Автор: Прокопенко А.Е. (Ангарск)
4. ИЗМЕНЯЮЩИЙСЯ
ЛИК ЗЕМЛИ
4.4 Самая мощная геологическая сила
4.5 Комета огненная, она же и шаровая молния
4.4 Самая мощная геологическая сила.
Над земной корой, которую на три четверти укрывают воды, находится
последняя сфера, состоящая из легких планетных элементов - газов. Её называют
атмосферой. Простирается она ввысь на сотни километров. Давление атмосферы на
уровне моря составляет около ста тысяч Паскаль
(одна атмосфера) и с высотой убывает, до 150 км - круто, а выше - более
плавно. В приземном слое до высоты 90 км атмосфера хорошо перемешана и имеет
однородный состав. В земной атмосфере содержится около 78% азота, 21% кислорода и только 0,03%
углекислого газа (см. таблицу). Средняя молекулярная масса в этой области
постоянна по высоте и равна 29,6. Поэтому область эту называют гомосферой.
Над гомосферой находится гетеросфера. В этой области из-за низкой
плотности невозможно турбулентное движение воздуха. В такой спокойной среде
газы дифференцируются по удельному весу. Водород и гелий из-за низкой плотности
поднимаются вверх, и их концентрация нарастает с высотой. А выше 700 км
атмосфера Земли состоит только из этих газов. Из-за высокой температуры на
больших высотах и недостаточной массы Земли водород и гелий постоянно
улетучиваются в космос (до 1 кг/сек), но количество их не уменьшается, так как
на Земле постоянно идёт процесс рождения всё новых и новых элементов, в том
числе и водорода, и гелия.
Состав атмосфер трёх планет
Венера Земля Марс
Азот 2 78 3
Кислород 0,2 21
0
Углекислый газ 97 0,03
95
Среднее давление
у поверхности (атм.)
95 1 6х10-3
Средняя плотность
у поверхности (г/см
куб) 61х10-3 1,27х10-3 1,2х10-5
Земля с её азотнокислой атмосферой находится между двумя
планетами, обладающими почти углекислой атмосферой. И первичная атмосфера Земли
была углекислой и очень плотной, подобно нынешней атмосфере Венеры, где
давление у поверхности почти в 100 раз больше, чем на Земле. Всё дело в том,
что кислород обладает очень высокой реакционной способностью, а поскольку
температура внутренних сфер Земли достаточно высока, то кислород находится там
и выделяется на поверхность исключительно в связанном состоянии - в виде
оксидов. Это и газы СО и СО2, и оксиды металлов, входящие в состав
большинства разрабатываемых рудных месторождений: марганца, железа, олова, хрома,
титана, ванадия, вольфрама и других.
Современный состав земной атмосферы определяется геологической и
биологической историями нашей планеты. Ни одно извержение вулкана не обходится
без выделения значительного количества газов. Расчёты показывают, что за время
своей деятельности вулканы их выделили достаточно, чтобы создалась очень
плотная атмосфера. Азот и углекислый газ при извержениях выделяются всегда и
составляют подавляющую часть. В состав выделений входят также хлор, гелий,
водород, сероводород, сернистые соединения.
Но на нашей планете, по крайней мере, в течение трёх миллиардов
лет, происходит такой биологический процесс, как фотосинтез. Это своеобразные
химические реакции, которые происходят под действием солнечного излучения в
клетках растений благодаря наличию в них магнийсодержащего пигмента -
хлорофилла. В результате фотосинтеза из газообразного соединения углекислоты
растение связывает углерод для строения своего тела, высвобождая кислород. В
глобальном масштабе наземные растения и растения морей ежегодно связывают 42,2 млрд. тонн углерода.
Фотосинтез, вызывая бурный рост биомассы планеты, сначала
медленно, а затем всё быстрее и быстрее вел к накоплению кислорода. И
подавляющая часть кислорода в современной атмосфере Земли образовалась в
результате жизни растений. Поэтому наличие в большом количестве свободного
кислорода на планете можно считать первейшим признаком наличия на ней жизни. Но
как возникла сама жизнь, родилась ли она на Земле или же занесена из Космоса?
