Палеонтологический парадокс

Палеонтологический парадокс — представляет из себя междисциплинарное противоречие между палеонтологическим данными в отношении значительно более слабой, по сравнению с современным её значением, гравитации в геологические периоды с карбона по мел, и содержанием других разделов геологии, а также астрофизики, которые отрицают возможность осуществления такого рода вариации гравитационного поля.

Многие из гигантских палеозой-мезозойских животных в наши дни не могли бы существовать на Земле из-за физических ограничений: они были бы раздавлены их собственным весом.

Расчёты показывают, что сила гравитации 150 млн лет назад была примерно в 2 раза меньше современного её значения. Эмпирические данные свидетельствуют о том, что снижение максимальных масс наземных животных за последние 150 млн лет носит экспоненциальный характер. Метод наименьших квадратов позволяет определить соответствующие параметры: максимально допустимую массу современных сухопутных животных $m_0$=17,6 т и численное значение коэффициента показателя экспоненты $\alpha$=1,464·10 ^-2 (млн. лет.)^-1.

Анализ размерности устанавливает зависимость изменения максимально допустимой массы древних исполинов от изменения силы притяжения.

Вместе с тем, все попытки объяснения более слабой гравитации в геологическом прошлом нашей планеты входят в противоречие с геотектоникой, палеогеографией, геофизикой и др.

Междисциплинарное противостояние, начавшееся в середине прошлого столетия, когда, с одной стороны, существует научный консенсус в отношении аномально высокой массы животных палеозой-мезозоя, а с другой стороны, отсутствует непротиворечивое объяснение этой аномалии с позиций знаний, заключённых в других естественных науках, не имеет объяснения в рамках современной научной парадигмы.

История формирования проблемы

Возникновение проблемы обязано более широкому внедрению математических методов в процесс анализа данных биологии и палеонтологии. Эта инновация стала не только полезным инструментом описания видов ископаемых животных, но и позволила перевести эти данные в разряд объективных в отнологическом аспекте.

В частности, в 1968 году Джон Мейнард Смит, популяризировавший применение анализа размерностей в биологии , в своей книге «Математические идеи в биологии» указывал на то, что в случае увеличения размеров сухопутного животного $L$, при неизменной форме и плотности  биологических тканей $\rho$, его масса увеличивается в пропорции $m\thicksim\ L^3$. Прочность же костей зависит от площади их поперечного сечения $S\thicksim\ L^2$. Таким образом, нагрузка на кости растёт быстрее, чем их прочность, А так как графики квадратного уравнения и кубической функции неизбежно пересекутся, то существует критическая точка, за которой прочности костей и силы мышц не хватит, чтобы удержать тело на ногах, а летающим животным — подняться в воздух.

В качестве примера им был рассчитан верхний предел размеров для летающих животных наших дней. Оказалось, их вес не может превышать примерно 14 кг. В то время, как вес самого крупного птерозавра Кетцалькоатль достигал, по разным оценкам, 200-250 кг.

Кнут Шмидт-Ниельсен в книге «Размеры животных: почему они так важны?» (1984 год) проводит анализ причин широкого спектра биологических форм животных, в том числе гигантов мира юрского периода. Он присоединяется к возражениям Альфреда Ромера (Romer A. S. Vertebrate paleontolohy, 1966) в отношении того, что длинная шея крупных динозавров служила адаптацией к жизни в глубокой воде и что это сильно упрощает проблему поддержания позы и локомоции.

Одно из возражений заключается в том, что дыхание через шноркель на глубине 5 м требует, чтобы грудная клетка совершала работу против давления воды, равного 5000 кг/м². Из этого следует вывод, что динозавры вели не водный, а, по меньшей мере, полуводный образ жизни.

Второе возражение заключается в том, что ископаемые отпечатки ног (ихнофоссилии) не могут быть оставлены под водой. Значит, завроподы были способны передвигаться по суше.

Кроме перечисленного выше, необходимо учитывать, что в отличии от морских рептилий, которые были живородящими , [3]завроподы вели сухопутный образ жизни, откладывая яйца и охраняя потомство.

Категорическое неприятие результатов палеонтологических исследований со стороны представителей других разделов геологии и физиков обусловлено отсутствием данных, подтверждающих возможность вариации гравитации в геологическом прошлом нашей планеты.

Тем не менее, констатация перечисленных фактов в трудах палеонтологов и их оппонентов из лагеря геологов и физиков длительное время не завершалась признанием существования такого парадокса.

Учёные, которые первыми применили этот термин в указанном контексте, были физик-теоретик Бурундуков А. С. и биолог Дроздов А. Л. Две их совместные статьи: «Гигантские ящеры — палеонтологический вызов междисциплинарному синтезу» и «Палеонтологический парадокс в контексте глобального эволюционизма», были опубликованы одновременно 6 октября 2015 года.

В 2016 году вышла монография Бурундукова А., Дроздова А., Казанского Б. «Палеонтологический парадокс — гордиев узел глобального эволюционизма» . По мнению авторов, новая постановка задачи имеет высокую методологическую ценность:"Междисциплинарные исследования в рамках зарождающейся на наших глазах теории глобального эволюционизма, объединяющие усилия космологов, астрофизиков, физиков, геофизиков, биологов и т.д., должны привести к созданию полного, детально разработанного и непротиворечивого естественнонаучного сценария эволюции Вселенной."

