— Published on 13/09/2020 / Bug.hr.
Jedno od masovnih izumiranja života na Zemlji koje se događalo krajem geološkog razdoblja devona moglo je biti inicirano eksplozijom relativno bliske supernove čije je zračenje uništilo ozonski omotač
Multidisciplinarni znanstveni časopis PNAS (Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država) nedavno je objavio rad u kojem je grupa istraživača, koju vodi astrofizičar Brian Fields, pokazala da je eksplozija jedne supernove, udaljene od Zemlje oko 65 svjetlosnih godina, mogla Zemljin ozonski omotač razoriti do te mjere da je ultraljubičasto zračenje iz svemira uzrokovalo nestanak mnogih vrsta života na Zemlji. Za razliku od udara velikog asteroida, čije je katastrofalno djelovanje praktički trenutačno (premda posljedice mogu trajati stoljećima), zračenje stvoreno eksplozijom relativno bliske supernove Zemlju bi obasjavalo oko stotinu tisuća godina. Cijelo to vrijeme atmosfera bi bila izložena pojačanom kozmičkom zračenju u kojem više ne dominiraju protoni (ili jezgre vodika), kao inače, nego jezgre teških atoma, od željeza do plutonija. Bila bi to svojevrsna željezna radioaktivna kiša koja bi otvorila ozonsku rupu veličine Zemlje, i držala ju otvorenom milenijima, tako da bi UV-zračenje polako i nemilosrdno steriliziralo Zemljinu površinu do istrebljenja gotovo svega živoga. Za razumijevanje ove strašne priče potrebno je povezati sve prirodne znanosti.
.
Geologija
Zemlja je stara oko 4,5 milijarde godina (bez obzira što fan-klub nekadašnjeg biskupa Ushera mislio o tome), a to je otprilike trećina starosti svemira. Od svojeg nastanka, u okviru Sunčevog sustava, do danas Zemlja je prolazila mnoge faze razvoja pa su geolozi, radi lakšeg snalaženja, svo to vrijeme podijelili na eone, ere, razdoblja i epohe.
Eona su dva: prakambrij i fanerozoik. Prakambrijski eon obuhvaća otprilike prvih četiri milijarde godina, a fanerozoik pokriva zadnjih 570 milijuna godina i dijeli se na tri ere: paleozoik, mezozoik i kenozoik. Na početku kenozoika su izumrli dinosauri, a na kraju kenozoika živimo mi danas. No zanima nas zapravo paleozoik. On se dijeli na šest razdoblja: kambrij, ordovicij, silur, devon, karbon i perm.
Na prijelazu iz devona u karbon, prije otprilike 360 milijuna godina, odvijalo se polagano izumiranje koji je trajao nekih desetak milijuna godina. Procjenjuje se da je tada nestalo oko 70% svih živih vrsta.
.
Biologija
Život na Zemlji postoji najmanje 3,5 milijarde godina (bez obzira što fan-klub nekadašnjeg ministra znanosti Šustara mislio o tome). Razvoj života na Zemlji opisuje teorija biološke evolucije. A biološkoj evoluciji prethodila je kemijska evolucija. Neke detalje tih procesa zasad još ne znamo, no mnogo toga znamo. Ono što zasad znamo o prijelaznom periodu iz kemijske u biološku evoluciju, konkretno rečeno: ono što zasad znamo o samom postanku života, opisao je Nenad Raos u svojoj knjizi The Cookbook of Life: New Theories on the Origin of Life.
Ukratko, život na Zemlji ima zajedničko porijeklo. Koje god dvije vrste odabrali, u dovoljno dalekoj povijesti postoji zajednički predak. Tako zajedničkog pretka nemaju samo čovjek i čimpanza (što neke naše ministre i rektore jako uznemirava), nego recimo čovjek i žirafa ili čovjek i koronavirus (trenutačno najomraženiji oblik života na planetu, ako se Homo sapiense pita).
No, ono što je važno za ovu priču: vrste na Zemlji nastaju i nestaju kroz cijelu biološku povijest. Procjenjuje se da je izumrlo 99% svih vrsta koje su ikad živjele. Dakle, nestanak vrsta je normalan prirodni proces. Ponekad je on polagan i gotovo neprimjetan, a ponekad relativno brz (s obzirom na geološko vrijeme) i buran. Ove druge situacije nazivamo velikim izumiranjima. Takvih je izumiranja dosad bilo barem pet, ovisno o tome kako definiramo "veliko", a prema njima i razgraničujemo razdoblja paleozoika.
