Глубинные слои Земли содержат в себе примерно столько же воды, как и ее океаны, благодаря тому, что туда уже более трех миллиардов лет попадает кора со дна морей планеты, насыщенная влагой. К такому выводу пришли российские и зарубежные ученые, опубликовавшие статью в журнале Nature.

 "Мы представили геохимические данные, указывающие на то, что цикл глобального погружения океанической коры в мантию начался гораздо раньше, чем считает большинство специалистов, и мог функционировать уже в течение первого миллиарда лет истории Земли", – отметил Александр Соболев из Института геохимии и аналитической химии РАН.

Изучение структуры дна Марианской впадины помогло геологам вычислить примерное количество воды в недрах Земли и обнаружить, что ее там примерно в три раза больше, чем считалось ранее. Их выводы были представлены в журнале Nature.

Трехмерная карта дна Марианской впадины."Мы давно спорили о том, как много воды попадает в мантию Земли вместе с "тонущей" морской корой, а также о том, меняется ли ее доля в разных зонах субдукции в зависимости от того, как породы "ныряют" в недра планеты. Марианская впадина позволила нам заглянуть настолько глубоко в эти разломы, как раньше никто не делал", — заявил Даг Винс (Doug Wiens) из университета Вашингтона в Сент-Луисе (США).

Сегодня тот факт, что животные нуждаются в кислороде, чтобы жить, кажется очевидной истиной. Но относительный дефицит кислорода в древних океанах Земли помог развитию ранних морских существ, утверждает новое исследование.

«Кембрийский взрыв» — эволюционный скачок, произошедший около 540 миллионов лет назад и включающий в себя рождение большинства основных групп животных, известных сегодня, сопровождался значительным снижением уровня кислорода, — говорят результаты исследования. Они дают нам более полное представление о том, как именно в глубоком прошлом колебался уровень кислорода в океанах и атмосфере, и как он изменился так, чтобы эволюция не просто продолжалась, а еще и такими быстрыми (по геологическим меркам) темпами.

Тимоти Лионс, биогеохимик из Калифорнийского университета, Риверсайд, комментируя результаты исследования (в самом исследовании он не участвовал), сказал, что данная работа показывает, что времена с низким уровнем кислорода, можно сказать, «зарядили насос» для эволюции животных.

Сегодня, в зависимости от района, типичные поверхностные океанские воды состоят из 5,4-8 миллилитров растворенного кислорода на каждый литр морской воды. Но воды с низким уровнем (или почти отсутствующем) кислорода существуют — это так называемые «зоны минимального кислорода» (ЗМК). Таковыми являются некоторые места в восточной части Тихого океана. Там обитают мелкие животные, такие как нематоды и некоторые адаптировавшиеся к подобным условиям рыбы. Концентрации кислорода в этих районах могут составлять лишь около 1% от уровня поверхностных вод.

Лионс поясняет, что в некоторые древние эпохи, согласно другим недавним работам по океанической химии, морские животные жили в мирах с очень низким содержанием кислорода, и большая часть океана в эти периоды времени, вероятно, была как в современных ЗМК.

Палеонтологи Рейчел Вуд из Эдинбургского университета и Дуглас Эрвин из Смитсоновского института Национального музея естественной истории в Вашингтоне, округ Колумбия, решили изучить, как животное царство реагирует на эти низкие уровни кислорода. Они рассмотрели, как, исходя из летописи окаменелостей и из генетических данных, колебания концентрации кислорода коррелируют с появлением новых животных. Исходя из этого, они отметили три этапа, в которых кислород сначала опускался до критически низкой отметки, а затем снова поднимался, что приводило к увеличению животного разнообразия.

В древнейшей эволюционной истории животных, в период между 635 и 540 миллионами лет назад, в океане был повсеместно низкий уровень кислорода. В последующий, кембрийский период, начавшийся около 540 миллионов лет назад, появилось больше насыщенных кислородом вод. В это же время у животных появляются такие ключевые черты как сердце, центральная нервная система, пищеварительная система, а также скелет и конечности. По мере того, как уровни кислорода становились более высокими, группы с этими чертами размножались активнее, заполняя летопись окаменелостей тем, что теперь именуется «кембрийским взрывом». Но еще до самого взрыва, во время аноксических фаз, возникало много морфологической новизны, — объясняет Эрвин. Вероятно, это были маленькие и мягкотелые животные, которые существовали на обочине древних экосистем и которые практически не оставили никаких следов окаменелостей.

То же самое произошло в двух других, более поздних периодах. В конце кембрия океаны лишились кислорода на период от 3 миллионов до 4 миллионов лет. После такой «кислородной диеты», животная жизнь снова начала процветать, уже в так называемой ордовикской радиации. В течение этого периода произошло разрастание основных групп животных. Вуд замечает, что в этот период происходит увеличение разнообразия кораллов и губок.

Затем, около 252 миллионов лет назад, еще одно аноксическое событие привело к пермь триасовому вымиранию, самому большому массовому вымиранию в истории. Однако, по его окончанию, летопись окаменелостей снова показывает нам новые коралловые и губчатые виды, и животных — ихтиозавров, вымерших дельфиноподобных морских рептилий. Эти новые формы, вероятно, появлялись во времена с низким содержанием кислорода. Восстановление же уровня кислорода позволило им крайне быстро и успешно расплодиться, сообщают исследователи в «Биологических обзорах».

Ученые говорят, что результаты исследования не делают аноксию благоприятной для современных экосистем. Но в очень долгих временных масштабах это может привести к эволюции. «Раньше мы думали, что для того, чтобы дать эволюции совершить скачок, нужен пороговый уровень кислорода», — говорит Карл Симпсон, палеобиолог из Университета Колорадо в Боулдере, который не принимал участия в работе. «Но новое исследование говорит о том, что животный мир может диверсифицироваться и при крайне низком содержании кислорода».

