Живые машины

Природа всё придумала до нас. Об этом не стоит забывать, когда нужно решить какую-либо сложную задачу. Один бойкий американец канадского происхождения вспомнил об этом, когда проектировал своё первое водоочистное сооружение. Позже эта задумка получила символическое название "Живые машины".

Теперь доктор Джон Тодд (John Todd) обладает множеством патентов и званием "Heroes for the Planet", присуждённым ему журналом Time, является автором более чем двухсот статей на различные темы, касающиеся биологии и экологии.

В своё время Джон в буквальном смысле вернулся к корням. Теперь всех экологических проектов и разработок этого гениального человека здесь и не перечислишь. Но на одной всё же остановимся.

Как мы уже сказали, называется этот проект Living Machines. По сути, разработанная Тоддом система, является не чем иным, как искусственно созданной (собранной) экосистемой, главная задача которой – очищать загрязнённую воду.

Обычные заводы по очистке сточных вод выглядят вот так (фото с сайтов machineryandequipment.com, ambler.pa.us, niroinc.com и roseville.ca.us).

Что же внутри? По специальным маршрутам вода проходит серию бассейнов, населённых водными и болотными растениями, бактериями, водорослями, простейшими живыми организмами, планктоном, улитками, моллюсками, рыбой и прочими животными.

На каждом этапе жители маленького мира забирают те или иные загрязняющие вещества, насыщают живительную влагу кислородом, обеззараживают и избавляют её от патогенных микроорганизмов.

Так, сначала вода проходит через отстойный бак, в который не поступает воздух. В нём осаждаются все тяжёлые примеси. Также здесь обитают анаэробные бактерии, которые производят кислоты и метан. Этот этап не нужен, если поступающая вода не слишком мутная.

В Северном зоопарке очистные сооружения и вовсе спрятались за местной флорой так, что сразу и не разглядишь (фото с сайта inhabitat.com).

Следующий этап: сточные воды проходят сквозь биофильтр и гуминовые материалы, утрачивая неприятные запахи.

Далее частично очищенная вода проходит закрытый и открытый баки, каждый из которых снабжает воду кислородом и биологическим материалом (мёртвые водоросли) для следующих экосистем. В них часть вредных веществ переводится в формы, которые могут переварить растения, проживающие в следующих баках.

Планктон питается микроорганизмами и поглощает взвешенные частицы размером до 25 микрометров (молодые особи и до 1 микрометра). Отметим, что фильтры, созданные человеком, пока ещё не способны совершить что-либо подобное. Затем планктон становится пищей для рыб и моллюсков.

Улитки очищают воду и стенки сосудов от слизи. Как следствие, растениям и организмам поступает больше света (улучшается фотосинтез). Моллюски фильтруют около 40 литров воды в день и при этом поглощают около 99,5% коллоидных веществ. Последним, кстати, вода подчас достаётся даже более чистая, чем та, что окружает их в естественной среде обитания. Таким образом, на данном этапе можно даже говорить о взаимовыгодном сотрудничестве человека и моллюсков.

Один сенатор в шутку назвал создателей "Живых Машин" скрягами: ходят по болотам, собирают растения, ил и грязь, чтобы потом ими чистить воду (иллюстрация Penn State).

Главное преимущество Living Machines перед классическими заводами в том, что они по-своему просты и полностью дружественны природе. Никаких тебе сложных и дорогостоящих химических соединений, многоступенчатых систем фильтров и сложных в производстве технических сооружений.

Соответственно, проще становится и уход за системой. Именно по этой причине Living Machine могут очищать воду, необходимую как для нужд обычного садового участка, так и целого зоопарка (от 9,5 до 757 тысяч литров в день). Кстати, последний был заказан Северным зоопарком (Noorder Dierenpark) голландского города Эммена.

Кроме того, если обычные очистные сооружения в результате своей работы всё равно дают некоторое количество токсичного осадка, то Living Machines почти все загрязнители переводят в биомассу.

Джон Тодд, по его собственному признанию, в начале своей карьеры был "учёным, наблюдавшим Конец Света". Ему очень хотелось разузнать секреты лесов и озёр (фото CNN).

Среди аргументов сторонников природных методов очистки есть и ещё один немаловажный пункт: затраты на строительство и работу комплекса инженерных сооружений значительно больше.

