8. Сверхизвержения и жизнь во Вселенной

Шансы обнаружения подходящего для коммуникации разума в Галактике часто представляются как комбинация релевантных факторов, называемая уравнением Дрейка, которое может быть записано как:

N = R*f_pn_efifif_cL (10.1)

Где N – это число цивилизаций, способных к коммуникации в Галактике, R* – это средняя в течение времени ее существования частота формирования звёзд в Галактике, f_p – доля звёзд с планетарными системами; n_e – среднее число планет среди таких систем, которые пригодны для жизни, f_j – доля тех планет, на которых возникла жизнь, f_i – доля планет, на которых развилась разумная жизнь, f_c – это доля планет, на которых разумная жизнь достигла коммуникативной фазы и L – означает среднее время существования такой технологической цивилизации. (Sagan, 1973).

Хотя уравнение Дрейка полезно для организации разных факторов, которые считаются важными для возникновения внеземного интеллекта, реальная оценка величин, входящих в уравнение, – трудна. Только R* хорошо известно и составляет 10 звёзд в год. Оценки N широко разнятся от 0 до более чем 10⁸ цивилизаций. (Sagan, 1973).

Недавно было доказано, что f_c and L ограничены в частности, частотой кометных и астероидных столкновений, которые могут оказаться катастрофическими для технологической цивилизации (Sagan and Ostro, 1994; Chyba, 1997). Современная человеческая цивилизация, в значительной степени зависящая от ежегодных урожаев, уязвима к «импактной зиме», которая может возникнуть благодаря выброшенной в стратосферу пыли при падении астероидов более 1 км. в диаметре (Chapman and Morrison, 1994; Toon et al, 1997). Такой импакт высвободит примерно 1O⁵-1O⁶ Mt тротилового эквивалента энергии, создаст кратер 20-40 км диаметром и создаст глобальное облако массой 1000 МТ субмикронной пыли (Toon et al., 1997). Covey et al. (1990) провели 3-D моделирование климата для глобального пылевого облака, содержащего субмикронные частицы с массой, соответствующей массе облака, которое создаст импакт с силой 6х10⁵ МТ. В этой модели глобальные температуры падают примерно на 8 С в течение первых нескольких недель. Chapman and Morrison (1994) оценили, что импакт такой силы убьёт более чем 1.5 миллиарда людей за счёт прямых и косвенных эффектов. Таким образом, цивилизация должна успевать развить технологию и науку, необходимую для обнаружения и отражения угрожающих астероидов и комет на временных масштабах более коротких, чем типичные промежутки времени между катастрофическими событиями.

Недавний рост осознания импактной угрозы для цивилизации привёл к исследованию возможностей обнаружения, отклонения и разрушения астероидов и комет, которые угрожают Земле (e.g., Gehrels, 1994; Remo, 1997). Технологии планетарной защиты были признаны сущностно важными для долговременного выживания человеческой цивилизации на Земле.

Жёсткие климатические и экологические эффекты, предсказываемые для взрывных сверхизвержений, поставили вопрос об их последствиях для цивилизации на Земле и на других землеподобных планетах, которые могут иметь разумную жизнь. (Rampino, 2002; Sparks et al., 2005). Chapman и Morrison (1994) предположили, что глобальные климатические эффекты сверхизвержений вроде Тобы могут быть эквивалентны эффектам от падения астероида диаметром в 1 км. Высокодисперсная вулканическая пыль и аэрозоли серной кислоты имеют оптический свойства, похожие на свойства субмикронной пыли, создаваемой импактами (Toon et al., 1997), и эффекты в отношении атмосферной прозрачности будут подобными. Вулканические аэрозоли, однако, имеют большее время выпадения, порядка нескольких лет (Bekki et al., 1996), в сравнении с несколькими месяцами для мелкодисперсной пыли, так что мощное извержение может иметь более длительные эффекты на глобальный климат, чем импакт, производящий равное количество выбросов в атмосферу.

