Duża, szybko poruszająca się masa, która uderzy w Ziemię, z pewnością byłaby w stanie spowodować masowe wyginięcie. Jednak taka teoria wymagałaby silnych dowodów okresowych uderzeń, których Ziemia nie wydaje się mieć. Źródło zdjęcia: Don Davis / NASA.

Czy masowe wyginięcia są okresowe? I czy jesteśmy za to odpowiedzialni?

65 milionów lat, wpływ zniszczył 30% całego życia na Ziemi. Czy może nadejść kolejny?

„To, co można dochodzić bez dowodów, można odrzucić bez dowodów.” -Christopher Hitchens

65 milionów lat temu ogromna asteroida o średnicy około pięciu do dziesięciu kilometrów uderzyła w Ziemię z prędkością przekraczającą 20 000 mil na godzinę. W następstwie tej katastrofalnej kolizji eksterminowano gigantyczne behemoty zwane dinozaurami, które dominowały na powierzchni Ziemi przez ponad 100 milionów lat. W rzeczywistości około 30% wszystkich gatunków obecnie istniejących na Ziemi zostało wymazanych. To nie był pierwszy raz, gdy Ziemia została uderzona przez tak katastrofalny obiekt, a biorąc pod uwagę to, co tam jest, prawdopodobnie nie będzie ostatni. Pomysł, który był rozważany od jakiegoś czasu, polega na tym, że te wydarzenia są w rzeczywistości okresowe, spowodowane ruchem Słońca przez galaktykę. W takim przypadku powinniśmy być w stanie przewidzieć, kiedy nadejdzie następny i czy żyjemy w czasach znacznie zwiększonego ryzyka.

Uderzenie gigantycznym kawałkiem szybko poruszających się kosmicznych śmieci zawsze stanowi zagrożenie, ale niebezpieczeństwo było największe we wczesnych dniach Układu Słonecznego. Zdjęcie: NASA / GSFC, PODRÓŻ BENNU - ciężkie bombardowanie.

Zawsze istnieje niebezpieczeństwo masowego wyginięcia, ale kluczem jest dokładne oszacowanie tego niebezpieczeństwa. Zagrożenia wyginięciem w naszym Układzie Słonecznym - wynikające z kosmicznego bombardowania - generalnie pochodzą z dwóch źródeł: pasa asteroid między Marsem a Jowiszem oraz pasa Kuipera i chmury Oorta poza orbitą Neptuna. W przypadku pasa asteroid, podejrzewanego (ale nie pewnego) pochodzenia zabójcy dinozaurów, nasze szanse na trafienie dużym przedmiotem znacznie zmniejszają się z czasem. Jest ku temu dobry powód: ilość materiału pomiędzy Marsem a Jowiszem z czasem się wyczerpuje, bez mechanizmu jego uzupełniania. Możemy to zrozumieć, patrząc na kilka rzeczy: młode Układy Słoneczne, wczesne modele naszego Układu Słonecznego i większość światów pozbawionych powietrza bez szczególnie aktywnych geologii: Księżyc, Merkury i większość księżyców Jowisza i Saturna.

Widoki w najwyższej rozdzielczości na całej powierzchni Księżyca zostały ostatnio wykonane przez Lunar Reconnaissance Orbiter. Maria (młodsze, ciemniejsze regiony) są wyraźnie mniej kraterowane niż wyżyny księżycowe. Źródło zdjęcia: NASA / GSFC / Arizona State University (opracował I. Antonenko).

Historia zderzeń w naszym Układzie Słonecznym jest dosłownie zapisana na twarzach światów takich jak Księżyc. Tam, gdzie znajdują się wyżyny księżycowe - jaśniejsze miejsca - możemy zobaczyć długą historię ciężkich kraterów, sięgającą najwcześniejszych dni Układu Słonecznego: ponad 4 miliardy lat temu. W środku jest bardzo wiele dużych kraterów z coraz mniejszymi kraterami: dowód na to, że na początku był niesamowicie wysoki poziom aktywności uderzenia. Jeśli jednak spojrzysz na ciemne regiony (księżycową marię), zobaczysz znacznie mniej kraterów w środku. Datowanie radiometryczne pokazuje, że większość tych obszarów ma od 3 do 3,5 miliarda lat, a nawet to jest na tyle różne, że ilość kraterów jest znacznie mniejsza. Najmłodsze regiony, występujące w Oceanus Procellarum (największa klacz na Księżycu), mają zaledwie 1,2 miliarda lat i są najmniej kraterowane.