Living Machines почти полностью состоят из природных составляющих, в то время как для создания классических очистных заводов природные ресурсы необходимо перерабатывать. Кроме того, доказано, что на получение того же количества чистой воды затраты на энергию в Living Machines на 10-25% ниже.

Первая миниатюрная экосистема появилась в далёком 1969 году (тогда её название, конечно же, было другим), и с тех пор Living Machines постоянно развивались и улучшались.

К 1999 году компания Living Technologies установила на территории США шестнадцать водоочистных природных систем, и ещё восемь за их пределами. Некоторые используют Living Machines для муниципальных нужд, некоторые для предприятий (есть среди них даже производители шоколада).

Сейчас только в Америке планируется построить ещё шесть подобных систем.

Типичная схема работы Living Machine: 1 – вход загрязнённой воды в систему, 2 – основной резервуар, 3 – фильтр, 4 – теплица с растениями, 5 – система дезинфекции (если нужна), 6 – пульт управления, 7 – бак для очищенной воды, 8 – повторное использование чистой воды (фото Living Machines).

С каждым годом создатели стремятся улучшить характеристики выпускаемой продукции. В частности, учёные стараются максимально увеличить площадь поверхности контакта биоты с водой. Кроме того, разрабатываются всё новые и новые ячейки для лучшей очистки воды.

"Всё гениальное – просто". Да, именно так. Но сложно недооценить, как много работы проделали разработчики Living Machines и сколько всего нового они открывают людям каждый день, предлагая самые разные природные (экологически чистые) решения под конкретные задачи.

А так выглядит часть водоочистных сооружений компании Tyson Foods в Берлине (фото и иллюстрация с сайта toddecological.com).

Недавно ещё одному концепту компании присудили награду Buckminster Fuller Award за очистку водных запасов Аппалачей.

Сейчас под названием Living Machines по всему миру (список основных проектов смотрите здесь) выпускаются системы с самым разным предназначением. А некоторые варианты и вовсе имеют другие названия, хотя работают по тому же принципу.

Но что бы мы делали, не будь гениального Джона Тодда?

Веломобиль

Думается, если автор отвлечётся от идиллии на картинках и построит полноразмерный прототип, его ждёт немало сюрпризов (иллюстрация Miroslav Miljevic).

"Я считаю, это именно то, что сегодня требуется", – говорит дизайнер Мирослав Мильевич (Miroslav Miljevic) из лондонской компании Z & Co Design, придумавший "солнечный" велосипед под названием Cycle Sol.

На Cycle Sol можно ехать как на обычном велосипеде, крутя педали. Правда, сидеть при этом придётся "комфортно" – откинувшись и держась за расположенные по бокам рукоятки руля.

Как Мирослав представляет себе хотя бы момент трогания с места или заезд на бордюр, остаётся только гадать. Удержать равновесие во время поездки на такой "эргономичной конструкции" наверняка непросто. Не говоря уже о высокой вероятности падения, в результате которого велосипедиста придавит нехилая рама. Почему не сделать это трёхколёсным?

Колёса должны быть сделаны из поликарбоната, кузов – из композита на основе пластмассы. Запуск движка и переключение скоростей – на правой рукоятке руля. Батареи спрятаны над передним колесом. Насчёт тормозов информации ноль (иллюстрация Miroslav Miljevic).

Но Мильевич нисколько не смущается и напирает на "зелёность" своего детища: дескать, это "экологически чистое и эффективное решение для путешествий".

По замыслу изобретателя, заднее колесо может приводить небольшой электродвигатель, разгоняя велик до 24 км/ч и облегчая подъём в гору. Литиево-ионный аккумулятор для движка собирает энергию с помощью солнечных батарей на крыше, а когда такой возможности нет, Cycle Sol заряжается от бытовой розетки за несколько часов. Одной зарядки, по идее, должно хватать на 30-50 км.

Автор продумал кучу мелочей, но, похоже, забыл о главном (иллюстрация Miroslav Miljevic).

"На данный момент Cycle Sol является лишь концепцией, но я надеюсь, что буду иметь возможность строить и выпускать его", – сообщил Мирослав, добавив, что уже вроде как нашёл одного заинтересовавшегося производителя. Слабо верится, что такой курьёзный веломобиль доберётся до массового производства, не так ли? "А если случится худшее и пойдёт дождь, благодаря крыше вы останетесь сухим", – отмечает дизайнер.

Впрочем, видали мы и не такие фокусы. Взять хотя бы электрический одноколёсный байк. Кстати, первый "полностью солнечный велосипед" поступил в продажу ещё в мае 2006 года.