Нужно отметить, что термин "палеонтологический парадокс" не отражает корректно суть представленной авторами проблемы. В частности, палеонтология обладает множеством данных, которые находятся в непримиримом противоречии друг с другом, а, в некоторых случаях, с содержанием других разделов естествознания . Описанная Бурундуковым и Дроздовым коллизия естественных наук касается гравитации в геологическом прошлом Земли. Следовательно, обсуждаемый термин должен быть расширен за счёт дополнительного термина "гравитация". Например, «па́леогравитацио́нный парадо́кс» (от греч. Παλαιός — древний, старинный, от лат. Gravitas — «тяжесть»).

Содержание парадокса

Рис. 1. Древняя многоножка Артроплевра (реконструкция).

Механическая прочность хитина позволяла жившим в карбоне-перми многоножкам Артроплеврам наращивать длину своего тела до размеров, превышающий два метра (Рис. 1).

Рис. 2. Фоссилия крылатого насекомого Dunbaria fasciipennis отряда Палеодиктиоптеры. .

Рис. 3. Фоссилия Меганевры-monyi.

Рис. 4. Сравнение размеров Меганевры (реконструкция) и человека .

Мощности, развиваемой двигательной системой живших с карбона по пермь крылатых насекомых Палеодиктиоптер с размахом крыльев до 43 см (Рис. 2), или стрекозоподобного насекомого  Меганевры с размахом крыльев до 70 см (Рис .3 и Рис. 4) хватало, чтобы непринуждённо порхать в погоне за мошками. Их система трахейного дыхания позволяла им достичь таких размеров.

Рис. 5. Сравнение размеров Аждархидов (реконструкция) с человеком. Кетцалькоатль — слева, красно-коричневого цвета.

Рис. 6. Птерозавр Хацегоптерикс (реконструкция).

Рис. 7. Сравнение Гиганотозавра (реконструкция) с человеком.

Рис. 8. Сравнительные размеры некоторых гигантских зауропод (реконструкция) и человека .

Рис. 9. Фоссилия спинного позвонка динозавра-зауропода Amphicoelias altus.

Имеются надёжные палеонтологические данные в отношении существования огромных летающих ящеров-птерозавров позднего мелового периода . Таких, как Кетцалькоатль с размахом крыльев 12 м или даже 15 м (Рис. 5), или Хацегоптерикс с размахом крыльев 10-11 м (Рис. 6) . Также в отношении невероятный масс гигантских сухопутных динозавров, таких как Гиганотозавр (Рис. 7) , Сейсмозавр или Брухаткайозавр , Бревипароп (Рис. 8).

Среда обитания гигантских динозавров определяется их физиологией. Гигантские четвероногие динозавры-зауроподы были вынуждены находится на суше, хотя бы для того, чтобы отложить яйца и охранять кладку. Подтверждением тому являются оставленные на суше следы, по-видимому, самого массивного наземного животного Бревипаропа.

Необходимо помнить, что в естествознании, как в геологии, так и в биологии, два века уже господствует метод, называемый «принципом актуализма», согласно которому геологические и биологические процессы, происходившие в прошлые геологические эпохи идентичны современным и поэтому при анализе прошлых событий постулируется, что в древности существовали те же природные закономерности, что и в современности. Этот принцип позволяет предположить, что механическая предельная прочность костей и мышц ископаемых животных принципиально не менялась на протяжении миллионов лет, и что до появления фактов, опровергающих его действенность, это допущение может использоваться в рамках рабочей гипотезы (свойство презумпции).

Проверку обоснованности применения принципа актуализма в 2006 году провела группа немецких учёных во главе с Анке Кайссер-Пизалла (Anke Kaysser-Pyzalla) — материаловедом и инженером-механиком, научным руководителем Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца, профессором Рурского университета в Бохуме.

В частности, были применены методы рентгеновской дифракции, протон-индуцированной рентгеновской эмиссионной (ПИРЭ) спектроскопии и некоторые другие. Сравнение первичной фиброламеллярной ткани кости у зауроподов, доминирующем типе ткани в коре длинных костей, с фиброламеллярной и хаверсовой тканями костей современных крупных млекопитающих и птиц даёт основание утверждать, что кость зауроподов сохраняет свою первоначальную ориентацию кристаллитов и что её микроструктура на разных иерархических уровнях, по-видимому, такая же, как у современной кости. Таким образом, современные данные опровергают гипотезу о том, что кости динозавров зауроподов были необычайно высокопрочным материалом.

Кости современных позвоночных животных представляют из себя композитный материал, в котором фосфат кальция отложен на органическую матрицу и имеют характеристики предельной прочности. Величина предельного растяжения составляет 130 МН/м², а предельного сжатия — 170 МН/м ². Когда давление на кость превышает предел прочности материала кости, она ломается.

Крупные млекопитающие наших дней спят стоя, поскольку для того, чтобы подняться с земли, им необходимо приложить все имеющиеся силы. А самое крупное современное сухопутное животное слон — не способен прыгать.

В водной среде, самые крупные современные морские млекопитающие синие киты могут превышать 180 тонн . При попадании на сушу кости китов ломаются под собственным весом, поскольку исчезает архимедова сила, поддерживающая их тела в гидростатическом равновесии в воде.