Pokazana tu duża misa, Oceanus Procellorum, jest największą i zarazem jedną z najmłodszych ze wszystkich księżycowych marii, o czym świadczy fakt, że jest ona jedną z najmniej kraterowych. Źródło zdjęcia: statek kosmiczny NASA / JPL / Galileo.

Z tych dowodów możemy wywnioskować, że pas asteroid staje się coraz rzadszy w miarę upływu czasu, w miarę zmniejszania się prędkości krateru. Wiodącą szkołą myślenia jest to, że jeszcze jej nie osiągnęliśmy, ale w pewnym momencie w ciągu najbliższych kilku miliardów lat Ziemia powinna doświadczyć swojego ostatecznego dużego uderzenia asteroidy, a jeśli na świecie jest jeszcze życie, ostatnie masowe wymarcie zdarzenie wynikające z takiej katastrofy. Pas asteroid stanowi dziś mniejsze zagrożenie niż kiedykolwiek wcześniej.

Ale chmura Oorta i pas Kuipera to różne historie.

Pas Kuipera to lokalizacja największej liczby znanych obiektów w Układzie Słonecznym, ale chmura Oorta, słabsza i bardziej oddalona, ​​nie tylko zawiera o wiele więcej, ale jest bardziej prawdopodobne, że zostanie zakłócona przez przechodzącą masę, jak inna gwiazda. Źródło zdjęcia: NASA i William Crochot.

Poza Neptunem w zewnętrznym Układzie Słonecznym istnieje ogromny potencjał katastrofy. Setki tysięcy - jeśli nie miliony - dużych kawałków lodu i skały czekają na delikatnej orbicie wokół naszego Słońca, gdzie przechodząca masa (jak Neptun, inny pas Kuipera / obiekt chmury Oorta lub przechodząca gwiazda / planeta) ma potencjał zakłócenia grawitacyjnego. Zakłócenie może przynieść dowolną liczbę rezultatów, ale jednym z nich jest rzucenie go w kierunku wewnętrznego Układu Słonecznego, gdzie mógłby przybyć jako genialna kometa, ale gdzie mógłby zderzyć się z naszym światem.

Co około 31 milionów lat Słońce porusza się przez płaszczyznę galaktyczną, przekraczając region największej gęstości pod względem szerokości galaktycznej. Źródło zdjęcia: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (z głównej ilustracji galaktyki), zmodyfikowany przez użytkownika Wikimedia Commons Cmglee.

Interakcje z Neptunem lub innymi obiektami w pasie Kuipera / chmurze Oorta są losowe i niezależne od wszystkiego, co dzieje się w naszej galaktyce, ale możliwe jest, że przechodząc przez region bogaty w gwiazdy - taki jak dysk galaktyczny lub jedno z naszych ramion spiralnych - może zwiększyć szanse na burzę komet i szanse na uderzenie komety na Ziemię. Gdy Słońce porusza się po Drodze Mlecznej, pojawia się ciekawe dziwactwo na jego orbicie: mniej więcej raz na około 31 milionów lat przechodzi przez płaszczyznę galaktyczną. To tylko mechanika orbitalna, ponieważ Słońce i wszystkie gwiazdy podążają eliptycznymi ścieżkami wokół centrum galaktyki. Ale niektórzy twierdzili, że istnieją dowody na okresowe wyginięcie w tej samej skali czasowej, co może sugerować, że wymieranie jest wywoływane przez burzę komet co 31 milionów lat.

Procent gatunków, które wyginęły w różnych przedziałach czasowych. Największym znanym wyginięciem jest granica permsko-triasowa około 250 milionów lat temu, której przyczyna jest nadal nieznana. Źródło zdjęcia: użytkownik Wikimedia Commons Smith609, z danymi Raup & Smith (1982) oraz Rohde i Muller (2005).

Czy to możliwe? Odpowiedź można znaleźć w danych. Możemy spojrzeć na główne wydarzenia wymierania na Ziemi, o czym świadczą zapisy kopalne. Metodą, którą możemy zastosować, jest policzenie liczby rodzajów (jeden krok bardziej ogólny niż „gatunek” w sposobie klasyfikacji istot żywych; dla ludzi „homo” w homo sapiens jest naszym rodzajem) istniejących w danym momencie. Możemy to zrobić cofając się o ponad 500 milionów lat, dzięki dowodom znalezionym w skałach osadowych, co pozwala nam zobaczyć, jaki procent istniał, a także wymierał w danym przedziale czasowym.