Пока остается неизвестным, как именно времена с низким содержанием кислорода приводили к эволюции животных. Возможно, аноксия просто убивала более крупных и доминирующих животных, оставляя место для более мелких, давая последним захватить власть. Ответ непонятен, но, как объясняет Вуд, изучение того, как животные развиваются в современных ЗМК, может пролить некоторый свет.

Источник: PaleoNews.ru

Ученые впервые измерили протяженность береговой линии всех озер и измерили объем воды в них, которой оказалось достаточно для того, чтобы покрыть всю сушу почти полутораметровым слоем жидкости, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Карта распределения озер по Земле"Люди часто говорят, что мы знаем больше вещей о поверхности Марса или Луны, чем о свойствах дна морей и океанов. Озера, конечно, исследовались дольше и лучше, чем безграничный мировой океан, однако мы столь же плохо понимаем, что творится в их водах и на их дне, как и в случае с океанами", — рассказывает Бернард Ленер (Bernhard Lehner) из университета Макгилла в Монреале (Канада).

На земле существуют миллионы озер, чей примерный объем, площадь, периметр и прочие свойства достаточно хорошо известны ученым. Тем не менее, большая часть таких оценок базируется на замерах свойств самых крупных и известных водоемов, а почти все небольшие озера остаются почти неизученными.

Ленер и его коллеги решили восполнить этот пробел в научных знаниях, используя спутниковые карты и данные дистанционного зондирования Земли, полученные за последние годы. Благодаря им команде Ленера удалось вычислить точный объем и все прочие характеристики почти 1,4 миллиона озер на Земле, площадь которых составляла как минимум  10 гектар.

Они, как показали эти расчеты, содержат в себе около 180 тысяч кубических километров воды, чего хватило бы, чтобы покрыть  все континенты слоем воды толщиной в 1,3 метра, а также заполнить сразу восемь Байкалов или же 72 миллиарда олимпийских бассеинов. Их береговая линия протянулась на 7 миллионов километров, что в пять раз больше диаметра Солнца и примерно равно его обхвату в районе экватора.

Большая часть объема воды озер – около 85%  — приходится на десятку крупнейших озер мира, остальные 15% разбросаны по остальным 1,4 миллиона озер. Вопреки устоявшимся стереотипам, главной "страной озер" Земли является не Финляндия, а Канада, на чьей территории расположено почти 900 тысяч мелких и крупных озер.

Подобное первенство Канады объясняется тем, что вся ее территория была покрыта ледниками всего 15-20 тысяч лет назад, отступление которых "вырыло" котловины для почти миллиона мелких и крупных водоемов, таких как Великие озера Северной Америки, содержащие в себе пятую часть всех запасов пресной воды на Земле.

Несмотря на огромный объем всех этих озер, вода в них фактически беспрерывно обновляется – каждая молекула проводит внутри них в среднем около пяти лет, после чего она покидает озеро вместе с водами рек или в ходе других процессов, связанных с круговоротом воды на Земле. Дальнейшее изучение всех мелких и крупных озер, как надеются канадские ученые, поможет нам понять, как глобальное потепление повлияет на их судьбу в ближайшее столетие.

Источник: РИА Новости

Планетологи выяснили, что в ночные часы на Красной планете становится влажно - по верхнему слою марсианского грунта начинает циркулировать жидкая вода.

Об этом говорится в статье специалистов из космического агентства NASA, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

За последнее время было получено немало свидетельств, доказывающих, что в далеком прошлом по Марсу текли ручьи и даже полноценные реки глубиной до одного метра. Однако до сих пор было неясно, как обстоит там дело с жидкой водой в наши дни. Авторы статьи смогли ответить на этот вопрос, проанализировав данные марсохода Curiosity, собранные им за 2,5 года пребывания на Красной планете.

Всего ученые задействовали три прибора на борту аппарата - REMS, замерявший температуру и погодные условия, SAM, определивший, как много водяного пара содержится в атмосфере Марса, и, наконец, датчик DAN, разработанный российскими учеными и предназначенный для измерения концентрации атомов водорода в марсианском грунте.

Выяснилось, что по ночам верхние 5 сантиметров грунта в кратере Гейла, где сейчас находится марсоход, становятся топкой жижей. Содержащиеся в них соли перхлоратов притягивают из атмосферы водяной пар, который превращается в жидкую воду. Это происходит при температуре минус 70 градусов Цельсия - из-за высокого содержания солей точка замерзания у данного раствора находится ниже, чем у обычной воды.

Когда наступает день, поверхность Марса нагревается и вода (за ночь она успевает проникнуть в грунт на 15 сантиметров) испаряется. Как отмечают исследователи, о существовании жидкой воды на Марсе в наши дни свидетельствуют и особые желобки на стенках молодых кратеров - они образуются, когда размокший грунт стекает вниз.

Кратер Гейла расположен почти на экваторе Марсе, где достаточно сухо, однако в более высоких широтах этой планеты более тепло и влажно. Поэтому жидкая вода там, вероятно, может существовать и днем. Однако для жизни она всё равно непригодна из-за слишком высокой концентрации перхлоратов.

Источник: infox.ru

Важную роль в поглощении растениями воды из воздуха играют волоски, которыми усеяна поверхность их листьев, Во влажном воздухе они набухают, впитывая воду, а в сухом — отдают ее растению, утончаясь и сгибаясь. Авторы этого открытия, ученые из университета Синсю и Института индустриальной технологии Симанэ (Япония), рассказали о нем в своей статье в журнале Applied Physics Letters.

Мухоловка Сиболда (Lychnis sieboldii)Рассмотреть подробно весь процесс можно на видеозаписи, созданной с помощью электронного микроскопа и приложенной к пресс-релизу Американского института физики. На ней хорошо видно, как набухшие от впитанной из воздуха воды конические волоски сначала становятся тоньше и сгибаются под углом в 90%, отдавая влагу своему растению. Когда воздух вокруг растения из сухого снова становится влажным, волоски совершают обратную эволюцию.