Оценка частоты больших вулканических извержений, которые могут вызвать условия «вулканической зимы», предполагают, что они происходят в среднем раз в 50 000 лет. Это по крайней мере в два раза чаще, чем столкновения с кометами и астероидами, которые могут вызвать охлаждения климата сопоставимой силы (Rampino, 2002). Более того, предсказание или предотвращение вулканической климатической катастрофы может быть гораздо более трудным, чем обнаружение и отклонение астероидов и комет. Эти соображения означают, что вулканические суперизвержения представляют реальную угрозу для цивилизации, и необходимы серьёзные усилия для предсказания и предотвращения вулканических климатических катастроф. (Rampino, 2002; Sparks et al. 2005).

Благодарности

Я благодарю S. Ambrose, S. Self, R. Stothers, и G. Zielinski за предоставленную информацию.

Предложения для последующего чтения:

Bindeman, I.N. (2006). The Secrets of Supervolcanoes. Scientific American Magazine (June 2006).

Хорошо написанное популярное введение в быстро растущую область исследований по супервулканологии. По-русски: «Тайная жизнь супервулканов» http://www.sciam.ru/2006/10/nauka1.shtml

Mason, B.G., Pyle, D.M., and Oppenheimer, С (2004). The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth. Bull. Vokanol, 66, 735-748.

Наилучшая доступная сейчас статистика по потенциально глобально катастрофическим угрозам вулканических извержений. Эта статья включает в себя сравнение импактов и суперизвержений и заключает, что суперизвержения несут в себе гораздо больший риск на единицу выделенной энергии.

Rampino, M.R. (2002). Super-eruptions as a threat to civilizations on Earth-like planets. Icarus, 156, 562-569.

В этой статье суперизвержения ставятся в более широкий контекст эволюции разумной жизни во Вселенной.

Rampino, M.R., Self, S., and Stothers, R.B. (1988). Volcanic winters. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 16, 73-99.

Детальная дискуссия о климатических последствиях вулканизма и других потенциально опасных катастрофических геофизических событий.

Литература

Acharya, S.K. and Basu, P.K. (1993). Toba ash on the Indian subcontinent and its implications for correlations of Late Pleistocene alluvium. Quat. Res., 40, 10-19.

Alexander, D. (1991). Information technology in real-time for monitoring and managing natural disasters. Prog. Human Geogr., 15, 238-260.

Ambrose, S.H. (1998). Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and the differentiation of modern humans./. Human Evol., 34, 623-651.

Ambrose, S.H. (2003). Did the super-eruption of Toba cause a human population bottleneck? Reply to Gathorne-Hardy and Harcourt-Smith. /. Human Evol, 45, 231-237.

Bekki, S., Pype, J.A., Zhong, W., Toumi, R., Haigh, J.D., and Pyle, D.M. (1996). The role of microphysical and chemical processes in prolonging the climate forcing of the Toba eruption. Geophys. Res. Lett., 23, 2669-2672.

Bischoff, J.L., Solar, N., Maroto,}., and Julia, R. (1989). Abrupt Mousterian-Aurignacian boundaries at с 40 ka bp: Accelerator ¹⁴C dates from 1'Arbreda Cave (Catalunya, Spain)./. Archaeol. Sci., 16, 563-576. Super-volcanism and other geophysical processes

Brock, J.C. and McClain, C.R. (1992). Interannual variability in phytoplankton blooms observed in the northwestern Arabian Sea during the southwest monsoon. /. Geophys. Res., 97, 733-750. Carr, M.J. (1977). Volcanic activity and great earthquakes at convergent plate margins. Science, 197, 655-657.

Chapman, C.R. and Morrison, D. (1994). Impacts on the Earth by asteroids and comets: assessing the hazards. Nature, 367, 33-40.

Chesner, C.A., Rose, W.I., Deino, A., Drake, R. and Westgate, J.A. (1991). Eruptive history of the earth's largest Quaternary caldera (Toba, Indonesia) clarified. Geology,19, 200-203.

Chouet, B.A. (1996). Long-period volcano seismidty: Its source and use in eruption forecasting. Nature, 380, 316.

