, мы исходим из сейсмических наблюдений и геофизических исследований. Но чтобы повысить достоверность прогнозов, необходимо произвести пробные бурения и замеры в тех районах океана, где предсказано наличие гидратов метана, и проанализировать полученные результаты. Пока мы лишь в самом начале пути, но думаю, что исследование газогидратов станет ключевой темой на ближайшие годы, а возможно, и десятилетия».

Полный цикл прохождения газогидратов от добычи до потребителя

Поиски гидратов метана ведутся в самых различных районах мирового океана и с привлечением самой современной специальной техники. Примечательно, что при этом геофизики не жалеют сил на изучение придонной флоры и фауны. Дело в том, что обитатели морского дна могут служить своего рода индикаторами, указывающими на наличие в недрах месторождения газогидрата. Сотрудник Исследовательского центра «Geomar» биолог Петер Линке рассказывает: «Между известковыми глыбами, возникшими на дне в результате геохимических и тектонических процессов, происходит истечение метаносодержащих жидкостей, которые являются основой для существования определенного вида моллюсков. Наличие этих моллюсков и является для нас верным признаком, что тут из недр выделяется метан. Конечно, моллюски не могут питаться метаном как таковым — он для них так же ядовит, как и для человека. Здесь мы имеет дело с типичным примером симбиоза: метаносодержащая жидкость усваивается особыми бактериями, живущими в мантии моллюсков. А сами моллюски питаются отходами жизнедеятельности этих бактерий, что и позволяет им существовать на такой глубине, куда солнечный свет практически не проникает. Естественно, моллюски стремятся поселиться как можно ближе к источнику продовольствия, то есть к тем трещинам и щелям в известковых отложениях, из которых и происходит истечение метаносодержащих жидкостей. В свою очередь, эти моллюски служат пищей для некоторых других видов морской фауны. То есть те места, в которых, по нашим оценкам, существуют условия для образования газогидратов, являются своего рода оазисами в пустыне морских глубин».

Моллюски, извлеченные со дна моря во время экспедиции к побережью США, подверглись, разумеется, самому пристальному исследованию. Их препарировали, затем из тканей раковины и мантии ученые выделили углерод, связав его в углекислый газ, и проанализировали с помощью масспектрометра. Высокое содержание изотопа углерода С₁₂ позволило сделать вывод о том, что моллюски действительно питались за счет жидкостей, омывающих газогидратные месторождения.

А вот найти этих самых моллюсков оказалось непросто: многочисленные пробы грунта со дна моря в тех местах, где — исходя из геофизических соображений — предполагались месторождения газогидратов, долгое время не давали положительного результата. Почему?

«Либо недостаточно настойчиво искали, либо источники метана, которые некогда давали пищу и служили основой существования этих моллюсков, сегодня обеднели или вовсе иссякли. Для моллюсков это катастрофа, они вымирают. Для нас же это свидетельство того, что источники бедны или пусты. Если мы обнаруживаем большую колонию живых моллюсков, это дает нам основания полагать, что здесь имеются значительные источники метана. Если же никаких моллюсков нет или мы находим только пустые раковины, значит, интенсивного выделения метаносодержащих жидкостей здесь, скорее всего, не наблюдается», — продолжает Петер Линке, участник экспедиции, которая обнаружила богатые месторождения гидрата метана и сопутствующие им колонии моллюсков и у побережья США, и в Аравийском море у берегов Пакистана.

Однако наибольший интерес ученых вызывают холодные моря Крайнего Севера и Крайнего Юга. В частности, Охотское море. Профессор Эрвин Зюсс, долгие годы руководивший Исследовательским центром «Geomar», особо подчеркивает климатологический аспект: «Источником метана в Охотском море, как и во многих других периферийных морях, являются гидраты. Охотское море более 9-ти месяцев в году покрыто льдом, и поднимающийся со дна метан удерживается этим ледяным покровом. Весной, когда лед начинает таять, в атмосферу в считанные недели уходят огромные массы метана. Учитывая важность метана как парникового газа, следует очень внимательно изучить влияние этих сезонных выбросов на глобальный климат. Это поможет разобраться в тенденциях и механизмах климатических изменений, происходящих на Земле».

