В мире науки 2021-08-09

ОБ АВТОРЕ

Кристоф Кох (Christof Koch) — научный руководитель программы MindScope
в Институте Аллена в Сиэтле и фонда исследования сознания Tiny Blue Dot в Санта-
Монике. Автор книги «Чувство самой жизни: почему сознание встречается повсе-
местно, но может быть вычислено» (The Feeling of Life Itself: Why Consciousness Is
Widespread but Can’t be Computed, 2019), член совета консультантов Scientific American.

Элчеемксоктзигрйи-НЕЙРОБИОЛОГИЯ
Воздействуя на мозг с помощью
электродов, можно выявить
расположение осознанных
переживаний

Кристоф Кох

Рассмотрим следующие примеры.

Illustration by Zara Picken • Вы направляетесь в сторону грозы, которая бу- составляют наш ежедневный поток сознания.
шует в нескольких километрах от вас, и вам На самом деле каждое из этих переживаний было
надо перебраться через холм. Вы спрашиваете вызвано прямой стимуляцией мозга с помощью
себя: «Как я собираюсь его преодолеть?» электрода. Американский поэт Уолт Уитмен верно
уловил это в стихотворении «О теле электрическом
• Вы видите маленькие белые точки на черном я пою». Такие истории иллюстрируют тесную связь
фоне, как будто смотрите на звезды ночью. между телом и оживляющей его душой. Мозг и со-
знание так же неразрывно связаны друг с другом,
• Вы смотрите сверху вниз на себя, лежащего как две стороны одной медали.
в постели, но видите только свои ноги и ниж-
нюю часть туловища. В недавних клинических исследованиях были
выявлены некоторые правила и закономерно-
Может показаться, что эти отдельные ситуации сти сознательной деятельности, причем ино-
выбраны из огромной массы восприятий, ощу- гда результаты таких исследований оказывались
щений, воспоминаний, мыслей и снов, которые

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 99

Нейробиология

Пациент «Моя «Я «Я
смеется левая ступня чувствую вижу звез-
и говорит, что переместилась покалывание дочку наверху
ему «хорошо вправо, и ощу- в ноге». справа по центру.
изнутри». щение пошло Это голубая с се-
«Это ребром звез-
было при- по икре».
ятно, довольно дочка».
эротично. Я даже
не могу… хм, мне при- «Мне
ятно. Я не могу это просто за-
объяснить. Хм, да, хотелось сжать
вы меня смуща- пальцы. Они про-
ете!» сто сложились
сами собой».
Пациент
описывает «Ощущение
негативное эмо- пульсации,
циональное ощуще- в основном слева
ние, по-видимому, в груди, но еще
локализованное и в левой руке».

в груди.

Пациент «Воз-
описывает буждение,
ощущение успокоение...
половое воз-
страха. буждение».
Пациентка
говорит,

что ощущает
голово­

кружение.

Утрата
речи.

SOURCE: “INTRINSIC NETWORK ARCHITECTURE PREDICTS THE EFFECTS ELICITED Пациент Пациент «Такое чув-
BY INTRACRANIAL ELECTRICAL STIMULATION OF THE HUMAN BRAIN,” BY KIERAN C.R. FOX ET AL., не может по- описывает ство, как будто
IN NATURE HUMAN BEHAVIOUR, VOL. 4; JULY 2020; Illustration by AXS Biomedical Animation Studio вторить «Если ощущение я иду по кругу.
она придет, я беспокойного Все стоит, а я иду.
ожидания. Это вызывает
уйду».
«Забав- тошноту».
«Вы только
но пахнет. что превратились
Неприятно, в кого-то другого.
как лак для Ваше лицо измени-
лось. Ваш нос отвис,
ногтей». поплыл влево.
Некрасиво».
«Как
при этой
температуре,
но чувствитель-
ность немного лучше.
Как будто я был при
более холодной
температуре».

100 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Нейробиология

Где в мозге живут ощущения п­ арадоксальными. Показано, что зоны
мозга, участвующие в сознательном вос-
В атласе, опубликованном прошлым летом, собраны отчеты людей приятии, имеют мало общего с мышлени-
с эпилепсией при стимуляции участков коры во время операции. То, что ем, планированием и другими высшими
они чувствовали и воспринимали, зависело от того, какую область моз- когнитивными функциями. В настоящее
га стимулировали. Все 1537 участков у 67 пациентов, получившие элек- время нейроинженеры работают над тем,
трическую стимуляцию, были соотнесены с цифровой моделью мозга, чтобы создать на базе этих открытий тех-
упрощенная версия которой изображена на рисунке. При стимуляции нологии, позволяющие заменить утрачен-
этих участков пациенты рассказывали о своих ощущениях. ные когнитивные функции, чтобы в более
отдаленном будущем улучшать сенсорные
«Я просто Цвета сознания и когнитивные способности и память. На-
действительно пример, сейчас нейрокомпьютерный ин-
не мог сильно двигать Стимуляция применялась терфейс позволяет слепым людям хоть
(пальцами); пропало к различным зонам и сетям как-то воспринимать свет. Однако при
движение. Чувствую мозга. этом обнаруживаются дополнительные
некоторое напряжение трудности, препятствующие полному вос-
руки, но большой палец Соматомоторная становлению зрения и слуха. Они показы-
не ­действует». вают, какие проблемы лежат на пути к на-
«Я чувство- Зрительная учно-фантастическим усовершенство-
вал, что руки ваниям, позволяющим получить доступ
двигаются, но это Дорсальная сеть к мозгу как к компьютерному запоминаю-
было не так. Я ощущал внимания щему устройству.
движения из сторо- Сеть салиентности
ны в сторону, как Животное электричество
будто парение Лобно-теменная
в ­воздухе». Нервные системы работают за счет элек-
Лимбическая трических сигналов, идущих по сетям, со-
Сеть пассивного стоящим из множества связанных пере-
режима работы ключающих элементов. Эту тему изуча-
ли большое количество врачей и ученых.
Точки стимуляции Первым был Луиджи Гальвани, который
в конце XVIII в. присоединил к свеже­
После вскрытия черепа убитой лягушке металлическую проволо-
исследователи помести- ку. Направив провод в небо во время гро-
ли десятки электродов зы, он заставил лягушачью лапку подер-
на поверхность коры гиваться при каждой вспышке молнии.
головного мозга. В своих исследованиях Гальвани показал,
что нервные волокна передают «животное
электричество», которое ничем не отли-
чается от «атмосферного электричества»,
обнаруженного Бенджамином Франкли-
ном в экспериментах с воздушным змеем
в Филадельфии в 1752 г. В 1802 г. племян-
ник Гальвани Джованни Альдини перед
публикой провел электрическую стиму-
ляцию открытого мозга казненного пре-
ступника. Дрогнула челюсть. Открылся
глаз. Возможно, именно это зрелище вдох-
новило Мэри Шелли на написание клас-
сического готического романа «Франкен-
штейн».

В последующих исследованиях на жи-
вотных было показано, что возбужде-
ние определенных областей мозга вызы-
вает движение определенных мышц или
частей тела. Эти исследования приве-
ли к открытию моторной коры в 1870-х гг.
В 1874 г. американский врач Роберт Бар-
толоу (Robert Bartholow) впервые провел

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 101

Нейробиология

прямую стимуляцию мозга пациента, находя- можно использовать и постоянно, в этом слу-
щегося в сознании; это вызвало этические спо- чае электроды все время находятся в нужном
ры, потому что он причинил пациентке боль и, месте. Слабые импульсы, идущие от электро-
вероятно, ускорил ее смерть. В последующие дов, помогают справиться с тремором и ригид-
десятилетия интракраниальная электрости- ностью при болезни Паркинсона (метод назы-
муляция была усовершенствована. Она вошла вается «глубокая стимуляция») или уменьшить
в арсенал нейрохирургов благодаря прорыв- частоту и тяжесть припадков. Сейчас в предва-
ной работе Уайлдера Пенфилда (Wilder Penfield) рительных клинических исследованиях оцени-
из Монреальского неврологического институ- вают использование таких имплантированных
та, который в 1930–1950 гг. использовал элек- электродов в качестве зрительного протеза, по-
тростимуляцию, чтобы определить области могающего ориентироваться людям с наруше-
коры головного мозга, отвечающие за сенсор- нием зрения, а также для лечения обсессивно-
ные и моторные функции. компульсивного расстройства и депрессии.

Некоторым людям с эпилепсией не удается Горячо или холодно
снизить количество или тяжесть приступов
с помощью лекарств. Тогда можно использовать В июле 2020 г. в журнале Nature Human Behav-
нейрохирургические методы, но только если iour был опубликован атлас, показывающий
приступы возникают в ограниченном участке участки коры головного мозга, которые при воз-
коры (самого внешнего слоя мозга, участвую- буждении электродами вызывали сознатель-
щего в восприятии, управлении движениями, ные переживания, например восприятие гро-
отвечающего за речь, умозаключения и дру- зы или отделения от тела, описанные выше. Под
гие функции) либо в тесно связанных с корой руководством профессора неврологии Меди-
цинской школы Стэнфордского университета
Пациенты сообщали Джозефа Парвизи (Josef Parvizi) были собраны
о переживаниях, вызываемых данные о 67 людях с эпилепсией. Исследовате-
ли стимулировали более чем 1,5 тыс. участков
стимуляцией, — например, коры, преимущественно с помощью электродов,
видении искаженных лиц, как введенных под твердую мозговую оболочку. Они
на картинах Сальвадора Дали сопоставили активность этих участков с точ-
ками на цифровой модели мозга, чтобы можно
структурах, таких как гиппокамп. Неконтроли- было сравнивать данные, полученные от раз-
руемая гипервозбудимость возникает из-за на- ных людей (рисунок борозд и извилин, придаю-
рушения связей в одном месте. Она может раз- щий мозгу внешнее сходство с грецким орехом,
растаться и в итоге охватить остальную часть отличается от человека к человеку). Ученые ис-
мозга. Возникает сложный вопрос: какой объем кали «вызывающие отзыв» электроды, которые
нервной ткани следует удалить? Если вырезать запускали некоторые зрительные или тактиль-
слишком мало, приступы могут возобновить- ные ощущения, мышечные подергивания или
ся, если слишком много — пациент может поте- нарушение речи. Если пациент при стимуля-
рять способность говорить, видеть или ходить. ции ничего не ощущал, электрод считался «не
Хирурги не должны повредить функционально вызывающим отзыв».
важные области коры, необходимые для повсед-
невной деятельности, — первичную слуховую, Пациенты сообщали о разных субъективных
зрительную, соматосенсорную и моторную кору переживаниях, вызываемых стимуляцией: бы-
и участки, отвечающие за речь и ее понимание. стро вспыхивающие точки, похожие на звез-
дочки; искаженные лица, как на картинах
Интракраниальная электростимуляция ис- Сальвадора Дали; телесные ощущения, такие
пользуется для поиска участков, которые необ- как покалывание, щекотание, жжение, пуль-
ходимо сохранить. Нейрохирурги импланти- сация и то, что называют чувством выхода
руют дискообразные электроды под череп, под из тела; страх, беспокойство, половое возбуж-
образованную соединительной тканью плот- дение, веселье; желание пошевелить конечно-
ную мозговую оболочку, либо они могут вводить стью; желание упорно бороться с какой-то боль-
игольчатые электроды прямо в серое вещество, шой, но не распознанной проблемой. Простого
чтобы оценить его работу. После того как хи- раздражения нервной ткани слабым электриче-
рурги определили очаг эпилептической актив- ским воздействием было достаточно, чтобы вы-
ности и убрали электроды, они проводят опера- звать эти ощущения. Во время мнимой стиму-
цию по удалению этого участка — и припадки ляции (без применения тока) пациенты ничего
обычно прекращаются. Электростимуляцию не чувствовали.

Несмотря на то что интракраниальная элек-
тростимуляция безопасна и эффективна, это

102 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Нейробиология

грубый метод. Низкоимпедансные электроды Врачи, ученые и инженеры начали зани-
имеют площадь 6–10 мм2 и позволяют подавать маться протезированием зрения в 1960-х гг.,
ток до 10 мА между соседними электродами, это но только недавно смогли создать соответству-
изменяет возбудимость миллиона и более нерв- ющие технологии для помощи слепым людям.
ных клеток. Однако эффекты, вызванные та- Один из ярких примеров — устройство Orion,
кой стимуляцией, могут быть довольно локаль- разработанное компанией Second Sight Medical
ными. Поперек борозды (желобка на поверхно- Products в Лос-Анджелесе. Крошечная каме-
сти коры) чувствительность может изменяться ра, установленная на очках, превращает изо-
от «все» до «ничего» в пределах миллиметров. бражение в импульсы и передает их по беспро-
водной сети на 60 электродов, расположенных
Группа под руководством Парвизи обнару- на зрительной коре. Люди, которым импланти-
жила, что электроды в специализированных ровали в мозг такое экспериментальное устрой-
сенсорных и моторных областях со значитель- ство, воспринимают множество точек, что по-
но большей вероятностью вызывали ответ, могает им ориентироваться. «Это как взрыв
чем расположенные в зонах, обеспечивающих каждый раз, когда я его включаю, — рассказы-
высшие когнитивные функции. От полови- вает один из участников исследования. — После
ны до двух третей электродов над зрительны- того как я вообще ничего не видел, я внезапно
ми и тактильными (соматосенсорными) зонами вижу, как вокруг движутся маленькие вспыш-
коры вызывали некоторые осознанные ощуще- ки света, и понимаю, что они что-то значат.
ния; в районах латеральной и переднемедиаль- Просто потрясающе снова иметь работающее
ной префронтальной коры, которые участву- зрение хоть в каком-то виде». Orion значитель-
ют в высших мыслительных процессах, такую но улучшает качество жизни людей, раньше
реакцию вызывал не более чем каждый пятый существовавших в полной темноте. Устрой-
электрод. Иначе говоря, электроды над задними ство позволяет им безопасно переходить ули-
зонами коры, отвечающими за сенсорное вос- цу или определять положение дверного проема.
приятие, вызывали ответ с большей вероятно- Но с его помощью нельзя восстановить способ-
стью, чем те, которые располагались спереди, ность узнавать фигуры, формы или буквы.
над областями, важными для когнитивной де-
ятельности, такой как размышления, плани- Однако группа из Калифорнийского универ-
рование, моральные суждения, принятие реше- ситета в Лос-Анджелесе и Медицинского кол-
ний и логические операции. леджа Бейлора, возглавляемая нейрохирургом
Дэниелом Йошором (Daniel Yoshor), сумела это-
Несмотря на их важную роль в мышле- го добиться, о чем сообщается в журнале Cell.
нии, эти области имеют мало отношения к со- Они стимулировали соседние участки зритель-
знанию. И действительно, в прошлом столе- ной коры, чтобы вызвать фосфены близко друг
тии нейрохирурги наблюдали, что при удале- от друга, поскольку показано, что зрительное
нии больших участков префронтальной коры, поле отображается на поверхности зрительной
если сохранны элоквентные (связанные с рече- коры упорядоченным образом. Данное наблю-
порождением) зоны, ежедневный поток созна- дение привело к ошибочному убеждению, что
ния у таких пациентов явным образом не нару- отдельные фосфены подобны пикселям на ком-
шается. Неэлоквентные области могут влиять пьютерном дисплее, то есть если вы одновре-
на сознание, но в целом, по-видимому, созна- менно простимулируете на поверхности коры
тельные ощущения возникают не там. Это при- серию точек в форме креста, то человек дол-
вилегия задних областей — теменной, височной жен увидеть точки, образующие крест. Но это-
и затылочной долей. Почему физический носи- го не происходит.
тель наших психических переживаний должен
располагаться в задней части мозга, а не  в пе- Стимуляция более одного участка дает не-
редней, остается неясным. предсказуемый результат. У одного испытуемо-
го одновременная стимуляция пятью электро-
Видеть или не видеть дами, каждый из которых соответствовал од-
ному отдельному фосфену, вызвала свечение
Применение интракраниальной стимуляции двух больших фосфенов, которые не сливались
зрительной коры вызывает зрительные ощу- в букву или какую-либо другую понятную фор-
щения, которые называются фосфенами: ко- му. Однако если исследователь разносил акти-
роткие вспышки, похожие на молнию в темно- вацию электродов во времени, участник мог уз-
те. На этом основана давняя мечта о приборе, навать формы. Отклонения во времени отража-
который поможет восстановить зрение слепым. ли задержку, необходимую, чтобы проследить
Миллионы людей во всем мире живут со слепо- форму буквы, как если бы исследователь писал
той на оба глаза из-за пигментного ретинита, букву на руке испытуемого или на листке бу-
возрастной дегенерации желтого пятна, глау- маги. При таком более динамическом ­способе
комы, инфекции, рака или травмы.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 103