Результаты исследования показывают, что способность как впитывать воду, так и отдавать ее, волоскам придают находящиеся внутри них особые микроскопические волокна. Они же отвечают за сгибание волосков на 90% — по-видимому, с целью увеличения их механической прочности, ведь сухие волоски могут стать ломкими.

Модельным растением в этом исследовании выступала мухоловка Сиболда (Lychnis sieboldii). Однако исследователи считают, что аналогичный механизм присутствует и у других растений с «волосатыми» листьями.

Это открытие может иметь прикладное значение. «Эти растения дают нам отличную идею для копирования, — сказал профессор Сигеру Яманака (Shigeru Yamanaka), один из авторов исследования. — С помощью современных технологий можно разработать аналогичные волокна, а на их основе — устройства, которые смогут собирать воду из воздуха в засушливых районах планеты».

Источник: Научная Россия

Группа китайских инженеров под руководством С.Ц. Куна (X.Q. Kong) из Ляонингского технологического университета исследовала, что позволяет комарам ходить по воде аки посуху. Свои результаты они опубликовали в журнале AIP Advances.

ВодомеркаХорошо известно, что комары, москиты и другие полуводные насекомые могут легко останавливаться и передвигаться на поверхности воды. Однако до сих пор не был в точности понятен механизм этой способности. Исследование Куна и его коллег показало, что это происходит благодаря особенностям строения ног этих насекомых, которые состоят из 3 частей: бедра, голени и лапки, в некотором роде, ступни.

Чтобы определить, какой максимальный вес может оставаться на поверхности воды благодаря лапкам, была проведена серия опытов с отрезанными частями лапок подопытных насекомых. Оказалось, что половина лапки может выдержать вес в 10 раз превосходящий вес комара, а полная — вес в 23 комара. Все зависело от того, под каким углом находится лапка к поверхности воды. За регулировку угла, как показало исследование, отвечает комариное бедро.

Все это позволяет комару не только стоять на поверхности воды, но и перемещаться по ней, изменяя угол между лапкой и поверхностью воды. Их исследование, как считают ученые, в дальнейшем может позволить разработать систему скольжения по воде, устроенную по принципу ноги комара.

Источник: Научная Россия

Международная группа микробиологов нашла в образцах обычной грунтовой воды сразу несколько штаммов бактерий, чьи размеры оказались в несколько раз меньше, чем общепринятый минимальный предел для жизни, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Фотография самой маленькой на сегодня бактерии, полученная при помощи электронного микроскопа"Эти сверхмалые бактерии могут быть первым примером того подраздела микробной жизни на планете, о которой мы практически ничего не знаем. Они очень загадочные. Мы нашли следы их присутствия во многих средах, и эти бактерии, скорее всего, играют важную роль в сообществах микробов и в работе экосистем. Мы пока не совсем понимаем, чем же они занимаются", — заявила Джилл Банфилд (Jill Banfield) из университета Калифорнии в Беркли (США).

Банфилд и ее коллеги нашли ответ на один из самых обсуждаемых среди биологов и эволюционистов вопросов – каковы минимальные пределы и размеры жизни, изучая образцы грунтовых вод при помощи мощного электронного микроскопа.

Как объясняют авторы статьи, сегодня большинство ученых считает, что существует некий предел размеров для жизни, ниже которого живые организмы просто не будут существовать. Под ним обычно понимается некий минимальный объем клетки, которая может в себя вместить генетический материал и несколько рибосом — белковых "сборочных машин". На этом консенсус среди ученых заканчивается, и начинаются дискуссии о том, насколько плотно можно "упаковать" эти элементы.

Группа Банфилд попыталась найти ответ на этот вопрос не в теории, а в живой природе, обратив внимание на то, что за последние годы их коллегам удалось найти несколько сотен микробов с очень короткой и компактной ДНК. Авторы статьи предположили, что носители таких геномов могут обладать крайне малыми размерами.

Для проверки этой гипотезы ученые создали специальную систему фильтров, нижние "ячейки" в которых не пропускали кусочки материи размером меньше, чем 0,2 микрона, которые сегодня используются в медицинской промышленности для стерилизации воды. Пропустив образцы грунтовой воды через эти фильтры, авторы статьи изучили ее содержимое и с удивлением обнаружили сразу несколько видов микробов, чьи размеры были в разы меньше ожидаемого.

По расчетам Банфилд и ее коллег, объем каждой такой бактерии составляет всего 0,009 кубических микрометра — иными словами, они настолько малы, что колония из 150 таких микроорганизмов может поместиться внутри одной кишечной палочки, а 150 тысяч – на кончике человеческого волоса.

Обнаружив существование микробов за предполагаемыми пределами жизни, авторы статьи попытались определить их родовую принадлежность, изучив структуру их генома. Оказалось, что они принадлежат к трем относительно малоизученным группам бактерий – OD1, WWE3 и OP11. По словам ученых, примерно половина их генов обладает необычной структурой, и их предназначение пока остается тайной для генетиков.

Относительно малая длина их генома — всего миллион генетических "букв"-нуклеотидов — говорит о том, что они не могут жить отдельно от более крупных бактерий, которые поставляют им недостающие белки и питательные вещества. В пользу этого говорит то, что поверхность "мини-бактерий" покрыта многочисленными усиками-пилиями, которые могут помогать им обмениваться веществами с более крупными собратьями.

Как отмечают исследователи, несколькими годами ранее их коллеги обнаружили почти столь же малых архей — похожих на бактерий представителей микромира, более древних по своему происхождению и обладающих уникальными чертами, сближающими их с эукариотами. Оба этих факта значительно расширяют возможные пределы жизни и потенциал для поиска ее древнейших следов на Земле и других планетах.

