КОДА — Известное, неизвестное и непознаваемое

Из всей гаммы разнообразных проблем в многогранной науке об углероде нет вопроса более насущного для нашего будущего, нежели роль углерода как элемента циклов. Мы в состоянии измерить углерод в атмосфере с точностью, недостижимой для других резервуаров. С той же степенью достоверности нам удается регистрировать колебания содержания шестого элемента и его недавно начавшийся тревожный рост. Ведущие роли углекислого газа и метана как парниковых газов и неизбежное потепление в планетарном масштабе, которое должно последовать за увеличением их содержания, — неоспоримы. Хорошо, если призывы отдельных людей и международные соглашения, направленные на снижение последствий и замедление этих изменений, найдут отклик в каждом гражданине мира. Ощущение срочности уже должно поистине пропитывать нашу жизнь.

И все же, несмотря на постоянно пополняющуюся таблицу угрожающих данных по углероду, несмотря на рост доказательств быстрых изменений и их потенциальных последствий, мы еще многого не знаем. Джесси Аусубел, руководивший созданием и развитием Обсерватории глубинного углерода со стороны фонда Слоуна, подчеркивает предрасположенность ученых погружаться в безопасную науку. «Мы склонны заполнять конференции, журналы и радиоволны тем, что нам известно, — сетует он. — Мы гораздо реже исследуем и расширяем границы наших знаний».

Легко понять, почему научные работники, чья карьера зависит от получения грантов и публикации статей, стремятся исследовать проблемы и проводить эксперименты на безопасных и надежных окраинах известного, а не изучать природу и степень нашего незнания. Но уже от одной только четкой формулировки того, чего мы не знаем, — по ходу прочерчивания границ на карте знаний и планирования экспедиций для изучения этих «великих незнакомцев» — у любого истинного ученого должен участиться пульс.

Каковы границы познания? На какие вопросы легко ответить, на какие — тяжело и почему? Отходя от темы изменения климата и обозревая весь маховик глубинного углеродного цикла Земли за миллиарды лет, Аусубел перечисляет три присущие природе характеристики, которые вычленяют известное, неизвестное и непознаваемое.

«Глубокое время» — первое препятствие к знанию, оно очень хорошо знакомо ученым, изучающим планеты. История блекнет, буквально выветривается у нас из-под ног. Благодаря бесчисленным полевым экспедициям, которые принесли образцы со всего земного шара, и расширяющимся аналитическим возможностям исследовать эти образцы до отдельных составляющих их атомов и молекул, мы можем быть уверены в наших знаниях о том, как менялись близповерхностные условия Земли по крайней мере за последние десятки или даже сотни миллионов лет. Большинство минералов, образовавшихся за этот скромный с геологической точки зрения промежуток времени, сохранились до наших дней. Они содержат крошечные включения воздуха и воды, которые рассказывают многое о недавней эволюции внешних слоев Земли — атмосферы и океанов.

Но свидетельства более глубокого прошлого — 4 млрд лет назад и больше — практически потеряны для нас. А ведь это крайне важный этап для понимания образования Земли и происхождения жизни. Все минеральные запасы тех изначальных гадейских времен сводятся, как уже говорилось выше, к нескольким зернам размером с песчинку. Не сохранилось ни дуновения древней атмосферы Земли, ни капли океанов. Чтобы сделать необходимые математические вычисления, нам придется довольствоваться умозаключениями и геохимической теорией. И все равно условия на Земле в начале ее существования остаются практически неизвестными, а возможно, так и останутся вовсе непознаваемыми.

Вторым препятствием к получению знаний является глубина. Глубочайшие шахты Земли проникают в недра не более чем на 3 км, самые глубокие скважины едва ли доходят до 13 км. Заглянуть в зоны, лежащие ниже, нам удается только благодаря вулканам, которые извергают на поверхность глыбы мантийных пород и минералы, в частности алмазы, ряд которых образовался на глубине более 800 км. Эти глубинные породы указывают на природу и интенсивность циркулирования углерода между мантией, земной корой, океанами и воздухом. Но нижняя часть земного радиуса, составляющего почти 6400 км, навсегда останется недоступной — за пределами возможностей любой мыслимой технологии отбора образцов.

