Журнал «Вокруг Света» №03 за 2009 год
Шрифт:
1. Плод ромашки — одногнездная семянка, в которой каждое семечко упаковано в чешуйчатый покров с волосками, собранными в хохолки для переноса ветром. Фото: SPL/EAST NEWS
2. Разрез семени пшеницы: снаружи оно покрыто кожурой, под которой алейроно вый слой с зернами белка (зеленые), а глубже — эндосперм с крахмалом (желтый). Фото: SPL/EAST NEWS
Несмотря на хорошую защищенность семян, далеко не всем из них удается взойти, а тем растениям, кому повезло, еще надо дотянуть до периода собственного размножения. Получается, что эффективность размножения семенами не так уж и велика: из всех зародышей лишь малое количество продолжит свой род. Но есть и другой способ. Увеличить число организмов можно быстро и легко с помощью вегетативного размножения, при котором новые особи вырастают из почек, фрагментов стебля, корневищ и даже из листьев. Тогда почему
Осталось разобраться, как же в процессе эволюции появилось такое чудо, как семя? Были ли у него предшественники, или это что-то совершенно новое? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, как размножаются ближайшие предки семенных — споровые растения, к которым относятся папоротники, хвощи и плауны. Глядя, скажем, на папоротник, трудно догадаться, что перед нами лишь одно из двух поколений, которые, чередуясь, обеспечивают продление рода. Тем не менее это так: то, что мы видим, — это бесполое поколение-спорофит, которому надлежит распылять споры и тем самым обеспечивать размножение. Из спор вырастают растения полового поколения — гаметофиты. Они совсем иного облика, очень маленькие или даже микроскопические, нежные, так как могут расти только во влажной среде. Их задача — произвести половые клетки, которые, встретившись, сольются, чтобы дать начало спороносному поколению. Для того чтобы мужская половая клетка сквозь внешнюю среду смогла добраться до яйцеклетки, необходим покрывающий гаметофит тонкий слой воды. Поэтому распространение споровых растений ограничено влажными местами обитания. Именно эти несовершенства и не позволили споровым растениям достичь на суше такого разнообразия и распространения, какое получили семенные растения. Семя заменило собой уязвимое половое поколение, взяв на себя часть его задач, а заодно и функции спор. Теперь женская половая клетка перестала зависеть от влажности внешней среды, поскольку развивается в семяпочке прямо на материнском растении, а период покоя переместился со стадии споры на зрелое семя. В результате семена оказались гораздо экономичнее, чем споры, и позволили эффективнее размножаться при меньших затратах.
Елена Краснова
Шрамы на ликах планет
Фото: SPL/EAST NEWS
Когда метеорит с космической скоростью врезается в твердую поверхность планеты, происходит мощный тепловой взрыв, и на его месте за считанные секунды формируется особое геологическое образование — ударный метеоритный кратер. Крупные столкновения такого рода могли стать причиной массовых вымираний видов в истории Земли. Однако недавние исследования говорят о том, что и возникновение жизни могло быть связано с метеоритными кратерами.
Поверхность земного шара выглядела бы настоящим полигоном для бомбометания, изрытым многочисленными воронками разных размеров, не будь она защищена газовой оболочкой. Столкновения Земли с крупными небесными телами километрового диаметра происходят в среднем раз в миллион лет. Частицы же размером от пылинок до небольшого булыжника сыплются на нашу планету практически непрерывно. Влетая в атмосферу со скоростью в десятки километров в секунду, они нагреваются от трения о воздух и сгорают, не достигнув поверхности Земли. Такова судьба более 99% космических обломков. Лишь самые крупные из них долетают до поверхности, образуя кратеры, которые сравнительно быстро разрушаются эрозией. Поэтому на нашей планете известно не так уж много метеоритных кратеров — всего около 170.
Другое дело Луна , где нет атмосферы. Ее поверхность сплошь покрыта кратерами, поперечником от нескольких сантиметров до сотен километров. Подавляющее большинство из них очень древние. Более 4,5 миллиарда лет назад из пыли и каменистых обломков, вращавшихся вокруг Солнца, шло формирование планет и спутников. Частицы постепенно слипались в крупные комки, и на поверхность этих протопланет падали все новые фрагменты. Так продолжалось, пока около 4 миллиардов лет назад рой обломков не иссяк. Многочисленные лунные кратеры — это свидетельства последнего этапа, называемого «интенсивной бомбардировкой».