В.И.Вернадский считал, что жизнь во Вселенной вечна, и её
"семена" переносятся от планеты к планете. Он писал: "Жизнь
вечна постольку, поскольку вечен Космос, и передавалась всегда биогенезом. То,
что верно для десятков и сотен миллионов лет, протекших от архейской эры до
наших дней, верно и для всего бесчисленного хода времени космических периодов
истории Земли. Верно и для всей Вселенной". И в наши дни многие учёные
поддерживают принцип "всё живое происходит от живого", выдвинутый
итальянским учёным Франчесско Реди ещё в девятнадцатом веке.
Но, несмотря на энергичные поиски, среди вещества внеземного
происхождения ни живого, ни созданного в результате жизнедеятельности
организмов (биогенного) вещества пока не обнаружено. Это и понятно.
Экстремальные условия Космоса не дают возможности для существования там жизни.
Очевидно и то, что другая высокоразвитая цивилизация не могла занести на Землю
жизнь по чисто техническим причинам. Уж очень мало планет, на которых возможна
жизнь. Учёные NASA считают, что в нашей Галактике их не более миллиона. А с
высокоразвитыми цивилизациями, как ни пытается, человечество связаться не
может. Возможно, их и нет в нашей Галактике. А если и есть единичные, то
разделены они друг от друга расстояниями в сотни, тысячи световых лет.
Преодолеть такие расстояния не представляется возможным сегодня, не появится
таких возможностей и в будущем.
Значит надо признать, что жизнь возникла на Земле. Но в какой
среде: в океане, на суше или в атмосфере? Сторонники возникновения жизни в воде
считают, что изначально в океанских водах было растворено большое количество
веществ. В малосвязанных с океаном заливах, лиманах концентрация веществ была
особенно высокой, отчего они по составу напоминали современные вулканические
кислотные озёра. В этом "питательном бульоне" шло множество
химических реакций, в результате которых и образовались длинные цепочки
аминокислот.
Но для этого на Земле должно было быть достаточное количество
воды. А была ли она? В атмосфере
Венеры, поверхность которой прогрета до 480 градусов, менее 0,05% водяных паров, а общая их масса в 266
раз меньше массы земных океанов и морей. Но Венера - это прошлое Земли. А
значит, и на Земле не было достаточного количества влаги. Поэтому жизнь не
могла родиться в воде. Ещё меньше возможностей для появления жизни на
неподвижной поверхности, так как для успешного протекания химической реакции
участвующие в ней вещества должны хорошо перемешиваться.
Такое вполне возможно в плотной атмосфере. Во время извержения
вулканов в атмосферу вырывается огромное количество горячих газов и пепла.
Химические анализы показывают, что в них присутствуют более 70 химических
элементов. В продуктах вулканических извержений обнаружены и довольно сложные
органические вещества: различные аминокислоты, основания нуклеиновых кислот,
порфарины и многие другие. В выбросах вулкана достаточно много радиоактивных
элементов, сильное ионизирующее действие излучения которых способствовали самым
разнообразным химическим реакциям. К примеру, при извержении вулкана
Сент-Хеленс 18 мая 1980 года выброс радиоактивности составил 1,1х1017
Бк (Бк - 1 беккерель и равен одному акту распада радиоактивного вещества в
секунду). При этом радиоактивность преобладала в виде сильно ионизирующих
элементов радия, тория, полония (из-за альфа-распада их). Все это даёт повод считать,
что изверженное вулканами органическое вещество и послужило источником
предбиологической эволюции. Эту идею поддерживают многие учёные. Е.К.Мархинин
по этому поводу писал: "Именно с образованием этих вулканогенных молекул
жизни на Земле началась молекулярная эволюция по пути преобразования неживой
материи в живую, приведшая впоследствии к возникновению жизни".
