Насколько стабильна Земля как система?

Насколько стабильна Земля как система?

Каким бы ни был результат сложного взаимодействия климатических, геологических, биологических и других процессов, жизнь на планете всегда сохраняется. Почему?

Земля с её магнитным полем, порождённым ядром, океанами жидкой воды, динамическим климатом и обильной жизнью — самая, надо полагать, сложная система в известной нам части Вселенной. Жизнь возникла на Земле свыше 3,5 млрд лет назад и, несмотря на катастрофы планетарного масштаба (падения огромных метеоритов, неудержимое изменение климата и увеличение яркости Солнца), она с тех пор и по сей день продолжает расти, воспроизводиться и развиваться.

Жизнь смогла противостоять всем этим напастям благодаря простому везению или же в системе Земли протекают стабилизирующие её процессы, которые снижают эффект этих потрясений? Если такие процессы планетарного масштаба действительно существуют, в какой мере они являются результатом жизни?

Сорок лет назад британский учёный Джеймс Лавлок сформулировал гипотезу Геи, в соответствии с которой жизнь контролирует некоторые аспекты динамики планеты и тем самым защищает те условия, что позволяют жизни распространяться, несмотря на все нарушения привычного положения дел. Гипотеза была и остаётся спорной — отчасти из-за того, что по-прежнему неизвестен механизм, который позволил бы возникнуть этой стабилизирующей саму себя системе.

Джеймс Дайк и Иан Уивер из Саутгемптонского университета осмелились предложить описание такого механизма. По их словам, когда жизнь изменяется под действием природно-климатических условий или сама меняет их, возникает то, что можно назвать системой автоматического регулирования, в результате действия которой физические условия окружающей среды стабилизируются. Впервые эта система была описана в середине XX века в период подъёма кибернетики, но осталась без внимания.

Авторы формулируют модель взаимодействия между жизнью и средой, результатом которого становится гомеостаз, в терминах гауссовых процессов, что позволяет создавать новые методы расчётов для решения экологических проблем.

Модель основана на двух очевидных предположениях. Во-первых, богатство и распространение видов в некотором роде определяются условиями окружающей среды. Во-вторых, те же условия окружающей среды в некотором роде определяются богатством и распространением видов. С одной стороны, существуют экологические ниши — набор природно-климатических условий, который позволяет расти и развиваться только избранным видам. С другой стороны, обмен веществ и экспорт энтропии в окружающую среду приводят к масштабным изменениям среды — например, бактерии влияют на химический состав почвы (пространственная и временная области воздействия исчисляются миллиметрами и сутками); черви, корни растений, подземные животные перемешивают почву (метры и десятилетия); фотосинтезирующие организмы меняют состав атмосферы (весь мир и сотни миллионов лет) и т. д. И так по бесконечному кругу.

Исследователи показывают, что стабильность системы обычно повышается, затем остаётся постоянной с одновременным увеличением биологического разнообразия, и на этой стадии число аттракторов растёт по экспоненте соответственно количеству экологических переменных (факторов окружающей среды), тогда как вероятность того, что система окажется в аттракторе, лежащем в пределах заданных границ, уменьшается практически линейно.

Выше приведён фазовый портрет системы с двумя экологическими переменными, где количество биотических компонентов системы находится на очень высоком уровне, существенная область значений = 100, а ширина экологической ниши = 5. Точки устойчивого равновесия отмечены кругами. Области притяжения аттрактора, которые ведут к этим точкам, раскрашены в разные цвета. Белым обозначены начальные условия с существенной областью значений [0:100]². Обратите внимание: факторы внешней среды (см. стрелочки) не всегда движутся сразу же к точкам стабильности. (Изображение авторов работы.)

Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Computational Biology.

Подготовлено по материалам Саутгемптонского университета.