Влияние глобального потепления на состояние гидрата метана

Чтобы понять, изменения какого масштаба имеет в виду Эрвин Зюсс, следует принять во внимание такую цифру: из одного кубометра гидрата, выделяется 164 кубометра газообразного метана! То есть речь идет, с одной стороны, о скрытом в гидратах метана колоссальном энергетическом потенциале, а с другой стороны, об огромной опасности, которую эти гидраты могут представлять для климата планеты. А то, что месторождения газогидратов на морском дне действительно огромны, у специалистов не вызывает сомнений. Ганс Фаленкамп, профессор кафедры природоохранных технологий Дортмундского университета, говорит: «Запасы газогидратов геологи оценивают, соотнося их с суммарным объемом разведанных на сегодняшний день месторождений нефти, природного газа и угля. Их вывод таков: залежи метана на дне морей и океанов обладают вдвое большими энергоресурсами, чем все прочие ископаемые энергоносители вместе взятые».

А это ни много ни мало — 10 тысяч миллиардов тонн. Однако технологии, пригодной для широкомасштабной добычи этого бесценного клада со дна моря, до недавнего времени не существовало. Коллега профессора Ганса Фаленкампа по кафедре природоохранных технологий Дортмундского университета— Хайко Юрген Шультц — говорит: «Предложенные до сих пор способы добычи были недостаточно эффективными. Расчеты показали, что метан, поднятый этими способами со дна моря, не может конкурировать с природным газом, добываемым традиционными методами».

Помимо низкой экономичности, есть и вторая проблема— безопасность. Залежи газогидратов располагаются на крутых склонах, на глубинах от 300 до 1000 метров и являются фактором, стабилизирующим морское дно в этих геологически-активных регионах. Широкомасштабная разработка месторождений может вызвать подводные оползни и, как следствие, разрушительные приливные волны — цунами. Кроме того, нельзя не считаться с возможностью аварийных выбросов огромных масс метана в атмосферу, что чревато грандиозной экологической катастрофой, не говоря уже об угрозе здоровью и жизни персонала, обслуживающего добывающее оборудование. Но Хайко Юрген Шультц предложил недавно новый и, как он считает, весьма перспективный метод добычи газогидратов. По крайней мере, расчеты на компьютерной модели выглядят многообещающе: «Мы представили технологию, которая позволит обеспечить высокую эффективность и значительные объемы добычи».

Чтобы получить газообразный метан из твердых газогидратов, их нужно расплавить, то есть нагреть. Проект Хайко Юргена Шультца предполагает прокладку специального трубопровода с платформы на поверхности моря до залежей газогидратов на морском дне. Особенность трубопровода в том, что он состоит из труб с двойной стенкой. Это как бы два трубопровода, из которых один пропущен сквозь другой. Хайко Юрген Шультц поясняет: «По принципу действия это напоминает кофеварку. По внутренней трубе мы подаем морскую воду, нагретую до 30…40 градусов, непосредственно к месторождению газогидратов. Те плавятся, при этом из них выделяются пузырьки газообразного метана, которые вместе с водой поднимаются по внешней трубе наверх, к платформе. Там метан отделяется от воды и подается в цистерны или в магистральный трубопровод, а теплая вода снова закачивается вниз, к залежам газогидратов».

Расчеты показывают, что при использовании такой технологии количество выработанной энергии в 40 раз превысит то количество, которое придется затратить на добычу. То есть экономичность налицо. А как обстоит дело с экологичностью? Вопрос важный потому, что метан — один из самых вредоносных для климата газов «Все парниковые газы сравнивают, как правило, с углекислым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы» — напоминает профессор Фаленкамп.

Но если верить компьютерным расчетам, никаких аварийных выбросов метана ожидать не приходится. Более того, Хайко Юрген Шультц уверен, что его технология сводит на нет также и угрозу подводных оползней. В настоящее время он ищет инвесторов, чтобы реализовать свою идею на практике. Стоимость проекта оценивается в 100 миллионов евро.

Причина войны — ВОЙНА

Материал предоставлен Международной общественной организацией “Наука и техника” (www.n-t.org)

Теория о том, что войны появились лишь с развитием цивилизации, имеет «ахиллесову пяту» — существуют свидетельства того, что первые войны произошли 12 тыс. лет назад, когда человеческое общество лишь начинало формироваться, и не было ни имущества, ни территорий, за которые стоило бы воевать. Войны были присущи абсолютно всем цивилизациям и всем типам экономических отношений, существовавшим на земле. Согласно исследованию, проведенному Weslean College, начиная с 3600 года до н. э. в мире произошло примерно 14 600 войн. В результате погибло более 3 млрд. человек, для сравнения, в 2001 году население Земли составляло 6,2 млрд. Вся человеческая история знала лишь 292 года без войн, да и то существуют серьезные подозрения, что некоторые вооруженные конфликты просто не были зафиксированы историками.