Источник: РИА Новости

Акулам, скатам и другим хрящевым рыбам трудно плавать в пресной воде: их постоянно тянет на дно. К такому выводу пришли биологи из Стэндфордского университета, университета Сент-Луиса (США) и университета Мёрдока (Австралия) под руководством доктора Адриана Гляйсса (Adrian Gleiss). Результаты их исследования опубликованы в виде статьи в журнале the Journal of Experimental Biology.

Акулы тонут в пресной водеАмериканские и австралийские ученые подробно исследовали то, как два вида хрящевых рыб — тупорылая акула и родственный ей мелкозубый пилорыл — плавают сначала в океане, а потом в реке Фицрой-Ривер в Западной Австралии, куда они каждый год поднимаются на несколько месяцев. Обработав полученные данные, биологи загрузили их в компьютерную модель.

Оказалось, что, плавая в пресной воде, акулы затрачивают на 50% больше энергии, чем в соленой. Это связано с тем, что у хрящевых рыб, в отличие от костных, нет плавательного пузыря, который бы уменьшал плотность их тела. Вместо этого акулам и скатам приходится полагаться на свою богатую жиром печень, что гораздо менее эффективно увеличивает плавучесть. В то же время, пресная вода выталкивает тело вверх меньше, чем соленая. В результате, акулам гораздо труднее плыть на одном уровне, не опускаясь вниз. Иными словами, они поросту постоянно тонут. Из-за этого им сложнее охотиться.

Ранее другие научные коллективы уже выяснили, что в пресной воде органы чувств акул — зрение и обоняние — действуют хуже, а инстинкт размножения подавляется. Всё это помогает понять, почему большинство пресноводных акул вымерло, а их современные собратья в основном поднимаются в реки из морей только на время.

«Полученные нами результаты позволяют предположить, что механические трудности с поддержанием плавучести могли помешать экспансии хрящевых рыб в пресные водоёмы, являясь при этом одним из главных факторов», — пишут учёные в аннотации к своей статье.

Напомним, что хрящевые рыбы — более древняя и примитивная группа, чем костные. Как видно из названия, ключевые различия между ними заключаются в строении скелета. У первых (это, главным образом, акулы и скаты) основу скелета составляет хрящевая ткань, в то время, как у вторых (тунцов, карпов, сельдей и так далее) — костная. Есть и другие важные отличия, в том числе уже упомянутое отсутствие у хрящевых рыб плавательного пузыря.

Источник: Научная Россия

О том, что внутри Энцелада находится вода, учёные заговорили после 2005 года, когда тот же «Кассини» впервые запечатлел следы водяного пара и льда, выплёвываемого из отверстий близ южного полюса этой сатурнианской луны. Однако тогда многие заявляли, что сами по себе гейзеры не являются свидетельством существования океана: мол, вода могла расплавиться лишь вблизи поверхности — просто от столкновения ледяных плит «коры» Энцелада, и нагрев был местным и кратковременным.

Тигровые полосы близ южного полюса Энцелада могут быть как-то связаны с криосейсмической активностью его недр в районе подлёдного океана. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / JPL-Caltech.)Как же точно убедиться, есть ли под внеземным льдом океан? «Чтобы выявить гравитационные вариации [на Энцеладе], мы использовали эффект Доплера — тот же, что применялся в радарных устройствах для определения скорости нарушителей ПДД, — поясняет Сами Асмар (Sami Asmar) из Лаборатории реактивного движения НАСА, один из авторов работы. — Когда космический аппарат пролетает близко от Энцелада, его скорость изменяется под влиянием небесного тела на величину, колеблющуюся в соответствии с вариациями гравитационного поля Энцелада, которое мы хотим измерить. Затем мы отслеживаем сдвиги в скорости [«Кассини»] по изменению частоты радиоволн, на которых поддерживаем с ним радиосвязь...»

Что дали измерения гравитационных вариаций? Они показали, что плотность Энцелада неоднородна, и под его поверхностью есть большой — возможно, «региональный» (то есть не глобальный) — подлёдный океан глубиной всего в 10 км, лежащий под ледяной толщей в 30–40 км. Точная его площадь пока может быть определена лишь с немалой погрешностью, но она по крайней мере не уступает 80 000 км², то есть не менее 10% от общей поверхности этой луны.

Океан у южного полюса спутника (показан синим) может поддерживать на его поверхности незамерзающие трещины метровых размеров.Океан ограничен южной приполярной областью этого небесного тела, и пока неясно, почему именно ею. Высказываются предположение, что это, вероятно, связано с особенностями приливного разогрева спутника гравитационным воздействием близкого Сатурна. Именно это тепло (в теории) позволяет существовать незамерзающему океану внутри Энцелада, даже несмотря на то, что он отстоит от Солнца на полтора миллиарда километров, отчего средняя температура тамошней поверхности равна —200 °С. 

Это открытие делает Энцелад одним из самых привлекательных для микробной жизни мест в Солнечной системе. Ранее теоретическое моделирование недр спутников планет-гигантов показывало неутешительную картину: предполагалось, что глубина их подлёдных океанов могла доходить до 100 и более километров. Это означало, что на их дне колоссальное давление и плотный слой разных видов экзотического льда, делающий обмен минералами между твёрдой частью спутника и водяным океаном нереальным. Ну а в бедной минералами и изолированной от атмосферы воде жизни существовать сложно: сноса микроэлементов с континента под ледовым панцирем не бывает.

Обнаружение на спутнике диаметром всего в 513 км океана, по глубине близкого к вполне обитаемой Марианской впадине, значительно снижает угрозу полной изоляции такого водного бассейна от внутренних силикатных областей спутника. Следовательно, в этом супе достаточно соли, чтобы поддержать популяцию микробов-гурманов.

19 пролётов около Энцелада в 2010–2012 годах дали непредставимую ранее точность определения изменений скорости «Кассини» — вплоть до вариаций в 90 мкм/с. Благодаря этому и удалось выявить под южной частью луны область повышенной плотности, соответствующую океану. Вообще говоря, южная часть Энцелада характеризуется впадиной, однако измерения показали, что колебания скорости «Кассини» были заметно меньше, чем можно было бы ожидать с учётом её глубины. На этом основании и удалось рассчитать район расположения крупного подлёдного океана.