Нейробиология

н­ езрячий участник с имплантом мог узнать соседних клеток. Тот факт, что Парвизи с кол-
буквы Z, N, V и W, быстро отличая движение легами более чем в половине случаев не удалось
вниз от движения вверх, поскольку при написа- вызвать сознательное восприятие, означает,
нии букв используются разные последователь- что у нас нет инструментов, позволяющих на-
ности движений. дежно вызвать хоть какое-то ощущение с помо-
щью электрической стимуляции, не говоря уж
Видеть форму одной буквы — не совсем то же о том, чтобы формировать какое-то определен-
самое, что видеть великолепный закат над по- ное ощущение.
гомеровски винноцветным морем, но это уже
прогресс. Почему неодновременная стимуля- Хирургические и юридические препятствия
ция улучшает восприятие — неизвестно, и это еще сложнее. Нужно иметь возможность регу-
показывает, как мало мы знаем о работе коры. лярно и безопасно имплантировать устройства,
просверливая твердый череп, чтобы добрать-
Что дальше ся до серого вещества под ним, с минималь-
ным риском инфекций, кровотечений и судо-
В области нейрокомпьютерных интерфейсов рог. Более того, электроника должна работать
происходит стремительный прогресс. Компа- годами внутри теплой, влажной и соленой био-
ния Илона Маска Neuralink в апреле этого года логической ткани, а это не лучшие условия для
представила впечатляющее видео, на котором работы. Не хотелось бы, чтобы устройство за-
обезьяна играет в компьютерную игру Pong, ржавело или зависло, выйдя из строя. Поэтому
не пользуясь каким-либо джойстиком. Это было нейронные имплантаты останутся последним
сделано с помощью двух небольших чипов, им- средством для случаев серьезных сенсорных
плантированных в левую и правую мотор- или моторных нарушений. Когда нейропроте-
ную кору животного. В каждом чипе имеются зы пройдут клинические испытания, с их помо-
1024 волосковых электрода, воспринимающих щью слепые смогут видеть, а люди с серьезны-
сигналы от отдельных нейронов. В совокупно- ми физическими нарушениями — выполнять
сти они передают намерение обезьяны быстро такие действия, как управление инвалидной
переместить ракетку вверх или вниз на экране, коляской с помощью мыслей, подобно тому как
чтобы отбить мячик. Все было сделано по бес- обезьяна играет в Pong. Для всех остальных воз-
проводной связи, из обезьяны не торчало ни- можные преимущества явно не стоят тех про-
какой электроники или свисающих проводов. блем, которые связанны с высокоинвазивной
Многие считают, что такие операции вско- операцией на головном мозге.
ре станут обычными и с помощью превосход-
ных электронных деталей можно будет заме- Но наша главная цель впереди — понять, как
нять или компенсировать поврежденные био- 1,5 кг возбудимой нервной ткани обеспечивают
логические части — неисправные глаза или зрение, движение и страдание. Да, физический
уши, нарушенную память. В таких оптимисти- субстрат ада или рая заложен в биоэлектриче-
ческих рассуждениях игнорируется факт, что ских сигналах, которые подчиняются законам
для всего этого требуется трепанация черепа. природы. Но это почти ничего не говорит нам
В целом для превращения научных открытий о том, каким образом триллион электрических
в реальные методы лечения нужны не годы, сигналов, возникающих ежесекундно и теку-
а десятилетия. Я вполне уверен, что такая мо- щих по сетям из десятков миллиардов разных
дификация медицины не произойдет в течение клеток, формируют зрение, звук или эмоцию.
мой жизни (сейчас мне 64 года).
Интракраниальная стимуляция мозга де-
Самые «легкие» препятствия, которые надо монстрирует повседневное чудо превращения
преодолеть на пути к такому утопическому (или воды в вино, то есть работы мозга — в сознание.
антиутопическому) будущему, — технологиче- И все равно остается вопрос: что такого есть
ские. Прибор должен надежно, быстро и акку- в мозге, этом самом сложном куске живой мате-
ратно считывать электрические сигналы мозга рии во Вселенной, что превращает активность
и генерировать их. Устройство, созданное ком- 86 млрд нейронов в ощущение самой жизни?
панией Neuralink, — в настоящее время лучшее
из всех имеющихся и, безусловно, будет улуч- Перевод: М.С. Багоцкая
шаться и дальше. Но нам еще предстоит прой-
ти долгий путь, прежде чем мы сможем опре- ИЗ НАШИХ АРХИВОВ
делить, какой из 50 тыс. или более нейронов
в каждой частице мозгового вещества участву- Awakening an Unconscious Mind. William Skaggs; Scientific
ет в определенном восприятии или действии.
И только когда это произойдет, можно будет American Mind, July 2014.
подавать электрическую стимуляцию именно
на нужные нейроны, не затрагивая ­отростки

104 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

50, 100, 150 лет тому назад

АВГУСТ 1971 АВГУСТ 1871

Биомеханика саранчи. Подоб- Первый кожзаменитель. Тех-

но самолету, насекомое может ническая ткань находит ши-
вращаться вокруг своей про- рокое применение в качестве
дольной оси, крениться вокруг заменителя кожи. Важная об-
горизонтальной и рыскать во- ласть ее использования — по-
круг вертикальной. У саранчи крытие верха экипажей, из-
есть два разных механизма кор- готовление дорожных сумок
рекции рыскания: быстрое из- и чемоданов, из нее шьют и во-
менение крутки крыла, положе- донепроницаемые куртки
ния живота и ног, которым управляют чувствитель- и брюки. Ее основа — хлопчатобумажная ткань.
ные к ветру волоски на ее голове, и более медленное Сначала на нее наносится покрытие из субстан-
и тонкое движение такого же характера, вызывае- ции, в состав которой входят масло, сажа, смола
мое рецепторами шеи. По всей видимости, сигналы и другие ингредиенты, сваренные до консистенции
об изменении направления ветра, указывающие расплавленного дегтя. Затем ткань наматывается
на рыскание, объединяются где-то в центральной на огромную деревянную раму, которую помеща-
нервной системе саранчи, после чего следуют неза- ют в обогреватель для просушивания. После этого
висимые команды моторным органам крыльев, ног, ее укладывают на длинные столы, рабочие сбрыз-
живота и головы. гивают ткань водой и трут пемзой, пока ее поверх-
ность не станет идеально гладкой. Ткань покрыва-
АВГУСТ 1921 ют лаком и снова пропускают через нагреватель.
Теперь это кусок ткани с толстым блестящим чер-
Вкусное радио. Два инженера ным покрытием, очень напоминающий лакирован-
ную кожу.
недавно провели эксперименты,
чтобы определить возможность Чудеса хлороформа. Хлороформ — самый извест-
приема радиосигналов при по-
мощи чувства вкуса. Электроды ный растворитель камфоры, смол, сургучей, гутта-
помещали под язык, чтобы вы- перчи, растительных алкалоидов, он удаляет жир-
звать вкусовые ощущения при ные пятна с тканей любого типа, но в основном ис-
подключении к ним источника пользуется как анестезирующее средство. Есть
электрического напряжения. несколько других летучих органических веществ,
Были проведены испытания с использованием по- обладающих аналогичными свойствами, но ни одно
стоянного и переменного тока частотой 60 циклов из них не вызывает полного отключения сознания
низкого напряжения для определения количества и расслабления мышц, происходящих после вдыха-
энергии и напряжения, необходимых для восприя- ния хлороформа.
тия вкуса. Был опробован прием реальных сигна-
лов с антенны. Оказалось, что это невозможно даже Фронт ударной волны
с четырьмя каскадами усиления. Результаты пока- Солнечный ветер
зывают, что хотя с электрической точки зрения ра-
диосигналы можно принимать посредством чувства Магнитосфера
вкуса, оно намного уступает слуху и зрению.
Луна Земля
Непрерывный апельсин. Круглогодично плодоно-
DAN TODD; SCIENTIFIC AMERICAN, VOL. 225, NO. 2; AUGUST 1971 «Солнечный ветер» сметает магнитное поле Земли, фор‑
сящее апельсиновое дерево, которому, по мнению мируя магнитосферу (серый), что, в свою очередь, образу‑
производителей цитрусовых, суждено произвести ет фронт ударной волны (красный). Когда Луна находится
революцию в выращивании апельсинов, было об- в магнитосфере, ее магнитная среда обусловлена земным
наружено садоводами в небольшой роще в Эйвон- магнетизмом. В свободном потоке солнечного ветра через
Парке, штат Флорида. Чтобы защитить растение, магнитный слой Луны (более светлая область) проносится
вокруг него установили забор из толстой проволо- беспорядочный поток частиц солнечной плазмы, 1971 г.
ки высотой 6 м и поставили круглосуточную ох-
рану. Дерево плодоносило непрерывно восемь лет,
но до недавнего времени о его существовании зна-
ли только владелец и несколько соседей, которые
не осознавали его ценности и считали просто чу-
дом природы. Для размножения этого дерева был
сформирован синдикат, чтобы в 1923 г. в рощах
можно было высадить большое количество его по-
томства.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 105

Illustration by Chris Gash Микробиология

106 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Микробиология

МИКРОБИОЛОГИЯ

НАСТОЯЩИЕ
ЖИВЫЕ

ИСКОПАЕМЫЕ
После 100 млн лет, проведенных
в донном осадке, микроорганизмы
пробудились и стали
размножаться

Дженнифер Фрэзер

2010 г. ученые Интегрированной программы океанического буре-
ния (Integrated Ocean Drilling Program, IODP) изучали район Южно-
Тихоокеанского круговорота — огромную океанскую пустыню, бо-
лее бесплодную и необитаемую, чем большинство песчаных пу-
стынь. Вблизи центра этой системы течений находится Океанский
полюс недоступности, знакомый фанатам Говарда Лавкрафта как
дом покрытого щупальцами монстра Ктулху. Здесь же располагает-
ся Южно-Тихоокеанское мусорное пятно, аккумулирующее частицы микропласти-
ка. Ближайшее населенное место — Международная космическая станция, иногда
пролетающая над этим регионом.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 107

Микробиология

ОБ АВТОРАХ

Дженнифер Фрэзер (Jennifer Frazer) — популяризатор науки, лауреат премии
Американской ассоциации содействия развитию науки по научной журналистике,
автор блога «Хитроумная амеба» (The Artful Amoeba) для Scientific American, дипломи-
рованный специалист по биологии, фитопатологии и научной журналистике.

Океанские течения образуют здесь гигантский Но в этом исследовании, опубликованном в Na-
водоворот, но в его центре вода спокойна и не- ture Communications в июле 2020 г., 99% подкорм-
подвижна. Сюда приносится мало питательных ленных микроорганизмов «проснулись», начали
веществ, поэтому все живое едва сводит концы есть и принялись за дело. За 68 дней инкубации
с концами. В этой районе за миллион лет выпада- они размножились в 10 тыс. раз, удваивая свое ко-
ет от силы метр морского «снега» — останков, по- личество каждые пять дней. В их потомках содер-
мета и пыли, приносящих энергию из богатых све- жались меченые изотопы углерода и азота, кото-
том приповерхностных слоев в темные глубины. рые они могли получить только вместе с пищей,
Это самое непродуктивное место во всем Мировом предложенной исследователями.
океане.
Здесь стоит остановиться и подумать о значе-
С буровой вышки команды IODP, высота кото- нии таких результатов. 70% земной поверхности
рой составляла более 60 м, в эту толщу воды ухо- покрыто донными осадками, микробное население
дила труба длиной в несколько километров. Рабо- которых составляет половину всей микробной био-
ту установки обеспечивали 12 доталкивателей — массы планеты. В данном эксперименте просну-
столько же, сколько в морях с сильным волнением. лись и стали размножаться клетки, которые могли
Как только труба достигала дна, бур погружался осесть на дно, когда в океанах плавали плезиозав-
на 75 м вглубь глубоководной глины и известковых ры. Прошло четыре геологических периода, но эти
осадков, богатых микроскопическими окаменело- микробы, укрытые от космических лучей толстым
стями. одеялом из океана и донных осадков, выжили. По-
сле подъема на поверхность и легкого завтрака их
К моменту подъема на поверхность внутри труб жизнь продолжилась как ни в чем не бывало.
содержались длинные керны осадка, заключав-
шие в себе до 100 млн лет истории Земли. Коман- Даже если время с начала пандемии кажется
да задавалась вопросом, как долго могли микро- нам вечностью, сложно представить себе голодов-
организмы выжить в этой среде — почти пустом ку в темноте длиной в 100 млн лет. Донный осадок
океанском холодильнике — и в каком они состоя- по плотности напоминает шоколадный торт, вы-
нии. Ожидалось, что в осадке будет мало микроб- печенный без муки, и диаметр его пор составля-
ных клеток: от 100 до 3 тыс. в 1 см3, что как мини- ет примерно 0,02 мкм. Зная, что типичная бакте-
мум в десятки (а потенциально — в десятки милли- рия имеет несколько микрометров в поперечнике,
онов) раз меньше, чем на такой же глубине в более можно предположить, как трудно микробам было
продуктивных океанских экосистемах. ползать в поисках пищи или в надежде выбраться.

Но когда исследователи «покормили» эти клетки Некоторые бактерии, в основном анаэробные, об-
в лаборатории, случилось неожиданное. 100 млн разуют укрепленные и метаболически неактивные
лет голода должны были превратить данные клет- структуры, называемые эндоспорами, и в таком
ки в микробных «зомби» — живых, но неспособных виде пережидают неблагоприятные условия. Пред-
расти или растущих настолько медленно, что ско- полагается, что часто именно они помогают бакте-
рость роста не поддавалась бы измерению. В нача- риям пережить тысячи и миллионы лет. Но когда
ле 2000-х гг. несколько бактериальных клеток, на- ученые идентифицировали клетки из «полюса не-
ходившихся в донном осадке до 35 млн лет, удалось доступности» с помощью ДНК-тестов, они практи-
заставить расти в культуре, но дизайн эксперимен- чески не обнаружили среди них спорообразующих
та не предполагал оценки скорости роста. В 2017 г. типов. Оказалось, что большинство найденных
микроорганизмы, «возрожденные» из бескислород- микроорганизмов к тому же дышат кислородом.
ного каменноугольного пласта возрастом 12–16 млн
лет, смогли расти, но крайне медленно. Их время уд- Один из образцов спустя 557 дней инкубации
воения находилось в диапазоне от нескольких ме- преподнес ученым еще один сюрприз — в нем об-
сяцев до столетия — один из самых низких показа- наружилась процветающая популяция фотосинте-
телей за всю историю экспериментов. зирующей бактерии. Эта цианобактерия, называе-
мая Chroococcidiopsis, имеет такую ­внушительную

108 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Микробиология

Буровое судно JOIDES Resolution собирало донные осадки из океанских глубин под ­Южно‑Тихоокеанским круговоротом

ARITO SAKAGUCHI, IODP AND TAMU репутацию по части живучести, что рассматри- н­ азад в заметке для блога Scientific American я пи-
валась как кандидат на терраформирование Мар- сала о бактериях, «возрожденных» из палеозойско-
са. Помимо способности жить в плохо проницае- го каменноугольного пласта, и предполагала, что
мых горных скальных породах в сухих, холодных, при определенных условиях (очень ограниченных,
просоленных местах с высоким уровнем радиа- но, возможно, встречающихся часто) бактерии мо-
ции, она обладает необычным умением — полу- гут быть практически бессмертными. Время де-
чать энергию из красного света. Но как питающа- лает свое дело: самые старые клетки из меловых
яся светом бактерия смогла размножиться в тем- донных отложений размножались примерно в два
ной камере в лаборатории, остается загадкой. раза медленнее, чем их более проворные собратья,
находившиеся там «всего» несколько миллионов
Стоит отметить, что, хотя исследованному дон- лет. Но растущее число фактов позволяет предпо-
ному осадку около 100 млн лет, возраст отдель- ложить, что мы буквально сидим на горе из насто-
ных клеток остается неясным. Возможно, некото- ящих живых ископаемых — организмов одновре-
рые из них — потомки исходного сообщества, су- менно и ископаемых, и живых.
ществовавшего 100 млн лет назад, и поэтому сами
гораздо моложе. Но размножение — весьма дорогое В распоряжении любителей древней фауны (ска-
удовольствие, и в таких условиях оно наверняка зать по правде, кто из нас к ним не относится?) —
было очень редким. Учитывая тесные поры, отсут- музеи, полные костей, зубов и следов. К услугам
ствие спор и быструю «реанимацию», авторы ста- любителей растений — окаменевшие леса и отпе-
тьи в Nature Communications полагают, что микро- чатки папоротников. Но у любителей микробов
организмы в истощенном осадке были все это вре- есть кое-что получше: наши «динозавры» живы.
мя живы, но находились в неактивном состоянии.
Перевод: Г.Ф. Куракин
Ученые подумывали о том, что бактерии спо-
собны пережить миллионы лет, не размножаясь. ИЗ НАШИХ АРХИВОВ
(Так ли это, будет известно лишь после появле-
ния технологий датировки самих микроорганиз- Foiling a Faint Sun. Sarah Simpson; April 2003.
мов, а не только осадочных пород.) Несколько лет

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 109

Планетология

110 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

ПЛАНЕТОЛОГИЯ Планетология

РАЗБИТЫЙ
ЩИТ

Ученые только что утратили один из своих
лучших инструментов для защиты Земли

от потенциально опасных астероидов.
Что дальше?

Сара Скоулс

w w w.sci-ru.org Островки зелени видны сквозь дыры
в тарелке телескопа «Аресибо», после

того как в конце 2020 г. оборвались
тросы и подвесная кабина обрушилась
[08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 111

Планетология

ОБ АВТОРЕ

Сара Скоулс (Sarah Scoles) — научный журналист, проживает в Денвере. Внештатный
автор сценариев еженедельной телепрограммы WIRED Science, внештатный редак-
тор журнала Popular Science и автор книг «Установление контакта: Джилл Тартер и по-
иски внеземного разума» (Making Contact: Jill Tarter and the Search for Extraterrestrial
Intelligence, 2017) и «Они уже здесь: культура НЛО и почему мы видим летающие тарел-
ки» (They Are Already Here: UFO Culture and Why We See Saucers, 2020).

ервые несколько секунд видео, снятого на радиотеле-
скопе «Аресибо» 1 декабря 2020 г., не предвещали ни-
чего плохого. Ну да, в августе и ноябре прошлого года
случился обрыв поддерживающих тросов, что привело
к повреждению 300-метрового зеркала антенны. И, ко-
нечно же, Национальный научный фонд уже собирал-
ся вывести «Аресибо», инструмент, который начал ска-
нировать небо в 1963 г., из эксплуатации. Так что для
телескопа ситуация складывалась не лучшим обра-
зом. Но по крайней мере он все еще существовал.

Все изменилось за несколько мгновений до вось- космической погоды, поиска инопланетян, опреде- PRECEDING PAGES: CAVAN IMAGES Alamy Stock Photo
ми часов утра, когда, словно по команде, с опор- ления временн   х параметров излучения пульса-
ной стойки поднялось облачко пыли. Оказывает- ров, картографирования облаков нейтрального во-
ся, это начал обрываться трос. Получив дополни- дорода. Но у него был и еще один необычный повод
тельную нагрузку, стали рваться и другие тросы. для гордости: он мог похвастаться самой мощной,
Вслед за этим начала опрокидываться и массив- чувствительной и активной радарной системой
ная платформа для размещения оборудования, для исследования планет. С помощью этого рада-
когда-то подвешенная над чашей зеркала обсер- ра удавалось заглянуть сквозь плотную атмосферу
ватории. После агонии медленного опрокидыва- Венеры и нанести на карту рельеф покрытой пы-
ния платформа рухнула вниз. Оборвались еще не- лью поверхности Марса, но кроме того он помогал
сколько тросов, и обломки разлетелись во все сто- защищать Землю от астероидов. Полученные с его
роны, как при подрыве. В заключительной части помощью данные позволили ученым разглядеть
видеосюжета мы видим гигантские дыры, обра- в деталях эти каменистые глыбы и оценить, пред-
зовавшиеся в зеркале легендарного телескопа, ставляют ли они угрозу, а также помогли вырабо-
и поднявшуюся вокруг пыль. «Аресибо», по край- тать адекватные меры на случай, если бы астеро-
ней мере тот, каким его знали ученые, прекратил ид приближался к нам. «Один из замечательных
свое существование. аспектов исследований космоса с помощью рада-
ра заключается в том, что вы активно защищаете
Когда Эдгард Ривера-Валентин (Edgard Rivera- всю Землю, — говорит Ривера-Валентин. — Поэто-
Valent  n), научный сотрудник Института по изу- му если кто-то спросит вас: "Какое мне-то до это-
чению Луны и планет и в прошлом член группы, го дело?", ответом будет что-то вроде: "Я прослежу
исследовавшей планеты с помощью радара в Об- за тем, чтобы астероид не пришел за тобой"».
серватории Аресибо, включил просмотр видео,
люди смогли выдержать всего несколько секунд. Исследования космоса с помощью радара «Ареси-
Им потребовались дни, чтобы до конца просмо- бо» лежат в русле общей повестки по «созданию си-
треть двухминутный сюжет. «Когда все рухнуло, стемы планетарной защиты» — попытке выявить
это было... я назвал бы это словом "трагедия"», — и предотвратить потенциально возможные стол-
говорит Ривера-Валентин, уроженец Пуэрто-Рико. кновения между астероидом (или кометой) и на-
шей планетой, которую в идеале мы хотели бы со-
Радиотелескоп «Аресибо» оставил легендарное хранить нетронутой.
наследие многих лет научных открытий, изучения

112 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Планетология

Утром 15 февраля 2013 г. астероид размером с дом влетел в атмосферу Земли и взорвался над Челябинском. Это собы‑
тие стало напоминанием о потенциальной опасности падения камней из космоса.

