Поиск жизни где-либо во Вселенной — это основная задача астробиологии, и учёные часто обращались к земным аналогиям на предмет экстремофильных бактерий, жизни в изменчивых климатических условиях и происхождения жизни как таковой. Разновидность этого поиска — поиск разумной жизни, и дальше идущая разновидность — поиск цивилизаций, которые потенциально способны к общению с нами. Общее предположение состоит в том, что любая подобная цивилизация должна достичь того или иного рода промышленного развития. В частности, способности использовать данные промышленные процессы для развития технологий радиосвязи, способных посылать и получать сообщения. Однако из этого следует, что в данном случае мы определяем промышленно развитые цивилизации как способные использовать внешние источники энергии в глобальных масштабах.

Один из ключевых вопросов в оценке вероятности обнаружения такой цивилизации — это понимание того, насколько часто появляется промышленно развитая цивилизация с учётом того, что жизнь зародилась и что некоторый вид является разумным? Люди — это единственный пример, о котором мы знаем, и наша промышленно развитая цивилизация просуществовала (пока что) около 300 лет (со времени, например, начала использования методов массового производства). Это лишь малая часть времени нашего существования как вида, и крохотная часть времени существования сложной жизни на поверхности суши на Земле (∼400 млн. лет назад). Этот короткий отрезок времени ставит очевидный вопрос о том, могло ли это случаться и ранее. Мы обозначим его как «силурийская гипотеза»[3].

Хотя этот вопрос уже был темой множества праздных спекуляций и полуночной болтовни, нам не известно никаких осуществлявшихся ранее попыток серьёзного подхода к решению проблемы возможности выявления предшествовавших нам земных промышленно развитых цивилизаций в геологическом прошлом. С учётом значительного прироста числа работ, посвящённых экзопланетам и вопросам, связанным с обнаружением жизни, возникла настоятельная необходимость более формального подхода к данному вопросу и к его астробиологическому применению. Мы также обращаем внимание на недавнюю работу Райта (Wright, 2017), который обратился к рассмотрению аспектов проблемы и предыдущих попыток оценки вероятности наличия неземной цивилизации в Солнечной системе, вроде той, что предприняли Хакк-Мисра и Коппарапу (Haqq-Misra & Kopparapu, 2012). Эта статья — попытка закрыть пробел так, чтобы это также затрагивало наше нынешнее воздействие на планету в более широкой перспективе. Вначале мы отметим важность этого вопроса применительно к известному уравнению Дрейка. Далее мы рассмотрим вероятные геологические последствия человеческой промышленной цивилизации, а затем сравним их характерные признаки с потенциально схожими событиями в геологической летописи. В конце мы обсудим некоторые возможные направления исследований, которые могли бы определить границы применимости данного вопроса.

Уравнение Дрейка — это известная модель для оценки количества активных, способных к общению внеземных цивилизаций в галактике Млечный путь (Drake, 1961, 1965). Количество таких цивилизаций N принято считать равным произведению: средней скорости образования звёзд R* в нашей Галактике; доли сформировавшихся звёзд f_p, у которых есть планеты; среднего количества планет у звезды n_e, которые потенциально способны поддерживать жизнь; доли тех планет f_l, на которых фактически зародилась жизнь; доли обладающих жизнью планет, на которых появилась разумная цивилизованная жизнь f_i; доли этих цивилизаций, которые разработали системы связи f_c — то есть, технологии, которые посылают в космос обнаружимые знаки, и отрезка времени L, в течение которого такие цивилизации посылают обнаружимые сигналы.

N = R* · f_p · n_e · f_l · f_i · f_c · L.

Если на протяжении времени существования планеты в течение промежутка времени существования жизни вообще промышленно развитые цивилизации могут возникать многократно, то значение f_c может фактически быть больше 1.

Это особенно убедительная тема в свете недавних событий в астробиологии, когда значения первых трёх величин, которые все задействуют исключительно астрономические наблюдения, в настоящее время окончательно определены. Сейчас очевидно, что многие из звёзд дают пристанище целым семьям планет (Seager, 2013). Разумеется, среди этих планет многие будут находиться в обитаемых зонах звёзд (Dressing & Charbonneau, 2013; Howard, 2013). Эти данные позволяют установить пределы значений для трёх последующих величин тем методом, который использует данные об экзопланетах для установления рамок экзоцивилизационного пессимизма. У Фрэнка и Салливана (Frank & Sullivan, 2016) такая «граница пессимизма» была определена как максимальная «биотехнологическая» вероятность (для планет обитаемой зоны) f_bt того, что люди лишь единственный раз стали технологической цивилизацией, эволюционировавшей за всю историю космоса. Фрэнк и Салливан (Frank & Sullivan, 2016) определили диапазон значений f_bt как ∼10^-24 — 10^-22.