Источник: compulenta.computerra.ru

Похожие новости:
NASA: Земля может превратиться в Марс в ближайший год
Специалисты NASA предупреждают, что по многим показателям планета Земля может превратиться в Марс уже через год-полтора. В магнитосфере — оболочке, которая защищает Землю от солнечной радиации, образовались дыры, и они не срастаются. Через них может проникнуть радиация, уничтожающая все живое на планете, ..
2014-06-20 2620 0 Разное, интересное
0
Американцев напугали гигантской воронкой
Геологи предупредили жителей Техаса о том, что две карстовые воронки (провалы в почве) в городках Винк и Кермит перешли в нестабильное состояние и рискуют слиться в одну гигантскую воронку. Об этом сообщается в журнале Remote Sensing, а коротко об исследовании пишет Daily Mail.Слияние ..
2016-06-18 1210 0 Разное, интересное
0
Ученые запустили крупнейшую  в мире машину для бурения
Берта, крупнейшая бурильная машина для туннелей (TBM), она начала бурить под Сиэтлом во вторник. Она была собрана в яме размером 80 футов (24,3 метра),  после перевозки по кускам от изготовителя из Японии. Разработанная, чтобы пробурить туннель длиной 1,7 мили (2,7 км) тоннель для State ..
2013-08-4 1428 0 Разное, интересное
0
Земля все быстрее отталкивает Луну
Ученый Мэтью Хубер из Университета Пердью выяснил, что Земля отталкивает от себя Луну быстрее, чем когда-либо за последние 50 миллионов лет. Из-за приливов и отливов спутник нашей планеты отдаляется от Земли все дальше, что влияет и на саму планету. Гравитация Луны создает суточный ..
2013-05-25 1734 0 Разное, интересное
0
Исследование: женщины могут узнать об измене любимого с одного взгляда
Чтобы узнать об измене возлюбленного, женщинам вовсе не обязательно нанимать частного детектива или взламывать почтовый ящик мужчины. Им достаточно просто взглянуть на партнера, считают ученые из Австралии. А вот представители сильного пола таким умением похвастаться не могут, считают специалисты. ..
2012-12-5 1723 0 Разное, интересное
0
Земля 2100: несбывшиеся предсказания американских ученых
В результате глобального потепления в июне 2015 года Нью-Йорк окажется под водой- Стоимость газа составит $9 за галлон, а пакет молока обойдется американцу почти в $13- Ровно семь лет назад именно таким представлял положение дел на сегодняшний день Боб Вудрафф с телеканала ..
2015-06-16 1636 0 Разное, интересное
0
Выявлена новая опасность сахара и сладких напитков
Специалисты Американской академии Неврологии выяснили, что употребление сладких напитков и содовой увеличивает тяжесть симптомов рассеянного склероза — распространенного аутоиммунного заболевания, при котором поражается центральная нервная система. Об этом сообщается в пресс-релизе на EurekAlert!.В исследовании приняли участие 135 человек ..
2019-03-10 1057 0 Разное, интересное
0
Сканирование мозга покажет, насколько сильна любовь
Предсказать длительность отношений влюбленных и определить, насколько сильны их чувства теперь стало возможно благодаря сканированию головного мозга. Наблюдения ученых за мозговой деятельностью добровольцев, которые недавно влюбились, позволили им предсказать, останутся ли они вместе спустя три года. Изучив с помощью сканирования ..
2013-02-12 1389 0 Разное, интересное
0
Новая программа определит уровень шума на улице
Исследователи из Университета Гранады разработали программное обеспечение, которое по их утверждению, может точно предсказать будущие уровни шума на улице. Система не только предсказывает частоту шума, но и тип шума, сообщает «WordScience.org». В программном обеспечение, которое было разработано учеными, применяются ..
2012-06-18 1568 0 Разное, интересное
-1
Мутация делает многих эстонцев резистентными к ВИЧ
Среди эстонцев в десять раз больше людей, которые защищены от ВИЧ и СПИДа на генетическом уровне, чем в среднем по Европе. Насколько известно, в мире есть всего один взрослый человек, который полностью излечился от ВИЧ, сообщаетDELFI со ссылкой на Eesti Ekspress.Американцу Тимоти Рэю Брауну ..
2013-04-27 1522 0 Разное, интересное
0
Бог произошел от человека
Американский философ и космолог Нэнси Абрамс в рамках проекта Knowledge Stream прочитала на Digital October лекцию «Мы дети Галактики». Slon публикует фрагменты этой лекции. Мы все прекрасно знаем, что нужно сделать, чтобы остановить глобальное потепление и сохранить ..
2012-11-13 1446 0 Разное, интересное
0
Ученые: Земле грозит глобальное похолодание
Японские ученые распространили информацию о том, Земля вступает в новый ледниковый период. В частности, такую информацию озвучил известный японский океанолог Мототака Накамура, сообщает it-site.net При этом речь идет о значительном снижении температуры. Есть версия, что под слоем ..
2014-01-09 2445 1 Разное, интересное
0
Чтобы мозг был здоров, нужно спать на боку
Мусороуборочная система мозга эффективней всего работает во время сна на боку.  Довольно долго никто не знал, как мозг избавляется от биохимического мусора: продуктов метаболизма, испорченных молекул, отслуживших своё, и т. д. Обычно «канализацией» служит кровеносная и лимфатическая системы, но между нервной тканью ..
2015-08-10 5707 0 Разное, интересное
0
Человек действительно смог увидеть одиночный фотон
Чувствительность рецепторов сетчатки и зрительных нейронов позволяет замечать и осознавать свет отдельных фотонов. Эту способность впервые продемонстрировали эксперименты, результаты которых опубликованы в журнале Nature Communications.Учебники анатомии привычно пишут о способности человеческого глаза различать единичные фотоны, ..
2016-07-20 1270 0 Разное, интересное
0
Комета поможет раскрыть тайну зарождения жизни на Земле
В ходе эксперимента, начавшегося в пятницу в Антарктиде неподалеку от российской научной станции Восток, ученые соберут и изучат пылинки испарившейся на подходе к Солнцу кометы ISON, чтобы раскрыть тайны зарождения живой материи на Земле. Уникальный эксперимент проводят сотрудники Петербургского ..
2014-01-12 1233 0 Разное, интересное
0