Мы можем, конечно, собирать подсказки о глубоких недрах по крохам. Сейсмические волны дают информацию о плотности и составе глубинных пород, а также о зонах плавления и движении. Магниторазведка отражает динамику расплавленного внешнего ядра Земли, в то время как эксперименты с синтетическими породами и минералами воспроизводят диапазон экстремальных температур и давлений вплоть до тех, что в самом центре Земли.

Мы также в состоянии представить себе технологии будущего, которые позволят немного раздвинуть удручающие границы того, что сейчас, по сути, непознаваемо. Мой любимый футуристический инструмент — «абсорбционная нейтринная спектроскопия», основанная на астрономических количествах субатомных частиц, которые разлетаются от Солнца. Большинство солнечных нейтрино проходят Землю насквозь, но теоретики утверждают, что нейтрино определенных энергий должны избирательно поглощаться разными химическими элементами. Если бы мы смогли измерить энергию нейтрино (чего, по крайней мере пока, мы сделать не силах), тогда нам удалось бы смоделировать подробное трехмерное, как в компьютерной томографии, изображение глубоких недр.

К физическим преградам «глубокого времени» и пространства Аусубел добавляет третье препятствие исследованию неизвестного: проблему понимания и интегрирования отдельных драматических событий в истории Земли. Развивающиеся системы подвергаются внезапным разрушительным процессам, которые необратимо отделяют прошлое от будущего. Такими сингулярностями стали катастрофическое столкновение с Тейей, в результате которого образовалась Луна, когда Земле было всего 50 млн лет, появление жизни несколько сотен миллионов лет спустя и недавнее развитие технологий. Другие, пока не распознанные, менее драматичные критические моменты могли в прошлом и также смогут в будущем привести Землю к дальнейшему развитию по одному из двух еще неизвестных расходящихся путей. Подобные точки бифуркации в силу их природы сложно предсказывать хоть с какой-нибудь определенностью; между тем они способны представлять собой неотвратимую угрозу для человеческого вида.

Из того ряда признаков, которые, как предполагает Джесси Аусубел, препятствуют открытию неизведанной Земли, три вышеописанных — «глубокое время», глубина недр и случайные единичные катастрофические события — свойственны физической природе нашего планетарного дома. Другие, не менее пугающие, препятствия касаются социального аспекта науки, а также человеческой природы. Наука ограничена тем, чтó мы можем узнать, поскольку мы, люди, ограничены своими способами постижения мира.

Наша ограниченность возникает из-за того, что мы недальновидны, наши умы полны предрассудков и «зашорены». Возможно, вы уже заметили, что я минералог. Я рассматриваю почти все грани истории Земли — вулканы, глубокие недра, происхождение жизни, даже Большой взрыв — с искаженной, минералогической точки зрения.

Это относится ко всем нам как в науке, так и в любой другой человеческой деятельности. Пытаясь осмыслить сложность и хаос, мы видим мир в обманчивых, но обнадеживающе простых метафорах. Континенты на дрейфующих плитах на самом деле не сталкиваются. Разнообразие жизни в кембрийский период не было взрывным. И развитие биосферы включает в себя не только выживание сильнейших. Все это упрощения во времени и пространстве, низводящие сложные физические, химические и биологические процессы до обманчивых фраз, которые удобны в повседневной жизни.

Для нас существует вызов даже больший, чем борьба с нашими индивидуальными предрассудками, — это проблема интеграции знаний. Земля, космос, жизнь — любая научная область требует широко интегрированного взгляда. Каждая значимая для человечества тема включает в себя и физический, и химический, и геологический, и биологический аспекты. Подумайте о самых животрепещущих наших опасениях: ухудшение окружающей среды, сокращение минеральных ресурсов, распространение инфекционных заболеваний, изменение климата, увеличение спроса на энергию, опасные ядерные отходы; вспомните о страдающих от нехватки воды, о голодающих. Подход ко всем этим проблемам требует комплексного междисциплинарного планирования, а решения должны подкрепляться полным набором научных свидетельств, свободных от множества политических, экономических, этических и религиозных ограничений.

Углеродоведение ничуть не лучше — это такая же смесь концепций и догм ото всех ветвей исследований. Вызов для нас состоит в интегрировании многих частей углеродной истории в единое целое. Так что, возможно, когда мы стремимся понять границы знания — природу непознаваемого, нам следует поместить наши собственные человеческие ограничения в самое начало списка препятствий.

Отправить