---

Источник: Daily Mail

3-х мерные фотографии

Японский производитель бытовой техники и электроники Fujifilm объявил о создании первого в мире фотоаппарата, способного делать фотографии с графикой 3D. Несмотря на то что многочисленные попытки различных компаний передать фотоизображения в трехмерном объеме пока терпели неудачу, представители японской фирмы уверяют, что добились наконец нужного эффекта, сообщают японские СМИ.

Новая разработка Fujifilm работает с помощью системы FinePix Real 3D System, которая при каждом нажатии кнопки фотоаппарата делает не один, а два снимка, немного различающихся между собой, благодаря чему возникает эффект углубленности. По словам производителей, устройство работает по принципу двойной линзы.

3D-фотоаппарат впервые представлен публике в Германии на выставке Photokina, проходящей с 23 по 29 сентября в Кельне. Представители компании обещают также выпустить в продажу специальные 8,4-дюймовые 3D-рамочки без стекла и принтеры. Кроме фотографий новинка сможет создавать и трехмерное видео. Полученное изображение можно сразу будет просмотреть на жидкокристаллическом экране, расположенном на задней стороне устройства. Фотоаппарат появится в продаже в следующем году.

Новое лекарство против алкоголя

Американские учёные разработали новое средство для борьбы с алкогольной зависимостью. Клинические испытания на крысах показали, что в результате приёма нового препарата животные, страдающие пристрастием к этанолу в тяжёлой форме, отказывались от его употребления на длительный срок.

В настоящее время у весьма актуальных, к сожалению, проблем алкоголизма и наркомании нет по-настоящему действенного терапевтического решения: на рынке представлены несколько препаратов, ни один из которых не является оптимальным.

Например, достаточно популярный у врачей-наркологов налтрексон (МНН naltrexone) помогает лишь незначительному числу пациентов. Его действие предусматривает блокировку определённых рецепторов в головном мозге, тем самым как бы лишая человека, страдающего зависимостью, "приятных ощущений", связанных с употреблением алкоголя или наркотиков. Но само влечение и связанные с ним психологические проблемы никуда при этом не исчезают.

Тем не менее именно на базе налтрексона нейрофизиологи из университета Калифорнии в Сан-Франциско (University of California, San Francisco) во главе с Селеной Бартлетт (Selena Bartlett) решили разработать более действенное средство.

Дело в том, что опиоидные рецепторы, ответственные за состояние эйфории, подразделяются на множество типов, каждый из которых оказывает специфическое воздействие на организм (хотя оно и не является исключительным).

Специализация налтрексона – мю-рецпторы, которые особенно важны для восприятия и обработки сигналов о вредоносных воздействиях.

Американцы же попытались подобрать такую формулу препарата, чтобы сфокусировать его действие на дельта-рецепторах. Последние более редки, но, как полагают некоторые учёные, в большей степени связаны с получением удовольствия, чем с нейтрализацией боли (механизмы эти взаимосвязаны).

Клинические испытания синтезированного в итоге дельта-антагониста, получившего название SoRI-9409, уже проведены – на крысах. Отчёт об этом исследовании опубликован в журнале Biological Psychiatry.

Животным, страдающим пристрастием к спиртному в тяжёлой форме, давали препарат в течение 28 дней. В результате ещё четыре недели после окончания курса терапии они воздерживались от употребления алкоголя и в целом в два раза снизили его потребление.

"Одна из самых острых проблем в этой области состоит в том, что когда пациенты возвращаются домой из клиники, они нередко возобновляют приём психоактивных веществ", — подчёркивает доктор Бартлетт.

Таким образом, авторы нового препарата надеются значительно повысить эффективность реабилитации пациентов, обеспечив устойчивую ремиссию на "физиологическом" уровне.

Читайте также о том, как бороться с алкоголизмом помогает почта, а также об алкоголизме у животных.

Перчатка

Свобода общения в век Интернета достигла поистине невиданных масштабов. Чаты, форумы, блоги, социальные сети, неясный Web 2.0, ещё более туманный Web 3.0 – удивить нас, казалось бы, уже невозможно. Но некоторым это удаётся. Как, например, прекрасной итальянке из Вечного города, придумавшей перчатку для онлайнового обмена впечатлениями.

Поток сознания – весьма специфический сегмент сетевого общения. Однако и он имеет право на существование: социализация, пусть даже виртуальная, это не только плод "ума холодных рассуждений", но и – не в последнюю очередь – "сердца горестных замет".