Następnie możemy szukać wzorców w tych wydarzeniach wymierania. Najłatwiej to zrobić ilościowo, biorąc transformację Fouriera tych cykli i sprawdzając, gdzie pojawiają się (jeśli gdziekolwiek) wzorce. Gdybyśmy na przykład obserwowali przypadki masowego wyginięcia co 100 milionów lat, gdzie za każdym razem nastąpił duży spadek liczby rodzajów z tym właśnie okresem, wówczas transformacja Fouriera wykazywałaby ogromny skok z częstotliwością 1 / (100 milionów lat). Przejdźmy więc do tego: co pokazują dane o wyginięciu?

Miara różnorodności biologicznej i zmiany liczby rodzajów, które istnieją w danym momencie, w celu zidentyfikowania najważniejszych wydarzeń wyginięcia w ciągu ostatnich 500 milionów lat. Źródło zdjęcia: użytkownik Wikimedia Commons Albert Mestre, z danymi z Rohde, RA i Muller, RA

Istnieją pewne stosunkowo słabe dowody na skok o częstotliwości 140 milionów lat i kolejny, nieco silniejszy skok na 62 miliony lat. Gdzie jest pomarańczowa strzałka, możesz zobaczyć, gdzie wystąpiłaby okres 31 milionów lat. Te dwa kolce wyglądają na ogromne, ale to tylko w stosunku do innych kolców, które są całkowicie nieistotne. Jak obiektywnie są silne te dwa skoki, które są naszym dowodem na okresowość?

Ta liczba pokazuje transformację Fouriera zdarzeń wyginięcia w ciągu ostatnich 500 milionów lat. Pomarańczowa strzałka wstawiona przez E. Siegela pokazuje, gdzie zmieściłaby się okresowość 31 milionów lat. Źródło zdjęcia: Rohde, RA i Muller, RA (2005). Cykle w różnorodności kopalnej. Nature 434: 209–210.

W ciągu zaledwie ~ 500 milionów lat można tam zmieścić tylko trzy możliwe masowe wymieranie przez 140 milionów lat i tylko około 8 możliwych 62 milionów lat wydarzeń. To, co widzimy, nie pasuje do wydarzenia, które ma miejsce co 140 milionów lub co 62 miliony lat, ale raczej, jeśli zobaczymy jakieś wydarzenie w przeszłości, istnieje zwiększona szansa na zorganizowanie innego wydarzenia 62 lub 140 milionów lat w przeszłości lub w przyszłości . Ale, jak wyraźnie widać, nie ma dowodów na okresowość 26–30 milionów lat w tych wyginięciach.

Jeśli jednak zaczniemy patrzeć na kratery, które znajdziemy na Ziemi i skład geologiczny skały osadowej, idea ta całkowicie się rozpada. Ze wszystkich oddziaływań na Ziemię mniej niż jedna czwarta z nich pochodzi z obiektów pochodzących z chmury Oort. Co gorsza, granic między geologicznymi skalami czasowymi (triasu / jury, jury / kredy lub granicy kredy / paleogenu) oraz zapisów geologicznych, które odpowiadają zdarzeniom wyginięcia, tylko zdarzenie sprzed 65 milionów lat pokazuje charakterystyczny popiół i - warstwa pyłu, którą kojarzymy z dużym wpływem.

Warstwa graniczna kredy i paleogenu jest bardzo wyraźna w skałach osadowych, ale jest to cienka warstwa popiołu i jej skład pierwiastkowy, który uczy nas o pozaziemskim pochodzeniu impaktora, który spowodował masowe wymieranie. Zdjęcie: James Van Gundy.

Pomysł, że masowe wyginięcia są okresowe, jest interesujący i przekonujący, ale dowodów na to po prostu nie ma. Pomysł, że przejście Słońca przez płaszczyznę galaktyczną powoduje okresowe uderzenia, opowiada również wspaniałą historię, ale znowu nie ma dowodów. W rzeczywistości wiemy, że gwiazdy znajdują się w zasięgu chmury Oort co około pół miliona lat, ale z pewnością jesteśmy obecnie dobrze rozstawieni między tymi wydarzeniami. W dającej się przewidzieć przyszłości Ziemia nie jest narażona na większe ryzyko katastrofy naturalnej z Wszechświata. Zamiast tego wygląda na to, że naszym największym zagrożeniem jest jedno miejsce, którego wszyscy boimy się spojrzeć: na siebie.

Gra Starts With A Bang jest już dostępna na Forbes, a dzięki naszym zwolennikom Patreon została ponownie opublikowana na poziomie Medium. Ethan jest autorem dwóch książek, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek, od Tricorderów po Warp Drive.