ALEX ALISHEVSKIKH (HTTPS://PHOTOS.CYBERBOREAN.ORG/FEATURED/2013-CHELYABINSK-METEOR-TRAIL) Вероятность того, что в тот или иной конкрет- лихорадочно ищут новые подходы, которые по-
ный день космическая каменная глыба, неся раз- зволили бы заранее выявить угрозу, и формулиру-
рушения, врежется в Землю, мала. Однако по- ют планы относительно того, что можно было бы
следствия подобной катастрофы будут тяжелыми. предпринять в будущем.
А история нашей Солнечной системы — усыпан-
ные кратерами небесные тела, падение метеори- Подсчет космических каменных глыб
тов на другие планеты, отмеченные за последнее
время, огромные объекты, проносящиеся в атмо­ Самая большая угроза для планетарной защиты
сфере Земли и запечатленные видеорегистрато- исходит от недооценки опасности. Все-таки апо-
рами, — служат наглядной демонстрацией зако- калипсис в результате столкновения с астерои-
на статистики, что события, вероятность которых дом представляется нам скорее сюжетом художе-
произойти в какой-нибудь конкретный день мала, ственных фильмов, а не делом серьезной науки.
все-таки происходят, если дней достаточно мно- Но официальные лица начали уделять этой угрозе
го. Именно поэтому в NASA есть целое подразделе- больше внимания вскоре после того, как в 1994 г.
ние, занимающееся этой проблемой. Именно поэ- комета Шумейкеров — Леви направилась прямо
тому множество астрономических инструментов к Юпитеру. Линда Биллингс (Linda Billings), кон-
собирают данные, позволяющие заблаговремен- сультант программы NASA по распространению
но заметить опасность. Именно поэтому предсто- информации о планетарной защите, вспоминает
ящая космическая экспедиция должна показать, происходившее, когда столкнулись эти два небес-
что смогут предпринять земляне, если будет обна- ных тела. 21 июля 1994 г., через несколько дней по-
ружено, что космическая глыба действительно ле- сле начала серии столкновений, она пошла на от-
тит на нас. крытый показ в Военно-морскую обсерваторию
в Вашингтоне, округ Колумбия, где можно было
Но достаточно ли всего этого? Поскольку радио­ следить за Юпитером. На лужайке снаружи астро-
телескоп «Аресибо» и его радар прекратили работу, номы-любители навели свои телескопы на покры-
наш арсенал планетарной защиты стал неэффек- тую шрамами планету. Гравитация Юпитера ра-
тивным. США и другие страны оценивают риск, зорвала комету на части, которые устремились

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 113

Планетология

в ­закрученную вихрями атмосферу планеты, разо- т­ елескопы в стражей неба. Благодаря усилиям SOURCE: NASA, JOHNS HOPKINS APL (DART reference); Illustration by Matthew Twombly
греваясь до температуры 40 тыс. градусов Цельсия группы космическая обсерватория WISE (Wide-field
и выбрасывая в космос облака вещества высотой Infrared Survey Explorer, Широкоугольный исследо-
3 тыс. км. «Мы получили железное доказательство вательский аппарат для инфракрасной съемки)
того, что такие столкновения происходят», — рас- спустя несколько лет после прекращения работы
сказывает Биллингс. в 2011 г. была выведена из состояния сна и пере-
профилировала в NEOWISE (Широкоугольный ис-
Вскоре после этого были опубликованы два офи- следовательский аппарат для инфракрасной съем-
циальных отчета ВВС США, SpaceCast 2020 и Air ки околоземных объектов). Недавно обсерватория
Force 2025, о том, что военные могут или должны NEOWISE завершила свой 14-й сеанс фотографиро-
будут сделать в предстоящие десятилетия для сни- вания всего неба и сейчас работает над 15-м.
жения угрозы столкновения с каменными глыба-
ми из космоса. Столкновения с космическими объ- Между тем компьютерная программа LINEAR
ектами стали проблемой национальной безопас- (Программа Лаборатории им. Линкольна для иссле-
ности. В первом отчете, в котором обсуждается, дования сближающихся с Землей астероидов), соз-
каким образом США могли бы удерживать «высо- данная в Массачусетском технологическом инсти-
кую планку» в космосе, был введен термин «плане- туте, в настоящее время установлена на объекте
тарная оборона». Второй во многом был посвящен военно-воздушных сил, называемом «Телескоп кос-
этой же проблеме, и в обоих рассматривались во- мической разведки» (SST), в Австралии. Это про-
просы обнаружения астероидов и минимизации граммное обеспечение по некоторым параметрам
негативных последствий (термин, обозначающий делает указанную военную обсерваторию самым
мероприятия по устранению угрозы, если таковая продуктивным в мире инструментом поиска асте-
возникнет) — например, можно изменить орбиту роидов. С его помощью было обнаружено 142 ранее
астероида, направив на него космический аппа- неизвестных околоземных объекта, четыре потен-
рат, или взорвать вблизи него ядерный заряд. циально опасных объекта и восемь новых комет.

В то время ученые, сегодня хорошо известные Это прекрасно, но не настолько, как хотелось бы
своей деятельностью по защите планеты, служи- конгрессу. По утверждению Джонсона, официаль-
ли в Военно-воздушных силах США — это Линд- ное требование на сегодня — выявить 90% объек-
ли Джонсон (Lindley Johnson), ныне руководитель тов размером 140 м и более. Удар каменной глыбы
программы Координационного управления пла- такого размера станет «черным днем везде, где бы
нетарной защиты NASA и автор соответствующей вы ни были». Таких злостных созданий насчиты-
части отчета SpaceCast, а также Пит Уорден (Pete вается около 25 тыс. «Мы постепенно приближаем-
Worden), бывший директор Исследовательского ся к этой цифре, и, возможно, к концу года количе-
центра им. Эймса NASA. Они и их коллеги преду- ство обнаруженных достигнет 10 тыс.», — объясня-
предили об опасности превращения нашей циви- ет он. За 20 лет работа завершена на 40%. В целом
лизации в кратер. Но после событий 11 сентября ученые обнаружили более 25 тыс. сближающихся
этому вопросу не было уделено столько внимания, с Землей астероидов всех размеров; около 19 тыс.
сколько многим хотелось бы. В 2003 г. Джонсон из попавших в объектив камеры имеют в попереч-
ушел со службы в отставку. «В NASA сказали: "Иди- нике более 30 м.
те к нам. У нас есть для вас подходящая работа"», —
вспоминает он. Одной из его обязанностей ста- На смену «Аресибо»
ло выполнение программы NASA по наблюдению
за околоземными объектами. Сегодня, во многом 30 космических организаций, разбросанных
благодаря усилиям Джонсона, она переросла в це- по всему миру от Латвии до Колумбии, от Китая
лое управление по координации планетарной за- до Израиля, в том числе преданные делу любите-
щиты, которым он и руководит. «Если честно, нео- ли, национальные космические агентства и от-
жиданное столкновение стало бы самым большим дельные обсерватории образуют Международную
стихийным бедствием, которое нам пришлось бы сеть предупреждения об астероидах. Эта груп-
увидеть», — говорит Джонсон. Его управление на- па, сформированная по рекомендации Организа-
деется, что сможет предотвратить любое возмож- ции Объединенных Наций, координирует деятель-
ное столкновение. ность по наблюдению и реагированию на угрозы
для нашей уязвимой планеты. С 2016 г. она заре-
С этой целью управление NASA ведет програм- гистрировала более 300 сближений, когда ожи-
мы по сбору данных об астероидах, частично по- далось, что астероид пройдет от нас на удалении
лагаясь на широкоугольные оптические и инфра- в пределах среднего расстояния между Землей
красные телескопы, которые могут обозревать и Луной. Она координировала также три кампа-
широкие просторы неба. Обсерватории, находя- нии по отработке «ресурсов наблюдений и возмож-
щиеся в ведении соответственно Аризонского и Га- ностей определения характеристик, которые могут
вайского университетов, работали с управлением быть применены к сближающемуся с Землей объ-
Джонсона, чтобы превратить свои существующие екту в достаточно короткие сроки».

114 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Планетология

Как столкнуть с пути астероид

Что будет, если ученые обнаружат большую космическую каменную глыбу, направляющуюся к Земле? У человечества есть
несколько вариантов, чтобы попытаться столкнуть небесное тело с курса, но ни один из них не был проверен на практике.
Некоторые из них, такие как применение ядерного оружия против летящей к нам каменной глыбы, несут с собой собствен-
ные риски — например, вероятность того, что обломки, образовавшиеся при взрыве, все же смогут достичь нашей планеты.

Возможные способы столкнуть астероид с курса

Запустить к астероиду тяжелый Стрелять лазером с небольшого Освещать астероид, пере- Если астероид достаточно
космический аппарат и поместить его космического корабля, чтобы направляя солнечный свет твердый, посадить на его
рядом с ним, чтобы тот действовал испарять вещество астероида, зеркалом, что заставит поверхность ракетную уста-
как «гравитационный тягач», на про- которое, отлетая с поверхности, камень терять вещество новку, чтобы с ее помощью
тяжении десятилетий отклоняя его создаст давление в противопо- и будет сталкивать астеро- отклонить его с первона-
с первоначального направления. ложном направлении. ид с орбиты. чальной траектории.

Покрасить астероид, изменив Взорвать рядом с объектом Устроить столкновение косми-
его тепловые свойства таким ядерный заряд, передав тому ческого аппарата с астерои-
образом, чтобы солнечный дополнительную энергию дом до того, как тот врежется
свет сместил его с первона- и столкнув его с курса. в Землю. Ученые надеются
чального курса. проверить этот метод в ходе
эксперимента DART.

Перенаправление Дидим
двойного астероида (DART)

Экспедиция в рамках программы DART, стартую-
щая в конце 2021 или начале 2022 г., имеет целью
столкнуть космический аппарат со спутником
(Диморфом), обращающимся вокруг астероида
(Дидима). Удар должен сместить спутник с курса,
а его смещение ученые смогут измерить, наблюдая
за изменениями орбиты Диморфа вокруг Дидима.

Текущая орбита

Солнце Марс 800 м
Земля
Дидим

Диморф Новая орбита
Столкновение Исходная орбита

Траектория DART

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 115

Планетология

В ходе намеченной к запуску в этом или следующем году экспедиции DART (Эксперимент по перенаправлению двойного
астероида) будет предпринята попытка изменить курс космической каменной глыбы, направив в нее космический аппарат

Это полезно, поскольку при обнаружении объек- мы знаем, что это произошло в силу тех или иных NASA, JOHNS HOPKINS APL
тов в опасной близости работа не заканчивается. свойств объекта, в данном случае астероида», —
Наземные оптические и инфракрасные телескопы, объясняет Патрик Тейлор (Patrick Taylor), старший
расположенные в таких местах, как Гавайи, Нью- научный сотрудник Института по изучению Луны
Мексико и Аризона, проводят последующие наблю- и планет и бывший руководитель группы радиоло-
дения, чтобы узнать об объектах больше, нежели кационной программы «Аресибо».
просто факт их существования. Наземный радар
обычно также выполняет задачу по уточнению Наблюдение с помощью радара чем-то похоже
орбит недавно обнаруженных астероидов и про- на фотографирование астероида с безопасного ме-
гнозированию их орбит на годы вперед, помогая ста на Земле. «Это что-то вроде облета астероида
рассчитать, куда эти объекты полетят в будущем космическим зондом за мизерную долю стоимости
и возможно ли их столкновение с Землей. Радар такой экспедиции, — рассказывает Эллен Хауэлл
также помогает выяснить форму, состав и траек- (Ellen Howell) из Аризонского университета. — Мы
торию астероидов. получаем их изображения в виде каменной глыбы,
а не просто светлой точки».
Принцип радиолокационных наблюдений вроде
тех, что велись с помощью «Аресибо», заключается Это важно, потому что, как любят повторять пла-
в следующем: если направить мощный импульс ра- нетологи, если вы видели один астероид, то виде-
диоволн на объект, он отразится назад, изменен- ли всего лишь один астероид (аллюзия на извест-
ный за счет вращения, поступательного движения,
формы и размеров объекта, а также из-за наличия ную британскую поговорку «Если вы видели одно-
спутников, которые, возможно, имеет этот астеро-
ид. Время, которое требуется радиоволнам, чтобы го из них, вы видели их всех», которую используют,
вернуться назад, показывает точное расстояние
от объекта до Земли. Имея на руках всю эту инфор- когда хотят сказать, что все указанные объек-
мацию, вы можете уточнить его орбиту и предска- ты выглядят одинаково. — Примеч. пер.). По сло-
зать, где он будет в далеком будущем и включа- вам Хауэлл, с потерей «Аресибо» «эти возможности
ет ли это «где» Айову. Вы также можете выяснить существенно уменьшились». Именно такая спо-
его свойства — что полезно, если вам потребуется собность наблюдать за настоящим, предсказы-
столкнуть его с курса. Плотный ли он? Пористый? вать, а затем и изменять будущее, вероятно, отли-
Круглый? Вытянутый, как арахис? «Когда мы за- чает нас от бедолаг прошлых эпох, которым оста-
писываем возвратившееся эхо, если сигнал каким- валась лишь принять все удары, которые посылал
либо образом отличается от того, что отправили, на их голову космос. «У динозавров не было косми-
ческой программы, — говорит Ривера-Валентин. —
А у нас есть».

«Аресибо» был не единственным в США радаром
для исследования планет. Остается еще один —

116 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Планетология

Радар для исследования Солнечной системы организации, обладающей большим опытом дол-
в Голдстоуне, находящийся в Калифорнии, — но он госрочного планирования и, что еще важнее, име-
способен обнаружить меньше половины околозем- ющей стабильное финансирование. Другими сло-
ных астероидов из тех, что мог увидеть «Ареси- вами, на Министерство обороны, а именно на его
бо». Но даже если бы радар в Голдстоуне был иде- недавно созданные Космические силы.
альным инструментом, в жизни может случить-
ся всякое, а если перестанет работать и он — как Как остановить астероиды
это было в течение примерно 18 месяцев проведе-
ния профилактических работ, незадолго до разру- Космические силы, новое подразделение воору-
шения «Аресибо», — нашей планете придется ле- женных сил, которое в основном занимается спут-
теть в космосе полуслепой. «Потеря "Аресибо" за- никами, их безопасностью и охраной, нацелены
ставит людей серьезнее задуматься о том, каким на отслеживание больших и малых объектов от-
будет этот шаг следующего поколения, — говорит сюда и до Луны, по мере того как международная
Тейлор. — Но каким он будет, я не знаю». и коммерческая активность в космосе — спутни-
ки, космические корабли, орбитальные производ-
У ученых есть определенные соображения. Часть ственные системы, космический туризм — набира-
из них хотела бы построить «Аресибо 2.0», заставив ет обороты. Это задача называется обеспечением
в том же самом месте на острове совместно, как ситуационной осведомленности в космосе и обыч-
одна большая антенна, работать несколько таре- но решается с помощью оптических инструментов
лок меньшего диаметра, тем самым восстановив и радаров большого радиуса действия. В то время
возможность радиолокации астероидов. В Обсер- как этот радар отслеживает обстановку на орби-
ватории Грин-Бэнк в Западной Виргинии ученые те, он также может обнаруживать астероиды, ко-
совместно с оборонным подрядчиком, компанией торые летят в космосе в том же секторе, что и спут-
Raytheon, только что провели свою собственную ник (но, надеемся, намного дальше). Официальные
демонстрацию, послав радиолокационный им- представители NASA и Космических сил говорили
пульс к Луне и уловив отраженный сигнал разбро- о сотрудничестве в создании такой беспроигрыш-
санными по всей территории США тарелками Ан- ной системы. «Это уже вышло за рамки мозгового
тенной решетки со сверхдлинными базами (Very штурма, но мы еще не определились с конкретной
Long Baseline Array), которые управляется из Со- концепцией», — говорит Джонсон, отмечая, что об-
корро, штат Нью-Мексико. Они надеются, что это суждение продолжается. В 2020 г. эти две органи-
проложит путь для строительства установки боль- зации подписали договор о намерениях, согласив-
шей мощности, которая могла бы взять на себя за- шись работать вместе над определенными вещами,
дачу по поиску и изучению астероидов. «Предложе- в том числе и планетарной защитой, и осведомлен-
ние по модернизации радиотелескопа в Грин-Бэнк ностью о космической обстановке. Космические
(радиотелескоп Обсерватории Грин-Бэнк — пол- силы вернули NASA вопросы о сотрудничестве для
нового рассмотрения.
ноповоротный параболический радиотелескоп
Однако некоторые хотят расширить идею по во-
с самой большой в мире тарелкой диаметром влечению в эту работу вооруженных сил. Питер
Гарретсон (Peter Garretson), старший научный со-
100 м. — Примеч. пер.) звучит для меня потряса- трудник Американского совета по внешней по-
юще, — говорит Биллингс. — Но деньги на это еще литике и бывший руководитель Целевой группы
не выделены». по исследованию космических горизонтов Ави-
ационного университета, хотел бы, чтобы воен-
И даже если бы это было так, Майкл Нолан ные возглавили усилия по планетарной защите,
(Michael Nolan) из Аризонского университета со- особенно по смягчению негативных последствий.
мневается, что телескоп «Грин-Бэнк» сможет стать «NASA — в первую очередь научно-исследователь-
полноценной заменой «Аресибо». Передача сигна- ское агентство. В моем понимании, это явно обо-
ла из одного места и получение в другом — это под- ронная задача, — говорит Гарретсон. — Астероид
ход, требующий обработки большого объема дан- необходимо отклонить не в научных целях».
ных, а использование для выполнения обеих задач
телескопа в Грин-Бэнке имеет свои особенности. И действительно, сегодня нет такой федераль-
«Из того, что я видел до сих пор, я не вижу ниче- ной организации, перед которой была бы постав-
го, что могло бы служить рабочей лошадкой систе- лена конкретная задача по отражению астерои-
мы планетарной защиты», — замечает Нолан. Для дов. Но в любом случае люди над этим работают.
предполагаемой замены телескопа «Аресибо», на- Одно из агентств, принимающих активное уча-
пример, средства тоже не выделены. стие в этой работе, — Министерство энергетики,
которое занимается разработкой и производством
И вопрос, что делать, — лишь первое препят- ядерного оружия. В Лос-Аламосской националь-
ствие. Еще более важный вопрос — кто должен ной лаборатории Кэти Плеско (Cathy Plesko) прово-
это делать. Некоторые эксперты утверждают, что дит исследования по снижению ущерба от встречи
бремя слишком тяжело, чтобы научное сообще-
ство могло нести его в одиночку. Возможно, гово-
рят они, задача должна быть возложена на плечи