Установление «границы пессимизма» подчёркивает важность трёх величин из уравнения Дрейка — f_l, f_i и f_c. История Земли часто служит в качестве шаблона в ходе обсуждения возможных значений этих вероятностей. Например, широко обсуждался вопрос о том, сколько раз зарождалась жизнь на Земле во времена раннего архея, с учётом лёгкости протекания абиогенеза (Patel et al., 2015), в том числе о возможности существования «теневой биосферы», образованной потомками иного события зарождения жизни, нежели тот, который привёл к появлению нашего Последнего Универсального Общего Предка (ЛУКА — LUCA, Last Universal Common Ancestor) (Cleland & Copley, 2006). Кроме того, продолжаются давние дебаты относительно количества раз, когда в процессе эволюции появился разум — применительно к дельфинам и другим видам (Marino, 2015). Таким образом, в случае Земли лишь величина f_c обычно принимается равной строго 1.

Рассуждения о существовании предшествовавших нам цивилизаций в других мирах Солнечной системы предпринимали Райт (Wright, 2017) и Хагг-Мисра и Коппарапу (Haqq-Misra & Kopparapu, 2012). Здесь следует отметить, что существуют многочисленные свидетельства существования поверхностной воды в условиях древних климатических условий Марса (3,8 млрд. лет назад) (например, Achille & Hynek, 2010; Arvidson et al., 2014), а предположение о том, что ранняя Венера (от 2 до 0,7 млрд. лет назад) была пригодна для жизни (из-за менее яркого Солнца и пониженного содержания CO₂ в атмосфере), получило поддержку со стороны недавних исследований с применением моделирования (Way et al., 2016). Очевидно, в будущем на обеих этих планетах можно будет осуществить операции по глубинному бурению для оценки их геологической истории. Это уточнило бы границы рассуждений о том, какой след могла бы оставить жизнь, и даже организованная цивилизация (Haqq-Misra & Kopparapu, 2012). Оценки событий прошлого Земли и обсуждение маркеров антропоцена вроде тех, что мы рассмотрим ниже, вероятно, определят основной контекст для данных исследований.

Причина того, что вопрос, приведённый в заголовке этой статьи, стоит поднять, является следствием неполноты геологической летописи. Для четвертичного периода (последние 2,5 миллиона лет) существуют широко распространённые и сохранившиеся до нашего времени физические свидетельства — например, изменения климата, почвенных горизонтов и археологические свидетельства существования культур, не относящихся к Homo sapiens (денисовцы, неандертальцы, и т. д.), а также обрывочные свидетельства существования двуногих гоминид давностью не менее 3,7 млн. лет (например, следы из Лаэтоли) (Leakey & Hay, 1979). Самая старая из ныне существующих поверхностей большой площади находится в пустыне Негев, и её возраст — ∼1,8 млн. лет (Matmon et al., 2009). Однако свидетельства с суши дочетвертичной эпохи гораздо более редкие, и находятся главным образом на открывшихся участках, добываются в процессе бурения и прокладки шахт. В океанических отложениях из-за обновления океанической коры существуют лишь свидетельства, происходящие из осадочных отложений периодов, датированных позднее юрского (∼170 млн. лет назад) (ODP Leg 801 Team, 2000).

Доля живых существ, которая сохраняется в ископаемом состоянии, всегда крайне мала и меняется в широких пределах как производная величина от времени, среды обитания и содержания мягких тканей по отношению к твёрдым панцирям и раковинам или костям (Behrensmeyer et al., 2000). Показатель фоссилизации очень низок в тропической лесной среде, но выше в засушливой среде и речных системах. В качестве примера скажем, что от всех динозавров, которые когда-либо жили, у нас есть всего лишь несколько тысяч более-менее полных образцов, что эквивалентно лишь горстке особей этих животных для тысяч таксонов за каждые 100 000 лет. С учётом темпа новых открытий таксонов этого возраста, ясно, что такой недолго (пока ещё) живущий вид, как Homo sapiens, мог бы вообще не быть представленным в существующей на данный момент летописи окаменелостей.