Анализ изменений со временем максимальных масс наземных животных

В таблице 1 приведены массы и моменты существования крупнейших наземных животных, обитавших на Земле последние 150 млн лет. С учётом принципа актуализма, а также того, что палеонтология и сравнительная анатомия завропсидов не даёт иных данных в отношении характеристик материала костей и мышц динозавров, то налицо эволюционный парадокс.

Таблица 1. Массы тел крупнейших наземных животных, обитавших на Земле в последние 150 млн лет

	Вид	Время: млн лет назад	Масса, т.
1.	Слон саванный — Loxodonta africana	0 - 5,3	12,24
2.	Индрикотерий — Indricotherium	20 - 30	20
3.	Суперзавр — Supersaurus vivianae	65	35 - 40
4.	Антарктозавр — Antarctosaurus	65 - 84	60
5.	Футалогнкозавр — Futalognkosaurus	87	70 - 80
6.	Паралититан — Paralititan	93 - 98	45
7.	Аргентинозавр — Argentinosaurus	90 - 115	60 - 108
8.	Завропосейдон — Sauroposeidon	110 - 112	60
9.	Амфицелий — Amphicoelias	150	155
10.	Сейсмозавр — Seismosaurus hallorum	150 - 155	140
11.	Брухаткайозавр — Bruhathkayosaurus	70	180 - 240

Приведенные данные представлены на координатной плоскости «время-масса» (рис. 10). Номера точек соответствуют номерам животных в таблице 1. Полученное распределение демонстрирует явную нелинейную зависимость, напоминающую экспоненту.

Рис. 10. Изменение веса животных за последние 150 млн. лет. Горизонтальные отрезки соответствуют временному интервалу существования животных , а вертикальные —оценкам их массы.

Допустим, что искомая функция имеет вид

$m(t)=m_0a^{\alpha t}$

где

$m_0=m(0)$ — максимальная масса современных сухопутных животных,

$m(t)$ — максимальная масса  сухопутных животных в определенный момент t геологического времени, t — ретроспективное исчисление в млн лет назад,

$\alpha$ — показатель экспоненты.

Используя метод наименьших квадратов (метод Гаусса) и данные таблицы 1, получим систему из двух линейных уравнений

$\begin{cases} 405,2 {\displaystyle \cdot } {\displaystyle \alpha } +11 {\displaystyle \cdot } {\displaystyle \lg m_{0}} =19,63 & \ \\ 43678,3 {\displaystyle \cdot \alpha } +933 {\displaystyle \cdot \lg m_{0}} =1801,33 \end{cases}$. (1)

Их решением является значение коэффициента показателя экспонены $\alpha$ =1 464·$10^{-2}$ (млн. лет)$^{-1}$ и оценка предельной массы современных сухопутных животных $m_0$= 17,6 тонн .

Полученный таким образом график функции

$m(t)=m_0\exp(\alpha t)=17,6\cdot\exp(0,01464\cdot t)$, (2)

с нанесёнными эмпирическими данными представлен на Рис. 10.

Необходимо учитывать, что эволюционные преимущества связаны с увеличением массы животного не беспредельны. Согласно Дж. Смиту, популяризировавшему применение анализа размерности в биологии, увеличение размеров сухопутного животного $L$, при неизменной плотности $\rho$ биологических тканей, влечёт увеличение массы $m$, причём $m=\rho L^3$.

Прочность же костей определяется площадью их поперечного сечения $S$$\sim L^2$, поэтому нагрузка на на кости растёт быстрее, чем их прочность. Точка пересечения графика квадратного уравнения и кубической функции определяет величину критической массы, за которой прочности костей и мышц не хватит, чтобы удержать тело на ногах.

Максимальная масса современных сухопутных животных определяется соотношениями

$m_0g_0\thicksim\rho L^3g_0=\beta kS=(\beta k\frac{S}{L^2})L^2=\kappa L^2$, (3)

где

$g_0=9,8156$ м/с — ускоренное свободное падение, выделенное на широте г. Москвы,

$L$ — условный максимальный размер животного,

$\beta$ — количество точек опоры, принимающее значения 3 или 1 в случае локомоции на четырёх или двух конечностях соответственно,

$k$ и $\kappa$ — постоянные, имеющие размерность [кг·м^-1·с^-2=Н/м²], определяющие прочность костей в зависимости от площади их поперечного сечения $S$.

Из формулы (3) выводится оценка условного размера современного сухопутного животного

$L=\frac{\kappa}{\rho g_0}$. (4)

Откуда следует, что предельная масса $m_0$ составляет примерно

$m_0\thicksim\frac{1}{\rho^2}\left ( \frac{\kappa}{g_0} \right )^3$. (5)

Подставив в формулу (5) $m_0$= 17,6 т и оценим численное значение $\kappa$

$\kappa\thicksim g_0\sqrt[3]{m_0\rho^2}\thickapprox$ 25,5 кН/м², (6)

здесь $\rho$ для простоты округляется до плотности воды $\rho$ = 1 т/м³. Подставляя (5) в эмпирическую формулу (2) и предполагая неизменность физиологических характеристик биологических тканей, входящие коэффициенты $\rho$ и $\kappa$ ($\rho$=const, $\kappa$=const),

$m(t)=m_0e^{\alpha t}=\frac{1}{\rho^2}\left ( \frac{\kappa}{g_0} \right )^3e^{\alpha t}=\frac{1}{\rho^2}\left ( \frac{\kappa}{g_0e^{-\alpha t/3}} \right )^3=\frac{1}{\rho^2}\left ( \frac{\kappa}{g(t)} \right )^3$, (7)

получим формулу изменения со временем значения ускорения свободного падения:

$g(t)=g_0e^{-\alpha t/3}$. (8)

То есть за последние 150 млн. лет g должно было увеличиться примерно в $exp$(0,732) $\approx$2,079 раз.