По мнению американского исследователя Барбары Эренрейх (Barbara Ehrenreich), для того, чтобы вести войну живое существо должно иметь две важные психологические составляющие.

Во-первых, это агрессивность, которая может быть обусловлена генетически.

Во-вторых, это желание готовиться к войне — изготавливать оружие и снаряжение, строить укрепления, тренироваться, запасать продовольствие и т. д., что теорией наследственности объяснено быть не может.

Кроме того, заставить человека воевать — очень нелегкая задача. Пацифистское движение, скорее всего, началось одновременно с созданием первых армий. Прославления мира зафиксированы в письменных памятниках практически всех известных культур. Во всех армиях мира были дезертиры. Этим отличались даже лучшие армии своего времени, которые вынуждены были создавать части жандармерии и заградотряды, чтобы отлавливать трусов и дезертиров. К примеру, лучшая армия Европы XVII века — армия Пруссии — старалась не вести боев вблизи леса, чтобы ее солдаты не сбежали. Подполковник армии США в отставке Дэйв Гроссман (Dave Grossman), автор книги «Психологическая цена обучения убийству на войне и общество» (On Killing: The Psychological Cost of Learning to Kill in War and Society), доказывает, что главной задачей военной подготовки всех армий мира было снятие с человека психологического запрета на убийство себе подобных.

Социолог Хэнк Ховелинг (Henk Houweiing) считает, что воинственность в обществе распространяется по образу и подобию эпидемий инфекционных заболеваний. Воинственный настрой, присущий узкой группе людей, при определенных условиях заражает окружающих и, в конечном итоге, приводит к началу военных действий. Логические, моральные, политические, религиозные принципы в этом процессе играют подчиненную роль. Поводом для начала войны может быть самое малозначимое событие, которое в иной обстановке не повлекло бы за собой столь серьезных последствий. Ховелинг пишет: «Вероятно, главная причина войны — сама война». Война неизбежно милитаризирует общество. Те, кто не участвуют в боевых действиях, перестают чувствовать себя в безопасности и часто, в свою очередь, заражаются «возбудителем войны». Подобные «эпидемии» были свойственны абсолютно всем типам обществ.

Человеческая история показала, что все цивилизации, при всех имевшихся различиях, развивались по схожему сценарию: рано или поздно возникала группа людей, которая постоянно готовилась к ведению войны (например, японские самураи и европейские рыцари), и вторая группа людей, которая обеспечивала первую группу. Американский историк Виктор Хэнсен (Viktor Hansen) считает, что часто тактика ведения войны была обусловлена типами общества. К примеру, свободные граждане древнегреческих городов создали пехотный строй фалангу, который демонстрировал их равенство. Рыцари и самураи старались сражаться один на один, проявляя таким образом свою независимость и самодостаточность. Европейские армии XVII века комплектовались наемниками — к этому времени возникли буржуазия и мощная бюрократия, которые могли собирать деньги для того, чтобы содержать эти армии.

«Гонка вооружений» — понятие, впервые появившееся в эпоху холодной войны между СССР и США, была также присуща всем цивилизациям. Попытки одного государства увеличить армию или флот немедленно вызывали аналогичные действия стран-соседей. Также были бесполезны попытки прекратить войны с помощью некоей «последней войны». Именно такой логики придерживались великие завоеватели Александр Македонский, Чингисхан, Тамерлан и другие. Не удавалось предотвратить войны с помощью разработки суперсовременного оружия. К примеру, Пакистан начал свою программу разработки ядерного оружия, желая сэкономить на военных расходах. Пакистанские стратеги считали, что наличие у их страны оружия массового уничтожения заставит традиционного врага — Индию — пойти на уступки и уменьшит риск войны. В результате ядерным оружием обзавелись обе страны, их военные бюджеты возросли, а риск начала кровопролитной войны лишь вырос.

Только страх погибнуть при ядерном Апокалипсисе сдерживал правителей США и СССР во времена «холодной войны». Как однажды сказал президент Эйзенхауэр: «У нас недостаточно бульдозеров, чтобы очищать улицы от трупов». Итак, война явилась порождением страха. Может быть страх и прекратит войну? И ограничение распространения ядерного оружия просто вредно? Может быть.