Итак, в районе действующих вулканов в плотной перемешивающейся
атмосфере возникли первые простейшие углеродные соединения (первоорганизмы), способные
к обмену веществ и размножению. Для их "питания" не требовалась вода
в жидком виде. И потому процесс зарождения жизни мог начаться ещё задолго до
того, когда температура атмосферы Земли опустилась до точки конденсации воды. А
это значит, что от зарождения первоорганизмов до появления сине-зеленых
водорослей могло пройти несколько миллиардов лет.
Первоорганизмы принялись связывать углерод воздуха. Уменьшение
углекислого газа в атмосфере способствовало снижению "парникового
эффекта", отчего Земля стала охлаждаться значительно интенсивнее. При
многочисленных грозах высвободившийся кислород, соединяясь с водородом,
образует воду. А когда температура атмосферы упала до точки конденсации воды,
на Землю упали первые капли дождя. С каждой каплей дождя к земле уносились и
многие растворившиеся в капле химические соединения. Атмосфера становилась всё
менее и менее плотной, а развивающиеся в ней первоорганизмы всё более и более
тяжелыми. И постепенно они осели на землю, где к тому времени уже образовались
озёра с кислотной водой. Там они и продолжали развиваться, пополняя атмосферу
кислородом, что приводило и к увеличению количества воды на Земле, а увеличение
объёма воды вело к увеличению живущих там организмов. Позднее приливно-отливные
движения воды помогли отдельным видам переселиться на сушу. За миллиарды лет
жизни организмы помогли создать 14,4х1017 тонн воды. Такова сейчас масса воды, находящейся в океанах,
морях, озёрах, болотах, реках, в почве и в атмосфере Земли. Наличие большого
количества воды на планете является вторым признаком существования на планете
жизни.
Рассматривая с этой позиции соседние планеты можно прийти к
выводу, что и на Венере, и на Марсе жизни нет. На Венере всегда было очень
жарко, и высокая температура не позволила зародиться жизни на планете. Поэтому
на Венере никогда не было растений, которые для строения своего тела связывали
бы углерод атмосферы, насыщая её кислородом и способствуя тем самым образованию
достаточного количества влаги. Совсем другая картина на Марсе. На снимках, полученных
с межпланетных станций, на поверхности планеты наблюдаются высохшие русла рек,
разветвлённая система притоков и желоба в широких руслах. Очень много признаков
водной эрозии и даже следы наводнений. Несомненно, в прошлом поверхность
планеты бороздили мощные потоки воды. Не исключено, что часть Марса была
покрыта мелким океаном. И было это всего несколько сотен миллионов лет назад,
сравнительно недавно по геологическому времени.
Значит, в далёком прошлом, когда Марс был достаточно теплым и
активным, и действовавшие вулканы выделяли достаточное количество газов, его
атмосфера была во много раз плотнее нынешней. И тогда на планете могла
возникнуть жизнь. Организмы усваивали углекислый газ, выделяя кислород, что и
способствовало образованию большого количества воды. Но жизнь на планете
возможна лишь до тех пор, пока идёт
обмен веществом её недр с поверхностью. А Марс уже давно неактивен. Планета
остыла, и давным-давно потухли её вулканы. Об этом свидетельствует и очень
слабое, более чем в 500 раз слабее земного, магнитное поле Марса. В его
атмосфере сейчас не более 0,1% водяных паров, а жидкой воды на поверхности и
быть не может из-за низкого атмосферного давления.
Бурное развитие наземной растительности во многом обязано
чудодейственным свойствам воды. Вода имеет очень высокое поверхностное
натяжение и благодаря этой способности и сильной смачиваемости она может очень
высоко подниматься по тончайшим капиллярам. Капиллярные силы позволяют
растениям впитывать и перекачивать тонны влаги. Вода обладает фантастической
способностью растворять большинство веществ. Необходимые для роста растений
вещества транспортируются водой из почвы к клеткам. Для образования каждого
грамма биомассы наземные растения перекачивают около 100 г. питательного
раствора, состав которого они сами и регламентируют. И этот сок также имеет интересное свойство: у отдельных
растений он не замерзает даже при 70 градусах мороза. И этим объясняется их
необычайная морозостойкость.
Изменение плотности воды от температуры носит нелинейный характер.