От каких факторов может зависеть столь незначительное изменение?

В грубом приближении невращающейся сферической Земли массой $M$ из Закона всемирного тяготения следует, что ускорение свободного падения тела g (гравитационный потенциал произвольного тела) на её поверхности равно $g(t)=\frac {GM}{R^2}$. (9)

Таким образом, изменение ускорения свободного падения g может зависеть либо от изменения гравитационной постоянной $G$, либо от отношения $\frac {M}{R^2}$.

Междисциплинарные противоречия

Как выясняется, казалось бы очевидное решение проблемы сверхбольших масс животных палеозой-мезозоя опирается на неприемлемую с точки зрением других научных дисциплин идею об изменении гравитации нашей планеты.

Вот неполный список основных ограничений в отношении выбора способа изменения силы притяжения Земли:

• измерения при помощи современных высокоточных геодезический методик показывают, что земной шар не изменяет свой радиус с точностью до 0,2 мм в год;

• палеомагнитные данные свидетельствуют, что радиус нашей планеты 400 млн лет назад составлял 102 ± 2,8 процента от текущего радиуса;

• оценки момента инерции Земли по палеозойским породам свидетельствуют о том, что за последние 620 миллионов лет не происходило значительного изменения массы земного шара;

• современные данные относительно изменения гравитационной постоянной $G$ не превышает ~ 10 ^-11 - 10 ^-12 в год (не менялось по меньшей мере на протяжении времени, соизмеримого с периодом от момента Большого взрыва до наших дней).

Попытки решения парадокса

Ниже приведен перечень основных принципов, направленных на поиск способов решения парадокса:

• отрицание проблемы превышения веса животных палеозой-мезозоя, соответствующего пределу прочностей их костей;
• изменение радиуса земного шара (все представленные ниже гипотезы генерируют междисциплинарные противоречия);
• нарушение физических законов, а именно, принципов сохранения энергии, массы, а также СРТ-инвариантности;
• объяснение неизвестного неизвестным;
• гипотеза повышенного содержания кислорода в атмосфере.

Предложенные гипотезы можно сгруппировать по следующему сюжетам.

Отрицание проблемы превышения веса животных палеозой-мезозоя, соответствующего пределу прочностей их костей

Статью 1985 года физика Хокканена «Размер самого крупного наземного животного» (Hokkanen J. E. I. «The Size of the Largest Land Animal») некоторые палеонтологи учитывают как теоретическое обоснование точки зрения об отсутствии проблемы превышения веса представителей мезозойской мегафауны, соответствующего пределу прочности их костей. В частности, расчёты Хоканен показывают, что предел прочности костей современных животных допускает возможность существования способных двигаться сухопутных существ в диапазоне масс от 100 т до 1000 т. При этом возможность ещё большей массы, в случае новых адаптаций, не исключается.

Вместе с тем, объективные данные содержат сведения о самом крупном из когда либо зарегистрированном сухопутном животном наших дней — африканском саванном слоне, расчётный вес которого был определён в 12,24 тонн (животное было застрелено 7 ноября 1974 года и описано в Анголе; этот гигант имел 4,16 метров в длину и 3,96 метров в высоту).

Хоканен в своей статье оставляет без ответа заданный себе вопрос: "Почему же тогда не было таких гигантских животных, которые были предсказаны экстраполяцией?"

Уменьшение радиуса планеты при постоянной массе

В 2016 году группа российских учёных Г. М. Нигметов, В. А. Акатьев и Д. И. Смирнова предложили использовать в качестве гипотезы, объясняющей низкий уровень гравитации в геологическом прошлом нашей планеты, идею контрактации земного шара, которая была предложена в 1829 году Жаном-Батистом Эли де Бомоном для объяснения процессов горообразования Земли.

Контрактационная гипотеза учитывала представления Канта и гипотезу Лапласа о происхождении Солнечной системы из вращающейся туманности; в соответствии с этой гипотезой Земля на начальных стадиях своей эволюции была раскалённым расплавленным шаром и земная кора образовалась при охлаждении его поверхности. При дальнейшем охлаждении Земли, сопровождающимся уменьшением её объёма, должна уменьшаться и площадь её поверхности, что, в свою очередь, должно первоначально вызывать появление неровностей – «морщин» на её поверхности. По мере дальнейшего охлаждения и сокращения объёма Земли механические напряжения коры увеличиваются и в момент, когда они достигают предела прочности горных пород «морщин», происходит их поперечное раздробление, в результате которого боковое давление выжимает складки и каждый поднятый сегмент образует горную систему; в центральную, наиболее ослабленную дроблением область горной системы затем внедряются из глубин магматические массы.

В основу гипотезы легла аналогия с печёным яблоком, которое за счёт усыхания покрывается множеством морщин. По мнению авторов гипотезы контрактации, в качестве разрешения парадокса гигантизма животных в геологическом прошлом Земли, диаметр нашей планеты должен был уменьшиться в два раза.