Вероятность сохранения объектов и их обнаружения в равной степени маловероятна. Заласевич (Zalasiewicz, 2009) рассуждает о сохранении объектов или их форм, но текущая площадь урбанизации составляет менее 1 % от всей поверхности Земли (Schneider et al., 2009), а находящиеся на поверхности участки и места бурения дочетвертичных поверхностей — это величины на порядок меньше крохотной части своей исходной площади. Следует отметить, что даже в случае ранних человеческих технологий сложные объекты обнаруживаются очень редко. Например, «Антикитерский механизм» (около 205 г. до н. э.) остаётся уникальным объектом до самой эпохи Возрождения. Несмотря на внушительные достижения современности в умении выявлять более широкомасштабные акты воздействия цивилизации на ландшафты и экосистемы (Kidwell, 2015), мы приходим к выводу о том, что для потенциальных цивилизаций возрастом древнее, чем примерно 4 млн. лет, вероятность обнаружения прямого свидетельства их существования в виде объектов или сохранившихся в ископаемом состоянии образцов их населения очень мала. Однако мы обращаем внимание на то, что можно задать косвенный вопрос, связанный с антецедентами в летописи окаменелостей, указывающими на виды, которые могли бы привести в итоге к эволюции более позднего вида, способного построить цивилизацию. Такие споры за и против «силурийской гипотезы» опиралась бы на свидетельства существования относительно высокоразвитого социального поведения или высоких умственных качеств, отталкиваясь от размеров мозга. Тогда заявление состояло бы в том, что в летописи окаменелостей существуют другие виды, которые могли бы, или же не могли эволюционировать в создателей цивилизации. Однако в данной статье мы уделяем основное внимание физико-химическим следам предшествующих нам промышленно развитых цивилизаций. В этом случае есть возможность расширить фронт поиска, включив в него те следы, которые имеют более широкое распространение, даже если они могут стать объектом более разнообразных интерпретаций.

Мы ограничим охват тем данной статьи геохимическими ограничениями на существование дочетвертичных промышленно развитых цивилизаций, которые могли бы существовать со времени выхода сложной жизни на сушу. Это выводит из обсуждения те общества, которые могли бы быть высокоорганизованными и потенциально сложными, но не развили промышленность, и, вероятно, все чисто океанические формы жизни. Таким образом, объектом рассмотрения оказывается период между появлением сложной жизни на суше в девонский период (∼400 млн. лет назад) палеозойской эры и средним плиоценом (∼4 млн. лет назад).

Хотя официальное объявление антропоцена самостоятельной геологической эрой всё ещё ожидает своего часа (Crutzen, 2002; Zalasiewicz et al., 2017), уже ясно, что наши человеческие усилия окажут воздействие на геологическую летопись, которая формируется в наши дни (Waters et al., 2014). Какие бы то ни было споры относительно конкретной границы, которая определит этот новый период, не относятся к нашим целям, потому что предложенные маркеры (концентрации газов в ледяном покрове, радиоактивность с коротким периодом полураспада, Колумбов обмен) (например. Lewis & Maslin, 2015; Hamilton, 2016) явно не обещают быть геологически устойчивыми или различимыми на отрезках времени, измеряемых миллионами лет. Однако существуют многочисленные изменения, которые уже произошли и сохраняются. Ниже мы обсуждаем некоторые из них.

Анализ антропогенного следа на геологической шкале времени выявляет интересный парадокс. Чем продолжительнее время существования человеческой цивилизации, тем больше тот сигнал, который можно было бы ожидать в геологической летописи. Однако чем больше продолжительность существования цивилизации, тем ближе должны быть её методы хозяйствования к модели устойчивого развития, чтобы она смогла выжить. Чем более устойчивым в развитии будет общество (например, в области выработки энергии, в производстве или земледелии), тем меньшим будет его след на остальной части планеты. Но, чем меньше этот след, тем меньше будет сигнал, заключённый в геологической летописи. Таким образом, след цивилизации мог бы самоограничиваться на относительно коротком отрезке шкалы времени. Чтобы избежать рассуждений о дальнейшей судьбе человечества, мы рассмотрим лишь те виды воздействий, которые уже отчётливо заметны, или которые возможно предсказать по достоверным траекториями для следующего столетия (например. Nazarenko et al., 2015; Köhler, 2016).

Обращаем внимание на то, что эффективный темп накопления осадка в океанических отложениях для кернов с осадком возрастом во много миллионов лет составляет в лучшем случае величину порядка нескольких сантиметров за 1000 лет, и если темпы биотурбации могут размыть сигнал короткого отрезка времени, то антропоцен, вероятно, будет выглядеть всего лишь как участок толщиной несколько сантиметров, и появится в летописи почти мгновенно.

Начиная с середины 18-го века, люди высвободили более 0,5 триллиона тонн ископаемого углерода путём сжигания угля, нефти и природного газа (Le Quéré et al., 2016), со скоростью, на порядок превышающей таковую у естественных долговременных процессов его высвобождения или поглощения. Кроме того, была широко распространена вырубка лесов, и двуокись углерода поступала в воздух в процессе сжигания биомассы. Весь этот углерод имеет биологическое происхождении, и потому обеднён изотопом ¹³C по сравнению с гораздо большими запасами неорганического углерода (Revelle & Suess, 1957). Таким образом, соотношение ¹³C и ¹²C в атмосфере, океане и почвах уменьшается (воздействие, известное как «эффект Зюсса» (Quay et al., 1992)), и на настоящий момент изменение составляет около 1‰ δ¹³C в поверхностных слоях океана и в атмосфере, начиная с доидустриальной эпохи (Böhm et al., 2002; Eide et al., 2017) (рис. 1 (a)).

