Могли ли природные ядерные реакторы стать причиной появления жизни на нашей и других планетах?

Reactions similar to those inside this nuclear power plant in Georgia

arose spontaneously around 2 billion years ago in the Oklo region of Gabon, Africa

Были найдены доказательства существования на Земле природных ядерных реакторов, и некоторые ученые утверждают, что наша планета могла иметь гораздо больше таких формирований в древности. Есть также основания полагать, что и на других планетах могли существовать случайно сформированные ядерные реакторы, хотя явных доказательств пока нет. Если они все же существовали, большие объемы энергии и радиации, выброшенные такими реакторами, могли создать усложненные эффекты для любой жизни, развивавшейся на нашей планете или в других мирах.

Природные ядерные реакторы появляются, когда залежи радиоактивного элемента урана накапливаются в одном месте и произвольно вызывают самоподдерживающуюся цепную реакцию, в которой уран расщепляется в процессе под названием "распад", производя другие элементы. Реакция выделяет большой объем энергии. В зависимости от окружающих условий эта энергия может оказаться или полезной или крайне вредоносной для развития жизни.

Единственный пример

Единственный известный примера природного ядерного реактора на Земле был обнаружен в регионе Окло африканского государства Габон в 1972 году. Французские шахтеры заметили, что полученные ими образцы урана выработаны до редкого изотопа урана 235, единственного встречающегося в природе материала на Земле, способного поддерживать реакции распада. Было такое впечатление, что материал уже прошел через ядерную реакцию и был отработан.

The natural nuclear reactor in the Oklo mine of Gabon burned uranium two billion years ago. Uranium oxide remains are visible as the yellowish rock.

В действительности это именно тот вариант развития событий, который обоснован исследованиями. Ученые считают, что обнаруженные скопления урана 235 перешли в критическое состояние около 2 миллиардов лет назад и вступили в реакцию распада именно так, как это происходит в сделанных людьми ядерных реакторах.

"Насколько нам известно, есть доказательства формирования и работы только одного природного реактора, в Габоне, но это демонстрирует возможность таких явлений, и наши подсчеты указывают, что такие происшествия были гораздо вероятнее в ранней истории Земли", - объясняет Джей Каллен из Университета Виктории в Канаде.

Каллен и его коллега Лоуренс А. Куган исследовали вопрос, какова вероятность появления этих реакций в ранние периоды существования Земли, основываясь на данных, сколько урана на определенной территории необходимо для перехода в критическое состояние и начала самоподдерживающейся реакции распада. Они обнаружили, что в архейский период между 2,5 и 4 миллиардами лет назад природные ядерные реакторы могли быть довольно частым явлением, так как объемы урана, необходимого для их появления, совсем малы. Однако из-за крайне скудных геологических данных о тех временах у ученых очень мало способов доказать эту идею.

Искра жизни

Если на молодой Земле существовали природные ядерные реакторы, они могли оказать интересное влияние на зарождающуюся жизнь.

Ионизирующая радиация, испускаемая в результате ядерной реакции, может повредить ДНК – драгоценную цепочку кода, имеющуюся в каждой живой клетке. Если организмы жили слишком близко к реактору, они могли быть стерты с лица земли. Однако жизнь, обитавшая на расстоянии от этого природного явления, могла получить меньшую дозу радиации – слишком малую, чтобы убить ее, но достаточную для внесения мутаций в генетический код, что могло подтолкнуть к развитию разнообразия в местной популяции.

"Ионизирующая радиация действительно могла внести некоторые генетические вариации, - говорит Каллен. – Это те объемы, которые могли повлиять на естественный отбор, и они могут посодействовать со временем дальнейшим изменениям в организмах. Думаю, многие люди воспринимают ионизирующую радиацию как нечто плохое, но это не всегда обязательно так".

Более того, некоторые ученые считают, что сами по себе ядерные реакторы могли сыграть еще даже более важную роль в создании жизни путем обеспечения той самой искры, необходимой для ее зарождения. Захари Адам, аспирант Государственного университета Монтана, предположил эту возможность в докладе, подготовленном в 2007 году.

Ученые не знают наверняка, как появилась жизнь на Земле, но они считают, что для начала требовался какой-то выброс энергии. Эта энергия была необходима для разрыва связей простых элементов, таких как углерод, азот, водород и кислород, чтобы они могли соединиться для формирования первых сложных органических молекул. Другие исследователи предположили, что необходимую энергию мог предоставить удар молнии, но Адам считает, что именно энергия природного ядерного реактора могла стать катализатором.

Жизнь где-то еще?

Если природные реакторы могли помочь в появлении жизни на нашей планете, почему бы им не сыграть ту же роль где-то еще?

This diagram shows a possible mechanism by which oxygenic photosynthesis could lead to formation of natural fission reactors. CREDIT: L. A. Coogan/J. T. Cullen

На данном этапе ограниченность знаний ученых о геологии планет других систем не позволяет определить, насколько частым явлением могли быть природные ядерные реакторы в других мирах. По словам Адама, залежи некоторых элементов на молодой Земле, которые могли помочь в формировании этих реакторов, вряд ли столь многочисленны на поверхности других планет.

Например, приливообразующая сила Луны, которая была сильнее, чем сейчас, из-за близости спутника к Земле, играла жизненно важную роль в формировании на побережьях скоплений тяжелых минералов, как уран 235. Различались также отдельные слои Земли, как кора и мантия, что помогало выделить и сконцентрировать тяжелые радиоактивные элементы. По словам Адама, эти характерные черты, особенно разделение на слои, вряд ли присущи другим планетам Солнечной системы.

Однако не все специалисты столь пессимистичны относительно природных ядерных реакторов на других планетах. Физик Джон Бранденбург из корпорации «Орбитальные технологии» изучил результаты, полученные с марсианской орбитальной станции НАСА, делавшей обзор поверхности красной планеты при помощи различных инструментов, включая спектрометр гамма-излучения. Бранденбург отмечает, что результаты гамма-излучений демонстрируют доказательства богатых месторождений радиоактивного урана, тория и калия, особенно в определенном месте на Марсе, что он связывает с крупными химическими реакциями, происходившими там около полумиллиарда лет назад.

"В основных чертах кажется, что Марс был покрыт толстым слоев радиоактивных веществ, и что атмосфера была наполнена радиогенными продуктами, - рассказывает Бранденбург. – Это совершенно понятно. На Марсе происходила обширная и бурная реакция с выбросом радиоактивных веществ". 

Если это действительно так, то такое происшествие было бы губительным для любой зарождающейся марсианской жизни. 

"Это была бы громадная катастрофа, - говорит Бранденбург. – Какая бы на Марсе ни была биосфера в то время, она массово вымерла, что действительно поставило точку на жизни на Марсе".

Однако многие геологи, изучающие Марс, встретили предположение Бранденбурга скептично. 

«Гипотеза вряд ли правильная, - доказывает Вильям Бойнтон, исследователь из Университета Аризоны. – Да, мы нашли и торий, и уран, и эти природные элементы можно найти везде. Объемы отличаются, но объяснения очень простые». 

Бойнтон сомневается, что природные ядерные реакторы, как в Габоне, можно найти где-либо еще. По его словам, природный реактор в Африке действительно имел место, но причина такого интереса к нему лишь в редкости явления.

space.com