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 117

Планетология

с астероидом. В программу планетарной защиты толкать астероид в противоположном направле-
она попала, поскольку с помощью компьютерных нии. Можно также просто-напросто ударить асте-
моделей изучала метеоритные кратеры на Марсе. роид, направив на космическую глыбу космиче-
«Но как предотвратить образование кратеров?» — ский корабль, прежде чем та врежется в Землю.
задумывалась она. Однажды старший астрофизик Другие варианты: направить на астероид и сфо-
лаборатории сказал, что, по его мнению, ту же са- кусировать на нем с помощью зеркала солнечные
мую программу, которую она использовала для мо- лучи, пока он не начнет плавиться и терять веще-
делирования [образования] кратеров, можно при- ство; подвинуть его с помощью ракет; раскрасить
менить для моделирования мер по недопущению его, чтобы изменить его тепловые свойства, а зна-
ущерба от астероидов: она покажет, как поведет чит, и его орбиту. Плеско, будучи сотрудником Ми-
себя астероид, если что-нибудь столкнется с ним, нистерства энергетики, изучает и более «шумный»
а не он с каким-нибудь небесным телом. Это было вариант из списка предлагаемых: «отклоняющий
именно то, о чем она давно размышляла. ядерный взрыв». То есть можно взорвать ядерный
заряд вблизи угрожающего Земле объекта, сооб-
Она занялась этой проблемой, но в целом работа щив ему дополнительную энергию и оторвав неко-
в этом направлении в лаборатории велась ни шат- торое количество материала. Это отклонит камень
ко ни валко до февраля 2013 г. В том месяце асте- так же, как и при использовании других методов,
роид размером 20 м в поперечнике пронесся сквозь только, как вы понимаете, значительно сильнее.
атмосферу и взорвался на высоте почти 30 км над Но исследования взрыва ядерной бомбы на поверх-
Челябинской областью России с силой около 450 кт ности астероида или внутри него показывают, что
тринитротолуола, 1,6 тыс. человек получили трав- он может распасться на более мелкие куски, кото-
мы. Как и в случае с кометой Шумейкеров — Леви, рые сами по себе создают проблемы. В любом слу-
чиновники быстро осознали серьезность пробле- чае этот вариант быстро обрастает дополнитель-
мы. Группа Плеско сосредоточилась на ее реше- ными сложностями, если учесть природу ядерных
нии и совместно с NASA приступила к поиску отве- бомб и международный запрет на размещение ору-
та на вопрос, какие физические задачи необходи- жия массового уничтожения в космосе. Страна мо-
мо решить, чтобы адекватно отреагировать, если жет использовать «подготовку к отражению асте-
прилетит что-нибудь более серьезное и ужасное. роидов» как предлог для распространения ядерно-
Работа начинается с изучения вопроса, из чего со- го оружия; к тому же астероид представляет собой
стоят астероиды, на удивление сложной задачи, угрозу для всего человечества, однако для борьбы
и радар для этого — лучшее решение при прове- с ним использовать собственный арсенал будет
дении исследований с Земли. «Это груды щебня? какая-то одна страна. «Никто не относится к это-
Что-то вроде комочков грязи? Или железные бол- му легкомысленно», — говорит Плеско.
ванки? — задается вопросом Плеско. — Вариантов
очень много». Такая многовариантность затрудня- Каждые два года мировое сообщество разыгры-
ет моделирование. Если вы моделируете на ком- вает ролевую игру в стиле «Подземелий и драко-
пьютере самолет, вы точно знаете его плотность нов», в которой [космические] агентства пред-
и форму. «Такого рода спецификаций для комет ставляют свою версию ответа на вымышленный
и астероидов у нас нет, — говорит она. — Именно сценарий планетарной защиты. Информация о ха-
это мы и должны выяснить». рактере угрозы заранее публикуется в интернете
и каждый день дополняется новыми инструкци-
Сегодня Плеско исследует множество способов ями в виде презентаций PowerPoint. В 2019 г., не-
того, как отвести от земного шара различные виды задолго до прибытия на совещание, его участни-
астероидов. Один из вариантов называется грави- ки знали, что для глыбы, имеющей в поперечнике
тационным буксировщиком. Вы запускаете самый 100–300 м, вероятность столкнуться с Землей че-
тяжелый космический аппарат, какой только мо- рез восемь лет составляет 1%. На третий день они
жете построить, чтобы он приблизился к космиче- знали, что она имеет 260 м в длину и 140 м в шири-
ской каменной глыбе сбоку настолько близко, на- ну и держит курс прямо на Денвер.
сколько это возможно. «Со временем ваш космиче-
ский аппарат сможет увести астероид или комету Пока группа разрабатывала схему экспедиции
с первоначального курса», — говорит она. Но для по отклонению проблемного объекта с курса, от-
этого потребуются десятилетия «ухаживания», коловшийся от него кусок размером 60 м в по­
а технология эта, по оценке Плеско, не появится перечнике взял курс на Манхэттен. Участники
еще в течение примерно 100 лет. ролевой игры переключились в режим миними-
зации последствий катастрофы, изучая средства
Некоторые ученые исследовали возможность ис- и пути эвакуации, вопрос, что делать с химиче-
пользовать пристыкованный к небольшому кос- скими заводами и атомными электростанциями,
мическому аппарату лазер, чтобы нагревать и ис- а также оценивали ее экономические последствия.
парять материал астероида, отбрасывая его с по- В этом году участники вернулись к игровому сто-
верхности, и таким образом (поскольку каждое лу (по видео‑конференц‑связи), чтобы решить, как
действие вызывает равное ему противодействие)

118 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Планетология

­поступить с астероидом, который может нанести вы можете вживую непосредственно наблюдать,
нам визит уже через шесть месяцев. Все эти тре- как он проходит перед более крупным астероидом.
нинги «позволяют в условиях, приближенных к ре-
альным, проверить, сколько времени потребуется, Ученые получат возможность впервые увидеть
чтобы что-нибудь предпринять», — говорит Плеско. систему (в виде одинокого пикселя) примерно
Она добавляет, что это непохоже на голливудский за месяц до столкновения в 2022 г. «Именно к это-
фильм, где ситуация решается примерно так: «Об- му единственному пикселю мы пытаемся напра-
наружен астероид; давайте запустим эту штукови- вить наш космический аппарат», — говорит Еле-
ну». Тем не менее продуманное реагирование — это на Адамс (Elena Adams), системный инженер экс-
то, что человечество может реально предпринять, педиции. За час до столкновения они разглядят
даже если и не так быстро, как на экране. спутник и начнут подруливать по направлению
к нему. «А потом — ба-бах! — и мы теряем контакт,
Тестовый запуск что на самом деле хорошо», — объясняет Адамс.
Значит, все прошло как надо. («И ведь, представь-
Уже вскоре смелый проект позволит проверить те, кто-то платит нам за эту работу! — ликует
нашу способность двигать горы в космосе. Цель Адамс. — За то, чтобы разбить вдребезги космиче-
намеченной к запуску на конец 2021 г. или начало ский аппарат стоимостью $250 млн!»)
2022 г. экспедиции DART (Double Asteroid Redirection
Test, Эксперимент по перенаправлению двойно- Группа DART надеется, что радар в Голдстоуне
го астероида) — продемонстрировать, что мы мо- и космические телескопы также будут наблюдать
жем изменить орбиту астероида, словно путь не- это шоу. «Мы надеялись, что и "Аресибо" тоже», —
послушного подростка. Эндрю Ривкин (Andrew с грустью говорит Ривкин. На основе полученных
Rivkin), один из руководителей исследователь- во время столкновения и после него данных будут
ской группы экспедиции, занимался изучением созданы новые модели, которые будут использо-
астероидов, чтобы внести вклад в фундаменталь- ваны такими учеными, как Плеско, для выработ-
ную науку о происхождении Солнечной системы. ки стратегии реагирования на реальную астеро-
«На какой бы вопрос вы ни пытались ответить, все идную угрозу. «Такие программы, как DART, — это
чудесным образом возвращается к астероидам», — страховка на случай, если мы все же обнаружим
говорит он. К тому же, добавляет он, их куски мож- что-нибудь [угрожающее]», — говорит Ривкин.
но купить на платформе eBay. Люди платят, страхуясь от пожара и наводнения;
они проверяют свои подвалы на радон. «Мы наде-
Или можно построить космический аппарат, что- емся и ожидаем, что тест на радон не обнаружит
бы оттолкнуть астероид в сторону, что сейчас и де- радона и что в доме не произойдет ни возгорания,
лает Ривкин. DART отправится к системе Дидима, ни наводнения, но мы в каком-то смысле проявля-
где есть к большому астероиду Дидиму и его ма- ем необходимую осмотрительность».
ленькому спутнику Диморфу. Затем космический
аппарат врежется в спутник, изменив орбиту Ди- Хотя Ривкин рад, что люди больше не считают
морфа вокруг его более крупного брата, а значит, планетарную защиту какой-то шуткой и теперь
и характер движения последнего вокруг Солнца. вполне осознают полезность космической стра-
610-килограммовый космический аппарат стол- ховки, он предостерегает от нагнетания стра-
кнется с «маленьким» (массой 4,8 млрд кг) Димор- хов по поводу нашествия космических каменных
фом со скоростью 6,58 км/с, изменив (как считают глыб. «Если астероиды не дают людям спать по но-
ученые) период его обращения примерно на 10 мин. чам, надеюсь, что это связано с размышления-
Поскольку размеры Диморфа таковы, что этот ми по поводу крутости всей науки», — говорит он.
астероид в одиночку способен представлять угрозу Фактически именно эта наука — разработка ме-
городам, ученые надеются увидеть, насколько хо- тодов обнаружения, отслеживания, прогнозиро-
рошо они могут передавать импульс космическо- вания и определения характеристик этих одино-
го аппарата космической глыбе. Подобный вариант ких странников — лежит в основе всей системы
устранения угрозы средней степени — нечто про- защиты планеты. А планетарная защита, в свою
межуточное между «либо уничтожьте его с помо- очередь, позволяет людям вырвать у космоса не-
щью ядерного заряда, либо прячьтесь в убежище», которые рычаги управления. «Впервые в истории
как обрисовывает ситуацию Ривкин. Его можно на- у нас как у вида есть шанс предотвратить стихий-
звать также предотвращением столкновения с по- ное бедствие, — говорит Плеско. — Мы не можем
мощью другого столкновения. Это универсальный остановить ураган или обратить вспять землетря-
метод, который работает и в случае с одним асте- сение. Мы не можем просто взять какой-нибудь су-
роидом — космический аппарат можно направить перклей и заделать им разлом Сан-Андреас». А вот
на одиночку, — но у ученых есть веская причина остановить планетарного убийцу? «Если потре-
для выбора в качестве объекта такого теста двой- буется, я действительно уверена, что нам это под
ной системы: в этом случае легко измерить, на- силу», — заявляет исследовательница.
сколько вы изменили орбиту спутника, потому что
Перевод: А.П. Кузнецов

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 119

Физика

120 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

ФИЗИКА

Чтобы достичь новых пределов фундаментальной физики, ученые
должны создать еще более мощные ускорители элементарных частиц

Чандрашекхар Джоши

Illustration by Peter and Maria Hoey

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 121

Физика

ОБ АВТОРЕ

Чандрашекхар Джоши (Chandrashekhar Joshi) — заслуженный профессор
электротехники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, где он
возглавляет Группу лазерной плазмы, лауреат премии им. Джеймса Клерка
Максвелла Американского физического общества в области физики плазмы.

начале XX в. ученые мало что знали о строительных кирпи-
чиках, из которых состоит наш физический мир. К концу века
они открыли не только все элементы, составляющие фундамент
всей наблюдаемой материи, но и множество еще более фунда-
ментальных частиц, из которых состоят наш космос, наша пла-
нета и мы сами. И инструмент, позволивший совершить эту ре-
волюцию, — ускоритель элементарных частиц.

Вершина достижений ускорителей элемен- ­частиц, чем нам известно. Есть у физиков
тарных частиц пришлась на 2012 г., ког- и другие остающиеся без ответа глубинные
да на Большом адронном коллайдере (БАК) вопросы, например: существуют ли допол-
была обнаружена долгожданная частица — нительные измерения пространства и по-
бозон Хиггса. БАК — это 27-километровое чему в наблюдаемой Вселенной большой
кольцо ускорителя CERN, расположенное не- дисбаланс материи и антиматерии? Чтобы
далеко от Женевы, в котором сталкивают- разгадать все эти загадки, нам, вероятно,
ся два пучка протонов с энергией 7 трлн эВ понадобится более мощный коллайдер, чем
(ТэВ) каждый. Это самый большой, самый те, которые есть в нашем распоряжении се-
сложный и, пожалуй, самый дорогой науч- годня.
ный объект из когда-либо созданных. Бозон
Хиггса был последним звеном господствую- Многие ученые поддерживают план созда-
щей теории физики элементарных частиц, ния Международного линейного коллайдера
называемой Стандартной моделью. Тем (МЛК) — ускорителя, вытянувшегося вдоль
не менее за почти десять лет, прошедших прямой, в котором частицы будут сталки-
со времени этого открытия, ни это устрой- ваться с энергией 250 млрд эВ (или 250 ГэВ).
ство, ни какой-либо другой ускоритель не об- Хотя МЛК не такой мощный, как БАК, в нем
наружили ни одной новой частицы. электроны будут сталкиваться с их двойни-
ками из антивещества, позитронами; и те
Неужели мы нашли все частицы, кото- и другие — фундаментальные частицы,
рые было необходимо найти? Сомнительно. столкновения которых, как ожидается, по-
Стандартная модель физики элементарных зволят получить гораздо более четкие дан-
частиц не объясняет темную материю — ча- ные, чем столкновения протонов с протона-
стицы, которых во Вселенной много, но они ми в БАК. К сожалению, конструкция МЛК
невидимы. Популярное расширение Стан- предполагает необходимость строительства
дартной модели, называемое суперсим- объекта длиной около 20 км и, как ожидает-
метрией, предсказывает гораздо больше ся, стоимость его составит более $10 млрд —

122 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Физика

Ученый проводит испытания прототипа плазменного ускорителя на Установке для испытаний перспективных
ускорителей (FACET) Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии

BRAD PLUMMER AND SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY цена настолько высока, что ни одна страна (кильватерный) ускоритель», открывает ши-
пока не взяла на себя обязательство разме- рокие перспективы для создания коллайдера
стить его на своей территории. ТэВ-масштаба, более компактного и намного
более дешевого, чем машины, базирующиеся
Между тем есть планы повысить энер- на существующих методах.
гию БАК до 27 ТэВ в существующем тунне-
ле за счет увеличения силы сверхпроводя- Зоопарк элементарных частиц
щих магнитов, используемых для изгиба
траектории протонов. Помимо этого, CERN История ускорителей элементарных частиц
предлагает кольцевой электрон-позитрон- началась в 1897 г. в физической Кавендиш-
ный и протон-протонный коллайдер с дли- ской лаборатории Кембриджского универ-
ной окружности 100 км, получивший на- ситета. Там Джозеф Джон Томсон создал са-
звание «Будущий кольцевой коллайдер» мую первую версию ускорителя элементар-
(Future Circular Collider). Такая машина по- ных частиц, воспользовавшись катодной
зволила бы достичь беспрецедентной энер- трубкой, прообразом тех, которые впослед-
гии 100 ТэВ в протон-протонных столкнове- ствии использовались в большинстве теле-
ниях. Однако стоимость этого проекта, ве- визоров до появления плоских экранов. Он
роятно, будет такой же, как у МЛК, или еще открыл отрицательно заряженную части-
больше. Даже если этот коллайдер и будет цу — электрон.
построен, эксперименты на нем не смогут
начаться до тех пор, пока после 2035 г. БАК Вскоре физики установили две другие со-
не завершит работу. ставляющие атома — протон и нейтрон, ис-
пользуя радиоактивные частицы в каче-
Но эти гигантские и дорогие маши- стве снарядов для бомбардировки атомов.
ны — не единственно возможный вариант. А в 1930-х гг. появился первый циклический
С 1980‑х гг. физики разрабатывают альтер- ускоритель частиц — изобретенное Эрне-
нативные концепции коллайдеров. Среди них стом Лоуренсом устройство размером с ла-
одна, получившая название «п­ лазменный донь, получившее название «­циклотрон»

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 123

Физика

Следующее поколение ускорителей

В большинстве ускорителей частиц, построенных на текущий п­ ридет ему на смену, получившее название «Международный
момент, для генерирования электрических полей использует- линейный коллайдер». Однако реализация этих грандиозных
ся радио- или СВЧ-излучение, которое ускоряет заряженные ча- планов может оказаться непомерно дорогостоящей затеей.
стицы, чтобы затем столкнуть их друг с другом, вызвав всплеск Чтобы достичь уровня энергии, необходимого для новых от-
энергии, который может породить новые частицы. Совершенная крытий, ученым, возможно, придется обратиться к экзотиче-
машина такого типа — Большой адронный коллайдер CERN. ской технике, например к концепции, называемой плазменным
А некоторые физики уже предложили устройство, которое кильватерным ускорением.

Нынешний лидер: Большой адронный коллайдер (БАК)

Это 27-километровое кольцо — самый большой и мощный из когда-либо построенных ускорителей элементарных частиц, в котором сталкиваются
протоны с энергией до 14 трлн эВ (ТэВ). На расположенной под землей недалеко от Женевы машине стоимостью $4,75 млрд ведутся четыре экспери-
ментальных исследования в разных точках столкновения. Главным достижением БАК стало открытие в 2012 г. бозона Хиггса. Чтобы сделать возмож-
ными дальнейшие открытия, некоторые ученые хотели бы повысить энергию БАК до 27 ТэВ, увеличив силу поля его сверхпроводящих магнитов.

Эксперимент ALICE Эксперимент CMS

0 8,5 км
Детектор частиц LHCb
Путь протонов
Путь ионов

Протонный синхротрон

Эксперимент ATLAS Протонный суперсинхротрон

На подходе: Международный линейный коллайдер (МЛК)

Предлагаемый линейный ускоритель будет сталкивать электроны с их двойниками из антиматерии — позитронами. 20-километровая машина
будет разгонять частицы до более низкой энергии (250 ГэВ), чем БАК, но позволит получить более четкие данные. Однако стоимость его
оценивается примерно в $10 млрд, и на сегодня ни одна из стран не согласна принять его у себя.