Chyba, C.F. (1997). Catastrophic impacts and the Drake Equation. In Cosmovici, СВ., Bowyer, S. and Werthimer, D. (eds.), Astronomical and Biochemical Origins and the Search for Life in the Universe, pp. 157-164 (Bologna: Editrice Compositori).

Covey, C, Ghan, S.J., Walton, J.J., and Weissman, P.R. (1990). Global environmental effects of impact-generated aerosols: Results from a general circulation model. Geol. Soc. Am. Spl. Paper, 247, 263-270.

De La Cruz-reyna, S. (1991). Poisson-distributed patterns of explosive eruptive activity. Bull. Vokanol, 54, 57-67.

Decker, R.W. (1990). How often does a Minoan eruption occur? In Hardy, D.A. (ed.), Them and the Aegean World HI 2, pp. 444-452 (London: Thera Foundation).

Dobran, F., Neri, A., and Tedesco, M. (1994). Assessing the pyroclastic flow hazard at Vesuvius. Nature, 367, 551-554.

Fedele, F.G., Giaccio, В., Isaia, R., and Orsi, G. (2002). Ecosystem impact of the Campanian ignimbrite eruption in Late Pleistocene Europe. Quat. Res., 57, 420-424.

Gagan, M.K. and Chivas, A.R. (1995). Oxygen isotopes in western Australian coral reveal Pinatubo aerosol-induced cooling in the Western Pacific Warm Pool. Geophys.Res. Lett., 22, 1069-1072.

Gathorne-Hardy, F.J. and Harcourt-Smith, W.E.H. (2003). The super-eruption of Toba, did it cause a human population bottleneck?/. Human Evol, 45, 227-230.

Genin, A., Lazar, В., and Brenner, S. (1995). Vertical mixing and coral death in the Red Sea following the eruption of Mount Pinatubo. Nature, Ъ77, 507-510.

Gehrels, T. (ed.) (1994). Hazards Due to Comets <=C Asteroids, 1300 p (Tucson: University of Arizona Press).

Gibbons, A. (1993). Pleistocene population explosions. Science, 262, 27-28. Gilmour, I., Wolbach, W.S., and Anders, E. (1990). Early environmental effects of the terminal Cretaceous impact. Geol. Soc. Am. Spl. Paper, 247, 383-390.

Godano, C. and Civetta, L. (1996). Multifractal analysis of Vesuvius volcano eruptions.Geophys. Res. Lett., 23, 1167-1170.

Graf, H.-F., Kirschner, I., Robbock, A., and Schult, I. (1993). Pinatubo eruption winter climate effects: Model versus observations. Clim. Dynam., 9, 81-93.

Green, O., Percival, I., and Ridge, I. (1985). Nuclear Winter, the Evidence and the Risks,216 p (Cambridge: Polity Press). Hansen, ., Lacis, A., Ruedy, R., and Sato, M. (1992). Potential climate impact of the Mount Pinatubo eruption. Geophys. Res. Lett., 19, 215-218. 218

Hansen, J.E., Sato, M., Ruedy, R., Lacis, A., Asamoah, K, Borenstein, S., Brown, E.,Cairns, В., Caliri, G., Campbell. M., Curran, В., De Castrow, S., Druyan, L., Fox,M., Johnson, C, Lerner, J., Mscormick, M.P., Miller, R., Minnis, P., Morrison,A., Palndolfo, L, Ramberran, I., Zaucker, F., Robinson, M., Russell, P., Shah, K.,Stone, P., Tegen, I., Thomason, L, Wilder, J., and Wilson, H. (1996). A Pinatubomodeling investigation. In Fiocco, G., Fua, D., and Visconti, G. (eds.), The MountPinatubo Eruption: Effects on the Atmosphere and Climate NATO ASI Series Volume142, pp. 233-272 (Heidelberg: Springer Verlag).

Harpending, H.C., Sherry, S.T., Rogers, A.L, and Stoneking, M. (1993). The geneticstructure of ancient human populations. Curr. Anthropol, 34, 483-496.

Harwell, M.A. (1984). The Human and Environmental Consequences of Nuclear War, 179 p (New York: Springer-Verlag).

