Удивительное зарождение Земли. Путешествие по скрытым чудесам, которые дали жизнь нашей планете

Мы привыкли думать, что окружающая среда господствует над эволюцией жизни и играет решающую роль в создании всего ее разнообразия. Общепринятое мнение гласит, что тропические леса и другие богатые на биоразнообразие зоны планеты – это результат удачного стечения обстоятельств. Однако теперь я начал понимать, что почти все, что я мог видеть с вершины башни, было в той или иной степени создано самой жизнью. Бóльшая часть из десятка тысяч известных нам видов животных в Амазонии и все те, что еще не обнаружены, не существовали бы, если бы растения и грибы не заселили и не преобразили поверхность суши планеты полмиллиарда лет назад. Возможно, сложная жизнь никогда бы не развилась и тем более не появилась бы из моря, если бы одноклеточные микробы не начали менять океан и атмосферу планеты несколькими миллиардами лет раньше. Почва, из которой выросли деревья подо мной, тяжелые дождевые облака, из которых в любую секунду может пойти дождь, цвет неба да и сам воздух – всем этим мы обязаны жизни.

Создание стабильной атмосферы было одним из самых важных событий в истории становления Земли. Если бы атмосферного давления на планете не было достаточно, то находящаяся на поверхности планеты вода неизбежно бы испарилась в космос. Если бы в начале своего существования Земле не удалось сохранить на поверхности жидкую воду, то жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, была бы невозможна. Однако верно и то, что без жизни вода на Земле была бы не такой жидкой. Определяющей чертой нашей планеты сегодня является не просто наличие воды, а то, что она может существовать во всех трех агрегатных состояниях – как пар, жидкость и лед, – а также непрерывно перемещаться между воздухом, морем и сушей. Со временем жизнь включилась в те физические процессы, которые делают возможным этот круговорот.

Скрытая связь жизни и атмосферы интересовала Расса Шнелла с юности. Проводя свое детство в сельской местности канадской провинции Альберта, он каждое лето наблюдал за молниями, градом и проливными дождями. Ему нравилось смотреть на то, как формируются грозовые облака: огромные клубящиеся массы пара, словно водовороты в небе, засасывали воздух, пыль и все, что было слишком легким, чтобы вырваться из их пут. По мере того как облака вбирали в себя воздух, они постепенно становились все больше и темнее, их границы бурлили и постоянно меняли свои очертания.

Будучи студентом университета Альберты, Шнелл – на тот момент невысокий стройный 20-летний ответственный юноша с густыми светлыми волосами – проводил лето, помогая группе ученых-метеорологов. Один из руководителей проекта поручил ему исследовать образование града. Как именно облака производят такие большие куски льда?

При температуре 0 °C испаряющаяся в атмосферу вода не замерзает автоматически. Если в воде нет примесей, то она может оставаться жидкой примерно до –40 °C. Чтобы замерзнуть при более высоких температурах, воде нужно ядро кристаллизации: крошечная частица, которая, как геометрический шаблон, организует молекулы воды в твердый кристалл. В 1968 году большинство ученых полагали, что водяной пар в воздухе конденсируется на взвешенных частицах пыли и сажи и что эти водные бусинки могут замерзнуть, если воздух будет достаточно холодным. Однако никто не знал, из каких частиц получаются самые лучшие ядра кристаллизации и как зачатки этих ядер превращаются в градины размером с бейсбольные мячи и грейпфруты. Задача Шнелла состояла в том, чтобы понять саму суть града и найти тот таинственный элемент, который превращал облачную воду в лед.

Шнелл вспоминал град, который он наблюдал в детстве, и весь тот град, который ему довелось видеть за прошедшие годы. Он заметил закономерность: кажется, град всегда образовывался над лесами и другими районами с густой растительностью. Что, если ядра кристаллизации не были просто инертными частицами грунта. Что, если некоторые из них выбрасываются деревьями или собираются с растений проносящимися грозовыми тучами? Когда Шнелл рассказал о своей идее опытным ученым, они улыбнулись, словно забавляясь наивностью школьника. Конечно, деревья помогают возвращать воду в атмосферу, но даже если это так, какое отношение они имеют к облакам и тем более к граду? Тем не менее Шнелл имел полное право выдвинуть именно такую гипотезу.

В течение нескольких недель Шнелл бродил по близлежащим лесам и полям, срывая горстями траву и листья с тополей, осин и хвойных деревьев. В лаборатории он отрезáл от них небольшой образец и погружал его в пробирку с водой, чтобы собрать все находящиеся на его поверхности невидимые частицы. С помощью шприца он набирал небольшое количество воды из пробирки и аккуратно помещал десятки капель на медную пластину определенной температуры. Затем он накрывал пластину стеклянным куполом и постепенно понижал ее температуру. Если бы капли замерзли до того, как температура пластины достигла –15 °C, он бы понял, что в них содержится некое ядро, способствующее образованию кристаллов льда. Однако этого не происходило.