Основной линейный ускоритель Накопительные кольца Основной линейный ускоритель
(с затуханием)
Путь электронов
Путь позитронов

05 15 20 км

124 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Физика

Плазма

Когда начальный импульс лазера Электронный Электроны
или пучок электронов — «драй- слой дебаевского
вер» — проходит через плазму, экранирования
он выталкивает электроны
плазмы наружу. Когда драйвер Ускоряемый сгусток Первичный импульс (драйвер)
продолжает движение, плазма,
испытывающая теперь дефицит Ионный пузырь
электронов, заряжается по- Плазма
ложительно и притягивает вытес-
ненные электроны к себе назад.
Когда электроны устремляются
к оси, они по инерции пролетают
мимо, а затем электростатиче-
ские силы снова тянут их назад,
что создает в кильватерном сле-
де осциллирующее электриче-
ское поле. Теперь, когда второй
«ускоряемый» сгусток электро-
нов летит через плазму, электри-
ческое поле его ускоряет.

Межступенчатая оптика

Модуль
плазменного
ускорителя

Километры

Драйвер

Illustration by Nick Bockelman Перспективы на будущее: кильватерный плазменный ускоритель Накопительное
затухательное
Плазменное ускорение открывает перспективу получения большей мощности
за меньшие деньги, чем в случае традиционных ускорителей. Будущая плазменная кольцо
машина могла бы состоять из расположенных в линию примерно 50 ускоряющих
модулей и ускорять электроны в 1 тыс. или даже в 10 тыс. раз быстрее, чем обычные
ускорители, и теоретически позволит достичь столкновений с энергией в 1 ТэВ.
При этом вся машина будет не длиннее нескольких километров, что делает ее
значительно более компактной, чем предыдущие устройства. Плазменная техно-
логия прошла долгий путь, но для реализации цели — создания ускорителя такого
масштаба — необходимы дальнейшие исследования.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 125

Физика

Компьютерное Основы ускорителя F. TSUNG, W. AN/U.C.L.A. AND SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY
моделирование
перспективной Ускорители бывают двух типов: кольцевые
схемы ускорителя: (синхротронные) и линейные. Все они запи-
сталкиваются тываются СВЧ-излучением или излучени-
ем в диапазоне радиоволн, которое может
ускоренные ускорять частицы почти до скорости света.
плазмой электроны Например, в Большом адронном коллайдере
два протонных пучка, бегущие в противо-
и позитроны положных направлениях, многократно про-
ходят через расположенные вдоль кольца
и способное ускорять протоны пример- участки так называемых радиочастотных
но до 80 кэВ. После этого техника ускори- полостей. Электромагнитные волны внутри
телей стремительно развивалась и ученые этих полостей создают [переменные] элек-
смогли увеличить энергию заряженных ча- трические поля, частота которых подбира-
стиц в ускорителе до величины, позволя- ется таким образом, чтобы на положитель-
ющей исследовать атомное ядро. Этот про- но заряженный протон всегда действовала
гресс привел к открытию «зоопарка» из сотен сила, направленная вперед по его движе-
субъядерных частиц, что положило начало нию. Эта сила ускоряет протоны и сообщает
эре физики высоких энергий, базирующей- им [дополнительную] энергию. Как только
ся на ускорителях. После того как в послед- частицы набирают достаточную энергию,
ней четверти прошлого века энергия пуч- магнитные линзы очень точно фокусируют
ков в ускорителях быстро выросла, было по- пучки протонов в нескольких точках, рас-
казано, что частицы этого зоопарка состоят положенных вдоль кольца, где и происходят
всего из 17 элементарных частиц, предска- столкновения. При столкновении на таких
занных Стандартной моделью. Все они, кро- скоростях образуется чрезвычайно высокая
ме бозона Хиггса, были открыты в экспери- плотность энергии, что приводит к рожде-
ментах на ускорителях к концу 1990-х гг. нию новых частиц б   льшей массы.
Возможное явление бозона Хиггса ученым
на БАК сделало Стандартную модель венцом Однако когда заряженные частицы летят
современной физики элементарных частиц. по дуге окружности, они излучают «синхро-
тронное излучение». При любом данном ра-
Помимо того что ускорители — один из са- диусе кольца для более тяжелых частиц, та-
мых успешных инструментов научных от- ких как протоны, эта потеря энергии суще-
крытий в истории, они нашли множество ственно меньше, поэтому БАК — протонный
применений в медицине и в нашей повсед- коллайдер. Но в случае электронов потери
невной жизни. Они используются в ком- слишком велики, особенно когда их энер-
пьютерных томографах, для рентгена ко- гия растет, поэтому ускорители будуще-
стей и для лучевой терапии злокачествен- го, на которых предполагается ­сталкивать
ных опухолей. Они жизненно важны для
стерилизации пищевых продуктов и для
производства радиоактивных изотопов
для несметного числа медицинских тестов
и методов лечения. Они служат основой
рентгеновских лазеров на свободных элек-
тронах, которые используются тысячами
ученых и инженеров для проведения пере-
довых исследований в области физических,
медицинских и биологических наук.

126 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Физика

э­ лектроны и позитроны, должны быть либо время жизни которых составляет две мил-
линейными коллайдерами, либо иметь лионные доли секунды. Они образуют-
очень большой радиус, то есть меньшую ся при распаде частиц, называемых пио-
кривизну, что снижает мощность излуче- нами, для получения которых необходимо
ния, испускаемого электронами. направить интенсивный пучок протонов
на специальную мишень. Никто еще никог-
Размер ускорительного комплекса для да не строил мюонные ускорители, но среди
данной энергии пучка в конечном итоге за- ученых, занимающихся ускорителями, есть
висит от того, сколько высокочастотной убежденные сторонники этой идеи.
мощности можно закачать в ускоряющую
структуру до того, как в ней случится элек- И, наконец, третья идея: плазменное,
трический пробой. В традиционных ускори- или кильватерное, ускорение. Его концеп-
телях для создания этой ускоряющей струк- ция возникла в 1970-х гг. у Джона Доусона
туры использовалась медь и порог пробоя (John M. Dawson) из Калифорнийского уни-
ограничивал максимальную энергию, ко- верситета в Лос-Анджелесе, который пред-
торую можно добавить на дистанции в 1 м, ложил использовать плазменный след, соз-
величиной от 20 до 50 млн эВ (МэВ). Ученые, даваемый интенсивным лазерным импуль-
разрабатывавшие ускорители, эксперимен- сом или пучком электронов, для ускорения
тировали с новыми типами ускоряющих второго пучка частиц в 1 тыс. или даже
структур, которые работают на более высо- в 10 тыс. раз быстрее, чем в обычных уско-
ких частотах, что позволило увеличить по- рителях. Эта концепция получила назва-
рог электрического пробоя. Они работали ние плазменного (кильватерного) ускори-
также над увеличением силы ускоряющих теля. Она вызвала большой ажиотаж, вы-
полей в сверхпроводящих полостях, кото- светив перспективу миниатюризации этих
рые теперь повсеместно используются как гигантских машин, во многом подобно тому,
в синхротронах, так и в линейных ускори- как интегральные схемы миниатюризиро-
телях. Эти усовершенствования очень важ- вали электронику с начала 1960-х гг.
ны и почти наверняка будут реализованы
до того, как какие-нибудь новые, коренным Четвертое состояние вещества
образом меняющие основные принципы
концепции отправят на металлолом успеш- Большинство людей знакомы с тремя со-
ную технику традиционных ускорителей. стояниями вещества: твердое, жидкое и га-
зообразное. Плазму часто называют чет-
В конечном итоге, возможно, потребу- вертым состоянием вещества. Хотя она
ются другие стратегии. В 1982 г. в рамках достаточно редко встречается в нашей по-
программы физики высоких энергий Ми- вседневной жизни, это наиболее распро-
нистерства энергетики США стартовала страненное состояние вещества во Все-
скромная инициатива по исследованию со- ленной. По некоторым оценкам, более 99%
вершенно новых методов ускорения заря- всего видимого вещества в космосе нахо-
женных частиц. Эта программа породила дится в состоянии плазмы — так, например,
множество идей; три из них выглядят осо- из плазмы состоят звезды. Плазма — это,
бенно многообещающими. по сути, ионизированный газ с одинаковой
плотностью электронов и ионов. Ученые мо-
Первая — двухпучковый ускоритель. гут легко получать плазму в лабораторных
В этой схеме относительно медленный вы- условиях, пропуская электричество через
сокозарядный пучок электронов использу- газ, как это происходит в обычной люминес-
ется для генерации высокочастотного из- центной лампе.
лучения в полости, а затем это излучение
ускоряет параллельный электронный пу- Плазменный ускоритель с кильватер-
чок во второй полости. Эта концепция про- ным полем использует что-то вроде сле-
ходит испытания в CERN на машине под на- да, оставляемого моторной лодкой или ре-
званием «Компактный линейный коллай- активным самолетом. Когда лодка движет-
дер» (CLIC). ся вперед, она расталкивает воду, которая
движется в противоположном от лодки на-
Другая идея: столкнуть гораздо более тя- правлении, оставляя позади лодки след.
желых родственников электронов — мюо- Точно так же хорошо сфокусированный ла-
ны. Большая масса мюонов означает, что зерный импульс огромной интенсивности,
их можно ускорять в кольце, не теряя столь- движущийся через плазму со скоростью
ко энергии на синхротронное излучение, света, может генерировать релятивистский
сколько теряется при ускорении электро- след (то есть след, также распространяю-
нов. Существенный недостаток этой идеи щийся почти со скоростью света), ­оказывая
в том, что мюоны — нестабильные ч­ астицы,

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 127

Физика

р­ адиационное давление и смещая электро- электроны в этом сгустке действует посто-
ны плазмы со своего пути. Если вместо ла- янное ускоряющее поле и они с одинаковой
зерного импульса через плазму направить скоростью набирают энергию, тем самым
сильноточный пучок электронов высокой уменьшается разброс энергии электронов
энергии, электростатические силы оттал- в сгустке.
кивания отрицательного заряда этих элек-
тронов могут вытеснить все электроны Основное преимущество плазменного
плазмы. Положительно заряженные более ускорителя перед другими схемами состоит
тяжелые ионы плазмы остаются на месте. в том, что электрические поля в плазменном
После прохождения импульса ионы при- кильватерном следе могут быть в 1 тыс. раз
тягивают обратно вытесненные электро- сильнее, чем в традиционных радиочастот-
ны, воздействуя электростатической силой ных полостях. К тому же значительная доля
между своими положительными заряда- энергии, передаваемой лучом-драйвером
ми и отрицательными зарядами электро- в кильватерный след, может быть извлечена
нов. Электроны движутся так быстро, что ускоряемым пучком. Эти эффекты делают
обгоняют ионы, а затем снова испытыва- коллайдер на основе плазменного кильва-
ют притяжение в обратном направлении, терного поля потенциально более компакт-
что создает осциллирующий кильватерный ным и более дешевым, чем обычный.
след. Из-за пространственного разделения
в плазме электронов и ионов внутри этого Будущее плазмы
следа возникает электрическое поле.
За последние два десятилетия плазмен-
Конечная цель ученых, ные кильватерные ускорители с лазерной
занимающихся плазменными и электронной накачкой совершили огром-
ускорителями, — реализовать ный шаг вперед. Моя собственная груп-
па в Калифорнийском университете в Лос-
линейный ускоритель, Анджелесе провела эксперименты на на-
в котором сталкивались бы шем прототипе совместно с физиками
хорошо сфокусированные Национальной ускорительной лаборатории
пучки электронов и позитронов SLAC (SLAC — Центр Стэнфордского линей-
ного ускорителя), используя их Установку
или два пучка электронов для испытаний перспективных ускорите-
общей энергией более 1 ТэВ. лей (FACET) в Менло-Парке, штат Калифор-
ния. Мы инжектировали первичный и уско-
Чтобы добиться этого, ряемый сгустки электронов с начальной
потребуется последовательно энергией 20 ГэВ и обнаружили, что энер-
гия ускоряемых электронов увеличивает-
соединить примерно ся на величину до 9 ГэВ после прохожде-
50 отдельных плазменных ния через плазму на отрезке длиной 1,3 м.
В эксперименте по проверке концепции, ис-
ускорительных ступеней пользуя плазму, мы также достигли усиле-
ния 4 ГэВ в сгустке позитронов на отрезке
Если второй «ускоряемый» сгусток элек- длиной всего 1 м. Несколько других лабора-
тронов следует непосредственно за первич- торий по всему миру, используя в качестве
ным («драйвером»), электроны в ускоряемом драйвера излучение лазера, получили для
сгустке могут получать энергию из кильва- сгустков электронов усиление энергии в не-
терного следа наподобие того, как сгусток сколько ГэВ.
электронов ускоряется электромагнитной
волной в обычном ускорителе. Конечная цель ученых, занимающихся
плазменными ускорителями, — реализо-
Если в ускоряемом сгустке достаточное вать линейный ускоритель, в котором стал-
количество электронов, они могут погло- кивались бы хорошо сфокусированные пуч-
щать из следа достаточно энергии, чтобы ки электронов и позитронов или два пучка
ослабить электрическое поле. Теперь на все электронов общей энергией более 1 ТэВ. Что-
бы добиться этого, нам, вероятно, потребу-
ется последовательно соединить примерно
50 отдельных плазменных ускорительных
ступеней, при этом в каждой из них энергия
пучка будет увеличиваться на 10 ГэВ.

Однако обеспечение соосности и синхро-
низации первичного и ускоряемого пучков

128 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Физика

при прохождении через такое количество чтобы довести ускорители позитронов до та-
ступеней плазменного ускорителя, необхо- кого же уровня, которого мы достигли в ра-
димое, чтобы столкнуть два пучка с требуе- боте с электронами. В качестве альтерна-
мой точностью, вырастает в огромную про- тивного варианта мы могли бы сталкивать
блему. Типичный радиус кильватерного электроны с электронами или даже с про-
следа — менее 1 мм, а ученые должны вве- тонами, где одно или оба электронных пле-
сти ускоряемый сгусток электронов с субми- ча базируются на плазменном кильватер-
кронной точностью. Необходимо синхрони- ном ускорении. Другая концепция, которую
зировать временн   е параметры первичного изучают ученые в CERN, — попытка моду-
импульса и ускоряемого пучка с точностью лировать протонный сгусток многосанти-
не хуже одной стотриллионной доли секун- метровой длины, направив его через столб
ды. Любое отклонение от оси может приве- плазмы и используя сопровождающий его
сти к ухудшению качества пучка и поте- плазменный след для ускорения электрон-
ре энергии, а также заряда, вызванного ос- ного сгустка.
цилляцией электронов в окрестности оси
кильватерного следа в плазме. Эта поте- Будущее плазменных ускорителей неяс-
ря проявляется в виде жесткого рентгенов- но, но заманчиво. Вполне возможно, что
ского излучения, называемого бетатрон- не пройдет и десяти лет, как мы научимся
ным излучением, и накладывает ограниче- строить настольные плазменные ускорите-
ние на то, сколько энергии можно получить ли на 10 ГэВ для различных научных и ком-
от плазменного ускорителя. мерческих приложений, используя суще-
ствующие лазерные и электронно-лучевые
Существуют и другие технические пре- устройства. Но путь от этих достижений
пятствия, которые не позволяют немедлен- до реализации линейного плазменного кол-
но превратить эту идею в коллайдер. Возь- лайдера, способного служить инструментом
мем основной показатель качества коллай- для новых открытий физики, все еще далек.
дера — светимость. Попросту говоря, это Несмотря на то что мы добились впечатляю-
мера того, сколько частиц сможет проле- щего прогресса в экспериментальных иссле-
теть через данную площадку за данное вре- дованиях плазменных ускорителей, пара-
мя. Светимость, умноженная на сечение, метры пучка, достигнутые на сегодня, еще
или вероятность столкновения двух частиц, далеки от того, что нам потребуется даже
говорит вам, сколько столкновений опреде- для электронного плеча будущего электрон-
ленного вида в секунду вы, вероятно, буде- позитронного коллайдера, способного вести
те наблюдать. Желаемая светимость для ли- исследования на переднем крае физики эле-
нейного электрон-позитронного коллайде- ментарных частиц. Тем не менее, посколь-
ра с энергией 1 ТэВ составляет 1034 см–2·с–1. ку перспективы Международного линейного
Для достижения такой светимости требует- коллайдера и Будущего кольцевого коллай-
ся, чтобы встречные пучки имели среднюю дера туманны, наилучшим вариантом для
мощность 20 МВт каждый — 1010 частиц нас может быть дальнейшее совершенство-
в сгустке при частоте повторения 10 кГц вание экзотической техники, которая сулит
и размере пучка в точке столкновения в де- экономию в размерах и затратах. Разработ-
сятки миллиардных долей метра. Чтобы ка плазменной ускорительной техники —
проиллюстрировать, насколько это слож- грандиозная научная и инженерная задача
но, давайте рассмотрим среднюю потребля- этого столетия, она предлагает исследова-
емую мощность. Даже если бы можно было телям огромное поле деятельности для ри-
передавать энергию от первичного пучка ска, творчества, решения интереснейших
к ускоряющемуся с 50-процентной эффек- проблем и заманчивую возможность от-
тивностью, в двух тонких трубках плазмы крыть новые фундаментальные компонен-
останется 20 МВт мощности. В идеальном ты природы.
случае мы могли бы частично восстановить
эту мощность, но это отнюдь не тривиаль- Перевод: А.П. Кузнецов
ная задача.
ИЗ НАШИХ АРХИВОВ
Хотя ученые добились значительного про-
гресса в технике для электронного плеча Джоши Ч. Плазменные ускорители // ВМН, № 5, 2006.
плазменного линейного коллайдера, уско-
рение позитронов все еще находится в мла-
денческом состоянии. Вероятно, потребу-
ется еще десятилетие скоординированных
фундаментальных научных исследований,

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 129

ИзИмЗеМнЕеНнЕиНеИ ЕкКлЛиИмМаАтТаА

ДИОКСИД УГ 

В ГОРАХ О

130 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Изменение климата

ЛЕРОДА
МАНА Могут ли необычные
выходы глубинных пород
Земли решить мировую
климатическую проблему?
Дуглас Фокс

w w w.sci-ru.org Мантийные породы гор, которые обычно лежат под
землей на глубине многих километров, выходят
в Омане на поверхность и взаимодействуют
с воздухом, превращая углекислый газ в камень
[08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 131

PRECEDING PAGES: JUERG M. MATTER; THIS PAGE: PETER KELEMEN Изменение климата

ОБ АВТОРЕ

Дуглас Фокс (Douglas Fox) живет в Калифорнии, пишет статьи о климатологии,
геологии и биологии. В прошлом году в нашем журнале была опубликована
его статья «Ледяная эволюция» (ВМН, № 6, 2020) о крошечных существах, вы-
живших в Антарктиде.

ади-Лауэйни — удаленная пустынная долина в сердце гор Эль-
Хаджар (или Оманских гор) на востоке от Саудовской Аравии. Пу-
тешественник попадает сюда по пустынной грунтовой дороге, пе-
реходящей в грубые отпечатки шин на гравийных наносах. Под-
земные воды в этом районе иногда выходят на поверхность в виде
маленьких прудиков голубоватого оттенка, насыщенных щелоч-
ными солями, а иногда вода настолько полна газообразного водо-
рода, что шипит, как шампанское, при подъеме из колодца.