Уже сейчас некоторые "друзья", сообщники, просто умные и интеллигентные интернет-пользователи могут быть гораздо симпатичнее и ближе иных "аналоговых" окружающих. Так почему бы не поделиться с ними своими незамутнёнными чувствами? Никакой ярмарки тщеславия – всё а-ля натюрель.

По всей видимости, автор концепции рассчитывает, что популярности устройства, транслирующего ваши чувства в прямом эфире, будут способствовать эффекты и феномены виртуального общества. В обществе этом, по мнению некоторых гуру, социализация будет происходить по другим правилам в сравнении со стандартными, "биологическими" обстоятельствами. И передача информации об ощущениях станет более формализованной и менее интимной (иллюстрация с сайта yankodesign.com/Valeria Fuso).

Сервисы, предоставляющие возможность коротких заметок о личной жизни, существуют, и уже приличный по вебовским меркам срок.

В последнее время на фронтире этого направления обосновались специализированные микроблоги-"щебеталки" вроде Twitter, и ещё более минималистские тлоги вроде tumblr. Социальные сети опцию событийного общения тоже, как правило, обеспечивают.

Но в какой-то степени всё это тянется ещё с первых сетевых экспериментов. Да что там – начиная с изобретения письменности. Или даже языка. В общем, потребность в сопереживании – далеко не новость, тут первоисточником служат сам порыв и человеческая природа.

К тому, чтобы спокойно растопыривать пальцы на публике, надо привыкнуть. С другой стороны, и на Bluetooth-гарнитуру тоже поначалу косились, а потом – прижилась (кадры Valeria Fuso).

Что, впрочем, не отменяет важность пользовательского интерфейса. Представьте: в XI веке, повесив лапти на гвоздь, вы встречаете майский рассвет в поле и отписываете своему приятелю на берестяной грамоте о том, как вам хорошо. А потом – с попутным ямщиком да по кочкам. То же и с современными средствами коммуникаций.

Можно, конечно, взять наладонник или даже SMS-сообщение отправить с обычного телефона прямо в блог. Но время, время! Одно мгновение – и зыбкое чувство испарилось куда-то, уступив место хмурым лицам прохожих и беспрерывно гудящему потоку автотранспорта.

Да и возможности слова ограничены. Не у всех есть литературные способности, достаточные, чтобы выразить в нескольких строках всю гамму эмоций. К тому же спонтанность мгновенных сообщений диктует определённые правила и модели поведения, в том числе самоцензуру.

В погоню за честностью, чистотой и ускользающей красотой отправилась молодой итальянский дизайнер Валерия Фузо (Valeria Fuso). Она подумала: а что если наши чувства, впечатления, а по возможности и мысли, будут транслироваться "в мир" напрямую? Технологии, благо, уже позволяют.

Так родилась идея "Перчатки ощущений". Это такое устройство, которое должно стать для пользователя вторым "Я" – цифровым, но при этом совершенно самостоятельным.

	Для подстраховки вашей privacy, а также для удобства есть ручной режим (иллюстрация с сайта yankodesign.com/Valeria Fuso).

И обмануть виртуальное "Я" будет так же непросто, как самого себя, – девайс оснащён датчиками движения, измерения температуры, а также фото— и видеокамерой с диктофоном. Всё это хозяйство может работать в автоматическом режиме, не пропустив ни одного момента вашей прекрасной жизни.

Режим этот, кстати, работает по не вполне понятному пока алгоритму. Тем не менее он позволяет совсем забыть о суровой необходимости блогинга – перчатка сама выбирает, какую информацию необходимо воспринять и зафиксировать.

И это вовсе не эрзац по сути наигранных реалити-шоу, ведь мы говорим об Интернете и о полной прозрачности. Скорее это сублимация идеалистических воззрений коллективного бессознательного. Старая, но действующая безотказно задачка: попробуйте целый день вести себя так, будто за вами наблюдают окружающие. То-то.

Принцип действия порта Wi-Fi пока не до конца понятен. На прототипе Experience Recorder предусмотрена возможность связи через ноутбук. Который, видимо, всё же придётся носить с собой, в довесок к перчаточке. Но это временно: технологически ничего сверхъестественного в "имплантации" соответствующего железа и программной оболочки нет (кадр Valeria Fuso).