Harwell, M.A. and Hutchinson, T.C. (eds.) (1985). Environmental Consequences ofNuclear War, Volume II Ecological and Agricultural Effects, 523 p (New York: Wiley).

Harwell, M.A., Hutchinson, T.C, Cropper, W.P., Jr, and Harwell, C.C. (1985).Vulnerability of ecological systems to climatic effects of nuclear war. In Harwell, M.A. and Hutchinson, T.C. (eds.), Environmental Consequences of Nuclear War, Volume IIEcological and Agricultural Effects, pp. 81-171 (New York: Wiley).

Hewitt, G. (2000). The genetic legacy of the Quaternary ice ages. Nature, 405, 907-913.

Huang, C.-H., Zhao, M., Wang, C.-C, and Wei, G. (2001). Cooling of the South ChinaSea by the Toba eruption and other proxies ~71,000 years ago. Geophys. Res. Lett.,28, 3915-3918.

Jones, J.S. and Rouhani, S. (1986). How small was the bottleneck? Nature, 319,449-450. Klein, F.W. (1982). Patterns of historical eruptions at Hawaiian volcanoes. J. Volcanol.Geotherm. Res., 12, 1-35.

Larcher, W. and Bauer, H. (1981). Ecological significance of resistance to lowtemperature. In Lange, O.S., Nobel, P.S., Osmond, СВ., and Zeigler, H. (eds.),Encyclopedia of Plant Physiology, Volume 12A: Physiological Plant Ecology I, pp. 403-37(Berlin: Springer-Verlag).

Leavitt, J. (1980). Responses of Plants to Environmental Stresses. I. Chilling, Freezing andHigh Temperature Stresses, 2nd edition (New York: Academic Press).

Ledbetter, M.T. and Sparks, R.S.J. (1979). Duration of large-magnitude explosiveeruptions deduced from graded bedding in deep-sea ash layers. Geology, 7,240-244.

Lirer, L, Munno, R., Postiglione, I., Vinci, A., and Vitelli, L. (1997). The A.D. 79eruption as a future explosive scenario in the Vesuvian area: Evaluation of associatedrisk. Bull. Volcanol, 59, 112-124.

Mason, B.G., Pyle, D.M., and Oppenheimer, С (2004). The size and frequency of thelargest explosive eruptions on Earth. Bull. Volcanol, 66, 735-748.

Nazzaro, A. (1998). Some considerations on the state of Vesuvius in the Middle Agesand the precursors of the 1631 eruption. Annali di Geofisica, 41, 555-565.

Newhall, C.A. and Self, S. (1982). The volcanic explosiviry index (VEI): an estimate of the explosive magnitude for historical volcanism. J. Geophys. Res., 87, 1231-1238.

Ninkovich, D., Shackleton, N.J., Abdel-Monem, A.A., Obradovich, J.A., and Izett, G. (1978a). K-Ar age of the late Pleistocene eruption of Toba, north Sumatra. Nature, 276, 574-577.

Ninkovich, D., Sparks, R.S.J., and Ledbetter, M.T. (1978b). The exceptional magnitudeand intensity of the Toba eruption: an example of the use of deep-sea tephra layersas a geological tool. Bull. Volcanol, 41, 1-13.

Oppenheimer, С (2002). Limited global change due to the largest known Quaternary eruption, Toba = 74 kyr BP? Quat. Sci. Rev., 21, 1593-1609.

Palais, J.M. and Sigurdsson, H. (1989). Petrologic evidence of volatile emissions frommajor historic and pre-historic volcanic eruptions. Am. Geophys. Union, Geophys.Monogr., 52, 32-53.

Pinto, J.P., Turco, R.P., and Toon, O.B. (1989). Self-limiting physical and chemicaleffects in volcanic eruption clouds. J. Geophys. Res., 94,11165-11174.

Pittock, A.B., Ackerman, T.P., Cratzen, P.J., MacCracken, M.C., Shapiro, C.S., and Turco, R.P. (eds.) (1986). Environmental Consequences of Nuclear war, Volume I Physicaland Atmospheric Effects, 359 p (New York: Wiley).