Долина с редкими вкраплениями колючих ку-
старников обрамлена выветренными тусклыми
коричневыми скалами, остроконечные вершины
которых поднялись на сотни метров. Слагающая
горная порода представляет собой необычное сое-
динение минералов, которые химически неустой-
чивы на поверхности Земли. Она могла бы образо-
ваться в десятках километров под земной поверх-
ностью, внутри мантии — среднего слоя нашей
планеты, который люди никогда не видели непо-
средственно, — намного глубже, чем любая нефтя-
ная скважина или алмазная шахта. Порода была
вытолкнута на поверхность в результате подвижек
тектонических плит около 80 млн лет назад, и те-
перь, будучи открытой воздействию природных
сил, она подвергается тлеющему геохимическому
распаду с выделением газов.

Питер Келемен (Peter Kelemen) считает, что эта
странная геологическая особенность могла бы по-
мочь людям изменить ход климатической крити-
ческой ситуации. Он развил эту концепцию од-
нажды в январе 2018 г., когда мы сидели на рас-
кладных стульях в Вади-Лауэйни в слабой тени
чахлой акации. В сотне метров под навесом нахо-
дилась временная полевая лаборатория со стола-
ми, химическими реактивами и специализиро-
ванным сканером для изучения образцов горных
пород. Келемен — геолог из Геофизической обсер-
ватории Ламонта — Доэрти при Колумбийском
университете. Сейчас ему 65 лет, седые волосы ко-
ротко подстрижены, а загорелая кожа свидетель-
ствует о многолетней работе на воздухе. Плотные
лепешки верблюжьего навоза валялись на гравии
у наших ног. Келемен показал на каменную ­стену

132 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Изменение климата

позади нас, сформированную из коричневатой, ­возможностей. План Келемена предусматривает
­выветрившейся породы мантии, называемой пери- ускорение естественных реакций путем бурения
дотитом. Когда дождевая вода просачивается че- скважин на несколько километров вниз, туда, где
рез трещины в скалах, она приносит растворенные породы горячее, и закачивания морской воды, на-
в воздухе кислород и углекислый газ. Вода и газы сыщенной диоксидом углерода из воздуха.
вступают в реакцию с горной породой, образуя
прочные жилы новых минералов, которые, как кор- Аналогичные выходы пород известны на земной
ни деревьев, все глубже проникают в камень. Вся поверхности в Аляске, Канаде, Калифорнии, Новой
порода испещрена кремово-белыми прожилками. Зеландии, Японии и других местах. Келемен оце-
Келемен, указывая на одну, из карбоната магния, нивает мировую емкость хранения в этих горных
имеющую сантиметр в поперечнике, сказал: «Здесь породах, включая Оман, в 60–600 трлн т CO2, что
примерно 50% углекислого газа». Когда я постучал примерно в 25–250 раз превышает количество, ко-
по ней камешком, раздался стеклянный звон. торое человечество добавило в атмосферу с 1850 г.
Келемен полагает, что использование этого камен-
Келемен и его коллеги подсчитали, что обнажен- ного хранилища могло бы иметь огромное значе-
ные породы мантии в Омане поглощают и пре- ние. В отчете Межправительственной группы экс-
вращают в окаменелость до 100 тыс. т CO2 еже- пертов по изменению климата (МГЭИК) за 2019 г.
годно. Это примерно один грамм парникового сделан вывод о том, что глобальное потепление
газа на кубический метр твердой породы. По сло- нельзя ограничивать 1,5° C — уровнем, который,
вам Келемена, если вы [увеличите] это в милли- как общепринято считать, позволит избежать ка-
он раз, что можно осуществить, применив немно- тастрофических последствий, если люди каким-то
го инженерной мысли, тогда вы получите 1 млрд т образом удалят от 100 млрд до 1 трлн т двуокиси
CO2 на 1 км3 породы в год. А в Омане, обладающем углерода из атмосферы к 2100 г. Если процесс за-
примерно 15 тыс. км3 скальной породы, есть ­много пустить к 2050 г., это будет означать ежегодное со-
кращение выбросов CO2 от 2 до 20 млрд т.

Чтобы претворить этот замысел в жизнь, чело-
вечеству следует построить обширную глобаль-
ную техническую инфраструктуру для извлече-
ния CO2 из атмосферы и закачивания его в сква-
жины, пробуренные в породах мантии, — своего
рода зеркаль­ное отображение инфраструктуры,
которая в настоящее время служит добыче ископа-
емого топлива, которое при сгорании дает приток
углекислого газа в воздух. Келемен видит в Омане
оживленный центр этой огромной новой отрасли.

Сработает ли эта контринфраструктура, будет
зависеть от исследований, развернувшихся в Ома-
не. Пока мы болтали под деревом, команда ученых
Келемена готовилась пробурить дно Вади-Лауэйни
и извлечь 400-метровый керн породы, чтобы изу-
чить химические реакции, происходящие у нас
под ногами. В отдалении, готовясь к бурению, про-
грохотал экскаватор, выкапывавший яму.

Полученные тогда результаты, опубликованные
в 2019 и 2020 гг., дали четкое направление, как лю-
дям усовершенствовать реакции. Согласно распи-
санию, в конце мая текущего года новая команда
должна была прибыть в Вади-Лауэйни для прове-
дения первого в мире испытания закачки и связы-
вания диоксида углерода глубоко в породах ман-
тии. Если этот эксперимент увенчается успехом,
он может стать первым шагом к преобразованию
Омана или даже всего Аравийского полуострова
в крупный промышленный центр по управлению
чрезвычайной климатической ситуацией.

Темный перидотит широко распространен среди пород
мантии. Он реагирует с углекислым газом воздуха, раство‑
ренным в просачивающейся по трещинам дождевой воде,
образуя белые прожилки карбонатов.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 133

Изменение климата

Быстрые реакции БАХРЕЙН горы Э ИРАН
Персидский
Ученые на протяжении десятилетий обсуждали Оманский залив
компенсацию выбросов парниковых газов путем КАТАР залив ль-Хаджар Маскат
улавливания переносимого воздухом CO2 и закач- Вади-Лауэйни
ки его в землю. И все больше исследований пока- ОАЭ
зывают, что необходимость в таких «отрицатель- ОМАН
ных выбросах углекислого газа» стала насущной. С А УДОВ С К А Я
Ученые предлагали разные стратегии. Так, по- АРАВИЯ
садки лесов или удобрение океана увеличат со-
ответственно рост деревьев или фитопланктона, ЙЕМЕН Аравийское море
которые естественным образом поглощают диок-
сид углерода в процессе фотосинтеза. Улучшенное ученых опасение, что он таким же образом может Map by Mapping Specialists
землепользование позволит большему количеству постепенно утекать обратно.
СО2, поглощаемого сельхозкультурами, оставать-
ся в почве после сбора урожая. С помощью обору- В 1990-е гг. Келемен занимался другим направ-
дования для улавливания углерода можно было бы лением научных исследований, проводя несколь-
фильтровать CO2 из дымовых труб электростанций ко недель в удаленных долинах Омана, называе-
или заводов, а тысячи устройств прямого захва- мых «вади», и нанося на карту окаменелые жерла,
та воздуха по всему миру могли бы извлекать его по которым когда-то поднималась магма из более
из атмосферы днем и ночью. глубоких и горячих слоев мантии на поверхность,
где она застывала, образуя породу, известную как
Удаленный углекислый газ должен быть надолго базальт, — твердый, плотный, темный камень,
герметически закупорен. На газовом месторожде-
нии Слейпнир у побережья Норвегии CO2, который
поднимается попутно с природным газом, закачи-
вается обратно в осадочные породы — грубые зер-
нистые отложения, такие как песчаник, в бассей-
не на километр ниже морского дна. В рамках про-
екта, начатого в 1996 г., закачивается на хранение
около 1 млн т CO2 в год. Проблема с подобными опе-
рациями заключается в том, что двуокись углеро-
да практически не вступает в реакцию с осадоч-
ными породами. В основном газ просачивается
сквозь поры породы, и это вызывает у ­некоторых

134 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Изменение климата

OPPOSITE PAGE: DOUGLAS FOX; THIS PAGE: JUERG M. MATTER к­ оторый также составляет большую часть оке- Буровая установка медленно вгрызается
анской коры. Но когда Келемен перешел в 2004 г. в породы мантии (слева), высверливая
из Океанографического института в Вудс-Холе, цилиндрический стержень. Исследователи
штат Массачусетс, в Геофизическую обсерваторию выкладывают секции сверху вниз (справа), чтобы
Ламонта — Доэрти, он встретил геохимика Юрга понять, насколько глубоко проникает вода
Маттера (Juerg M. Matter), ныне работающего в Са- и сколько CO2 перешло в минералы.
утгемптонском университете в Англии, и физика
Клауса Лакнера (Klaus S. Lackner), ныне директора из форм карбоната кальция. Келемен за-
Центра отрицательных выбросов углекислого газа метил, что когда кальцитовая пленка раз-
в Университете штата Аризона. Лакнер и Маттер рушалась ветром или дождем, в течение
исследовали, можно ли закачать CO2 в горные по- 24 часов она заменялась новой. «Для гео-
роды с высоким содержанием магния и кальция, лога то, что происходит за сутки, — это
которые химически активнее, чем осадочные по- сверхзвуковая скорость», — поясняет он.
роды, и могли бы легко преобразовать газ в твер-
дые минералы, — процесс, называемый карбони- Столь быстрая реакция на поверхности
зацией минералов. заставила Келемена задуматься, могли
ли жилы также образовываться под зем-
Мантийные перидотиты Омана содержат боль- лей быстрее, чем считалось. Когда он сно-
шое количество магния и кальция в составе двух ва поехал в Оман в 2007 г., он и его учени-
наиболее распространенных минералов: оливина ки собрали крупные куски карбонатных
и пироксена. Карбонатные жилы пронизывают по- жил. Вернувшись домой, они определили
роды, что указывает на то, что в прошлом они явно возраст минералов. «Я думал, этим жилам
поглощали углекислый газ. Однако некоторые ис- 90 млн лет, — признается Келемен, — а им
следователи полагали, что это происходило в те- всем было меньше 50 тыс. лет». Некоторым
чение миллионов лет. Келемен никогда серьезно было всего 6 тыс. лет. Мантийные породы
не задумывался об утилизации углерода, но в то же Омана не просто поглощали CO2 в дале-
время скептически относился к медленным реак- ком прошлом; они все еще делали это сей-
циям. Во время работы в Омане он часто проходил час, возможно, в 10 тыс. раз быстрее, чем предпо-
мимо щелочного источника в долине, называемой лагал Келемен. Во время другой поездки в 2008 г.
Хафифа, где вода, бьющая из-под земли, была на- Келемен и Маттер подсчитали, что эти минералы
столько насыщена кальцием, что постоянно всту- составляют около 1% объема породы у земной по-
пала в реакцию с CO2 из воздуха, образуя на по- верхности. Это может означать, что во всем райо-
верхности бассейнов ровный, зерненый, тонкий, не естественным образом происходит отверждение
как лист бумаги, слой минерала кальцита — о­ дной от 10 тыс. до 100 тыс. т CO2 в год, что примерно эк-
вивалентно годовым выбросам от 2 тыс. до 20 тыс.
американских автомобилей. Эта суммарная вели-
чина не повлияет на изменение климата значи-
тельно, но заставляет задуматься о том, смогут ли
люди ускорить процесс настолько, чтобы изменить
ситуацию во всем мире.
Каждый год в течение следующих четырех лет
оба исследователя возвращались в Оман. Они
брали пробы воды из колодцев, чтобы отслежи-
вать химические реакции, происходящие при ее
движении под землей. Результаты показали, что
по мере того как дождь проникает в трещины грун-
та, растворенный в дождевой воде CO2 соединяет-
ся с атомами магния, образуя прожилки карбона-
та магния, пока небольшое количество газа быстро
не унесется водой. Между тем кальций из той же
самой мантийной перидотитовой породы раство-
ряется и накапливается в воде по мере ее мигра-
ции. Они думали, что эта богатая кальцием вода
в итоге снова появится в источниках, таких как
в Хафифе. В результате реагирования с углекис-
лым газом из воздуха образуются кальцитовые
пленки, которые видел Келемен, а также обшир-
ные ступенчатые террасы из травертина, горной
породы на основе кальцита, которые распростра-
нены повсюду в регионе.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 135

Изменение климата

Келемен и Маттер все еще не знали, насколько каменных цилиндров. Породы с глубины 400 м все
люди могут ускорить этот процесс. Это должно за- еще были пронизаны тонкими жилками серпен-
висеть от того, насколько быстро и глубоко цирку- тина, подтверждая просачивание воды по крайней
лирует вода. А чтобы ответить на этот вопрос, им мере на эту глубину.
нужно было увидеть, что происходит под поверх-
ностью Земли. В течение следующих трех лет ученые прово-
дили в лабораториях анализы с целью определе-
Глубинные воды ния, насколько быстро горные породы реагирова-
ли с диоксидом углерода и водой. В 2020 г. и в на-
В январе 2018 г. теплым безоблачным днем я на- чале 2021 г. я несколько раз беседовал с Маттером.
блюдал, как Келемен и Маттер решительно загля- Его поразила одна закономерность, наблюдаемая
нули внутрь скал Вади-Лауэйни. Восемь верблю- во всех кернах: «Вы не найдете абсолютно ника-
дов, жующих кустарники, не обращали никако- ких карбонатов в жилах или трещинах на глубине
го внимания на скрежет размалывающего породу ниже 100 м», — сказал он. По какой-то причине CO2
бура, установленного на задней части громоздкой не проникал в породы глубже.
рабочей камеры, поворачивающейся по мере вре-
зания в дно долины. В последнем аналитическом обзоре, опублико-
ванном исследовательской группой, дано объ-
Из скважины уже были подняты 9 м колонки по- яснение, почему это может быть. В статье 2019 г.
роды. Основные секции, каждая около 2 м в дли- Келемен и его коллеги, включая Маттера и его
ну и шириной с бейсбольную биту, были разложе- бывшую студентку Амелию Паукерт Ванкерен
ны по порядку на складных столах, и их изучали (Amelia Paukert Vankeuren), которая сейчас рабо-
с полдюжины ученых. «На первых нескольких ме- тает в Калифорнийском государственном универ-
трах много воздействий», — отметил Келемен, це- ситете в Сакраменто, подсчитали, что грунтовые
леустремленно переходя от стола к столу. Цвет по- воды на уровне верхних 50 м скважин формиро-
роды заметно менялся даже при таких относи- вались за счет протекающих сюда дождевых осад-
тельно небольших изменениях глубины. ков в течение 4–40 лет. Но вода в породах под ними

Оставаясь глубоко в мантии, породы были бы
темно-зелеными из-за богатых магнием и каль-
цием минералов оливина и пироксена, образовав-
шихся при температурах выше 1300° C при полном
отсутствии кислорода, воды и CO2. Но в результа-
те тектонических движений и эрозии поднятые
на поверхность породы подверглись цепи химиче-
ских реакций. Верхние несколько метров скальной
породы были окрашены в оранжевые тона, пока-
зывая, что в ближайших к поверхности слоях кис-
лород, переносимый водой, связался с железом ми-
нералов и появилась ржавчина.

На несколько метров ниже эти цвета исчезли,
означая, что растворенный кислород истощился
в воде, просочившейся на данную глубину. У этой
отметки серая порода была покрыта бесчислен-
ными тонкими, как волосок, прожилками бирю-
зового цвета — минералом серпентином, кото-
рый образуется при присоединении молекул воды
к атомам магния и железа. (Еще один продукт про-
цесса — газообразный водород, который выделяет-
ся из грунтовых вод.)

Наблюдалось также скрещение белых карбо-
натных прожилок, которые возникли в результа-
те связывания CO2 с магнием и кальцием. Эти из-
вилины сначала имели примерно ширину пальца,
но на 10 м ниже они становились редкими и тонки-
ми, свидетельствуя о том, что вода также потеряла
свой CO2, просачиваясь вниз.

Пока шло бурение, все дни рабочие упаковыва-
ли керны в ящики, чтобы освободить место для де-
сятков новых сегментов, которые заполняли сто-
лы, создавая вид настоящего блошиного рынка

136 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Изменение климата

­смешиваться с водой (за-

качанной через отдель-

ную трубу), и вода с рас-

творенным диоксидом

углерода будет изливать-

ся в окружающие поро-

ды мантии. Вода про-

сочится по порам поро-

ды и в конечном итоге

достигнет второй сква-

жины на расстоянии

1 тыс. м, которая будет

действовать как вытяж-

ная труба. Вода, обеднен-

ная CO2, поднимется об-
ратно на поверхность,

где снова может обога-

титься газом.

Температура горных

пород на глубине 3 км —

примерно 100° C. Это

тепло может ускорить

реакции. Дополнитель-

ное тепло, производимое

самими реакциями, по-

может развить обратный

Юрг Маттер (слева) изучает грунтовые воды, настолько насыщенные кальцием, что ход вверх нагретой воды.
они вступают в реакцию Кс аCлOь2циизт вотзадкужхае, образуя жемчужно-белые пленки кальцита В 2020 г. Келемен и Пау-
на поверхности (вверху). может накапливаться на поверхности горных керт Ванкерен опубли-
пород. ковали расчеты, соглас-
но которым перекачка

­находилась под землей не менее 20 тыс. лет. В ста- воды с умеренно повышенными концентрациями

тье, опубликованной в 2020 г., Маттер и Жерар CO2 вниз на 3 км может ускорить образование ми-
Лодс (G rard Lods), его соавтор из Университета нералов во много тысяч раз. При такой скорости

Монпелье во Франции, измерили, насколько лег- единственная закачная скважина могла бы улав-

ко вода движется через породу при перекачке меж- ливать до 50 тыс. т CO2 в год — примерно такое же
ду двумя глубокими скважинами, расположенны- количество газа, которое поглощается естествен-

ми на расстоянии 15 м друг от друга. Они выяс- ным образом во всем Омане, причем на площади

нили, что вода относительно легко перемещалась размером с девять футбольных полей. За десяти-

на верхних отметках до 100 м, но ниже проницае- летие эта скважина могла удалить полмиллиона

мость упала в 1 тыс. раз. тонн двуокиси углерода.

Взятые вместе, эти наблюдения показывают, что Ученые, добывающие керны в Вади-Лауэйни,

скорость карбонизации минералов в Омане ограни- не пытались внедрить углекислый газ в породы

чена серьезным препятствием: дождевая вода про- мантии. Но несколькими годами ранее в Ислан-

OPPOSITE PAGE: PETER KELEMEN; THIS PAGE: JUERG M. MATTER сто не проникает глубже приблизительно 100 м. дии исследователи постарались ввести CO2 в дру-
А мантийные породы Омана в среднем имеют тол- гой тип породы, химически схожей с мантийной.

щину около 3 км. По мнению Маттера, это говорит Этот успешный проект заложил основу для того,

об огромном потенциале карбонизации на боль- что сейчас должно произойти в Омане.