Самое главное в Experience Recorder – возможность мгновенного самостоятельного доступа к Сети посредством Wi-Fi. Данные, полученные за определённый промежуток времени, — картинки, видеоролики, песни уличных музыкантов и ваша температура – транслируются в блог, вернее, в микроблог.

Конечно, для того чтобы всё это заработало "как надо", вероятно, понадобится разработка нового сервиса с соответствующей архитектурой. Ну да за стартапом ли дело…

Чёткая хронология событий за день? С картинками, с прочими интимными подробностями? Voilà! В конце концов, на чувствах, а также на их эксплуатации можно заработать не меньше, чем на "информации" (хотя никто толком не знает, что это такое).

В блоге можно будет найти данные по вашему температурному режиму, а также увидеть в точности то, что видели вы. А потом свести дебет с кредитом. Кстати, добавить другие контрольные параметры вроде значений пульса или давления в будущем не составит труда (кадры Valeria Fuso).

Тут всё опять упирается в человеческие отношения. Не каждому будет интересно наблюдать, что там ощущает некий анонимный господин или дама. Нужен круг общения. Сначала люди – потом технологии.

Хотя, кто знает, может, один-два "настоящих друга" уступят-таки место более многочисленным и обезличенным "френдам" и прочим сообщникам, не отвлекающим внимание излишней мимикой и прочими физиологическими подробностями. В общем, перспективы весьма заманчивые.

Волна вышеупомянутых реалити-шоу основательно расчехлила кошельки рекламодателей. Совсем недавно это было. Вполне возможно повторение более честной и разнообразной интимности в Интернете. Вот за сеньоритой Фузо можно было бы с удовольствием понаблюдать. Какое-то время (кадры Valeria Fuso).

Единственное, что несколько настораживает уже сейчас, – возможность добавления к девайсу дополнительных датчиков и контроллеров в случае его массового распространения. Не в нынешнем виде, конечно.

Сейчас цветовая гамма перчатки как будто специально подобрана для прощального тура Бори Моисеева. А вот если устройством заинтересуются более брутальные персонажи… Перекрасить в чёрный свет – и здравствуй, Большой брат.

В любом случае, не удивляйтесь, если увидите на улице человека, смотрящего на вас, сложив ладонь в подзорную трубу. Он не хочет украсть вашу душу – это для блога.

Исчезающие океаны

Всё течёт, всё меняется. Весь мир вокруг нас находится в движении. Даже земля в буквальном смысле уходит из-под ног, хотя это и не очень заметно. Моря и океаны, материки и архипелаги – ничто не знает покоя. До поры до времени: увы, рано или поздно геологическая жизнь планеты остановится. Но есть способ отсрочить приговор – с помощью океанов и суперконтинентов.

Сейчас каждый школьник знает, что оболочка Земли неоднородна и состоит из относительно цельных плит, находящихся в постоянном движении. Однако механизмы, управляющие тектонической активностью, весьма сложная штука.

Несмотря на всё изящество и логичность концепции "одни плиты раздвигаются, а другие сталкиваются", в каждом конкретном случае геофизические процессы столь замысловаты, что детально описать, например, образование горных цепей – задачка не из лёгких.

Оболочка Земли называется литосферой. В неё входят твёрдая кора и самая холодная, вязкая часть верхней мантии. Континентальная и океаническая оболочки различаются. Если упрощённо, они представляют собой граниты и базальты. Некоторые платформы сложены исключительно океанической корой, другие состоят из блока континентальной, "впаянного" в океаническую. Вот как это выглядит в цифрах: мощность континентальной литосферы составляет от 40 до 200 километров (а по некоторым оценкам до 400), в том числе кора – от 30 до 50 километров; мощность океанической литосферы – от 50 до 100 километров, в том числе кора – от 7 до 10 километров. Отметим, что данные эти приблизительные и в будущем могут уточняться (иллюстрация U.S. Geological Survey).

Да и утвердилась "мобильная" точка зрения относительно недавно – в 1960-х и 1970-х. До этого господствовали "стационарные" представления. Например, горы, согласно распространённой ещё в начале XX века гипотезе, рождались подобно морщинам на сушёном яблоке – по мере остывания коры.

Впоследствии появился ряд других теорий, но все они так или иначе отвергали саму возможность движения континентов. Даже призывы сравнить линии побережья Африки и Южной Америки, складывающиеся, казалось бы, в очевидный пазл, не производили никакого впечатления на официальную науку.