Причины несостоятельности гипотезы уменьшение радиуса планеты при постоянной её массе:

1. явное несоответствие количества и ожидаемой мощности складок земной коры при условии двухкратного уменьшении объёма недр;

2. коэффициенты теплового расширения каменных пород (граниты, базальты) очень маленькие (~0,00001), так что остывание планеты даже на 1000 градусов даёт ничтожные изменения объёма, т.е. первые проценты;

3. гипотеза опровергается геофизическими данными, так как при таком уменьшении на поверхности планеты невозможно образование молодой океанической коры, вся поверхность Земли имела бы один и тот же возраст.

Увеличение радиуса планеты при постоянной массе

Основная статья: Гипотеза изначально гидридной Земли

Гипотеза изначально гидридной Земли Ларина В. Н . предусматривает постепенное и неуклонное увеличение радиуса Земли при неизменной массе.

Очевидно, что такое расширение нашей планеты лишь усугубляет палеонтологический парадокс: ведь в этом случае ускорение свободного падения g в прошлом было больше современного значения.

Увеличение радиуса планеты с увеличением её массы

Основная статья: Гипотеза расширяющейся Земли

Есть несколько гипотез, в рамках которых предприняты попытки объяснение увеличение массы планеты вместе с увеличением её диаметра.

Их можно разделить на две категории:

1. внутренний источник, когда новая масса образуется внутри Земли ;
2. внешний, когда дополнительная масса поступает из космического пространства.

К первой группе относятся концепция Кэри и гипотезы трансмутации гипотетической субстанции в вещество, а ко второй — адунационная модель Казанского и аккреционная модель Дроздова.

Рис. 11. Схематическая иллюстрация гипотезы расширяющейся Земли.

В концепции Сэмюеля Кэри увеличение массы объясняется постулированием существования процесса рождения вещества в центре Земли.

Истоки этой идеи находятся в стационарной космологической теории Хойла-Бонди-Голда , попытавшихся расширить космологический принцип и на время, постулировав существование порождающего $\mathrm{C}$-поля, обеспечивающего неизменность критической плотности Вселенной.

В модели Хойла-Бонди-Голда вещество должно было рождаться в межгалактическом пространстве со скоростью «один атом водорода в ведре пространства за год», что гарантировало появление новой галактики между двумя старыми через время, когда расстояние между ними удвоится в результате космологического расширения.

Однако предсказанное рождение молодых галактик обнаружить так и не удалось. Открытие микроволнового фонового излучения окончательно поставило крест на модели с «абсолютным космологическим принципом».

Принимая во внимание новые экспериментальные данные, Кэри предположил, что ненаблюдаемый процесс рождения вещества проходит не в межгалактическом пространстве, а в недрах Земли.

Недостатками этой теории являются крайняя сложность её экспериментальной проверки, а также отсутствие её космологического обоснования, что относит её к разряду теорий, нарушающих законы сохранения энергии и массы.

Гипотеза трансмутации — превращения гипотетического субстрата в обычное вещество.

С начала ХХ века были предприняты неоднократные попытки выработки гипотез превращения пока ещё неизвестного субстрата в вещество.

Так, например, во второй половине ХХ века Нил Адамс, в развитие идей Кэри, выдвинул гипотезу непрерывно растущей Земли и Вселенной ( «Growing Earth — Growing Universe»), которая предполагает непрерывной прирост массы нашей планеты за счёт гипотетического субстрата (как описал её Адамс, "всё равно, как её назвать: эфир , первичная или тёмная материя ").

Позитрон будет притягивать частицы электромагнитно нейтрального гипотетического субстрата. Как только эти частицы соединяются с позитроном, они становятся «нейтронным материалом». Поддерживается положительный заряд позитрона, первичное вещество будет накапливаться в слоях вокруг него до тех пор, пока вся структура не станет в 1,998 раз больше позитрона — точно такого же размера, как протон.

Теперь, когда электрон притягивается к протону, позитрон в ядре протона настолько изолирован, что процесс аннигиляции становится невозможен. Вместо этого электрон будет вращаться вокруг большего протона. Эти первые частицы вещества собираются в молекуле водорода, после добавляются другие протоны и электроны, образуя гелий и все необходимые элементы периодической таблицы.

Слабой стороной гипотез трансмутации является ущербный метод объяснения неизвестного (причины роста планеты) неизвестным (эфиром, первичной или тёмной материей) — объяснение одного непонятного природного феномена путём введение новых неизвестных сущностей, которым можно приписать любые свойства (нарушение принципа "бритва Оккама").

Гипотеза трансмутации, как и концепция Кэри, опровергнута результатами экспериментов по определению размеров Земли: рост её радиуса и массы не наблюдается ни в наше время, ни на протяжении ближайших к нам 400 млн лет в прошлом.

Перейдём к рассмотрению гипотез второй категории.

В адунационной модели Казанского Б. А. увеличение массы планеты связано с «мягкой» аккрецией двух небесных тел, Пангеи и Панталассы, в конце перми — начале триаса на поверхность Земли.

Для небесных объектов порядка размеров и масс планет, существует ограничение, называемое пределом Роша. Предел Роша — радиус круговой орбиты спутника, обращающегося вокруг небесного тела, на котором приливные силы, вызванные гравитацией центрального тела, равны силам самогравитации спутника.

Для системы Земля-Луна расчётный предел Роша составляет 9376 км при приближении «твёрдого» и 18305 км при приближении «жидкого» спутника.