В лунном Море Кризисов кратеров почти нет. Выяснилось, что в древности лунные кратеры образовывались очень часто, а потом за короткое время — от 4 до 3,8 миллиарда лет назад — частота падений метеоритов снизилась в тысячу раз и с тех пор остается примерно постоянной. Фото: SPL/EAST NEWS
Космические ударники
Метеоритные, или ударно-взрывные, кратеры — это наиболее распространенные формы рельефа на многих планетах и спутниках в Солнечной системе и даже на столь малых объектах, как астероиды. На нашей планете средняя скорость при метеоритных ударах составляет около 20 км/с, а максимальная — около 70 км/с. При встрече метеорита с твердой поверхностью его движение резко замедляется, а вот породы мишени (так называют то место, куда он упал), наоборот, начинают ускоренное движение под воздействием ударной волны. Она расходится во все стороны от точки соприкосновения: охватывает полусферическую область под поверхностью планеты, а также движется в обратную сторону по самому метеориту (ударнику). Достигнув его тыльной поверхности, волна отражается и бежит обратно. Растяжения и сжатия при таком двойном пробеге обычно полностью разрушают метеорит.
Ударная волна создает колоссальнейшее давление — свыше 5 миллионов атмосфер. Под ее воздействием горные породы мишени и ударника сильно сжимаются и нагреваются. Частично они плавятся, а в самом центре, где температура досгигает 15 000 °C, — даже испаряются. В этот расплав попадают и твердые обломки метеорита . В результате после остывания и затвердевания на днище кратера образуется слой импактита (от английского impact — удар) — горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами. В частности, она весьма сильно обогащена крайне редкими на Земле, но более характерными для метеоритов химическими элементами — иридием, осмием, платиной, палладием. Это так называемые сидерофильные элементы, то есть относящиеся к группе железа (по-гречески — sideros).
Мгновенное испарение части вещества приводит к взрыву, при котором породы мишени разлетаются во все стороны, а дно вдавливается. Возникает круглая впадина с довольно крутыми бортами, но существует она какие-то доли секунды — затем борта немедленно начинают обрушиваться и оползать. Сверху на эту массу грунта выпадает и каменный град из вещества, выброшенного вертикально вверх и теперь возвращающегося на место, но уже в раздробленном виде. Так на дне кратера образуется брекчия — слой обломков горных пород, сцементированных тем же материалом, но измельченным до песчинок и пылинок.
Столкновение, сжатие пород и проход взрывной волны длятся десятые доли секунды. Формирование выемки кратера занимает на порядок больше времени. А еще через несколько минут ударный расплав, скрытый под слоем брекчии, начинает быстро затвердевать. И вот уже готов свеженький, с пылу с жару, ударный кратер.
При сильных столкновениях твердые породы ведут себя подобно жидкости. В них возникают сложные волновые гидродинамические процессы, один из характерных следов которых — центральные горки в крупных кратерах. Процесс их образования подобен появлению капли отдачи при падении в воду небольшого предмета. При сильных ударах выброшенный из кратера материал может даже улететь в космос. Именно так на Землю попали метеориты с Луны и с Марса , десятки которых обнаружены за последние годы.
Аризонский калькулятор
Размер получившегося кратера зависит от скорости и угла падения, состава ударника и мишени (каменный метеорит или железный, скальные породы на планете или рыхлые), а также от силы тяжести на поверхности небесного тела. Например, при одинаковой энергии удара на Луне образуется кратер вдвое большего диаметра, чем на Земле.
В одном из ведущих планетологических центров мира — Луннопланетной лаборатории Университета Аризоны в городе Тусон разработали специальный интерактивный калькулятор, позволяющий рассчитать последствия падения на Землю крупного метеорита или астероида ( www.lpl.arizona.edu/impacteffects ). В числе прочего этот калькулятор вычисляет размеры образующегося кратера и воздействие на наблюдателей, которые находятся на заданном расстоянии от места катастрофы. Бывает интересно с его помощью оценивать сообщаемые в новостях сведения о возможных последствиях падения того или иного объекта.
Характерно, что при малом размере метеорита аризонский калькулятор отказывается оценивать размер кратера. Небольшой космический обломок либо полностью сгорит в воздухе, либо потеряет скорость и упадет, как простой камень. В последнем случае на поверхности, конечно, появится выбоина, но она сильно отличается от ударно-взрывного кратера, который на Земле не может быть меньше нескольких сотен метров. Для других планет эта величина зависит от плотности атмосферы. Например, на Венере с ее чрезвычайно плотной газовой оболочкой диаметр минимального кратера — более километра, а на Марсе до поверхности почти без потери скорости долетают и небольшие метеориты, формирующие кратеры десятиметрового размера. На небесных телах, лишенных атмосферы, например, на Меркурии , Луне и многих других спутниках планет, кратеры порождаются метеоритами любого размера и могут быть даже сантиметровыми.