Источник: КОМПУЛЕНТА

Первые 600 млн лет истории Земли называются катархеем, а по-английски — Hadean, что означает «гадесский». Причины, по которым этот период получил своё имя, очевидны: «Гадес» (он же Аид) — владыка ада, чьё имя и породило русское слово «ад». 

Земля в катархее. Симпатичное место, правда? (Иллюстрация Wikimedia Commons.)Считается, что условия на планете в то время были и впрямь адовы: Земля не имела твёрдой поверхности, то есть кора её была частично расплавлена (оттого осадочных пород не осталось). «Традиционно катархей рассматривается как период, когда наша молодая горячая планета была необитаемым местом», — подтверждает Джудит Коггон (Judith Coggon) из Боннского университета(Германия).

 Однако этот ад мог длиться сравнительно немного времени. Г-жа Коггон вместе с коллегами сделала вроде бы небольшое, но очень значимое открытие: камни из Гренландии, происходящие из мантии и имеющие возраст около 4,1 млрд лет, богаты золотом и платиной. А это всего на 400 млн позже образования Земли как планеты, что, казалось бы, выглядит очень странно.

Она же и Луна, вид из космоса. (Иллюстрация Walter Myers.)Поясним: картина расплавленной поверхности вызывает массу вопросов. Вот, скажем, вода. По сегодняшним представлениям, слишком нагретая атмосфера ведёт к интенсивной потере водяного пара. А жидкая вода вряд ли может соседствовать с лавой, что вызывает вопрос о том, как получилось, что Земля из космоса выглядит голубой. Ведь вода в значительной степени должна была быть потеряна за четыре миллиарда лет, не так ли?

Другой момент: золото и платина «любят железо» (сидерофильны). В расплавленном виде они легко растворяются в жидком железе, а благодаря куда большему весу ещё и тонут в нём. Следовательно, «адов период» должен был легко и непринуждённо освободить верхние слои Земли от этих металлов. Факты тем не менее упрямы: и платина, и золото в коре есть.

Впрочем, не будем драматизировать: всё вышеописанные длилось недолго, и уже 4,3–4,1 млрд лет назад картина была скорее такой. Луна столь велика, потому что вращалась ближе к Земле. (Здесь и ниже иллюстрации Wikimedia Commons.)Стандартное объяснение этому явлению совпадает с аналогичным вопросом о воде. В период поздней тяжёлой бомбардировки (примерно 3,9 млрд лет назад) кометы, богатые водным льдом, и астероиды, содержащие металлы платиновой группы, вернули нужные элементы в верхние слои нашей планеты. Это, напомним, суть гипотезы Late Veneer («Позднее покрытие»). На её основе несколько астрономов даже заявляли, что если в той или иной системе интенсивного перемещения комет с дальних орбит к внутренним планетам (~ тяжёлая бомбардировка) не происходило, то гидросфера там сформироваться не может, и жизнь тоже.

Только вот, как теперь оказывается, всё было не так. 4,1 млрд лет назад в верхних слоях уже были и платина, и золото. Они, против всяких ожиданий, не утонули, а вот гипотеза Late Veneer явно близка к этому.

На этой фотографии картина примерно соответствует реальным условиям 4-миллиардолетней давности.Джудит Коггон сдержана в выводах: «Позднее покрытие» было нанесено на 200 млн лет раньше, чем считалось, примерно 4,36 млрд лет назад. Очевидно, на те же 200 млн лет «устарели» и земные океаны: если на планету попали металлы из платиновой обоймы, то должна была прийти и кометная вода. А там, где вода, есть и вероятность зарождения жизни, которая, выходит, могла возникнуть на Земле 4,1 млрд лет тому назад.

Впрочем, при всём уважении к осторожности исследовательницы, напомним, что в 2008 году гипотезе «Позднего покрытия» уже был нанесён серьёзный удар. Тогда Мунир Хамаюн (Munir Humayun) из Университета штата Флорида (США) на мощностях НАСА подверг нагреву и высокому давлению образцы геологических пород, сравнительно богатых палладием — другим сидерофильным элементом, и изучил его распределение в расплавленном, а затем остывшем конечном продукте. Тогда-то и выяснилось, что никаких изменений в распределении в сравнении с обычными горными породами нет, и, в принципе, «адово состояние» Земли не обязательно должно было привести к потере «любящих железо» металлов.

Так не пора ли задуматься о том, столь ли необходима поздняя тяжёлая бомбардировка для объяснения состава поверхности нашей планеты?..

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Geoscience.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Многие десятилетия учёные полагали, что присутствие воды в глубинных породах делает последние менее вязкими и позволяет им течь. Это движение лежит в основе всех видов геофизических явлений — от толкотни литосферных плит до гигантской конвекции в мантии. Кроме того, оно участвует в круговороте углерода и других жизненно важных элементов в планетарном масштабе.

Конвекция в мантии, возможно, не так сильно зависит от наличия водной смазки. (Изображение Университета Лидса.)Однако эксперименты с кристаллами оливина (распространённый в мантии минерал) при высоких давлениях показали, что даже учебники ошибаются.

Многочисленные лабораторные работы продемонстрировали ослабляющее влияние воды на минералы. Но геохимик Хунчжань Фэй из Байройтского университета (ФРГ) и его коллеги указывают на то, что в большинстве этих исследований изучались кристаллы, перенасыщенные водой. Когда кристаллы сжимались, вода, находившаяся между крупинками, позволяла им скользить, вместо того чтобы деформироваться, как следовало бы ожидать в естественных условиях.