Поэтому, «мягкая» посадка Пангеи и Панталассы на поверхность Земли привело бы к их механическому разрушению с выделением огромного количества энергии, не оставляющей биоте никаких шансов на выживание.

Учитывая геологические периоды реализации этого фантастического сценария, который быть может способен объяснить огромные размеры насекомых в карбоне-перми и последующее их исчезновение, адунационная модель Казанского делает невозможным существование гигантских динозавров юры и мела.

Гипотеза А. Л. Дроздова аккреции на поверхности Земли огромного количества сравнительно мелких метеоритов и космической пыли.

Гипотетически такой процесс возможен в результате попадания солнечной системы в плотное облако межзвёздной пыли, либо в результате разрушения уже существующих планет (например, гипотетического Фаэтона) 150-200 млн. лет назад.

Большое количество вещества, выпавшее на начальной стадии аккреции, могло бы объяснить пермское вымирание. Образовавшиеся осадочные породы за счёт гидрологического цикла (круговорота воды в природе) могли бы выноситься в океан и оседать в виде донных осадков. Оттуда, часть вещества в результате субдукции частично погрузилась в мантию, а другая часть - принимала участие в геологическом формировании континентальных окраин . При этом должны одновременно увеличиваться и масса и размеры Земли.

Таким образом, за 150-200 млн. лет площадь земной поверхности увеличилась в 4,32 раза, т.е. на 76,81%, что соответствует приросту площади океанической коры, а объем Земли увеличился примерно в 9 раз .

Как отмечает сам автор, одним из недостатков их гипотезы является необъяснимый выборочный характер предполагаемой аккреции. Так, например, по непонятной причине исключением стало Средиземное море: там возраст древней океанической коры достигает почти 280 млн.

По мнению биолога Е. Задереева, увеличение объёма Земли в 9 раз за указанный период означало бы катастрофические изменения её поверхности. Геологи не обнаружили такого рода отложений .

Астрофизик Сергей Попов отмечает, что в Австралии хорошо изучены находящиеся на поверхности горы, которым миллиарды лет. И нигде следов гигантского слоя пыли нет .

Как и адунационная модель Казанского, так и в гипотеза Дроздова опровергаются результатами экспериментов по определению размеров Земли: рост её радиуса и массы не наблюдается ни в наше время, на на протяжении ближайших к нам 400 млн лет в прошлом.

Уменьшение гравитационной постоянной

Основная статья: Гипотеза расширяющейся Земли

Поль Дирак предположил в 1938 году, что универсальная гравитационная постоянная за миллиарды лет существования вселенной могла уменьшиться. Эта идея позволила немецкому физику Паскуалю Йордану модифицировать общую теорию относительности и предположить в 1964 году, что все планеты постепенно расширяется. В отличие от большинства других объяснений расширения, это осталось в рамках физически допустимой теории.

Согласно исследованиям Фрэнсиса Бёрча (1968), даже при изменении гравитационной постоянной $G$ в 2 раза, радиус Земли изменился бы примерно на 370 км .

Однако экспериментальные данные опровергают такую ​​возможность, поскольку относительное изменение постоянной $G$ намного ниже ожидаемой величины и не превышает ~ 10 ^-11-10 ^-12 в год (не изменялось на протяжении периода от момента Большого взрыва до наших дней).

Гипотеза снижения веса за счёт архимедовой силы

Дэвид Эскер предложил гипотезу существования в прошлые геологические эпохи гипервысокой плотности воздуха, которая снижала механическую нагрузку на скелет древних гигантских насекомых и динозавров.

С учётом характерной для всех позвоночных средней плотности тел 970 кг/м³, а также необходимых сил выталкивания, Эскер рассчитал, что плотность атмосферы во время позднего юрского периода должна быть равна 2/3 плотности воды, что соответствует величине 670 кг/м³ на уровне моря. Это почти в 550 раз больше сегодняшнего его значения (1,2250 кг/м³).

Главными недостатками этой гипотезы являются, во-первых, отсутствие подтверждающих её палеонтологических данных, а во-вторых, отсутствие объяснений в отношении способа обеспечения таких гипервысоких плотностей воздуха. Ведь, атмосферное давление на уровне моря зависит, в конечном итоге, от силы гравитационного притяжения Земли, которая удерживает воздух от свободного рассеяния в космическое пространство.

Так, к примеру, увеличение земной гравитации при постоянной массе и уменьшении диаметра приведёт к увеличению толщины атмосферы, что повлечёт повышение плотности газовой среды и давления на её поверхности.

Однако пропорциональное изменение соотношения гравитации и физических свойств атмосферы не снимает необходимости 550 кратного повышения плотности атмосферы для того, чтобы при боле высокой силе притяжения добиться плавучести тел, приближенных к нулевому её значению.

Повышение плотности атмосферы на уровне поверхности космических объектов можно добиться также варьируя физическими свойствами и химическим составом газовой среды.

Так например, иной химический состав атмосферы и отличные от земных физические условия на Венере (распределение температуры в атмосфере, агрегатное состояние газов и др.) создают на её поверхности давление больше земного в 91 раз, несмотря на то, что ускорение свободного падения на венерианской поверхности составляет 0,904 g (где g — величина ускорения свободного падения на поверхности Земли).

Неприемлемость попыток обосновать 550 кратное увеличение плотности атмосферы за счёт изменения химического состава земной атмосферы и её физических свойств, определяется данным палеонтологии, которые указывают, что в палеозой-мезозое атмосфера мало отличалась от современной.