Как следствие увеличения содержания ископаемого углерода в системе, с дополнениями в виде изменения количества сажи, другими отличными от CO₂ следовыми парниковыми газами (например. N₂O, CH₄ и хлорфторуглероды (ХФУ)), глобальная индустриализация сопровождалась потеплением — на данный момент примерно на 1 °C, считая с середины 19-го века (Bindoff et al., 2013; GISTEMP[4] Team, 2016). Из-за зависящего от температурных условий фракционирования в образовании карбонатов (Kim & O’Neil, 1997) (−0,2‰ δ¹⁸O на 1 °C) и жёсткой корреляции во внетропической зоне между температурой и δ¹⁸O (между 0,4 и 0,7‰ на 1 °C) (и ∼8× более чувствительной для изотопов дейтерия относительно водорода (δD)), мы ожидаем, что данное повышение температуры будет обнаружимо в поверхностных океанических карбонатах (в частности, у фораминифер), в органических биомаркерах, летописи пещерных отложений (сталактитах), в озёрных рачках-остракодах и кернах льда из высоких широт, хотя в рамках, рассматриваемых в данном случае масштабов времени можно будет выявить лишь первые два случая.

Сжигание ископаемого топлива, изобретение процесса Габера-Боша, повсеместное применение азотных удобрений и ускоренный темп фиксации азота, связанный с культивируемыми растениями, оказали значительное воздействие на азотный цикл (Canfield et al., 2010) — оно таково, что аномалии δ¹⁵N уже обнаружимы в отложениях, удалённых от цивилизации (Holtgrieve et al., 2011).

Есть множество причин значительного увеличения сноса осадка реками, и, соответственно, его отложения в прибрежных природных средах. Появление сельского хозяйства и связанного с ним сведения лесов привело к значительному усилению эрозии почв (Goudie, 2000; National Research Council, 2010). Кроме того, шлюзование рек (таких, как Миссиссипи) привело к значительно большему отложению океанских осадков, чем могло бы наблюдаться в ином случае. Данную тенденцию несколько ослабляет параллельное увеличение количества речных плотин, которые снижают объёмы осадка, сносимого вниз по течению. В дополнение к этому повышение температуры и увеличение содержания водяного пара в атмосфере стали причиной большей интенсивности осадков (Kunkel et al., 2013), что само по себе также привело бы к большей эрозии, по крайней мере, в отдельных регионах. Эрозия берегов также возрастает как следствие повышения уровня моря, а в полярных областях она усиливается за счёт уменьшения количества морского льда и таяния вечной мерзлоты (Overeem et al., 2011).

В дополнение к изменениям в потоке осадочных отложений с суши в океан изменится также сам состав осадка. Из-за повышенного растворения CO₂ в океане вследствие антропогенного выброса CO₂ верхний слой океана закисляется (увеличение содержания H⁺ на 26 % или снижение pH на 0,1 с 19-го века) (Orr et al., 2005). Это приведёт к усилению процесса растворения CaCO₃ в составе осадка, которое будет продолжаться, пока океан не сможет нейтрализовать это увеличение. Произойдут также существенные изменения в минералогии (Zalasiewicz et al., 2013; Hazen et al., 2017). Усиление выветривания на континентах также, вероятно, изменит соотношения стронция и осмия (то есть, соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os) (Jenkyns, 2010).

Как уже обсуждалось выше, содержание азота в реках увеличивается как следствие методов ведения сельского хозяйства. Это, в свою очередь, приводит к усилению деятельности микробов в прибрежной зоне океана, которая может исчерпать растворённый в толще воды кислород (Diaz & Rosenberg, 2008), а недавние обзоры указывают на снижение его содержания по всему миру уже примерно на 2 % (Ito et al., 2017; Schmidtko et al., 2017). Это, в свою очередь, приводит к расширению зон с минимальным содержанием кислорода, большему масштабу аноксии в океане и возникновению так называемых «мёртвых зон» (Breitburg et al., 2018). Поэтому для осадка в пределах этих областей будут характерны большее содержание органики и меньшая интенсивность биотурбации (Tyrrell, 2011). Окончательная степень распространения этих мёртвых зон неизвестна.

Кроме того, объёмы антропогенных потоков свинца, хрома, сурьмы, рения, металлов платиновой группы, редкоземельных элементов и золота в настоящее время значительно превышают их поступление из естественных источников (Sen & Peucker-Ehrenbrink, 2012; Gałuszka et al., 2013); это подразумевает, что будет наблюдаться резкий пик в потоке этих металлов в составе речного стока и, следовательно, их более высокая концентрация в прибрежных отложениях.

Последние несколько веков стали временем существенных изменений численности и распространения мелких животных, в частности, крыс, мышей и кошек, и т. д., что связано с исследованием человеком Земли и биотическим обменом. В настоящее время изолированные популяции почти везде во многих отношениях замещены этими чужеродными видами. Летопись окаменелостей, вероятно, отразит большую фаунистическую радиацию этих индикаторных видов в данной точке. В то же самое время много других видов уже вымерло или с большой вероятностью вымрет, и их исчезновение из летописи окаменелостей будет заметным. По прошествии многих миллионов лет в будущем вымирания крупных млекопитающих, которые произошли в конце последнего ледникового периода, также будут связаны с началом антропоцена.

_{Рис. 1. Схематические кривые стабильных изотопов углерода и температуры (или связанных параметров) на протяжении трёх периодов.}

_{(a) Современная эпоха (от 1600 г. н. э. с проекцией до 2100 г.). Изотопы углерода взяты из морских губок (Böhm et al., 2002), а прогнозы — из Кёлера (Köhler, 2016). Температуры даны по Манну и др. (Mann et al., 2008) (реконструкции), GISTEMP (Hansen et al., 2010) (по данным измерений), и дан их прогноз до 2100 г. с использованием результатов Назаренко и др. (Nazarenko et al., 2015). Прогнозы подразумевают график изменения количества выбросов в соответствии со сценарием RCP8.5}[5] _{(van Vuuren et al., 2011).}

_{(b) Палеоцен-эоценовый термический максимум (55.5 млн. лет назад). Данные из двух кернов, полученных в рамках проекта DSDP}[6] _{(589 и 1209B) (Tripati & Elderfield, 2004), использованы для оценки аномальных изотопных изменений; чтобы показать тенденции более отчётливо, применяется сглаживание по алгоритму LOESS с интервалом 200 тыс. лет назад. Изменения температур оценивались по наблюдаемому δ¹⁸O карбонатному с использованием стандартной калибровки (Kim & O’Neil, 1997).}

_{(c) Океанское аноксическое событие 1a (около 120 млн. лет назад). Данные по изотопам углерода — из кернов La Bédoule и Cau палео-Тетиса (Kuhnt et al., 2011; Naafs et al., 2016), скомпонованы, как у Наафса и др. (Naafs et al., 2016) и выстроены в упрощённую модель в соответствии с возрастом. Данные от Alstätte (Bottini & Mutterlose, 2012) и с участка 398 из программы DSDP (Li et al., 2008) расположены на основании последовательности аномалий δ¹³C. Оценки изменений температуры получены по данным TEX86}[7] _{(Mutterlose et al., 2014; Naafs et al., 2016). Обратите внимание, что ось Y во всех трёх случаях соответствует одинаковому диапазону отклонений, тогда как шкала времени значительно меняется.}

Существует много химических веществ, которые производят (или производили) промышленным способом, и которые по разным причинам способны распространяться и сохраняться в окружающей среде на протяжении долгого времени (Bernhardt et al., 2017). Особенно примечательно, что устойчивые органические загрязнители (органические молекулы, стойкие к разложению посредством химических, фотохимических или биологических процессов) известны своим распространением по всему миру (даже по нетронутым в иных отношениях природным средам) (Beyer et al., 2000). Их устойчивость зачастую связана с тем, что они представляют собой галогенированные органические соединения, потому что прочность связи C–Cl (например) значительно больше, чем C–C. Например, полихлорированные бифенилы известны тем, что продолжительность их существования в речном осадке составляет много сотен лет (Bopp, 1979). Однако неясно, насколько долго их обнаружимый сигнал мог бы сохраняться в океанских отложениях.

Другие хлорированные соединения также могут обладать потенциалом долгосрочного сохранения, особенно хлорфторуглероды (ХФУ) и родственные им соединения. И если для самого устойчивого соединения (CF₄) существуют естественные источники, то для C₂F₆ и SF₆, следующих среди самых устойчивых соединений, существуют только антропогенные источники. В атмосфере их убыль посредством фотолитического распада в стратосфере ограничивает сроки их существования несколькими тысячами лет (Ravishankara et al., 1993). Соединения растворяются в океане, и их можно использовать как маркеры для отслеживания циркуляции океанов, но нам неизвестны исследования, показывающие, насколько долго эти химические вещества могли бы сохраняться и/или были обнаружимыми в океаническом осадке, если принять во внимание немногочисленные ограниченные свидетельства их микробного разложения в анаэробных средах (Denovan & Strand, 1992).

Другие классы синтетических биомаркеров также могут сохраняться в отложениях. Например, стероиды, воск с листьев, непредельные кетоны и липиды могут сохраняться в отложениях на протяжении многих миллионов лет (а именно, Pagani et al., 2006). Что могло бы отличить биомаркеры, появившиеся естественным образом, от синтетических, так это хиральность молекул. Многие способы полного синтеза не разделяют D- и L-хиральность, тогда как биологические процессы — почти исключительно монохиральны (Meierhenrich, 2008) (например, все появившиеся естественным путём аминокислоты — только L-формы, а почти все сахара — D-формы). Синтетические стероиды, у которых отсутствуют природные аналоги, в настоящее время также встречаются в водоёмах повсеместно.

С 1950 года произошло колоссальное увеличение количества пластика, попадающего в океан (Moore, 2008; Eriksen et al., 2014). Хотя многие обычные формы пластика (вроде полиэтилена и полипропилена) плавают в морской воде, и даже те, что номинально тяжелее воды, могут входить в состав плавающего мусора, остающегося на поверхности воды, уже ясно, что механические эрозионные процессы приведут к появлению больших количеств пластиковых микро- и наночастиц (Cozar et al., 2014; Andrady, 2015). Исследования показали увеличивающееся количество пластиковой «морской подстилки» на морском дне от прибрежных территорий до глубоководных бассейнов и Арктики (Pham et al., 2014; Tekman et al., 2017). На пляжах обнаружены недавно возникшие «пластигломераты», где мусор, содержащий пластик, подвергается воздействию высоких температур (Corcoran et al., 2014).

Разложение пластмасс происходит главным образом благодаря солнечному ультрафиолетовому излучению; в океанах оно происходит главным образом в фотической зоне (Andrady, 2015) и особенно сильно зависит от температуры (Andrady et al., 1998) (прочие механизмы вроде термоокисления или гидролиза протекают в океане с трудом). Уменьшение количества мелких кусочков пластика из-за обрастания их сидячими организмами, их заглатывание и включение в состав «дождей» из органики, которые опускаются на морское дно — эффективный механизм их доставки на морское дно, приводящий ко всё большему накоплению их в океанических отложениях, где темп их разложения значительно медленнее (Andrady, 2015). Когда они попадают в осадок, деятельность микробов — это возможный путь разложения (Shah et al., 2008), но его скорость во многом зависит от доступности кислорода и наличия подходящих микробных сообществ.

Как уже говорилось выше, окончательная долгосрочная судьба этих пластмасс в отложениях неясна, но потенциал очень долгосрочного сохранения и возможности обнаружения высок.

Многие радиоактивные изотопы, которые имеют отношение к антропогенному расщеплению или ядерному оружию, обладают периодом полураспада, который бывает долгим, но не настолько долгим, чтобы о нём можно было говорить в данном случае. Однако существуют два изотопа, которые потенциально достаточно долговечны. А именно, плутоний-244 (период полураспада 80,8 миллионов лет) и кюрий-247 (период полураспада 15 миллионов лет) могли бы оставаться обнаружимыми на протяжении значительной части интересующего нас периода времени, если они были накоплены в достаточных количествах, скажем, в результате обмена ударами ядерного оружия. Помимо сверхновых звёзд, никаких естественных источников ²⁴⁴Pu не известно.

Были предприняты попытки обнаружить первобытный ²⁴⁴Pu на Земле, и они завершились со смешанным успехом (Hoffman et al., 1971; Lachner et al., 2012); это указывает на то, что темп накопления метеоритов, содержащих металлы из ряда актиноидов, достаточно медленный (Wallner et al., 2015) для того, чтобы быть надёжным маркером, если произойдёт достаточно масштабный обмен ядерными ударами. Аналогичным образом ²⁴⁷Cm присутствует в отходах ядерного топлива и является одним из последствий ядерного взрыва. Аномальные соотношения изотопов в элементах с долгоживущими радиоактивными изотопами также являются возможными указателями: например, пониженное по сравнению с обычным соотношение ²³⁵U и присутствие ожидаемых продуктов распада, в урановых рудах из Франсвильского бассейна в Габоне были отслежены до начавшегося естественным образом ядерного распада в окисленных гидратированных породах ~2 млрд. лет назад (Gauthier-Lafaye et al., 1996).

Антропоценовый слой в океанических отложениях будет резко выраженным и многовариантным, состоящим из явственно совпадающих характерных пиков многочисленных геохимических связанных величин, биомаркеров, элементного состава и минералогии. Он, вероятнее всего, разграничит чёткий переход таксонов фауны до события по сравнению с последующим состоянием. Многие из отдельно взятых маркеров не будут уникальными в контексте истории Земли, как мы показываем ниже, но комбинация индикаторов может быть именно такова. Однако мы утверждаем, что уникальными могут быть некоторые специфичные следы, а именно — стойкие синтетические молекулы, пластмассы и (потенциально) очень долгоживущие радиоактивные осадки в случае ядерной катастрофы. Помимо этих маркеров, уникальность события может быть отчётливо заметна во множестве относительно независимых характерных признаков — в противоположность согласованному набору изменений, связанному с единственной геофизической причиной.

Краткая сводка характерных особенностей антропоцена, приведённая выше, позволяет полагать, что можно выявить черты сходства у внезапных (в геологическом смысле) событий с многофакторными отличительными признаками. В данном разделе мы рассматриваем частичную выборку известных событий из палеонтологической летописи, которые демонстрируют некоторые черты сходства с гипотетическими возможными антропогенными характеристиками. Самый отчётливый класс событий, несущих такие черты сходства — это глобальные потепления, среди которых особенно примечателен палеоцен-эоценовый термический максимум (56 млн. лет назад) (McInerney & Wing, 2011), но в него также входят меньшие по масштабу события потепления, океанские аноксические события мелового и юрского периодов и значительные (хотя и не так хорошо охарактеризованные) события палеозоя. Мы не рассматриваем событий (вроде случая мел-палеогенового вымирания или границы эоцена и олигоцена), для которых имеются вполне определённые и чётко выраженные причины (соответственно, удар астероида на фоне интенсивной вулканической активности (Vellekoop et al., 2014), и начало обледенения Антарктиды (Zachos et al., 2001), вероятно, связанное с раскрытием пролива Дрейка (Cristini et al., 2012)). В летописи может быть больше событий такого рода, но они не включены сюда просто потому, что они могли быть не исследованы подробно, особенно докайнозойские.

Существование резкого пика в содержании углерода и изотопов кислорода вблизи палеоцен-эоценового перехода (56 млн. лет назал) впервые отметили Кеннет и Стотт (Kennett & Stott, 1991), а Кох и др. (Koch et al., 1992) показали, что масштаб события был глобальным. С тех пор более тщательные и подробные исследования на суше и в океане выявили потрясающую цепочку событий продолжительностью 100–200 тыс. лет, в том числе быстрый (в течение, возможно, < 5 тыс. лет (Kirtland Turner et al., 2017)) выброс в систему экзогенного углерода (см. обзор McInerney и & Wing, 2011), возможно связанный с вторжением Североамериканской магматической провинции в органические отложения (Storey et al., 2007). Температуры возросли на 5–7 °C (выведено на основании многих связанных величин Трипати и Элдерфилдом (Tripati & Elderfield, 2004)), возник отрицательный пик в изотопах углерода (> 3‰) и последовало снижение объёмов захоронения океанских карбонатов в верхних слоях океана. Зафиксировано увеличение содержания каолинита (глины) во многих отложениях (Schmitz et al., 2001), указывающее на более интенсивную эрозию, хотя свидетельства в пользу глобальных масштабов этого увеличения противоречивы. Во время ПЭТМ вымерло 30–50 % таксонов бентосных фораминифер, и он отметил время важного расселения млекопитающих (Aubry et al., 1998) и ящериц (Smith, 2009) по Северной Америке. В дополнение к этому во время данного события наблюдается много пиков обилия металлов (в том числе V, Zn, Мо, Cr) (Soliman et al., 2011).

В течение 6 миллионов лет после ПЭТМ случился целый ряд меньших, хотя и качественно схожих эпизодов глобального потепления, наблюдаемых в геологической летописи (Slotnick et al., 2012). В частности, событие эоценового теплового максимума 2 (ЭТМ-2) и, как минимум, ещё четыре пика характеризуются значительными отрицательными экскурсами изотопов углерода, потеплением и относительно высокими темпами образования отложений, причиной чего было увеличение объёмов поступления вещества с суши (D’Onofrio et al., 2016). Полярные условия во время ЭТМ-2 свидетельствуют о потеплении, пониженной солёности и большей аноксии (Sluijs et al., 2009). Все вместе эти события были обозначены как эоценовые слои загадочного происхождения (ЭСЗП)[8].

Около 40 млн. лет назад начинается ещё одно внезапное событие потепления (середнеэоценовый климатический оптимум (СЭКО)), вновь сопровождающееся аномалией изотопов углерода (Galazzo et al., 2014).