ших глубинах, если вода каким-то образом может Фактор гидравлического разрыва
попасть туда и быстро циркулировать сквозь поро-

ды, чтобы обеспечить стабильный приток CO2. На глубине сотен километров под Северным Ат-

Чтобы преодолеть это узкое место, установки лантическим океаном между Гренландией и Нор-

прямого улавливания воздуха, снабженные венти- вегией в мантии находится источник повышен-

ляторами, которые втягивают воздух через хими- ной тепловой энергии. Тепло, исходящее от ядра

ческие поглотители, могли бы удалять CO2 из воз- Земли, размягчает породу. Эта частично расплав-
духа и сгущать его. Другие же установки могли ленная магма плавно поднимается по трещинам

бы под давлением отправлять этот газ в скважи- ко дну океана. За 50 млн лет эта магма затвердела,

ну. На глубине от 1 тыс. м до 3 тыс. м газ будет превратившись в базальт, породу, ­зародившуюся

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 137

Изменение климата

Большой порт
обслуживает Маскат,
столицу Омана.
Улавливание миллиардов
тонн атмосферного
кCоOт2 ио регаоя сжатие в воде,
закачивается
под землю, где идет его
переход в минералы,
потребует обширной
промышленной
инфраструктуры.

в мантии и ставшую одним из основных компо- ­вначале «общество ловцов углекислого газа счи- VINCENT FOURNIER
нентов коры нашей планеты. Так базальтовое пла- тало нас сумасшедшими», потому что базальты
то поднималось все выше и выше над дном океа- считались недостаточно пористыми, чтобы в них
на, пока не вышло наружу, образовав современную могла циркулировать вода. С тех пор другая ис-
Исландию. Серо-черная плотная порода усыпана следовательская группа из Тихоокеанской северо-
мелкими пузырчатыми вкраплениями. Содержа- западной национальной лаборатории в Ричленде,
ние магния и кальция в ней меньше, чем в ее мате- штат Вашингтон, также осуществила затвердева-
ринской породе, но все же больше, чем в большин- ние CO2 в базальтовых породах в рамках проекта
стве горных пород на поверхности Земли. экспериментального демонстрационного исполь-
зования базальтов Валлулы (Wallula Basalt Pilot
К 2005 г. Маттер, Лакнер и Уоллис Брокер (Wal- Demonstration).
lace Broecker) из Геофизической обсерватории
Ламонта — Доэрти убедились, что эти базальты Исследуемые породы мантии могут быть более
предоставляют хорошую возможность для свя- эффективными, чем базальты, потому что они со-
зывания CO2 с образованием минералов. Брокер держат в три раза больше химически активного
(умерший в 2019 г.) сотрудничал с Reykjavik Ener- магния и кальция. Одна тонна мантийного пери-
gy (независимый поставщик коммунальных услуг дотита может закрепить до 500 кг CO2, и если срав-
и электроэнергии. — Примеч. пер.), чтобы прове- нить с базальтом, то в этом случае примерно 170 кг
сти эксперимент по закачке диоксида углерода, на- газа приходится на 1 т породы.
зываемый Carbfix, на исландской геотермальной
электростанции Хеллисхейди. Начиная с 2012 г. Но не все думают, что упомянутые мантийные
углекислый газ и сероводород, природные продук- породы или даже базальты — идеальное решение.
ты геотермальных процессов, отделяли от выхлоп- Кристофер Захаски (Christopher Zahasky) гидро­
ных заводских газов и закачивали через скважи- геолог из Висконсинского университета в Мадисо-
ны на 400–800 м в базальты. не, говорит, что даже закачанный в осадочные по-
роды CO2 хотя и может мигрировать, но его хране-
За восемь месяцев электротехники закачали око- ние остается по-прежнему безопасным, поскольку
ло 250 т CO2. Мониторинг близлежащих скважин мощные капиллярные силы удерживают его в кро-
показал, что в течение двух лет из них 95% было шечных промежутках между зернами минералов.
заключено в карбонаты. С тех пор проект действу- Даже если толщу породы пересекает трещина,
ет, и ежегодно около 10 тыс. т CO2 закачивается утечка газа маловероятна.
на хранение. В 2019 г. Carbfix была выделена как
независимая компания с целью удаления 1 млрд т Тем не менее Захаски по-прежнему видит важное
CO2 в базальты к 2030 г. преимущество хранения CO2 в базальтах и ман-
тийных породах. «Просто в этом случае проект
Маттер, помогавший провести эксперимент, легче продавать и объяснять людям», — говорит
считает его результаты серьезным подтвержде- он, и это важное соображение, особенно если учи-
нием эффективности метода. Как он поясняет, тывать, что крупномасштабные проекты вряд ли

138 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Изменение климата

­будут реализованы без серьезной общественной Он ­предупреждает, что результаты сопоставимы
поддержки. А в некоторых регионах, таких как с разломами, вызванными химическими реакция-
Оман, Индия и Тихоокеанский северо-запад США, ми, но еще не служат их доказательством.
базальтов или мантийных пород может быть боль-
ше, чем подходящих осадочных отложений. Чтобы Даже если бы технические работники смогли по-
решить проблему углекислого газа, отмечает Заха- стичь, как обуздать растяжение и разрыв в своих
ски, «нам действительно нужно бросить все силы интересах, им пришлось бы учитывать непредви-
на поиски решения». денные последствия. По приблизительным оцен-
кам, улавливание и удержание 1 млрд т CO2 в кар-
Проблема с мантийными породами, по сло- бонатах потенциально может увеличить объем
вам Захаски, заключается в том, что в них го- породы до 0,1 км3, что равно примерно 35 башням
раздо меньше порового пространства, чем в оса- Эмпайр-стейт-билдинг. Если подобное расшире-
дочных породах. «Нужно больше скважин, что- ние затронуло бы породы, лежащие под землей
бы более равномерно распределять текучие на площади 300 км3, как в одном из сценариев Ке-
смеси в недрах», — объясняет он. Келемен бьется лемена, тогда преобразование в минералы 1 млрд т
над этой проблемой годы. Он считает, что решение CO2 в год, вероятно, могло бы вызвать подъем зем-
кроется в том, что если закачка будет сделана пра- ной поверхности на 30 см в год.
вильно, то сами химические реакции помогут раз-
рушить породу, позволяя воде двигаться свободно. Закачка же 1 млн т CO2 в год на 300 км3 приве-
дет поднятию грунта менее, чем на один милли-
Когда я был в Омане, Келемен повел меня по уз- метр в год, — это меньше, чем то, что происходит
кой балке. Мы остановились возле округлого естественным образом во многих областях ввиду
огромного камня, пронизанного карбонатными действия тектонических сил. Расширение стано-
жилами. Каменные глыбы, которые когда-то были вится проблематичным только при действитель-
плотно сплетены друг с другом, теперь опрокину- но огромных масштабах закачки. Келемен счита-
лись и были беспорядочно разбиты внедривши- ет, учитывая проблему, что любую закачку в разме-
мися жилами, как разрушенное здание, в котором ре гигатонн в Омане следует производить у берегов
непропорционально разбух раствор между кирпи- Оманского залива, где технологи могли бы пробу-
чами. «Когда я смотрю на это обнажение, я почти рить по диагонали породы мантии, расположенные
слышу, как оно взрывается», — отметил Келемен. ниже мелководного морского дна. Любое поднятие,
вероятно, может случиться на дне морском, где оно,
Метафорический «взрыв» происходил в замед- скорее всего, будет безвредным. И приморский уча-
ленном режиме, когда породы оставались еще под сток, очевидно, обеспечит обильную морскую воду
землей. Когда диоксид углерода соединяется с маг- для переноса концентрированного диоксида угле-
нием или кальцием при образовании карбонатов, рода, что важно в этой пустынной стране, где грун-
масса увеличивается. Новый материал занима- товых вод обычно не хватает.
ет на 20–60% больше объема, чем предшествую-
щие минералы. Согласно моделям, составленным Ясно, что настало время ответить на вопросы,
Келеменом, эти минералы могут во время роста прежде чем мантийные породы начнут вносить из-
оказывать давление до 2,9 тыс. атм на окружаю- менения в выбросы углекислого газа. Пора присту-
щую породу, взламывая ее. Как утверждает Келе- пить на опыте к ответам.
мен, химическое преобразование мантийных по-
род должно естественным образом привести к их Завоевание берегов
разрывам, в результате чего трещины будут ста-
новиться все глубже и шире, открывая новые по- Компания, базирующаяся в Омане, названная 44.01
верхности для химических воздействий и позво- (это средний молекулярный вес CO2), получила одо-
ляя протекать большему количеству воды и CO2. брение правительства на проведение первого в мире
пробного испытания карбонизации минералов в по-
Маттер и Роберт Зон (Robert Sohn), геофизик родах мантии. Компания должна была начать пере-
из Океанографического института в Вудс-Холе, возку оборудования в Вади-Лауэйни в мае или июне
вскрыли доказательства гидроразрыва во время 2021 г. Через несколько недель 44.01 приступит к за-
двух поездок в Вади-Лауэйни в 2019 и 2020 гг. Они качке пресной воды, содержащей двуокись углеро-
опустили гидроприемники давления в несколь- да и инертный химический индикатор, в скважи-
ко заполненных водой скважин, оставшихся по- ну на небольшом расстоянии от той, что я наблю-
сле бурения, и разместили вокруг них сейсмоме- дал в 2018 г. Исследователи будут контролировать
тры. В течение месяца они зарегистрировали сот- уровни индикатора, CO2 и растворенных минера-
ни микроземлетрясений, которые были намного лов во второй скважине на расстоянии около 100 м,
слабее, чем все, что может почувствовать человек. чтобы определить, как быстро вода проходит сквозь
«Если имеются производимые химической реакци- промежуточную породу и сколько CO2 удаляется
ей разрывы, то за ними будут следовать очень ха- из нее. Келемен и Маттер консультируют компанию.
рактерные сигналы», — разъясняет Зон. Получен- Если этот эксперимент покажет, что CO2 быстро пе-
ные данные, по его словам, «полны таких с­ игналов». реходит в минералы, о чем основатель 44.01 Талал

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 139

Изменение климата

Хасан (Talal Hasan) должен узнать в течение при- группы ученых за 2018 г., опубликованному в жур-
мерно четырех месяцев, компания планирует на- нале Environmental Research Letters, эти затраты
чать свою первую коммерческую операцию закачки укладываются в ценовые диапазоны таких стра-
в 2022 г. Она будет использовать пресную воду или, тегий, как лесовосстановление и рациональное ис-
возможно, очищенные сточные воды для прокач- пользование плодородия земель, которые хранят
ки 10 тыс. т газа в год через одну скважину с надеж- двуокись углерода, но не столь надежно.
дой в конечном итоге увеличить объем до 100 тыс. т
в год. Компания также планирует провести второе Настоящая задача состоит в том, чтобы улав-
пробное испытание ближе к берегу с использовани- ливать и сгущать CO2 до его закачки. Сотрудни-
ем морской воды. ца Келемена Дженнифер Уилкокс (Jennifer Wilcox),
первый заместитель помощника секретаря США
Предприниматель Хасан рассматривает 44.01 по энергетике на ископаемом топливе, и ее аспи-
как компанию по карбонизации минералов, ко- рант Ноа Маккуин (Noah McQueen) из Пенсильван-
торая будет продавать свои услуги таким фир- ского университета разработали программу оцен-
мам, как швейцарская Climeworks или канадской ки совокупных затрат на улавливание и сжатие
Carbon Engineering, которые будут использовать CO2, включая заработную плату рабочих и расходы
свои установки прямого захвата воздуха в Омане. на монтаж и обслуживание оборудования в тече-
Углекислый газ, выбрасываемый в воздух в любой ние 20 лет. Полученные цифры приводят к стоимо-
точке Земли, разносится по всей планете, поэтому сти примерно от $120 до $220 за тонну CO2, удален-
газ можно улавливать и распоряжаться им в лю- ного из атмосферы. Прямой захват воздуха требу-
бом удобном месте. Оман может стать важным ми- ет большого количества энергии. Уилкокс поясняет:
ровым центром хранения. «Если вы решите использовать ископаемое [топли-
во], вы должны подумать о стоимости содержания
Хасан считает, что однажды 44.01 сможет еже- дополнительно производимого углекислого газа».
годно внедрять на территории Омана в мантий- Как говорит Аджай Гамбхир (Ajay Gambhir), эконо-
ные свиты 1,3 млрд т CO2. Это количество внесло мист-климатолог из Имперского колледжа Лондона,
бы существенный вклад в те 2–20 млрд т CO2, ко- технология еще молода и новые изобретения могут
торые людям необходимо удалять из воздуха каж- уменьшить ее финансовую емкость. Если техниче-
дый год, чтобы оставаться в пределах потепления ское оснащение будет следовать по той же траек-
1,5° C. В настоящее время 44.01 — единственная тории, что и ветряные турбины за последнее деся-
компания, пытающаяся закачать диоксид угле- тилетие, оно может в ближайшем будущем стоить
рода в породы мантии, но в отчете Национальной около четверти сегодняшней цены. «Но мы не узна-
академии наук США за 2019 г. говорится, что ана- ем этого наверняка, пока не примемся за дело при
логичные свиты мантии во всем мире могли бы высоких вложениях», — отмечает Гамбхир.
вмещать до 10 млрд т в год. С использованием ба-
зальтов, как, например, в Carbfix, можно было бы Маловероятно, что многие загрязняющие воздух
в дальнейшем увеличить мощность. производства будут платить за улавливание парни-
ковых газов из воздуха и карбонизацию минералов,
Изолирование 1 млрд т CO2 в год в Омане потребу- пока правительства не установят плату за выбросы.
ет подключения огромной инфраструктуры. Келе- Грегори Немет (Gregory Nemet), исследователь энер-
мен подсчитал: чтобы концентрация газа в 440 раз гетической политики из Висконсинского универси-
превышала естественное содержание в морской тета в Мадисоне, говорит, что, хотя текущие налоги
воде, что несложно сделать с помощью современных на выбросы углекислого газа, взимаемые промыш-
воздухозаборников, потребовалось бы 5 тыс. нагне- ленно развитыми странами, обычно составляют
тательных скважин. Вместе они смогут перекачи- менее $50 за тонну CO2, стандарт на углеродное то-
вать 23 км3 воды в год — около 4% стока реки Мис- пливо в Калифорнии побуждает компании тратить
сисипи. Масштаб такой операции может потрясти, до $200 за тонну по квотам на выбросы углекисло-
но критическая климатическая ситуация требует го газа, при этом цены, вероятно, со временем вы-
серьезнейшего вмешательства. И все равно эта опе- растут. Такая цифра открывает перспективу ком-
рация представляется совсем небольшой по срав- пании, получающей твердые минералы, как 44.01,
нению с инфраструктурой, необходимой для добы- работающей в парт­нерстве с компанией прямого
чи ископаемого топлива. Только в США насчитыва- воздушного улавливания, начать небольшие со-
ется более миллиона нефтяных и газовых скважин. вместные мероприятия. По мере того как все боль-
Конечно, от человечества будет зависеть, использу- ше правительств устанавливают плату за выбросы
ет ли оно возможность перехода на возобновляемые углекислого газа в атмосферу, спрос на их услуги
источники энергии, а не лицензию на выброс еще может возрасти. «К 2025 г. им не придется задей-
большего количества двуокиси углерода. ствовать гигатонны [CO2], — говорит Немет. — Что
им нужно, так это ряд все более крупных объектов,
Затраты будут решать все. Carbfix в Исландии на которых они учатся и совершенствуются, чтобы
производит минералы из CO2 примерно за $25 со временем снизить стоимость».
за 1 т (44.01 не публикует никаких официальных
оценок затрат). Согласно отчету международной

140 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Изменение климата

Оман — привлекательное место не только бла- свете сумерек он остановился и указал на красно-
годаря геологическим особенностям; масштабная ватую острую вершину справа от нас. «В этой горе
энергетическая система страны, использующая скрыт миллиард тонн углекислого газа», — заявил
ископаемое топливо, имеет опыт работы с газами он. Карбонатные жилы всего Омана составляют
под высоким давлением, а солнечный свет здесь только 1% объема пород, выходящих на поверх-
ярок круглый год. Согласно расчетам Маккуина, ность, но, по словам Келемена, в этой маленькой
улавливание 1 млрд т газа в год потребует затрат горе каждый отдельно взятый атом магния и каж-
от 700 млрд до 1,3 трлн кВт·ч электроэнергии. Эта дый атом кальция соединяются с CO2 с образова-
энергия может быть получена от 300–600 км2 сол- нием карбоната.
нечных батарей, занимающих не более 0,2% тер-
ритории Омана, что рассчитано по стандартным Породы Омана образовались из тех же минера-
формулам, исходя из интенсивности солнечной лов мантии, которые встречаются повсюду. Но они
радиации. вступили в реакцию с диоксидом углерода и водой
гораздо раньше, когда еще находились на глубине
Оман также славится своими живописными бе- и поэтому были очень горячи. (Вода и CO2 посту-
реговыми линиями, каньонами, средневековыми пали из близлежащей глубинной зоны субдукции,
крепостями и мечетями, которые ежегодно при- где океанические осадки подвергались теплово-
влекают миллионы туристов. И здесь на своей род- му воздействию при погружении в мантию.) На ос-
ной земле совершает сезонные миграции бедуин- нове геохимических анализов, опубликованных
ское население, сохраняя традиции. Это хрупкое в 2020 г., Келемен считает, что породы были разо-
наследие необходимо защищать, но в стране, как греты до 250° C, когда шло образование минералов
и на Аравийском полуострове в целом, много пу- с участием CO2, то есть было достаточно горячо,
стующих и засушливых земель, на которых могут чтобы довести растрескивание под действием ре-
вырасти промышленные предприятия с неблаго- акции до завершения, когда каждый кусочек поро-
приятными выбросами. ды мог бы прореагировать. Многие мантийные по-
роды Омана сегодня вполне нагреты, но они нахо-
У ученых есть и другие представления о том, как дятся на глубине 5–6 км под земной поверхностью.
использовать породы мантии. Некоторые пред- Как поясняет Хасан, потребуется более сложное
лагают извлечь их, измельчить, чтобы увели- бурение, чтобы с ними взаимодействовать, и экс-
чить площадь поверхности, и разбросать на тыся- периментальные исследования могут доказать его
чи квадратных километров пустыни, где они есте- экономический смысл.
ственным образом поглощали бы углекислый газ.
Каждый год их можно будет собирать и подвергать В конце концов, отрасль с отрицательными вред-
термической обработке, чтобы удалить CO2, а за- ными выбросами все еще находится на стадии
тем снова раскладывать. CO2 придется утилизиро- становления, на которой находилось бурение не-
вать путем закачки в другие горные породы или ис- фтяных скважин в середине 1800‑х гг., когда его
пользовать в качестве сырья для получения пласт- еще сдерживало мощное производство китового
масс и синтетического топлива. Альтернативный жира. Первые нефтяные скважины имели глуби-
вариант: породы можно было бы разбросать на па- ну всего несколько метров. Компании постепен-
хотных землях, где они могли бы поглощать CO2 но углублялись в поисках более крупной добычи.
и в дальнейшем улучшать качество почвы. В лю- Продвижению способствовали улучшенные тех-
бом случае добыча, дробление и транспортировка нологии бурения, бурное развитие глобальной ин-
камня могут навредить ландшафту и потребовать фраструктуры горной добычи, транспортировки
много энергии. По крайней мере в Омане скромное и продажи ценного продукта, а также растущее от-
предложение Келемена пробурить 5 тыс. нагне- чаянное желание большего. Эти же силы могут од-
тательных скважин может показаться менее ра- нажды заставить людей углубиться дальше в по-
дикальным. Скважины могут быть расположены исках другого ресурса: горячих пород, превраща-
вдоль части береговой линии, где уже ведутся про- ющих CO2 в твердую субстанцию. А Оман, страна,
мышленные работы, нарушая пейзаж не больше, заработавшая миллиарды долларов, продавая до-
чем прибрежная ветряная электростанция. Сол- бытое из-под земли углеводородное сырье всему
нечные батареи могут быть размещены на тщатель- миру, мог бы сделать гениальный ход: заработать
но отобранных отдаленных участках внутри суши. еще миллиарды долларов на закапывании двуоки-
си углерода обратно в землю.
На данный момент Келемен говорит, что он про-
сто радуется первому шагу, видя полевые ис- Перевод: В.И. Сидорова
пытания в Вади-Лауэйни. Его путь был долгим:
от ­отстраненного любопытства в начале 2000‑х гг. ИЗ НАШИХ АРХИВОВ
до откровенного волнения сегодня. Он уже дума-
ет о том, как можно уменьшить физическое воз- Лакнер К. Удаляя углекислый газ из воздуха // ВМН, № 7,
действие карбонизации минералов. Однажды ве-
чером в 2018 г. он повел меня на каньон. В тусклом 2010.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 141