Гипотеза повышенного содержания кислорода в атмосфере

Гипотеза повышенной концентрации кислорода в воздухе, как причина гигантизма насекомых верхнего карбона - нижней перми (314,6-290,1 млн лет назад), кроме того, хорошо объясняет ускоренное образование каменного угля на поверхности нашей планеты, а также переход части земноводных на сушу, что привело к появлению первых рептилий.

Дыхательная система большинства насекомых представлена множеством трахей, пронизывающих всё тело и открывающихся наружу с помощью дыхалец (стигм), которые регулируют поступление воздуха. Концевые ветви трахей заканчиваются звёздчатой ​​трахейной клеткой, от которой отходят тончайшие трахейные капилляры  (трахеолы). Трахейная система насекомых  может быть открытой (типична для многих наземных свободно живущих видов или для водных насекомых, дышащих атмосферным кислородом) либо замкнутой. При втором типе трахеи имеются, но дыхальца отсутствуют. Этот тип характерен для водных или эндопаразитических насекомых, потребляющих кислород растворенный в воде или в полостной жидкости хозяина.

Например, большую часть жизни личинки стрекоз не могут дышать атмосферным воздухом и для дыхания используются жабры расположенные на конце тела. Жабры могут быть внутренними (ректальными — в прямой кишке ) или наружными (каудальными). На брюшке личинок большинства равнокрылых стрекоз (Zygoptera) развиты хвостовые трахейные жабры, которые могут иметь вид листовидные прозрачных пластинок или овальных капсуловидных (пузыревидных) придатков. У личинок разнокрылых стрекоз (Anisoptera) трахейные жабры расположены в специальной камере в прямой кишке (ректальные жабры), которая периодически заполняется водой.

Логическим продолжением гипотезы о повышенном содержании кислорода в воздухе в верхнем карбоне является ещё одна гипотеза, которая связывает исчезновение насекомых-гигантов в результате падения процентного содержания кислорода в воздухе в нижней перми (массовое пермское вымирание, примерно 252 млн лет назад).

Расцвет мира динозавров начался после массового пермского вымирания. Они доминировали на Земле в мезозойскую эру - в течение более 160 миллионов лет, начиная с позднего триасового периода (приблизительно 225 млн лет назад) до конца мелового периода (66 млн лет назад). Исследования показывают, что уровень кислорода в этот период был ниже современного — примерно 15%.

Таким образом, исходя из палеонтологических данных, изменение газового состава атмосферы Земли в условиях низкой гравитации оказало влияние лишь на гигантизм насекомых.

Изменение силы гравитации как гипотеза, объясняющая мел-палеогеновое вымирание

А. Л. Дроздов и А. С. Бурундуков считают, что судьбу гигантов юрского периода определила гравитация — земное притяжение. Гипотеза увеличения гравитации с уверенностью объясняет уменьшение максимальных размеров мегафауны на суше после каждого очередного вымирания начиная с мел-палеогена и до наших дней, несмотря на актуальность закона Копа.

Какие же животные вымерли? Среди наземных четвероногих исчезли нептичьи динозавры и птерозавры, а также многочисленные ящерицы, крокодилы, птицы и млекопитающие. Считалось, что ящерицы и птицы остались относительно невредимыми, но новые исследования показывают, что они тоже сильно пострадали. В море исчезли плезиозавры, мозазавры и некоторые семейства акул и костистых рыб. Ихтиозавры сократились и вымерли 30 млн лет назад. Среди беспозвоночных исчезли многие важные мезозойские группы: аммониты, белемниты, рудистские двустворчатые моллюски и различные группы планктона. Однако другие животные, такие как диатомовые водоросли, радиолярии, донные фораминиферы, брахиоподы, брюхоногие моллюски, некоторые рыбы, земноводные, черепахи, крокодилы и наземные растения, по-видимому, пострадали незначительно.

Трудно разделить выживших и невыживших на простые экологические категории. Большинство выживших наземных и пресноводных животных были маленькими, за исключением некоторых крокодилов.

Большинство вымерших морских форм были свободноплавающими или плавающими (планктон, аммониты, белемниты), но, конечно, многие рыбы открытой воды выжили. Среди форм, обитавших на морском дне, в основном вымерли фильтраторы, такие как кораллы, мшанки и морские лилии (возможно, из-за потери планктонной пищи?), в то время как формы, питавшиеся детритом, почти не пострадали.

Существующие обобщения, не включающие фактор увеличения гравитации, могут в какой-то степени объяснить, почему вымерли динозавры и плезиозавры, но эти сюжеты не объясняют неуклонное уменьшение размеров крупнейших представителей мегафауны от мезозоя до наших дней.

Гипотеза изменения гравитации не исключает воздействия иных факторов, которые были предложены другими исследователями в качестве причин гибели мезозойской мегафауны. Например, быстрое с точки зрения геологии увеличение массы и объёма нашей планеты должно сопровождаться высокой геологической активностью: вулканизмом, трапповым магматизмом и т. п. При этом, в атмосферу поступило огромное количество губительных газов, превосходившее в десятки раз количество газов, которое могло обеспечить падение метеорита в Мексиканском заливе, что возможно и привело к исчезновение около 60% видов живых организмов не только на суше, но и в воде..

