SETI: Поиск Внеземного Разума

Во всех этих примерах (число которых можно было бы многократно умножить) саморегулирование осуществляется благодаря так называемой отрицательной обратной связи: изменение регулируемого параметра приводит к тому, что внутри системы включаются регулирующие механизмы, которые возвращают регулируемый параметр к прежнему значению, поддерживая стабильное состояние системы. Но все дело в том, что земная атмосфера не является системой с отрицательной обратной связью. На это обращает внимание венгерский физик-теоретик Г. Маркс[167]. Температура поверхности Земли, как уже отмечалось, определяется тремя факторами: потоком солнечной энергии, отражательной способностью (альбедо) Земли и пропусканием земной атмосферы. Малейшее понижение среднегодовой температуры ведет к увеличению снежного покрова и, как следствие, к повышению альбедо. А это, в свою очередь, приводит к понижению температуры и т. д. Следовательно, раз начавшись, процесс похолодания будет нарастать. Аналогично, повышение температуры, согласно Марксу, приводит к увеличению содержания углекислого газа и водяного пара в атмосфере, а это ведет к увеличению парникового эффекта и, следовательно, к дальнейшему повышению температуры. Подобные системы называются системами с положительной обратной связью. Равновесие их крайне неустойчиво, оно не может поддерживаться за счет внутренних регулирующих механизмов. Применительно к земной атмосфере проблема, как подчеркивает Маркс, усугубляется гем, что все при фактора, от которых зависит температура, меняются со временем и притом различным образом. Тем не менее на протяжении почти 4 миллиардов лет на Земле сохраняется постоянство температуры с точностью до 10%. В условиях положительной обратной связи это требует очень эффективного механизма внешней регулировки.

Какой фактор может осуществить такую регулировку? Термический баланс в значительной мере определяется пропусканием земной атмосферы, а пропускание зависит от ее химического состава. Следовательно, регулируя химический состав в атмосфере, можно, в принципе, стабилизировать температуру. Но при этом состав атмосферы не может изменяться произвольно, ибо для поддержания жизни необходим определенный химический состав. В современной атмосфере Земли химический баланс поддерживается очень точно. Маркс (со ссылкой на Дж. Лавлока) приводит следующий пример, связанный с содержанием кислорода в атмосфере и ее влажностью. Современная концентрация кислорода составляет 21%. Если бы она была ниже 10%, то горение было бы невозможно, даже при использовании в качестве топлива сухой древесины. (Между тем, мы знаем, какое важное значение для человека имеют процессы горения на Земле.) С другой стороны, если бы концентрация кислорода превысила 25%, то горели бы даже сырая трава и лес под дождем. При современной концентрации зеленая трава и лес не горят, если влажность превышает 15%. Вновь проблема состоит не столько в том, как установилось подобное сочетание параметров (хотя и это очень важно), сколько в том — как оно поддерживается. Ведь кислород постоянно воспроизводится в земной атмосфере в процессе фотосинтеза и выводится из нее вследствие процессов горения, дыхания, выветривания и т. д. В результате каждые 1000 лет атмосферный кислород полностью обновляется. Каким образом при этих условиях сохраняется его концентрация? Маркс замечает в связи с этим, что «термическая и химическая стабильность земной атмосферы скорее похожа на чудо, чем на необходимость»[168].

В наших рассуждениях, говоря о положительной обратной связи, мы не принимали во внимание фактор жизни. По мысли Маргулиса и Лавлока, именно жизнь выполняет роль регулирующего механизма. Она сама регулирует химический состав и температуру нижней атмосферы. Ибо рост организмов, с одной стороны, зависит от химического состава и температуры, а с другой стороны, влияет на химические процессы в окружающей среде с участием тех газов, которые необходимы для продолжения жизнедеятельности, в том числе с участием газов, регулирующих температуру Земли. Например, потепление климата ведет к увеличению биомассы организмов, которые в процессе своей жизнедеятельности используют фотосинтез. Благодаря этому количество углекислоты в атмосфере сокращается, что ведет к похолоданию. В результате восстанавливается прежнее значение температуры и (благодаря уменьшению биомассы) прежнее количество углекислого газа. Таким образом, если не рассматривать атмосферу изолированно, а в соответствии с концепцией Э. Зюсса и В. И. Вернадского, включить ее вместе с соответствующими слоями гидросферы и литосферы, заполненными «живым веществом» в единую систему биосферы Земли, то в такой системе будет действовать регулирующая отрицательная обратная связь. Лавлок и Маргулис назвали эту систему Геей, по имени древнегреческой Богини Земли.