Поэтому группа г-на Фэя взялась за монокристаллы оливина, которые испытали температуры и давление, характерные для глубины 100–200 км. Работа не ставила задачей изучение того, как вода разупрочняет камни, всё внимание было нацелено на её воздействие на диффузию атомов кремния в кристаллах. Когда оливин сжимают, кремний движется медленнее всех, и по скорости его диффузии можно судить о том, насколько быстро течёт порода.

Оказалось, что «водный эффект» намного меньше ожидаемого: увеличение содержания воды в кристалле оливина в тысячу раз повысило диффузию кремния менее чем в 10 раз. «Я был очень удивлён», — признаётся г-н Фэй.

Исследователи полагают, что полученные результаты ставят под сомнение несколько важнейших геофизических представлений. Так, считается, что вода смягчает верхнюю часть мантии, позволяя двигаться литосферным плитам, но, возможно, дело не в ней. Кроме того, различия в количестве воды уже не объясняют, почему «горячие точки», то есть места выхода на поверхность мантийных плюмов, остаются неподвижными долгое время (к примеру, на Гавайях), несмотря на перемещение тектонических платформ.

Не все готовы принять новую точку зрения. Петролог Сумит Чакраборти из Рурского университета (ФРГ), который прислал г-ну Фэю некоторые материалы для экспериментов и ранее опубликовал статью о сильном влиянии воды на скорость диффузии кремния в оливине, увидел в этой работе ряд недочётов.

Во-первых, содержат богатые кремнием минералы воду или нет, не совсем ясно, действительно ли скорость диффузии кремния в них определяет скорость течения породы. Во-вторых, в отличие от многих типов оливина, кристаллы, использовавшиеся в исследовании, не содержали железа, а ведь минералы деформируются по-разному в зависимости от концентрации этого элемента. Поэтому, заключает г-н Чакраборти, претензии надуманны.

Со своей стороны, г-н Фэй намерен разобраться в том, как кремний диффундирует через границы крупинок минералов, — может быть, там он ведёт себя не так, как в одиночном кристалле.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПУЛЕНТА

Увеличение кислотности морской воды может привести к коренным изменениям азотного цикла.

Схема азотного круговорота в океане (иллюстрация авторов работы)Азот — одно из важнейших питательных веществ в океане. Все организмы от микробов до голубых китов с помощью азота образуют белки и другие нужные соединения. Некоторые микроорганизмы используют определённые химические формы азота в качестве источника энергии. Одна из групп таких микроорганизмов — окислители аммиака — играет ключевую роль в определении того, какие формы азота присутствуют в океане.

Между тем очень мало известно о том, как окисление океана может повлиять на жизнедеятельность окислителей аммиака и прочих важных микроорганизмов.

Майкл Беман из Гавайского университета и его коллеги поставили шесть экспериментов в двух океанах. В каждом случае, когда исследователи повышали уровень кислотности воды, популяции окислителей аммиака сокращались. Результаты оказались на удивление похожими в разных регионах Мирового океана.

В ходе нитрификации океанов в атмосферу поступает один из главных парниковых газов — закись азота. Поэтому при прочих равных условиях снижение интенсивности этого процесса должно принести пользу. При падении рН морской воды на 0,1 учёные оценивают уменьшение выбросов закиси азота на величину, сопоставимую со всеми текущими выбросами этого газа в результате сжигания ископаемого топлива и промышленной деятельности.

Этот эффект, впрочем, может быть нивелирован другими формами глобальных экологических изменений — например, ростом осаждения азота в океане или снижением концентрации кислорода в некоторых областях океана.

Есть и другое возможное следствие. По мере того как двуокись углерода, образованная в результате человеческой деятельности, будет наполнять океаны, организмы, занимающиеся окислением аммиака, станут утрачивать свои конкурентные преимущества. В отдалённой перспективе это приведёт к тому, что нитраты перестанут быть основной формой хранения азота в океане и уступят своё место восстановленному аммонию.

С уменьшением среднего рН океана с 8,1 до 8,0 с нитратов на аммоний перейдёт до 25% особей, входящих в первое звено пищевой цепи. Последствия такого сдвига нелегко предсказать.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Получены новые данные в пользу того, что солёные грунтовые воды бассейна Витватерсранд в Южной Африке оставались изолированными в течение многих тысяч и, может быть, даже миллионов лет.

Карта бассейна Витватерсранд (иллюстрация Witwatersrand Deep Microbiology Project) Международная группа учёных нашла в воде на глубине трёх километров благородный газ неон.

Необычный набор характеристик неона наряду с высокой солёностью и некоторыми другими уникальными химическими сигнатурами очень отличается от всего, что учёные видели в жидкостях и газах, выходящих из-под земной коры. «Химические сигнатуры также не совпадают с содержимым океанов и водой, залегающей выше в том же бассейне, где, как и в большинстве других регионов коры, подземные воды несут следы смешения с поверхностными и активно колонизируются микроорганизмами, — подчёркивает участник исследования Барбара Шервуд Лоллар из Университета Торонто (Канада). — Мы пришли к выводу, что глубокие воды стали результатом изоляции и активного химического взаимодействия между водой и породой на протяжении невероятно долгого даже по геологическим масштабам времени».

«Мы знаем, что данная конкретная сигнатура изотопов неона создавалась по крайней мере два миллиарда лет назад, — продолжает специалист. — Мы всё ещё можем найти её там и сегодня. Исследование показывает, что некоторая часть неона вышла из минералов, постепенно растворилась и накопилась в расщелинах. Это могло произойти только в водах, которые действительно были отрезаны от поверхности в течение чрезвычайно длительного периода времени».

Тем самым уникальный природный феномен стал ещё более уникальным. Ранее, напомним, здесь была обнаружена наиболее глубоко живущая микробная экосистема планеты. Местные организмы не зависят от солнечного света, существуя за счёт химической энергии породы. «Учитывая то, что они имеют генетическое сходство с организмами, обнаруженными в районе гидротермальных источников, мы считаем их не отдельной ветвью древа жизни, а потомками древних микробов, которые прибыли из других регионов, — подчёркивает г-жа Шервуд Лоллар. — Очевидно, что длительный период изоляции сказался на их эволюции».