Чистая вода имеет наибольшую плотность при +4
С. И ниже этой температуры и выше объём её увеличивается. Поэтому
замёрзшая твёрдая вода (лёд) не тонет в жидкой. Это свойство не позволяет
замерзать водоёмам, начиная со дна, предохраняя придонные формы жизни от
вымерзания. Нелинейной от температуры является и теплоёмкость воды. До +35 С
она падает, а выше возрастает. Это препятствует быстрому изменению температуры
растений в неблагоприятных условиях. Все эти необычайные свойства воды
позволили растениям освоить сушу нашей планеты.
Выйдя на сушу, растения продолжали осуществлять свою миссию по
связыванию углерода из углекислоты воздуха. На побережье, где высокий уровень
грунтовых вод и потому всегда избыток влаги, наблюдалось большое скопление
растений. Масса органической материи, находящейся в состоянии медленного
разложения, была здесь огромна. На участках, где скорость опускания поверхности
(или скорость подъема уровня грунтовых вод) совпадает со скоростью накопления
вещества, в условиях недостатка кислорода и начинается цепочка: перегной - торф
- бурый уголь - каменный уголь - антрацит. Так считают геологи.
Первичные организмы начали перерабатывать вещество атмосферы. В
ходе эволюции "живого вещества" в процесс переработки вовлекалось всё
большее и большее количество неорганического вещества. В той или иной форме
"живое вещество" принимало деятельное участие в формировании всех
осадочных пород. Об этом еще полтора столетия назад писал французский
естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк:
"Сложные минеральные вещества всех видов, образующие внешнюю кору
земного шара и встречающиеся там в виде отдельных скоплений, рудных тел,
параллельных пластов и т.д. и образующих низменности, холмы, долины и горы,
являются исключительно продуктами животных и растений, которые существовали на
этих участках поверхности земного шара".
Из осадочных пород особое место на Земле занимают карбонатные,
подразделяющиеся по минеральному составу на кальцитовые (с преобладанием
кальцита СаСО3), доломитовые [с преобладанием минерала доломита
СаМg(CO3)2] и породы смешанного состава. Ничего странного
в этом нет. Кальций является одним из самых распространённых элементов в земной
коре, и с древнейших эпох использовался организмами для строения своих защитных
оболочек, а позднее и скелетов. Да и в настоящее время на долю карбонатных
осадков приходится около половины площади донных отложений Мирового океана.
Постоянно увеличивающееся в природе "живое вещество"
вовлекает в круговорот веществ (биотический оборот) все большее и большее
количество неорганического материала. Исследования почвоведа В.А.Ковды
подтверждают это: зольность древних растений намного меньше зольности растений,
появившихся в современный период. Следовательно, в современный период
вовлекается в оборот больше минеральных веществ.
По оценкам учёных в биотический оборот ежегодно вовлекается около
8 млрд. тонн вещества, что в несколько раз превышает массу продуктов извержения
всех вулканов мира за год. Перерабатывая неорганическое и разложившееся
органическое вещество живое вещество, изменяет и химические, и физические
параметры среды и является, таким образом, важнейшим средообразующим фактором.
Леса на суше очищают атмосферу от вредных газов, обогащая её кислородом, и
увеличивают количество атмосферных осадков. А зоопланктон, извлекая из воды
карбонат кальция и кремнезём для построения своих скелетов, очищает воды
океанов. "Живое вещество охватывает и перестраивает все химические
процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила,
растущая с ходом времени" - писал ещё в начале века Вернадский.
Это утверждение
справедливо для современной эпохи развития Земли. В прошлом же расцветы жизни
на основе фотосинтеза не единожды сменялись упадками, вызванными какими-то
глобальными изменениями на поверхности Земли. В истории биосферы было
достаточно много крупных катастроф. Исследования Л.М.Ван-Валлена показывают,
что за последние 600 млн. лет было семь значительных пиков вымирания морских
животных. В начале исследуемого периода такие пики повторялись через каждые
50-60 млн. лет. Наиболее крупное катастрофическое вымирание приходится на рубеж
перми и триаса (250 млн. лет назад). А последняя катастрофа произошла на
границе мела и палеогена (около 65 млн. лет назад). Она привела к вымиранию 90%
видов фауны и в первую очередь динозавров, до того бывших безраздельными
хозяевами на планете.