УСТОЙЧ И ВОЕ РАЗВИТИ Е

КОВЕР
АЛЬТЕРНАТИВ

Для гармоничного сосуществования с биосферой
потребуется построить взаимоотношения,

cконцентрированные на поддержании жизни —
как людей, так и других биологических видов
Ашиш Котхари

Семена местных растений, питаемые дождевой водой и орга-
ническими удобрениями, помогают Надимидодди Винодамме
(Nadimidoddi Vinodamma) из Общества развития Декана (DDS),
кооператива фермеров на юге Индии, выращивать достаточно
продовольствия для своей семьи и продажи на местных рынках

Устойчивое развитие

ОБ АВТОРЕ

Ашиш Котхари (Ashish Kothari) — учредитель индийской неком-
мерческой экологической организации Kalpavriksh, помогает
к­ оординировать проект Global Tapestry of Alternatives, редактор
и с­ оавтор нескольких книг, в том числе «Встряска Земли» (Churning
the Earth, 2012) и «Множественная Вселенная» (Pluriverse, 2019).

марте этого года во время нашего разговора Молиге-
ри Чандрамма (Moligeri Chandramma) заверила меня,
что ни один житель ее деревни не испытывал нехватки
продуктов во время локдаунов и ни один не пострадал
от COVID-19. Чандрамма, фермер из засушливого района
на юге Индии, выращивает на площади чуть больше 1 га
более 40 видов и сортов сельскохозяйственных культур —
преимущественно местные виды проса, риса, чечевицы
и специй. Она член Общества развития Декана (Deccan Development Society, DDS),
кооператива, объединяющего почти 5 тыс. женщин, принадлежащих к далитам
(низшей касте) и адиваси (коренным народам).

В 2019 г. общество получило престижную пре- 1 Photographs by Ashish Kothari
мию в рамках Экваториальной инициативы ООН
за удивительное объединение занятий сельским от сторонних организаций, — рассказал в августе
хозяйством (в качестве источника средств суще- 2020 г. фермер Мариано Сутта Апокуси (Mariano
ствования) с поддержанием биоразнообразия. Об- Sutta Apocusi) представителям организации Local
щество развития Декана создавалось в 1980-х гг. Futures, занимающейся поддержкой местных об-
в условиях критической нехватки продовольствия щин по всему миру. — Сосредоточившись на мест-
и социальной и гендерной дискриминации, но те- ном производстве, мы смогли повысить доступ-
перь фермеры довольны продовольственной неза- ность разнообразных продуктов, в особенности
висимостью и экономической безопасностью. местного картофеля, киноа, кивичи, других харак-
терных для Анд клубневых растений и кукурузы,
Они не просто успешно переживают связан- которые мы выращиваем с использованием тради-
ный с пандемией кризис: в 2020 г. каждая семья — ционных агроэкологических методов». С началом
участник DDS пожертвовала около 10 кг зерна пандемии общины ввели строгие меры по защите
в качестве гуманитарной помощи тем, у кого нет здоровья и обеспечению безопасности, даже когда
собственной земли и источника средств существо- они собрали небывалый урожай и отправили более
вания. На другом краю земли шесть общин кечуа,
коренного народа Перуанских Анд, управляют
картофельным парком Парк-де-ла-Папа в Писаке,
департамент Куско. Эта горная местность — одно
из мест происхождения картофеля, его родина. Ке-
чуа защищают регион как территорию «культур-
ного и природного наследия», сокровищницу при-
родных и культурных богатств, унаследованных
от предков, и сохраняют более 1,3 тыс. сортов кар-
тофеля. Когда мне вместе с другими исследова-
телями и активистами довелось побывать в этом
парке, я был просто ошеломлен таким разнообра-
зием.

«Это результат 20 лет непрерывной работы по ре-
локализации нашей продовольственной системы,
которая началась, когда удовлетворение наших
базовых потребностей стало слишком зависеть

144 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Устойчивое развитие

2

Молигери Чандрамма управляет банком семян DDS Пандемия обнажила хрупкость глобализиро-
(1), включающим семена более 70 видов и сортов ванной экономики, которую рекламируют как вы-
сельскохозяйственных культур. Люди собрались в 2005 г. годную для всех, но на самом деле она создает не-
(2), чтобы отметить 20-летие незатухающих протестов равенство и порождает чувство неуверенности.
против строительства плотины на реке Нармаде. Только в одной Индии в 2020 г. 75 млн человек про-
живали за чертой бедности; по всему миру сотням
тонны картофеля мигрантам, старикам и располо- миллионов людей, чье выживание и достаток за-
женному в Куско приюту для подвергшихся наси- висят от международной торговли и обмена това-
лию юных матерей. рами и услугами, был нанесен тяжелый удар. По-
добные, хотя и менее экстремальные, недостатки
В Европе, когда в результате локдаунов из-за выявились во время финансового кризиса 2008 г.,
COVID-19 огромное число людей остались без ра- когда спекуляции товарами вместе с переводом
боты и оказались в отчаянном положении, за дело продовольственного зерна на производство био-
взялись многие организации, продвигающие ини- топлива спровоцировали резкий рост мировых
циативы в области экономики солидарности, спра- цен на зерно, что, в свою очередь, привело к голо-
ведливого распределения и участия. В Лиссабоне ду и продовольственным бунтам во многих стра-
социальные центры Disgra   a и RDA69, стремящи- нах, зависящих от импорта продовольствия. Угро-
еся восстановить жизнь общества, которое в иных за для жизни возникает и в том случае, когда дви-
условиях в городе крайне разобщено, предлага- жение товаров останавливается из-за войны или
ли бесплатную или дешевую еду всем, кто в этом других беспорядков. Во время подобных кризисов
нуждался. Центры не только раздавали продукты, меньше проблем с продовольствием испытывают
но и, создавая сеть социальной безопасности, пре- сообщества, имеющие локальные рынки товаров
доставляли помещения, где беженцы, бездомные, и услуг и способные не только обеспечить продук-
безработные и другие люди, которые в противном тами, энергией и водой самих себя, но и позабо-
случае, возможно, сломались бы и опустились, титься о тех, кому повезло меньше.
могли общаться и развивать отношения с обеспе-
ченными семьями. Людям с достатком организа- Однако ценность таких альтернативных спосо-
торы дали возможность делать пожертвования бов существования заключается не только в том,
в виде продуктов или денег для реализации это- что они обеспечивают гибкость во время относи-
го проекта, способствуя возникновению общности тельно кратковременных периодов потрясений,
у жителей окружающих районов.

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 145

Устойчивое развитие

подобных пандемии. Я,

как исследователь и ак-

тивист-эколог из так на-

зываемой развивающейся

страны, давно выступаю

за то, чтобы мировоззре-

ние людей, живущих близ-

ко к природе, учитыва-

лось в рамках глобальных

стратегических инициа-

тив по охране дикой при-

роды, таких как Конвен-

ция ООН о биологическом

разнообразии и Междуна-

родный Союз охраны при-

роды (International Union

for Conservation of Nature,

IUCN ). В последние деся-

тилетия я пришел к выво-

ду, что критики глобали-

зации, например социолог 1
и эколог Вольфганг Сакс

(Wolfgang Sachs), правы Поездка-открытие

в том, что предотвращение потрясений, подобных Тот факт, что я вырос в Индии, где в крупных рай-
онах сохраняется стиль жизни, неразрывно свя-
резкому сокращению биоразнообразия, потребует занный с окружающей средой, безусловно, повли-
ял на мои представления о том, из чего складыва-
не только адаптации к окружающей среде, но и ра- ется настоящее устойчивое развитие. В 1970-х гг.,
будучи старшеклассником, любившим наблюдать
дикальных изменений парадигм, господствующих за птицами в лесах вокруг Дели, я присоединил-
ся к своим одноклассникам во время демонстра-
в экономике, социальной сфере и даже в политике. ции перед посольством Саудовской Аравии, когда
несколько принцев прибыли в нашу страну, что-
В 2014 г. я и еще несколько человек из Индии бы поохотиться на индийскую большую дрофу (Ar-
deotis nigriceps) — вид птиц, находящийся на гра-
инициировали процесс изучения способов по- ни полного исчезновения. Наш протест, наряду
с протестами общины вишнуитов в Раджастхане,
строения такого мира, в котором люди живут в со- традиционно занимающейся охраной этих птиц
и других видов диких животных, поставил индий-
гласии друг с другом и с природой. Пять лет спу- ское правительство в неловкое положение, выну-
див его попросить охотников уехать домой. Мно-
стя (и по случайному совпадению — как раз перед гие из нас также приняли участие в кампании
по защите леса Дели-Ридж — одного из крупней-
началом пандемии) это начинание превратилось ших тропических лесов в черте города. В 1979 г. мы
сформировали группу защитников окружающей
в международную онлайн-сеть, названную «Гло- среды для систематизации наших усилий. Груп-
пу назвали «Кальпаврикша» (Kalpavriksh) в честь
бальный свод альтернатив» (Global Tapestry of Al- мифологического дерева, исполняющего желания;
название символизировало наше растущее осоз-
ternatives). Беседы, подобные упомянутой выше, нание того, что природа дает нам все.

и другие исследования показывают, что успешные Во время нашей работы мы узнали не меньше,
чем в школе и колледже. Например, изучая источ-
варианты, неважно в каком уголке мира они реа- ники загрязнения воздуха в Дели, мы беседова-
ли с жителями деревень, расположенных вокруг
лизуются, обычно основаны на самообеспечении угольной электростанции, находящейся за чертой
города. Оказалось, что они гораздо больше страда-
и солидарности. ют от пыли и загрязнения, чем городские ­жители,

Подобные ценности препятствуют глобализа-

ции, которая обеспечивает жителей «глобально-

го Севера» (то есть богатых, независимо от места

проживания) многими вещами, которые мы стали

считать необходимыми. Обещание постоянно ра-

стущего богатства поддерживает нашу цивилиза-

цию, но люди, живущие на ее задворках, облада-

ют разнообразными представлениями о том, что

значит «жить хорошо», зависящими от специфики

их экосистем и культур. Я уверен: для того чтобы

вернуться с края обрыва, ведущего к необратимой

дестабилизации биосферы, мы должны дать воз-

можность развиваться альтернативным подходам,

подобным тем, что используют фермеры-далиты,

кечуа и волонтеры в Лиссабоне, и, объединяя их,

соткать «ковер альтернатив», который в конце кон-

цов укроет весь мир.

146 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021

Устойчивое развитие

23

Парк-де-ла-Папа (1) в Перу — одно из мест происхождения
картофеля. Коренной народ кечуа (2) управляет регионом как
объектом культурного и природного наследия, сохраняя вы‑
дающееся разнообразие сортов картофеля (3).

хотя электростанция не снабжала их энергией. это должны были затопить. Мы стали ставить под
Выгоду от проекта получали в основном и так уже сомнение саму концепцию развития: не окажут-
довольно состоятельные жители, а максимальный ся ли последствия разрушения значительно весо-
вред был причинен людям, лишенным электриче- мее, чем любые возможные выгоды? Почти четыре
ства. десятилетия спустя наши опасения оправдались.
Сотни тысяч переселенных людей все еще ожида-
В конце 1980 г. мы отправились на запад Гима- ют реабилитации, а поток реки, перегороженной
лаев, чтобы встретиться со сторонниками став- плотинами, внизу по течению превратился в то-
шего иконой движения Чипко. С 1973 г. деревен- ненькую струйку, дав возможность водам моря
ские женщины заслоняли своими телами деревья, проникать на глубину 100 км.
предназначенные для вырубки. Они рассказали
нам, что вырубались гималайский кедр, дубы, ро- С годами я стал понимать, насколько велика
додендроны и другие виды, которые не только свя- власть экономических сил по всей планете, что-
щенны для жителей деревни, но и необходимы для бы тесно связать социальную несправедливость
их выживания. Эти виды обеспечивают корм для с разрушением окружающей среды. Эпоха колони-
домашнего скота, удобрения, продукты питания зации и рабства значительно расширила экономи-
и поддерживают водные ресурсы. Даже я, студент- ческое и военное влияние некоторых государств
горожанин, оценил важность той роли, которую и связанных с ними корпораций, дав возможность
сельские женщины играли в защите окружающей извлекать природные ресурсы по всему миру, что-
среды, и осознал, насколько несправедливо то, что бы обеспечить ресурсами начавшуюся в Евро-
где-то бюрократы принимают решения, не заду- пе и Северной Америке промышленную револю-
мываясь, как они повлияют на людей на местах. цию. Специалисты по истории экономики, антро-
пологи и другие ученые продемонстрировали, что
Вскоре мы узнали, что в бассейне реки Нарма- в этот болезненный период истории были заложе-
ды в Центральной Индии собираются построить ны основы современной мировой экономики. По-
30 крупных плотин. Миллионы людей поклоня- мимо стимулирования необратимого разрушения
ются Нармаде как обладающей буйным нравом, окружающей среды, экономическая система лиша-
но щедрой богине, настолько чистой, что счита- ет многие сообщества доступа к общим природным
ется, будто Ганг каждый год посещает ее, чтобы богатствам — рекам, лугам и лесам, ­необходимым
смыть свои грехи. Совершая пешие переходы, пе-
редвигаясь на лодках и на автобусах вдоль этой
реки протяженностью 1,3 тыс. км, мы восхища-
лись водопадами, низвергающимися в изумитель-
ные ущелья, склонами, покрытыми густыми леса-
ми, кишащими дикими животными, полями с раз-
личными сельскохозяйственными культурами,
цветущими деревнями и древними храмами. И все

w w w.sci-ru.org [08/09] август/сентябрь 2021 | В мире науkи 147

Устойчивое развитие

Сфера преобразований

Создание устойчивого и справедливого мира потребу-
ет преобразований в пяти пересекающихся областях:
экономике, политике, социальной сфере, культуре Культурное
и экологии. Центр этого цветка представлен таки- разнообразие
ми ценностями, как солидарность, достоинство, и демократия
взаимосвязанность, права и ответственность, в области систем
разнообразие, автономия, свобода, хранения знаний
самоо­ пределение, независимость,
простота, ненасилие и уваже- Способность
ние ко всем формам жизни. и возможность
Коренные жители и другие Знание как
народы веками разделяли Прямая Плюрализм принятия достояние, изо- Социальное
сходные ценности, ими и предста- и разнообразие решений бретательность благополу-
же руководствуются вительная Права природы, и новаторство чие и спра-
люди в индустриальных демократия сосуществова- ЦЕННОСТИ ведливость
обществах и отстаи- в политиче- Настоящие
вают их для преодо- ской сфере ние человека процветание
ления глобальных и богатство
экологических и соци-
альных кризисов.

и природы

Управление Само- Экономика Достойная
общими обеспечение справед- работа и реаль-
базовых по- ливости, ные источники
природными участия средств
ресурсами требностей и равенства существования
на местах на местах

Экологическая Стабильная Экономическая
целостность торговля демократия

и устойчивость и обеспечение
транспортом

и энергией

для их выживания, — создавая зависимость изучением которого я занимался: каковы необ- SOURCE: “ALTERNATIVES TRANSFORMATION FORMAT: A PROCESS FOR SELF-ASSESSMENT AND FACILITATION
от внешних рынков. Тот факт, что огромное коли- ходимые характеристики эффективных альтер- TOWARDS RADICAL CHANGE,” PREPARED BY KALPAVRIKSH FOR ACKNOWL-EJ (chart reference); Graphic by Federica Fragapane
чество людей пострадало во время пандемии, про- натив? К счастью, в своем поиске я был не оди-
сто обнажил эти проблемы. нок. В 2014 г. на конференции сторонников кон-
цепции антироста в Лейпциге меня взволновало
Во время своих путешествий и в ходе работы выступление Альберто Акосты (Alberto Acosta),
над книгой вместе с экономистом Асимом Шри- экономиста и бывшего политика из Эквадора,
ваставой (Aseem Shrivastava) я обнаружил, что су- говорившего о buen vivir (исп. «жить хорошо»), ми-
ществует и более обнадеживающая тенденция. ровоззрении коренного народа, основанном на су-
В Индии и по всему миру сотни социальных дви- ществовании в согласии друг с другом и природой.
жений поддерживают маргинализованные сооб- И хотя Акоста не говорил по-английски, а я не го-
щества в их борьбе за возвращение контроля над ворю по-испански, мы активно пытались побесе-
своей жизнью и источниками средств существова- довать, впоследствии к нам присоединился специ-
ния. В 2014 г. «Кальпаврикша» организовала серию алист по концепции антироста Федерико Демарио
встреч под названием «Собрание альтернатив» (Federico Demario) и помог с переводом. Мы реши-
(Vikalp Sangam), где люди, возглавляющие такие ли продолжить работу над сбором данных об эф-
вдохновенные усилия, могли собраться, поделить- фективных альтернативах, используемых во всем
ся идеями и опытом и поработать совместно, помо- мире, набросав 20 возможных идей на обратной
гая создавать критическую массу для изменений. стороне бумажного конверта. Позже мы связались
с критиком развития Артуро Эскобаром (Arturo
Подобные взаимодействия и различная литера-
тура дали мне ответ на жизненно важный ­вопрос,

148 В мире науkи | [08/09] август/сентябрь 2021