Pittock, A.B., Walsh, K., and Frederiksen, J.S. (1989). General circulation modelsimulation of mild nuclear winter effects, dim. Dynam., 3,191-206.

Pollack, J.B., Rind, D., Lacis, A., Hansen, J.E., Sato, M., and Ruedy, R. (1993). GCMsimulations of volcanic aerosol forcing. Part 1: climate changes induced by steady-state perturbations. ]. dim., 6, 1719-1742.

Pope, K.O., Baines, K.H., Ocampo, A.C., and Ivanov, B.A. (1994). Impact winter andthe Cretaceous/Tertiary extinctions: Results of a Chicxulub asteroid impact model.Earth Planet. Sci. Lett, 128, 719-725.

Pyle, D.M. (1995). Mass and energy budgets of explosive volcanic eruptions. Geophys.Res. Lett., 22, 563-566.

Rampino, M.R. (2002). Supereruptions as a threat to civilizations on Earth-like planets.Icarus, 156, 562-569.

Rampino, M.R. and Ambrose, S.H. (2000). Volcanic winter in the Garden of Eden: the Toba super-eruption and the Late Pleistocene human population crash. InMcCoy, F.W. and Heiken, G. (eds.), Volcanic Hazards and Disasters in HumanAntiquity. Special paper 345, pp. 71-82 (Boulder, CO: Geological Society of America).

Rampino, M.R. and Self, S. (1982). Historic eruptions of Tambora (1815), Krakatau (1883), and Agung (1963), their stratospheric aerosols and climatic impact. Quat. Res., 18,127-143.

Rampino, M.R. and Self, S. (1984). Sulphur-rich volcanism and stratospheric aerosols.Nature, 310, 677-679.

Rampino, M.R. and Self, S. (1992). Volcanic winter and accelerated glaciation following the Toba super-eruption. Nature, 359, 50-52.

Rampino, M.R. and Self, S. (1993a). Climate-volcanism feedback and the Toba eruptionof ~74,000 years ago. Quat. Res., 40, 269-280.

Rampino, M.R. and Self, S. (1993b). Bottleneck in human evolution and the Tobaeruption: Science, 262, 1955.

Rampino, M.R., Self, S., and Stothers, R.B. (1988). Volcanic winters. Annu. Rev. EarthPlanet. Sci., 16, 73-99.

Redman, R.E. (1974). Photosynthesis, plant respiration, and soil respiration measuredwith controlled environmental chambers in the field: Canadian Committee, IBPTechnical Report 49 (Saskatoon: University of Saskatchewan).

Remo J.L. (ed). Near Earth objects. The UN international conference Volume822, 623p (New York Academy of Sciences Annals). New York

Robock, A. and Mass, C. (1982). The Mount St. Helens volcanic eruption of 18 May1980: large short-term surface temperature effects. Science, 216, 628-630.

Rogers, A.R. and Jorde, L.B. (1995). Genetic evidence on modern human origins. Human Bid., 67, 1-36.

Rose, W.I. and Chesner, C.A. (1990). Worldwide dispersal of ash and gases from earth's largest known eruption: Toba, Sumatra, 75 Ka. Global Planet. Change, 89, 269-275

Sagan, С (ed.) (1973). Communication with Extraterrestrial Intelligence (Cambridge MA: MIT Press).

Sagan, C. and Ostro, S. (1994). Long-range consequences of interplanetary collisions. Issues Sci. Technoi, 10, 67-72.

Sagan С and Turco, R. (1990). A Path Where No Man Thought, 499 p (New York: Random House).

Shane, P., Westgate, J., Williams, M., and Korisettar, R. (1995). New geochemicalevidence for the Youngest Toba Tuff in India. Quat. Res., 44, 200-204.

Sherry, S.T., Rogers, A.R., Harpending, H., Soodyall, H., Jenkins, Т., and Stoneking, M. (1994). Mismatch distributions of mtDNA reveal recent human population expansions. Human Biol., 66, 761-775.

Shultz, H., Emeis, K.-C, Erlenkeuser, H., von Rad, U., and Rolf, С (2002). The Toba volcanic event and interstadial/stadial climates at the marine isotopic stage 5 to 4 transition in the northern Indian Ocean. Quat. Res., 57, 22-31.

Song, S.-R., Chen, C.-H., Lee, M.-Y., Yang, T.F., and Wei, K.-Y. (2000). Newly discoveredeastern dispersal of the youngest Toba tuff. Marine Geol., 167, 303-312.

Sparks, S., Self, S., Grattan, J., Oppenheimer, C, Pyle, D., and Rymer, H. (2005). Super-eruptions global effects and future threats. Report of a Geological Society of London Working Group, The Geological Society, London, pp. 1-25.

Stothers, R.B. (1984a). The great Tambora eruption of 1815 and its aftermath. Science, 224, 1191-1198.

Stothers, R.B. (1984b). The mystery cloud of AD 536. Nature, 307, 344-345.

Stothers, R.B. (1996). Major optical depth perturbations to the stratosphere from volcanic eruptions: Pyrheliometric period, 1881-1960. /. Geophys. Res., 101,3901-3920.

Stothers, R.B. (2000). Climatic and demographic consequences of the massive volcanic eruption of 1258. Clim. Change, 45, 361-374.

Strong, A.E. (1993). A note on the possible connection between the El Chichon eruption and ocean production in the northwest Arabian Sea during 1982./. Geophys. Res., 98,985-987.

Tinus, R.W. and Roddy, D.J. (1990). Effects of global atmospheric perturbations on forest ecosystems in the Northern Temperate Zone; Predictions of seasonal depressed-temperature kill mechanisms, biomass production, and wildfire soot emissions. Geol. Soc. Am. Spl. Paper, 247, 77-86.

Toon, O.B., Turco, R.P., and Covey, C. (1997). Environmental perturbations caused by the impacts of asteroids and comets. Rev. Geophys., 35, 41-78.

Turco, R.P., Toon, O.B., Ackerman, T.P., Pollack, J.B., and Sagan, C, (1990). Climate and smoke: An appraisal of nuclear winter. Science, 247, 166-176.

van Keulan, H., Lowerse, W., Sibma, L., and Alberda, M. (1975). Crop simulation and experimental evaluation – a case study, In Cooper, J.P. (ed.), Photosynthesis and Productivity in Different Environments, pp. 623-643 (Cambridge: Cambridge University Press).

Voight, B. (1988). A method for prediction of volcanic eruptions. Nature, 332,125-130.

Voight, B. and Cornelius, R.R. (1991). Prospects for eruption prediction in near real­time. Nature, 350, 695-697.

Wainscoat, J.S., Hill, A.V.S., Them, S.L., Clegg, J.J. (1986). Evolutionary relationships of human populations from an analysis of nuclear DNA polymorphisms. Nature, 319, 491-493 .

Walter, L.S. (1990). The uses of satellite technology in disaster management. Disasters, 14, 20-35.

Woillard, G. and Mook, W.G. (1982). Carbon-14 dates at Grande Pile: Correlation ofland and sea chronologies. Science, 215, 159-161.

Wood, C.A. and Kienle, J. (eds.) (1990). Volcanoes of North America, 354 p (Cambridge:Cambridge University Press).

Woods, A.W.M. and Wohletz, K.H. (1991). Dimensions and dynamics of co-ignimbriteeruption columns. Nature, 350, 225-227.

Zielinski, G.A., Mayewski, P.A., Meeker, L.D., Whitlow, S., Twickler, M.S., and Taylor,K., (1996a). Potential atmospheric impact of the Toba mega-eruption ~71,000 yearsago. Geophys. Res. Lett, 23, 837-840.

Zielinski, G.A., Mayewski, P.A., Meeker, L.D., Whitlow, S., and Twickler, M.S. (1996b).An 110,000-year record of explosive volcanism from the GISP2 (Greenland) icecore. Quat. Res., 45, 109-118.