Главным основанием для скепсиса было отсутствие видимой причины дрейфа материков: сила, толкающая их, должна быть огромна. Но в чём её источник?

Наиболее крупных плит восемь: Северо-Американская, Евразийская, Южно-Американская, Африканская, Индостанская, Австралийская, Антарктическая и Тихоокеанская. Самостоятельность "мегаплит" в целом не вызывает сомнений, но их границы не везде являются однозначными. Крупнейшие платформы в основе своей имеют древние ядра – кратоны, которые возникли на заре тектонической активности. Сибирь, например, один из таких "нуклеаров". Для нас основное значение имеет разделение литосферы на континенты и океаны, однако оно далеко не всегда совпадает с делением литосферы на плиты (иллюстрации с сайтов learner.org, wikipedia.org).

Разгадка пришла из океана. Подробная карта его рельефа выявила гигантские подводные хребты (общая протяжённость более 60 тысяч километров), на которых, в свою очередь, были обнаружены следы молодой по геологическим меркам породы.

Оказалось, что недра Земли пронизаны конвективными потоками, по которым происходит перемещение мантийного вещества. А основным источником энергии этих течений служит разность температур горячего ядра (порядка 5000 °C) и холодной поверхности.

Дальнейшие исследования позволили более детально сформулировать основные причины движения плит. Их оказалось две. Вернее, одна, но о двух лицах.

Когда океанические плиты сталкиваются – между собой, либо с континентальными – одна из них "подныривает" под другую. В последнем случае "победителем", за очень редкими исключениями, становится материк. Этот процесс и называется субдукцией. Уходящая вниз плита попадает в горячую область мантии и тоже нагревается, размягчаясь при этом. Расплавленная порода прорывается наружу, деформируя верхнюю часть литосферы (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

Во-первых, это подъём расплавленной породы в районах срединно-океанических хребтов, её застывание и последующее соскальзывание вниз, сопровождаемое расширением дна, – "спрединг".

Во-вторых, это компенсирующее погружение холодных плит вниз на границе с другими платформами – "субдукция" или пододвигание одного участка литосферы под другой.

	Современность – крупица в геологической истории Земли. Древнейший найденный минерал датируют периодом около 4,4 миллиарда лет назад, то есть по сути ещё догеологической (в современном представлении) эпохой — Катархеем (иллюстрация с сайта wikipedia.org/MEMBRANA).

Фактически это единый механизм, результатом которого является своеобразный круговорот мантии в природе, увлекающий за собой материки и океаны – за счёт вязкости, а также результирующего бокового давления смежных платформ.

Тектоническая теория получила скорое подтверждение с открытием магнитных аномалий океанического дна. Дело в том, что при застывании вулканических пород в них сохраняется остаточная намагниченность, то есть ориентация металлических частиц вдоль силовых линий магнитного поля.

Распаковав этот "архив", геофизики восстановили положение полюса относительно каждой плиты на разные моменты времени. И, объединив полученные данные с информацией по датировке пород, реконструировали историческую последовательность перемещений континентов.

Величественная картина геологического прошлого нашей планеты открылась взору учёных.

Дрейф материков начиная с периода 600 миллионов лет назад и до настоящего времени. Формирование Земли в её современном виде началось, когда древний суперконтинент Пангея стал распадаться на части около 200 миллионов лет назад (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University/MEMBRANA).

Формирование континентальной литосферы началось около четырёх миллиардов лет назад (или даже раньше), то есть с задержкой приблизительно на 500–600 миллионов лет по отношению к моменту возникновения самой Земли.

С тех пор шло последовательное (но неравномерное) наращивание массы коры вплоть до её современных размеров. Интенсивнее всего образование твёрдой поверхности происходило в позднем архее, около 2,6 миллиарда лет назад, когда в недрах нашей планеты окончательно выделилось ядро.

Восстановление прошлых перемещений плит превратилось в одно из популярнейших занятий. Положение континентов и блоков, из которых они сформировались, было с различной степенью детальности реконструировано вплоть до архея.

Известная нам сегодня тектоника возникла, по мнению ряда учёных, в позднем протерозое. До этого мантия, возможно, имела иную структуру, в которой не было устойчивых конвективных потоков (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University).

При этом исследователи выявили интересную закономерность: материковые щиты периодически сбивались в кучу – каждые 400-600 миллионов лет. Это приблизительно совпадает с числом конвективных циклов, то есть периодов, за которые всё вещество мантии по крайней мере один раз успело полностью "прокрутиться" – посредством субдукции и спрединга.