Для правильного понимания сути обсуждаемых явлений полезно разбираться в терминологии:

1. «гибель» — преждевременная или насильственная смерть, либо прекращение существования вследствие неблагоприятных или трагических обстоятельств,
2. «вымирание» — явление в биологии и экологии, заключающееся в исчезновении (смерти) всех представителей определённого биологического вида или таксона.

Вымирания, вследствие их значительной длительности, от периода жизни нескольких поколений животных до длительности геологических периодов, происходят иногда незаметно для живых существ.

Темпы изменений окружающей среды соизмеримые с геологическими периодами способны влиять на особенности анатомии, физиологии и экологии животных, уменьшая их размеры.

Уменьшение гигантов делает их уязвимыми перед более мелкими хищниками. При таком характере эволюции, существующие виды, каждый на своём уровне, оказываются зажатыми между межвидовой борьбой за выживание и увеличивающейся гравитацией.

И если в водной среде, где архимедова сила компенсирует гравитационное воздействие, эволюция водных животных позволила представителям других видов (синий кит, тигровая акула, скат манта и т. п.) занять экологическую нишу вымерших ихтиозавров и плезиозавров , то на суше, самые крупные современные представители травоядной (слоны, жирафы и др.) и хищной (белые медведи, тигры и др.) мегафауны в разы меньше и в десятки раз легче сухопутных мегагигантов юрского периода.

От мира рептилий мезозоя остались пресмыкающиеся и птицы, которые прошли через узкое горлышко естественного отбора, а затем в полной мере продемонстрировали свои способности к изменчивости в процессе приспособления к новым условиям.

Для сравнения можно отметить, что существует около 10 793 современных видов рептилий. Не считая птиц, это почти в два раза больше известных видов млекопитающих (до 5500 известно современных видов ).

Согласно данным Международному союза орнитологов, ныне живущие птицы образуют многообразие, исчисляемые 10 738 видами.

См. также

• Зауроподы
• Размеры динозавров
• Биомеханика динозавров
• Проблема гигантизма палеозой-мезозойской мегафауны
• Теория стационарной Вселенной
• Гипотеза расширяющейся Земли
• Гипотеза изначально гидридной Земли
• Мел-палеогеновое вымирание
• Парадокс слабого молодого Солнца
• Проблема формирования магнитного поля Земли

Литература

• Нэйш Д., Барретт П.  Динозавры: 150 000 000 лет господства на Земле  / Переводчик Рыбаков К. Научный редактор Аверьянов А., д-р биол. наук. — 1. — ООО «Альпина нон-фикшн», 2018. — 223 с. — ISBN 978-5-0013-9010-7
• Бурундуков А. С., Дроздов А. Л. Гигантские ящеры — палеонтологический вызов междисциплинарному синтезу. (рус.) // Биота и среда заповедников Дальнего востока . — 2015. — № 5. — С. 93-112. — ISSN 2227-149X.
• Смит Дж. Математические идеи в биологии / Перевод с английского А. Д. Базыкина По редакции и с предисловием канд. физ.-мат. наук Ю. И. Гильдерман. — первое. — Москва: «МИР», 1970. — С. 15-18, 19-20. — 179 с. — ISBN УД 681, 142: 57 + 61.
• Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они так важны? / Перевод с английского канд. биол. наук. В. Ф. Куликова и канд. биол. наук И. И. Полетаевой под редакцией канд. биол. наук Н. В. Кокшайский. — первое. — Москва: «Мир», 1987. — С. 11-26. — 259 с. — ISBN ББК 28.903 Ш73 УДК 591.7.
• Антонов А. Ю. Критический обзор представлений о геодинамических направлениях современной геологической науки в контексте информативности основных научных изданий России. (рус.) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле . — 2007. — № 2 (10). — С. 118-128. — ISSN 1816-5524.
• Сандер П.М. и соавт. Биология зауроподов динозавров: эволюция гигантизма // Биологические обзоры Кембриджского философского общества. — 2011. — Февраль (№ 86 (1)). — С. 117-155. — ISSN 1469-185X. — DOI: 10.1111 / j.1469-185X.2010.00137.x

Ссылки

1. Бурундуков А. С., Дроздов А. Л.  Гигантские ящеры — палеонтологический вызов междисциплинарному синтезу // Биота и среда заповедников Дальнего востока. — 2015. — № 5. — С. 93-112. — ISSN 2227-149X.

• Российские ученые назвали новую причину вымирания динозавров // vz.ru (15 октября 2015). Дата обращения 1 июня 2019 года.
• Эксперты: гипотеза о вымирании динозавров из-за роста земного притяжения несостоятельности // ТАСС Информационное агенство России. (17 октября 2015 г.) Дата обращения 1 июня 2019 года.
• Горина А. Янтарь рассказал об особенностях Земли времени динозавров // Вести. Наука. (21 ноября 2013 г.) Дата обращения 1 июня 2019 года.
• Размножение динозавров, не древняя гравитация, позволяющие развиваться крупногабаритным зауроподам . (англ.). Наука и инновации (25 февраля 2013 г.). Дата обращения 9 июня 2019 года.
• Была ли слабая гравитация ответственна за большой размер динозавра? (англ.). Маятник Галилея (25 февраля 2013 г.). Дата обращения 9 июня 2019 года.
• Земля с пониженной гравитацией — dinox.org. www.dinox.org. Дата обращения 20 июля 2019 года.