Результаты исследования будут опубликованы в журнале Chemical Geology. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Развитие средств прямого обнаружения экзопланет идёт полным ходом и ставит перед исследователями вопрос: как полученные изображения экзопланет и экзолун можно использовать для определения их обитаемости? Астрономы из Германии и США, проведя моделирование различных вариантов такой «окраски», пришли к выводу, что по ней действительно можно судить о наличии и даже до некоторой степени о составе биосферы.

Бóльшая часть доминирующих на Земле форм жизни демонстрируют резкий скачок альбедо в красной и инфракрасной частях спектра. (Графики Siddharth Hegde, Lisa Kaltenegger.)Как выглядит из космоса Земля, известно: в 1990 году по просьбе Карла Сагана «Вояджер-1» сфотографировал планету с удаления в 6 млрд км. Итог был предсказуем: 0,12 пиксела, или «бледная голубая точка» (Pale Blue Dot).

Сиддхарт Хедж из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) и Лиза Калтенеггер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) отмечают: такой цвет на 100% обусловлен обитаемостью Земли, в основном водой, покрывающей 70% её поверхности. Кроме того, значительный вклад дают растительность (которой покрыто 60% твёрдой поверхности), снег, пустыни и пр.

Однако так планета выглядела не всегда, и очень вероятно, что такого цвета нет у многих потенциально обитаемых планет за пределами нашей Солнечной системы.Даже на сегодняшней Земле доминирующие цвета фотосинтезирующих организмов не обязательно зелёные — как показывают эти бактерии-галофилы из австралийских солёных озёр. (Фото Cheetham Salt Limited.)

Более того, гипотетический наблюдатель (с аппаратурой соответствующего уровня) из другой звёздной системы разглядит не только этот (голубой) цвет. Давно известно, что при суточном вращении Земли поглощение красного света будет периодически резко падать («красный край») — по мере того как от океанских просторов инопланетный телескоп будет переходить на покрытые растительностью (отражающей свет в красном диапазоне спектра) пространства суши. Альбедо растений в среднем вырастет с 680 до 730 нм, с 5 до 50%, что нельзя не заметить. Однако, подчёркивают учёные, жизнь предоставит индикаторы такого рода лишь при соблюдении ряда условий. Вокруг звёзд отличного от Солнца спектрального класса возможен «синий край», когда (во избежание перегрева более коротковолновым излучением) альбедо растений будет резко возрастать не в красной и инфракрасной частях спектра, а в ультрафиолетовой и фиолетовой.

С другой стороны, отмечают исследователи, анализ цвета способен помочь при выявлении менее развитой жизни — например, экстремофильной. Лишайники, биоплёнки, цианобактериальные маты эффективно обнаруживаются по специфическим цветам, и их доминирование, несомненно, придаст поверхности планеты свои оттенки.

В целом авторы работы при выборе объектов рекомендуют отдавать предпочтение планетам голубой части спектра перед красноватыми типа Марса. Среди прочего такой цвет сигнализирует о значительном присутствии жидкой воды, что повышает шансы на обнаружение жизни.

В то же время остаются варианты, не поддающиеся обнаружению названным способом. Почвенные экстремофилы для защиты от ультрафиолета и иных угроз могут вовсе исчезнуть с поверхности, и тогда их влияние на цвет экзопланеты будет минимально. Очень сложно также наблюдать планеты с серьёзной облачностью…

И ещё одно. Современный научный мир не вполне твёрдо уверен в исключительности нынешних оттенков земной тверди. Ведь в иные геологические эпохи окрас мог отличаться от сегодняшнего, не так ли? Скажем, гипотеза «пурпурной Земли» предполагает, что в период возникновения жизни планета вполне могла выглядеть не зелёной, как сегодня, а красно-фиолетовой. В процессе фотосинтеза древние автотрофы могли пользоваться не хлорофиллом, а совсем другим веществом — например, бактериохлорофиллом. Его и сегодня применяет группа фотосинтезирующих протеобактерий, обитающих в воде. Они содержат красные пигменты: бактериохлорофиллы a и b, а также каротиноиды, придающие им пурпурный цвет. Такие пигменты позволяют эффективно использовать (поглощать) свет зелёной части спектра. Так вот, если верить «пурпурной Земле», кроме бактериохлорофилла, первые автотрофы могли использовать для фотосинтеза альдегид витамина А, что также должно было придавать им специфический красный цвет.

Кстати, предполагается, что зелёный цвет хлорофилловые организмы приобрели случайно — в конкуренции с пурпурными. После же вытеснения тех, первичных автотрофов зелёный закрепился как общая черта фотосинтезирующих организмов. Словом, если гипотеза верна, то зелёный цвет даже в условиях жизни под солнцеподобной звездой случаен, а потому не может рассматриваться как достоверное свидетельство высокоразвитой жизни.

С препринтом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Аппаратам, которые отправятся исследовать огромный подповерхностный океан, возможно, существующий на спутнике Юпитера Европе, придётся бурить очень, очень глубоко.

Изображение Европы, составленное на основании снимков аппарата «Галилео» 1995 и 1998 годовНовое исследование говорит о том, что вода может оставаться в жидком состоянии близ поверхности Европы лишь несколько десятков тысяч лет — мгновение по сравнению с возрастом Солнечной системы.

Клара Калусова из Нантского университета (Франция) и Карлова университета (Чехия) пришла к выводу, что если там и есть всемирный океан, то он расположен относительно глубоко — примерно в 25–50 км под поверхностью. Она не исключает возможности, что кое-где вода находится ближе (скажем, на глубине 5 км), но там она пребывает несколько десятков тысяч лет, после чего уходит в недра спутника.