В ряде районов земного шара в отложениях, относящихся к концу
мелового периода (маастрихт),
обнаружена прослойка, резко обогащенная иридием. Как считают сторонники
космической катастрофы, эта прослойка образовалась за счёт вещества астероида,
который взорвался при столкновении с Землёй. Надёжно установлено, что в
космических телах (метеоритах) концентрация иридия необычайно высока, и его
можно считать индикатором примеси метеорного вещества в осадках. А на юге
Донбасса угольные пласты Н3 и Н4 имеют неприятные для шахтёров коржи –
прослойки породы внутри пластов угля, повышающих его зольность. Эти прослойки
указывают на то, что на несколько десятков тысяч лет биологическая жизнь на
территории прекращалась в результате каких-то катаклизмов. Вероятно, в те
времена Земля столкнулась с громадными
астероидами.
Геологи считают, что каждый миллион лет на Землю падал один
астероид диаметром более километра, а вероятные интервалы падения астероидов
диаметром более 10 км составляют 60-100 млн. лет. Более оптимистический прогноз
высказал Э.Эпик. По его расчётам увеличение массы тела в 10 раз соответствует
увеличению интервала между столкновениями с Землёй в 5-6 раз. Тела диаметром в
10 км и массой в 1012 тонн должны сталкиваться с Землёй раз в 350
млн. лет. Но рано или поздно встреча с астероидом состоится, и катастрофа
становится неизбежной.
Но внутреннее разнообразие биосферы обеспечивает её устойчивость
даже по отношению к самым значительным катастрофам. Жизнь, однажды родившись на
планете и развившись в планетарном масштабе, позаботилась о непрерывности
своего развития. Как только параметры атмосферы вернутся к первоначальному
состоянию, начинается быстрый рост новых видов организмов и уже через 10-15 млн.
лет разнообразие фауны превышает прежнее. Из чего же возрождается жизнь?
В последние годы исследователями обнаружены сначала в зоне рифтов,
а позднее и вне рифтов абиссальные (глубже 2000 метров) сгущения жизни. Это
небольшие по размерам "оазисы" с удивительно своеобразным
органическим миром, непохожим один на другой. Для развития там организмов не
нужна солнечная энергия. Источником энергии служат гидротермальные источники,
которые несут сероводород. Ими питаются хемоавтотрофы - микроорганизмы, которые
энергию получают исключительно в результате окисления разнообразных веществ, в
данном случае - сероводорода. Хемоавтотрофы и стоят в основании пищевой цепочки
абиссального сообщества.
В Тихом океане цепочка экзотических "оазисов",
расположенных друг от друга на расстоянии нескольких сотен метров, тянется в
меридиональном направлении по Восточно-Тихоокеанскому поднятию на 8 тыс. км.
Отличительными особенностями этих абиссальных рифтовых сгущений жизни являются
необычайно высокая плотность живого вещества, быстрый рост (в сотни раз
быстрее, чем их ближайшие родственники вне зоны рифта) и гигантизм их
обитателей. Бактерии-хемиавтотрофы вырастают до 0,1 мм, а двухстворчатые моллюски имеют размеры 25-30 см.
Абиссальные рифтовые сгущения
являются запальниками (искрами) жизни. Какие бы катастрофы не происходили на
поверхности Земли, пока планета активна и существует обмен веществом между
недрами и поверхностью, будет продолжаться жизнь в абиссальных
"оазисах". Когда параметры атмосферы придут в нормальные рамки, из
запальников жизнь перебросится в океаны, а затем и на сушу. Уже через 12-20
млн. лет разнообразие фауны превысит докатострофическое. Но это будет уже
другая, непохожая на предыдущую, жизнь. Таким образом, абиссальные рифтовые
сгущения являются гарантией продолжения жизни на Земле, если на поверхности
жизнь на основе фотосинтеза по какой-либо причине прекратится.
Web-страница geostar44
