Один из основных фактов, о котором забывают путешественники во времени

Одним из основных элементов историй о путешествиях во времени является идея о том, что их участники посещают ранние периоды в истории Земли. Это естественно, потому что они хотят увидеть динозавров или гигантских стрекоз. Но обычно они забывают кое-что очень важное о прошлом Земли.

Если вы отправитесь в прошлое более чем на 30 миллионов лет, вам, вероятно, потребуется взять с собой дыхательное снаряжение.

Как вы, наверное, слышали, атмосфера Земли может сильно измениться за довольно короткий промежуток времени. С середины восемнадцатого века уровень содержания углекислого газа (СО₂) в атмосфере Земли значительно вырос, с 280 частей на миллион (ppm) до более 420, что является результатом промышленных процессов, в результате которых миллионы тонн углерода выбрасываются в окружающую среду. А в предыдущие эпохи колебания были гораздо больше.

В чем может быть проблема? В том, что наше тело чувствует себя наиболее комфортно при сегодняшней концентрации кислорода в атмосфере, которая составляет около 21 процента.

К сожалению, большую часть из тех 4,5 миллиардов лет существования Земли в воздухе вообще не было кислорода. На самом деле, если вы хотите посетить Землю в любое время до последних полумиллиарда лет, вам понадобится серьезное дыхательное оборудование.

2,7 миллиарда лет назад

На протяжении большей части своего существования атмосфера Земли не содержала кислорода. С небес лился метановый дождь, а густая облачная атмосфера пахла тухлыми яйцами. Уровень углекислого газа был в 10-200 раз выше, чем сегодня. К тому же Солнце тогда было намного моложе и светило лишь на 70 процентов от своей нынешней яркости.

Планета оставалась теплой только потому, что она буквально «купалась» в этих парниковых газах, которые не давали ей замерзнуть, несмотря на тусклое солнце.

Несмотря на такие атмосферные условия, жизнь уже началась. В период, примерно от 2,7 до 2,5 миллиардов лет назад одноклеточные организмы, называемые цианобактериями, научились расщеплять молекулы воды и создавать свободный кислород.

Эти формы жизни создали фотосинтез, и они распространились по всей Земле. В конце концов, цианобактерии создали так много кислорода, что воздух стал богат им — хотя на это и ушло около миллиарда лет.

Вот проблема для посетителей, возвращающихся к этим невероятным ранним временам в истории нашей планеты. Без кислорода они бы умерли почти мгновенно. Метан сам по себе не токсичен, но он вызывает удушье. Однако CO₂ может быть токсичным. Итак, если бы вы не умерли от атмосферного отравления, вы все равно не смогли бы там дышать.

550 миллионов лет назад

Все начало меняться около 600 миллионов лет назад. Благодаря цианобактериям уровень кислорода постепенно повышался. Больше свободного кислорода в окружающей среде означало, что многоклеточные животные могли сжигать энергию более эффективно — и поэтому они эволюционировали в большем количестве.

Внезапно животные появились повсюду. Океаны стали заполнены «безумными» существами, такими как аномалокарис, с его выпуклыми глазами и шипастыми жвалами, наряду с червями, трилобитами и многим другим.

Со всеми этими животными, кишащими в водах, и всеми этими растениями, вырабатывающими кислород, это, должно быть, было прекрасное время для атмосферы? Но не совсем — по крайней мере, не для людей.

Примерно в это время уровень кислорода, вероятно, составлял около 4-5 процентов, так что мы и близко не приблизились бы к 21 проценту, которым привыкли дышать. В основном, воздух состоял из азота и парниковых газов. Опять же, вполне вероятно, что люди задохнулись бы без дыхательного аппарата.

300 миллионов лет назад

Хотя уровни углерода и кислорода были довольно стабильными на протяжении примерно полумиллиарда лет, тем не менее, были периоды быстрых изменений — и это именно те интересные времена, которые путешественники во времени, возможно, захотят посетить.

Один из них — каменноугольный период, часто называемый эпохой лесов или эпохой угля. Большая часть угля на Земле была создана после этого периода, потому что это было время, когда деревья правили абсолютно всем.

Жизнь зародилась сравнительно недавно на суше, и там преобладали деревья, очень похожие на ели. Земля была покрыта болотами, поэтому, когда деревья умирали, они опускались на дно водоемов и разлагались, не выделяя никакого углерода в атмосферу. За миллионы лет эти деревья превратились в уголь, но за короткий срок они изменили атмосферу.

Массовый рост деревьев по всей планете нагнетал кислород в атмосферу. А тем временем углерод поглощался с большой скоростью. Результатом стала атмосфера, содержащая примерно 35 процентов кислорода — почти на 65 процентов больше, чем сегодня.

Но этот кислород не снижал уровень углерода. Это просто сделало атмосферу плотнее и гуще. Будучи человеком, вы смогли бы дышать там просто прекрасно. Люди могут дышать чистым кислородом в течение нескольких часов.

Но все было бы не так просто. При 35% содержания кислорода в воздухе почти все время происходили бы лесные пожары. Небо было бы постоянно затянуто дымом.

Каменноугольный период также был эпохой, когда в лесах жили гигантские насекомые. Поскольку воздух был намного плотнее, ранние предки стрекоз эволюционировали, чтобы иметь размах крыльев, который иногда достигал больше метра.

Многоножки могли вырасти до 2,5 метров в длину, а метровые скорпионы были обычным явлением. Некоторые ученые предполагают, что высокий уровень кислорода позволил насекомым и членистоногим вырастать до таких огромных размеров, но никто точно не знает, почему гигантские многоножки вымерли с окончанием каменноугольного периода.

250 миллионов лет назад

Очень интересное время пришлось на конец пермского периода, когда в регионе, ныне известном как Сибирь, произошло извержение множества вулканов.

Они выбрасывали лаву и парниковые газы в течении примерно целого тысячелетия, вызвав самый большой всплеск углерода в атмосфере, который был известен со времен докембрийской эры.

Вполне вероятно, что уровни двуокиси углерода (CO₂) достигали 7000 частей на миллион, что невероятно высоко по сравнению с сегодняшними 420 частями на миллион.

Факт в том, что мы, вероятно, смогли бы дышать в такой атмосфере, по крайней мере, некоторое время. Даже если повышение уровня CO₂ может снизить уровень кислорода, мы могли бы там выжить.

По мнению некоторых ученых, ничего особенного не происходит с уровнем углекислого газа до 15 000 частей на миллион, то есть до 1,5% концентрации CO₂ в воздухе — и даже тогда это скорее уровень безопасности, чем тот, который приводит к каким-либо очевидным последствиям.

Опасным уровнем является 30 000  — при достижении такой концентрации углекислого газа у человека учащается пульс, возникает ощущение тошноты и прочие симптомы кислородного голодания.

Так что, вероятно, мы могли бы неплохо пообщаться с ранними динозаврами и предками аллигаторов 250 миллионов лет назад. У нас может возникнуть одышка, но нам, вероятно, не понадобилось бы брать с собой кислород, если бы мы не планировали остаться там навсегда.

В конце мелового периода, примерно в то время, когда большинство динозавров вымерло (65 миллионов лет назад), были периоды, когда уровень CO₂ в атмосфере достигал 3 000 частей на миллион. Опять же, не лучшая идея дышать таким воздухом в течение длительного периода времени — но в краткосрочной перспективе это вполне нормально.