О том, что Европа, диаметр которой 3 100 км, имеет гигантский океан под ледяной оболочкой, говорят многие. Хотя поверхность спутника холодна, тепла, создаваемого в её внутренностях притяжением Юпитера, вполне достаточно для поддержания воды в жидком состоянии. По некоторым оценкам, дно океана может располагаться в 100 км под замороженной твердью.Изображение K. Kalousová

На Земле жизнь можно найти повсюду, где есть вода, поэтому Европа и манит к себе исследователей. Однако остаётся неизвестным, насколько трудно будет добраться до тамошнего океана отважному автоматическому путешественнику. Есть и такие учёные, которые подозревают, что до воды всего несколько километров.

Г-жа Калусова провела математическое моделирование того, как смесь жидкой воды и твёрдого льда ведёт себя в определённых условиях. Выяснилось, что различия в плотности и вязкости (а также других показателях), возможно, заставляют воду, оказавшуюся близ поверхности Европы, быстро просачиваться через частично растаявший лёд вниз — к остальному океану.

Европа не единственная луна Солнечной системы с подземным океаном. Другие спутники Юпитера, Каллисто и Ганимед, тоже считаются кандидатами на водные резервуары, как и спутник Сатурна Энцелад. Г-жа Калусова отмечает, что её исследование полезно для понимания и этих миров, а также Титана — гигантской луны Сатурна — с его погодной системой, основанной на углеводородах. Подобно Европе, первые геологически активны, а на Титане тоже происходят процессы, связывающие его внутреннюю часть с поверхностью.

Результаты исследования представлены на Европейском конгрессе наук о планетах в Мадриде.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 В последние годы в астрономической среде предпринимаются попытки разработать методику, позволяющую обнаружить океан жидкой воды на поверхности экзопланет. Важность такой находки ясна: биологи уверяют, что океан — необходимая предпосылка жизни. Однако, согласно последнему исследованию, астрономы вполне могут обнаружить вместо океана нечто совсем иное.

Жидкая вода под светом ближайшей звезды имеет тенденцию блестеть, мерцая при этом. Казалось бы, это позволяет обнаружить океан жидкой воды даже тогда, когда саму планету увидеть не удаётся. Собственно говоря, лунную или солнечную дорожку на воде должно быть очень хорошо видно из космоса. И фото со спутников подтверждают это.

При прохождении планетой фазы «серпа» в тот момент суток, когда мы наблюдаем часть её поверхности неосвещённой, альбедо должно периодически меняться за счёт блеска поверхности воды.

Но группа исследователей из Северо-Западного университета (США) под общим руководством Николаса Коуэна решила выяснить, можем ли мы спутать такие колебания с чём-то ещё. Для этого была смоделирована Земля в период её годового цикла, как бы наблюдаемая из иной планетной системы.

Из модели заранее исключили зеркальные отражении света Солнца от поверхности океанов. Как будто океанов на нашей планете никогда не было. И тем не менее периодические вспышки — рост альбедо с разной периодичностью — выявить удалось. Что за комиссия, создатель?

Планеты с небольшим наклоном оси, как у Земли, оказались склонны к резким и сильным переменами альбедо в период около 22 июня и 22 декабря, сначала в северном, а затем и в южном полушарии. Тогда, когда Земля будет выглядеть для инопланетных астрономов серпом, отражения ото льда полярных шапок будут резко увеличивать альбедо по сравнению с периодами около 22 сентября и 22 марта, когда освещённость полюсов ближе к освещённости экваториальных областей. «Проблема в том, — отмечает г-н Коуэн, — что свет отражают как раз те регионы, где много льда. То есть вероятность активной жизни там мала». Скажем, водный лёд есть в приполярных районах Луны и Меркурия, но жизни там нет.

И тем менее найти экзоокеаны можно, хотя и другими методами. Первый предложенный исследователями путь — вариации цветов поверхности: если в одном из полушарий доминирует океан, а в другом — суша, цвета поверхности будут меняться систематически. Второй механизм поиска — частичная поляризация света, отражающегося от океанов (вода в существенной степени поляризует преломляемый свет). Третий метод включает отслеживание отражения в период убывания видимого диска на протяжении всего года планеты. Если сезонной вариации альбедо не будет, а суточная окажется устойчивой, то вариант отражения света полярными льдами можно будет отринуть и считать, что речь идёт об океане. Правда, все эти механизмы надёжно работают лишь для планет, в среднем покрытых облачностью не более чем на 50% (впрочем, у Земли и того нет).

Соответствующая работа принята к публикации в Astrophysical Journal.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

и стоит искать на Марсе окаменелости, то только в грязи и глине: лучше сохраняются.

Увы, анализ 226 марсианских областей, которые считаются дном высохших водоёмов, показал, что лишь треть из них имеет соответствующие отложения на поверхности.

Группа учёных из Университета Брауна (США) изучила фотографии, полученные космическими аппаратами Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey и Mars Express. Специалисты находили древнее озеро, а затем анализировали свет, отражённый от него.

Найдено всего 79 подходящих мест. Это может говорить и о том, что марсианская вода смешивалась с грунтом не так, как на Земле (для создания глины необходима проточная вода, которая вымывает частицы минералов и перемешивает их), и о том, что вода пребывала на поверхности Красной планеты очень недолго. Но если хоть какая-то жизнь всё же успела развиться, залежи глины и донные отложения должны содержать её следы — и размер организма значения не имеет.

Кстати, марсоход «Кьюриосити», который приступит к работе этим летом, как раз займётся поиском соответствующих месторождений в кратере Гейла.

Все изученные озёра более чем за 3,7 млрд лет были скрыты лавой или ледниками, которые затем подверглись сильной эрозии, после чего отложения снова показались на поверхности. Самый яркий пример — область под названием Русло Нила (Nili Fossae), где высохшие озёра встречаются особенно часто. Этот регион претерпел настолько сильную эрозию, что обнажились породы возрастом 4,1 млрд лет. Специалисты очень надеются на помощь подобных процессов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Icarus.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА