Джеймс Лавлок: Создатель концепции Геи

Джеймс Лавлок: Создатель концепции Геи

Двадцать шестого июля 2019 года исполнилось 100 лет выдающемуся английскому исследователю и мыслителю Джеймсу Лавлоку. Именно так: не «сто лет со дня рождения», а сотый день рождения.

Человек, который сравнил нашу планету с живым существом и сумел доказать, что это не пустая фантазия, живет в коттедже на берегу моря в английском графстве Дорсет. Не так давно он сказал в интервью «Independent», что сейчас Земля ему кажется похожей на него самого: она очень стара, но у нее еще есть время.

Джеймс Лавлок вырос в Лондоне. Он получил два высших образования: химическое и медицинское, работал в медицинских учреждениях, а в середине 1950-х заинтересовался химией того, что в нашей стране называется «окружающей средой».

Он разработал несколько детекторов для газовой хроматографии и среди них — детектор электронного захвата, сыгравший важную роль в развитии экологической науки. С помощью этого детектора, в частности, можно было определять галогенсодержащие органические вещества в газовой фазе, в том числе производные пестицидов. Как подчеркивает сам Джеймс Лавлок, именно это изобретение привело к созданию знаменитой книги Рэйчел Карсон «Безмолвная весна» (название дано по одной из самых сильных глав книги — о гибели птиц от пестицидов), которая положила начало экологическому движению.

Намного позже, в начале 1970-х, Лавлок отправится с этим прибором в экспедицию на британском научно-исследовательском судне «Шеклтон» и впервые обнаружит широкую распространенность хлорфторуглеродов в атмосфере Земли. Правда, о том, что из них может выделяться хлор, он не задумывался, и Нобелевская премия по химии 1995 года за открытие роли этих соединений в разрушении озонового слоя досталась Франку Роуленду, Марио Молине и Паулю Крутцену.

А в начале 1960-х годов Лавлок отправился в США по приглашению NASA. Изобретателя новых детекторов пригласили в научную группу, занимавшуюся созданием зондов для исследования Луны и планет. Сначала он разрабатывал методы анализа лунного грунта, затем участвовал в программе поиска жизни на Марсе. Тогда он и начал размышлять о том, есть ли жизнь на других планетах и как это можно проверить.

В 1964 году Лавлок объявил себя «независимым ученым, свободным от любых ограничений, связанных с влиянием международных компаний на направление научных исследований». Позднее он принимал приглашения от известных университетов, был профессором в Хьюстонском университете (США), затем в Редингском университете, (Великобритания), но в целом принципу независимости не изменял, предпочитая изучать литературу дома, а экспериментировать в пристройке.

В 1965 году «Nature» публикует статью Лавлока о том, что состав атмосферы на безжизненной планете должен быть близок к химическому равновесию. А если на планете есть жизнь, то этот состав может быть термодинамически сильно неравновесным. Действительно, на Земле с ее богатой кислородом атмосферой жизнь есть, а на Марсе, в атмосфере которого преобладает углекислый газ, — нет.

Размышления об атмосфере обитаемых и необитаемых планет привели Лавлока в начале 1970-х годов к формулировке концепции Геи. Кстати, назвать ее в честь древнегреческой богини Земли предложил знаменитый английский писатель Уильям Голдинг (1911–1993), который в то время жил по соседству с ученым.

Концепцию Геи можно считать обобщением концепции биосферы, предложенной Эдуардом Зюссом (1831–1914) и развитой в работах Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945). Сущность ее заключается в том, что свойства поверхности Земли поддерживаются благодаря активности всех населяющих ее живых организмов. Интересно, что, создавая эту концепцию, Джеймс Лавлок не знал о работах Вернадского. Он познакомился с ними только в 1980-х годах и начал популяризировать их на Западе.

По Лавлоку, активность живых организмов влияет не только на геохимические, но и на геофизические параметры Земли. Она играет важную роль в формировании климата разных районов Земли, водного режима и даже рельефа.

Для иллюстрации возможности живых организмов стабилизировать температуру планеты Джеймс Лавлок предложил модель «Маргариткового мира». На гипотетической планете, похожей на нашу Землю, живет только один вид — маргаритки, которые бывают светлыми и темными. А звезда, вокруг которой вращается эта планета, постепенно увеличивает свою светимость. Если бы планета была безжизненным каменным шаром, то с ростом светимости Солнца температура бы линейно нарастала. Но в модели есть маргаритки, и зависимость становится сильно нелинейной.

Предположим, что маргаритки могут существовать при температурах от 5 до 40º С, а их температурный оптимум — 20º С. Когда температура достигла 5º С, на планете появляются маргаритки, как белые, так и черные. Но черные маргаритки сильнее поглощают свет, чем белые, поэтому почва под ними становится теплее. В результате они начинают вытеснять белые маргаритки. Это продолжается до тех пор, пока температура не повысится настолько, что конкурентоспособность черных маргариток сравняется с конкурентоспособностью белых маргариток. Температура под белыми маргаритками будут немного меньше 20º С, а под черными — немного больше. При дальнейшем росте температуры более конкурентоспособными окажутся белые маргаритки, которые начнут вытеснять черные. В конце концов они завоюют всю планету.
Модель Лавлока показывает, что даже такая простая экосистема может сглаживать изменения температуры, связанные с изменением светимости Солнца. На реальной планете Земля протекают куда более сложные процессы, но сам факт влияния биосферы на «неживую природу» и, в частности, на климат сегодня вряд ли кто-то будет оспаривать.