Prvo veliko izumiranje događalo se na prijelazu iz ordovicij u silur, prije nekih 440 milijuna godina. Tada se još sav život nalazio u oceanima. Drugo veliko izumiranje odvijalo se na prijelazu iz devona u karbon, prije otprilike 360 milijuna godina. To je ono koje nas u ovoj priči najviše zanima. Treće veliko izumiranje događalo se na kraju perma, prije 250 milijuna godina. Tada je nestalo čak 96% svih vrsta. No život je otporan kao korov. Idemo dalje na mezozoik koji ima tri razdoblja: trijas, juru i kredu. Na kraju trijasa, prije nekih 200 milijuna godina imamo četvrto izumiranje. I konačno, na kraju krede, prije 65 milijuna godina, peto veliko izumiranje za koje gotovo svi znaju zbog nestanka dinosaura.
U današnje vrijeme ljudi svjedoče, a pomalo i pomažu, šestom masovnom izumiranju koje je opisano u sjajnoj knjizi Elizabeth Kolbert Šesto izumiranje (Znanje, 2015.).
.
Kemija
Nedavno je otkriveno da je u doba drugog velikog izumiranja tisućama godina postojalo znatno pojačano ultraljubičasto zračenje što znači da je bio uništen ozonski omotač. Ozon je modifikacija kisika s tri, umjesto dva, atoma u jednoj molekuli, dakle O3. U višim slojevima atmosfere ultraljubičasto zračenje neprekidno stvara ozon iz običnog kisika, O2. Taj se ozon također neprekidno raspada pa konačno postoji ravnotežno stanje u kojem je brzina nastanka jednaka brzini nestanka, odnosno ukupna količina ozona je približno stalna. Taj ozon formira ozonski omotač koji je iznimno važan za život na Zemlji, jer blokira veliki dio štetnog ultraljubičastoga zračenja iz svemira. Ako se iz nekog razloga ravnoteža ozona naruši tako da brzina nestanka postane veća od brzine nastanka onda ozonski omotač s vremenom postane sve tanji i na mjestima može čak posve nestati. Ta mjesta nazivamo ozonskim rupama. Ta rupa sama po sebi nije opasna. Opasno je ultraljubičasto zračenje koje kroz rupu prodire prema površini Zemlje jer ga više nema što prigušiti. UV-zračenje ima dovoljno veliku energiju da iz atoma izbacuje elektrone. Ono dakle ionizira atome pa ga nazivamo ionizirajućim zračenjem. S obzirom da kemijska svojstva ovise o vanjskim elektronima to znači da UV-zračenje u konačnici utječe na svojstva atoma odnosno molekula. A oštećene molekule više ne funkcioniraju kako treba što pak znači da se biološki procesi više ne odvijaju kako treba. Rezultat može biti bolest i u krajnjem slučaju smrt organizma.
.
Fizika
U dijelu priče o kemiji rekli smo "ako se iz nekog razloga ravnoteža ozona naruši". Jedan od razloga je ispuštanje industrijski proizvedenih plinova, poznatih pod nazivom freoni, u atmosferu. Ti se plinovi na velikim visinama razgrađuju, a njihovi fragmenti pak uzrokuju razgradnju ozona, odnosno postepeni nestanak ozonskog omotača. To je umjetni način odnosno čovjekovo maslo.
Postoji i prirodni način. Ravnotežu ozona može narušiti i pojačano kozmičko zračenje. Fizičari s početka priče pitali su se bi li relativno bliska supernova mogla izazvati pojačano kozmičko zračenje u duljem vremenskom periodu. Računi su pokazali da bi eksplozija supernove udaljene otprilike 20 parseka (oko 65 godina svjetlosti) bila bi dovoljna da ukloni ozonski omotač u periodu od čak sto tisuća godina.
Dakle, imamo potencijalno objašnjenje za izumiranje u kasnom devonu, ali još ne i potvrdu. Što bi mogla biti potvrda? Spomenuti rad daje jasan odgovor na to pitanje: izotopi samarija (146Sm) ili plutonija (244Pu) koji bi bili pronađeni u geološkim slojevima formiranim prije otprilike 360 milijuna godina.