Первым из "обнаруженных" суперконтинентов стала Пангея, существовавшая 250-200 миллионов лет назад. В результате её распада и образовались современные континенты.

Отметим, впрочем, что более-менее достоверную палеомагнитную реконструкцию можно провести за относительно небольшое по геологическим меркам время – как раз до возраста Пангеи. С более ранними периодами дело обстоит несколько туманнее.

Пангея раскололась на Лавразию (севернее) и Гондвану (южнее), дав начало Атлантическому океану. Кстати, название "Пангея" (буквально "все земли") придумал родоначальник тектонической теории Альфред Вегенер (Alfred Wegener). Это ему никто не верил всю первую половину XX века (иллюстрация Ron Blakey/Northern Arizona University).

Всего суперконтинентов насчитывают около десятка (в том числе неполных, но всё равно крупных), и порой некоторые учёные оперируют различными названиями одного и того же "гиганта". Но даже с общепризнанными материками не всё просто.

Взять, к примеру, Родинию, существование которой около одного миллиарда лет назад не вызывает вопросов у большинства специалистов. Выдвигается масса предположений о том, как она выглядела. Причём несколько основных гипотез в равной степени принимаются к рассмотрению научным сообществом.

Однако, несмотря на всю многочисленность версий и теорий, одну из основных проблем геологической эволюции до сих пор убедительно объяснить не удавалось никому. Речь идёт тепловой смерти Земли.

Суперконтинент Родиния предположительно начал формироваться около 1,1 миллиарда лет назад и распался примерно 750 миллионов лет назад. Кстати, название "Родиния" происходит от русского "Родина" (Li et al.).

Большинство геофизиков придерживается точки зрения, согласно которой около 90% "конвекционной" энергии генерируется за счёт остывания ядра, 10% — за счёт распада радиоактивных элементов в нём и около 1% — за счёт приливных возмущений.

Анализ геологической истории мантии показал, что основные потери тепла всегда происходили через океаническую кору – посредством субдукции и спрединга. То есть де-факто интенсивность конвективного теплообмена можно приравнять к уровню тектонической активности.

Так вот, по всем расчётам получалось, что Земля должна была остыть давно. Но этого не произошло. Почему же мы ещё не замерзли, как цуцики?

Суперконтинент Пангея появился в результате сокращения внутреннего океана Япетус, а Родиния, наоборот, внешнего древнего океана. Тихий океан, который сокращается сейчас, тоже внешний (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

С этим решили разобраться геофизики Пол Силвер (Paul Silver) из института Карнеги (Carnegie Institution for Science) и Марк Бен (Mark Behn) из Вудсхолского института океанографии (Woods Hole Oceanographic Institution).

Обычно считается, что раздвижение океанических платформ и поглощение их континентальными существовало всегда и "действовало" непрерывно.

В то же время был выявлен глобальный алгоритм дрейфа плит: они либо сходятся, либо расходятся, образуя в конце каждого цикла суперконтинент.

На основании циклической версии американские учёные и оспорили непрерывность тектонического движения, которое, по их мнению, зависит от условий "схлопывания" океана (с последующим образованием единого "сверхматерика").

Единственная значительная зона субдукции, возникшая за последние 80 миллионов лет, находится в Тихом океане (иллюстрация Lawver, Dalziel, Gahagan, Martin, Campbell/University of Texas).

Геофизики предположили, что существуют два типа сокращения – внутреннее и внешнее, и они приводят к различным последствиям.

Дело в том, что во внутреннем океане зон субдукции, по мнению учёных, не образуется. А зоны эти, напомним, считаются незыблемым источником геологической активности, генерирующим конвективные течения.

Нечто подобное мы можем наблюдать прямо сейчас: Тихий океан, где расположено подавляющее большинство сейсмофокальных участков, потихоньку сокращается, уступая место океану Атлантическому. А в последнем за 200 миллионов лет его существования "подползания" плит так и не произошло (за несущественными исключениями). И для этого, вероятно, нет никаких предпосылок и в будущем.

Через 100 миллионов лет Австралия приплывёт к Японии и нашему Сахалину. А потом, ещё через миллионов 100-200, их "прихлопнет" Северная Америка (иллюстрация с сайтов suntimes.com, utexas.edu/MEMBRANA).