Тогда же, в 1970-х годах, сторонницей концепции Геи стала американская исследовательница Линн Маргулис (1938–2011), знаменитая своей симбиогенетической теорией происхождения митохондрий (митохондрии — органеллы современных клеток — потомки древних микроорганизмов, ставших симбионтами большой клетки; теперь эту теорию можно назвать общепризнанной, но изначально научный мир ее встретил с большим скепсисом). Она подробно проанализировала роль различных групп микроорганизмов в функционировании Геи — о том, как микроорганизмы воздействуют на состав атмосферы и на формирование земных пород, никто не знает лучше биолога-эволюциониста. Поэтому концепцию Геи иногда называют концепцией Лавлока — Маргулис.

Лавлок сравнивал Гею со сверхорганизмом, и это сравнение повредило концепции: из-за такой «поэтической вольности» многие исследователи неодобрительно к ней отнеслись. Наверное, лучше было бы сравнить ее со сверхбиоценозом. А еще лучше было бы использовать традиционный термин «биосфера». Многие авторитетные биологи отмечали также, что взгляд на планету как на организм противоречит теории эволюции. Линн Маргулис категорически возражала против «персонификации» планеты: для нее Гея была не организмом, а комплексом особого рода связей между организмами. Одному из студентов Маргулис принадлежит знаменитый афоризм: «Гея — просто симбиоз, наблюдаемый из космоса».

В 1965 году компания «Shell» обратилась к экспертам, в том числе и к Лавлоку, с просьбой описать мир, каким он будет в 2000 году. Лавлок прозорливо ответил, что главной проблемой в 2000 году станет состояние окружающей среды, в частности, глобальное потепление, связанное прежде всего с нарастанием концентрации углекислого газа в атмосфере. В дальнейшем он постоянно возвращался к этой теме. По оценкам Лавлока, сделанным в 2007 году, к 2100 году численность населения Земли из-за наводнений, засухи и голода может уменьшиться в пять раз. Позднее он отмечал, что был слишком пессимистичен, однако тенденция такова. Удовлетворение растущих потребностей человечества рано или поздно приведет к тому, что потребности придется резко уменьшить. В одном из недавних интервью он говорил о мире, где место людей займут формы жизни, основанные на искусственном интеллекте, и, пожалуй, это не было шуткой.

Факт, удивительный для «зеленых»: Лавлок предлагает сократить сжигание ископаемого топлива и перейти на ядерную энергетику. Проблему захоронения радиоактивных отходов он считает решаемой, а вот идею перехода на возобновляемые источники энергии оценивает как нереальную. И даже к ГМО, жупелу современных экозащитников, он относится терпимо: пусть будут ГМО, если они помогут накормить людей, не увеличивая затрат энергии. Эта точка зрения вызвала резкие возражения со стороны многих деятелей в области охраны природы.

Но куда же девать углекислый газ? Обычно считают, что из атмосферы его убирают экваториальные леса, которые насыщают атмосферу кислородом. Но это не так. В экваториальных лесах фотосинтез и дыхание сбалансированы друг с другом, и сколько углекислого газа поглощается при фотосинтезе, столько же его выделяется при дыхании. На самом деле углекислый газ убирают из атмосферы океан и болота. В океане отмершие водоросли оседают на дно, а в болотах остатки живых существ накапливаются и медленно гниют без доступа кислорода. И в океане, и на болотах накапливается органическое вещество, в которое и переходит углекислый газ.

Джеймс Лавлок и Крис Рэпли (род. 1947) предложили способ удаления избытка углекислого газа из атмосферы; их письмо об этом журнал «Nature» опубликовал 26 сентября 2007 года. «Один из подходов, — говорилось в письме, — состоит в использовании свободно плавающих или закрепленных вертикальных труб, чтобы увеличить смешивание богатых питательными веществами вод ниже термоклина (области между несмешивающимися поверхностными и глубинными водами. — Примеч. ред.) с относительно бесплодными водами на поверхности океана. Трубы для подъема воды — скажем, длиной от 100 до 200 метров, диаметром 10 метров и с односторонним клапаном на нижнем конце для накачки движением волн — питают водоросли в поверхностных водах и побуждают их размножаться». По сути, это искусственный аналог природного процесса, апвеллинга, то есть смешивания холодных и теплых вод, которое резко повышает продуктивность океана (см. статью Ольги Арнольд в этом номере и Георгия Виноградова в № 3 за 2019 год). Усиленное размножение водорослей будет способствовать изъятию углекислого газа из атмосферы, а затем отмершие водоросли осядут на дно, унося с собой углерод из CO2. Эта «геоинженерная» идея наделала много шума, однако ее практическая реализуемость остается под вопросом.

Иногда Лавлока называют «пророком конца света», но это едва ли справедливо. Лавлок готов дать человечеству шанс, в отличие от некоторых других ученых. В 2009 году американский палеонтолог Питер Уорд модифицировал концепцию Геи, предложив гипотезу Медеи. Согласно этой гипотезе, в Гее постепенно развиваются внутренние процессы, приводящие к вымиранию значительной части высокоразвитых организмов. Как и описанная в древнегреческой мифологии Медея, Гея убивает собственных детей. Действительно, подавляющее большинство массовых вымираний в палеонтологической летописи Земли было вызвано процессами, протекающими внутри биосферы (см. об этом в цикле «Лики Земли» Сергея Ястребова, опубликованном в №№ 8–12 «Химии и жизни» 2016 года). Вопрос в том, хватит ли ума и способностей у нынешнего высокоразвитого земного вида избежать очередной катастрофы.

Хочется поздравить профессора Лавлока со столетним юбилеем и пожелать ему крепкого здоровья и дальнейших успехов в науке. Досадно, что ни одна из его 11 книг до сих пор не переведена на русский.

Кандидат биологических наук С.В. Багоцкий

Вам может быть интересно

юбилей

Юбилей Юрия Ивановича СЕМЁНОВА

конк

Приглашаем на конференцию по экологии!

Актуальное