Впервые установленные Шлангером и Дженкинсом (Schlanger & Jenkyns, 1976), океанские аноксические события (ОАС), выявленные по периодам резко усилившегося отложения органического углерода и появления слоистых чёрных сланцевых отложений, представляют собой отрезки времени, когда значительные площади океана (в местных масштабах или глобально) испытывают дефицит растворённого кислорода, что сильно ослабляет аэробную бактериальную деятельность. Имеются частичные (хотя и не встречающиеся повсеместно) свидетельства эвксинии (когда толща океанской воды оказывается насыщенной сероводородом (H₂S)) во время более масштабных ОАС (Meyer & Kump, 2008).

В течение мелового периода было три крупных ОАС: событие Вайссерта (132 млн. лет назад) (Erba et al., 2004), ОАС-1a около 120 млн. лет назад, продолжавшееся около 1 млн. лет, и ещё одно ОАС-2 около 93 млн. лет назад, длительностью около 0,8 млн. лет (Kerr, 1998; Li et al., 2008; Malinverno et al., 2010; Li et al., 2017). По меньшей мере, четыре других меньших эпизода образования органических чёрных сланцев отмечены для мела (событие Фараони, ОАС-1b, 1d и ОАС-3), но они, похоже, ограничены областью прото-Атлантики (Takashima et al., 2006; Jenkyns, 2010). Как минимум, одно подобное событие произошло в юре (183 млн. лет назад) (Pearce et al., 2008).

Последовательность событий в течение этих событий имеет две явственных отличительных особенности, связанные, возможно, с двумя отличными друг от друга теоретическими механизмами этих событий. Например, при ОАС-1b имеется свидетельство сильной стратификации и застойных глубин океана, тогда как для ОАС-2 свидетельства указывают на ослабление стратификации, повышенную продуктивность верхних слоёв океана и расширение зон с минимальным содержанием кислорода (Takashima et al., 2006).

В начале событий (рис. 1 (c)) часто присутствует значительный отрицательный экскурс δ¹³C (как в случае ПЭТМ), за которым следует положительное восстановление во время самих событий, поскольку захоронение (лёгкого) органического углерода увеличивается и компенсирует его первоначальный выброс (Jenkyns, 2010; Kuhnt et al., 2011; Mutterlose et al., 2014; Naafs et al., 2016). Причины были связаны с формированием земной коры/тектонической активностью и усилили выброс CO₂ (или, возможно, CH₄), вызывая глобальное потепление (Jenkyns, 2010). Увеличение значений соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os в морской воде предполагает увеличенный поверхностный сток, большее поступление питательных веществ и, следовательно, более высокую продуктивность верхних слоёв океана (Jones, 2001). Возможные разрывы на некоторых отрезках ОАС-1a позволяют предположить о процессе растворения в верхних слоях океана (Bottini et al., 2015).

Среди других важных сдвигов в геохимических метках во время ОАС — значительно сниженные соотношения изотопов азота (δ¹⁵N), увеличение концентраций металлов (в том числе As, Bi, Cd, Co, Cr, Ni, V) (Jenkyns, 2010). Положительные сдвиги для изотопов серы наблюдаются для большинства ОАС, за любопытным исключением ОАС-1a, где этот сдвиг отрицательный (Turchyn et al., 2009).

Начиная с девонского периода, случилось несколько крупных скачкообразных событий, оставивших свой след в континентальных разрезах. Последовательности изменений и всесторонний характер геохимических анализов в данном случае менее известны, чем для более поздних событий, отчасти из-за отсутствия существующих в наше время океанических осадочных отложений, но они были идентифицированы во множестве местонахождений и, предположительно, имеют глобальный характер.

Позднедевонское вымирание около 380–360 млн. лет назад было одним из пяти крупных массовых вымираний. Оно ассоциировано с чёрными сланцами и океанской аноксией (Algeo & Scheckler, 1998), и продолжалось от события Келлвассера (∼378 млн. лет назад) до Хангенбергского события на границе девона и карбона (359 млн. лет назад) (Brezinski et al., 2009; Vleeschouwer et al., 2013).

В позднем карбоне около 305 млн. лет назад исчезли влажные тропические леса Пангеи (Sahney et al., 2010). Это было связано с изменениями климата в сторону более сухого и прохладного и, возможно, со снижением содержания кислорода в атмосфере, которое привело к вымиранию некоторых представителей мегафауны.

Наконец, событие вымирания в конце перми (252 млн. лет назад), продолжавшееся около 60 тысяч лет, сопровождалось изначальным падением кривой соотношения изотопов углерода (− 5–7 ‰), существенным глобальным потеплением и масштабным исчезновением лесов и лесными пожарами (Krull & Retallack, 2000; Shen et al., 2011; Burgess et al., 2014) наряду с широкомасштабными океанскими аноксией и эвксинией (Wignall & Twitchett, 1996). Также отмечались предшествующие событию пики никеля (Ni) (Rothman et al., 2014).