Ранее считалось, что закрытие старых зон субдукции должно уравновешиваться появлением новых. Таким образом, должен существовать некий закон, который консервировал бы непрерывность силового взаимодействия океанических плит друг с другом, с континентальными щитами, а также с мантией – влияя на конвективные потоки и в конечном итоге на тектоническую активность Земли.

Однако этого, по всей видимости, не наблюдается. Наиболее логичным было бы предположить, что столкновение материков в результате образования суперконтинента подтолкнуло бы следующую область литосферы – и так далее, вплоть до океанических платформ.

Тем не менее "наезд" Африки и Индостана на Евразию практически целиком "ушёл" в Альпийско-Гималайскую горную цепь, а новых районов субдукции (взамен утерянных в океане, что лежал между ними) не появилось. Хотя уже 50 миллионов лет прошло.

По мере экономии тепловой энергии литосфера начинает играть роль квазитвёрдой крышки (stagnant lid), и конвекция переходит в иной, "стоячий" режим. Если тепло не может вырваться наружу, перемещая при этом плиты, оно будет искать себе дорогу не на их окраинах, а прямо через кору – что приводит к гораздо меньшему остыванию. Но если запас температуры ядра достаточный, рано или поздно суперконтинент "разорвёт" на части – как Родинию (иллюстрация Li et al.).

Итак, поскольку мы наблюдаем, что внутренний океан более 200 миллионов лет не проявляет никаких признаков "пододвигания", разумно предположить, что такая ситуация может продлиться ещё довольно долго. Сотни миллионов лет, по оценкам американцев.

А с образованием суперконтинента (и "схлопыванием" Тихого океана окончательно) субдукция вообще может остановиться. То есть плиты на какое-то время затормозятся, и теплоотдача Земли резко уменьшится

В подтверждение своей теории Пол Силвер и Марк Бен нашли следы аналогичных процессов в более древних вулканических породах, относящихся, например, к временам существования Родинии.

Эти породы были обнаружены в глубине материков, вдали от мест их "производства", что свидетельствует о накоплении тепла под континентальными плитами – в периоды их "застоя".

Исходя из различных коэффициентов "тектонической эффективности" (потери тепла в результате движения океанических плит), Полом Силвером и Марком Беном было построено несколько сценариев. Даже по самому оптимистичному из них Земля должна была остыть около 1 миллиарда лет назад (иллюстрация Silver, Behn).

Получается, что в нашем геологическом прошлом возникло нечто вроде механизма саморегуляции теплового режима – в глобальных масштабах. И это продлило нам жизнь как минимум на один миллиард лет.

Но к каким последствиям всё это может привести в будущем?

А в будущем факторы снижения тектонической активности станут играть ещё более заметную роль. При этом замедление конвективных процессов в мантии увеличит периоды тектонических мегациклов.

Связано это с экспоненциальной зависимостью вязкости мантийного вещества от температуры: при уменьшении подвода к нему тепловой энергии ядра вязкость астеносферы будет многократно повышаться, и соответственно возрастут силы трения, препятствующие движению плит.

Наиболее ожидаемое время "сборки" Pangea Ultima – через 250 миллионов лет, но встречаются и оценки в 350 миллионов. Единого мнения о том, как она будет выглядеть – не существует, и многие геологи выдвигают альтернативные версии последнего суперконтинента под различными именами (иллюстрация с сайта davidlyness.moved.in).

Более того, с момента своего возникновения литосферные плиты последовательно снижали скорость – с 50 сантиметров в год (местами больше) до её современного значения около 5 сантиметров в год.

Встаёт ещё более радикальный вопрос: а хватит ли сил на запуск нового цикла? Некоторые учёные уже называют следующий суперконтинент Pangea Ultima, то есть "последней Пангеей".

Напомним, что сейчас мы наблюдаем сокращение внешнего океана, а значит, нас ждёт счастливое снижение тектонической активности и "консервирование" тепла в мантии. Плюс к тому, меньше разломов – меньше вулканов и землетрясений.

Правда, жить в "суперконтинентальных" условиях будет всё же не очень сладко, не говоря уже о том, что концентрация всех плит "с одной стороны" Земли будет иметь непредсказуемые последствия для климата в целом. Скорее всего, печальные.

Что ж, будем надеяться на то, что механизм тектонической саморегуляции, описанный американскими учёными, действительно существует, и что он в очередной раз продлит жизнь нашей прекрасной планете.

Источник Membrana.Ru