Биосфера — колыбель и дом человечества

Слово биосфера, т.е. сфера жизни, как научный термин, стало употребляться с начала XIX века. По-видимому, первым его начал использовать Жан Ба­тист Ламарк. Но еще в начале XVIII века Бюффон и некоторые другие ученые эпохи Просвещения имели представление о глубокой и неразрывной связи жизни и планетарного вещества верхней оболочки Земли. Достаточно полное и очень близкое современному определению биосферы было дано Эдуардом Зюссом в 1875 году, с именем которого связано учение об оболочках Земли, верхнюю из которых он и назвал биосферой.

Однако, только в начале XX века в трудах В.И.Вернадского сформировалось учение о биосфе­ре, как о динамической системе, объединившей ряд эмпирических дисциплин, таких как геохимия и био­геохимия, с методологическими проблемами развития живого вещества и взаимовлиянием процессов, про­исходящих в земной оболочке. Особое значение ра­бот этого великого ученого состоит в том, что он впервые нарисовал панораму исторического развития биосферы и показал роль живого вещества в процес­се эволюции на планете. Он ввел в научный оборот понятие живое вещество, которое он считал необхо­димым отличать от понятия жизнь. Живым веще­ством является лишь совокупность живых организ­мов, это — явление материального мира. А жизнь выходит за эти пределы, она протекает и в духовной сфере, в таких областях, например, как философия, фольклор, религия, художественное творчество.

Теперь принято считать, что биосфера включает в себя атмосферу, гидросферу и ту часть земной

 

БЫТЬ ИЛИ НЕ БЫТЬ... ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ?
^________________________________________________________________________________________________________________

 

тверди, которая является вместилищем живого ве­щества. По весу оно составляет ничтожную часть всего вещества планеты. Его количество не превы­шает десятых долей процента всей биосферы (при­мерно 0,25%). Оно сосредоточено в тонкой, более или менее сплошной, пленке на поверхности суши — в лесах и полях. Живое вещество есть и под повер­хностью Земли, на глубине не более трех километ­ров, и в прилегающих к поверхности слоях атмосфе­ры. Однако биогенные, т.е. созданные живым веще­ством породы, составляют значительную часть массы Земли и простираются за пределы биосферы.

Возникновение биосферы и ее последующая эво­люция неотделимы от геологической истории планеты. По данным науки, Земля как космическое тело сфор­мировалась из протопланетного облака 4,6 миллиарда лет тому назад. За счет дегазации лав, выплавляв­шихся из верхней мантии в процессе вулканических извержений, на поверхность Земли выделялись газо­образные соединения углерода, серы и азота, кото­рые образовали первичную атмосферу. Это предпо­ложение подтверждается результатами анализа пу­зырьков газа, обнаруженных в протоархейских (так называемых, катархейских) породах. На 60% такие газы составляла углекислота, остальное — соедине­ния серы, аммиак, а также окислы углерода.

В начале атмосфера была очень тонкой и влияние парникового эффекта было ничтожным. Это обсто­ятельство позволяет легко определить, какова могла быть средняя температура на поверхности Земли вскоре после ее образования. Для этого нужно срав­нить поток тепла, поступавший на земную поверх­ность от Солнца, с потоком тепла, уходившего от Земли в процессе теплового излучения. Первая величина с тех пор практически не изменилась, а вто­рая — пропорциональна четвертой степени темпе-

 

	Никита Моисеев
^________________________________________________________________________________________________________________

 

ратуры излучающей поверхности. Основываясь на та­ких данных, можно подсчитать, что температура на поверхности планеты в те времена могла составлять около 15 градусов Цельсия. При такой температуре пары воды должны были конденсироваться и за этот счет постепенно образовалась гидросфера.

Что касается состава воды первичного океана, то исследователи сходятся на том, что он был близок к современному. Несмотря на то, что объемы воды и плотность атмосферы все время росли, они и се­годня составляют ничтожную часть вещества всей планеты. Вместе с ледниками океаны, моря, озера и реки составляют одну четырехтысячную, а атмосфе­ра — одну миллионную долю массы Земли. Свободного кислорода, как в первичной атмосфере, так и в первичном океане не было.

История развития биосферы в настоящее время датирована довольно точно. Первые живые суще­ства — прокариоты — возникли, вероятнее всего, через 600 миллионов лет после образования Земли.* Это были предки современных сине-зеленых водо­рослей, появившиеся в мелководных, хорошо про­греваемых лагунах мирового океана. На заре истории земной жизни количество типов прокариотов, веро­ятно, было огромным. И все они были очень хорошо приспособлены к условиям окружающей среды.

______________

* Некоторые находки в кремнистых сланцах Свазиленда (ЮАР) позволяют утверждать, что развитая биосфера существовала на Земле 3,4 миллиарда лет тому назад. Но зарождение жизни, вероятнее всего, произошло значительно раньше. На основе ана­лиза осадочных пород, обнаруженных в Австралии, высказыва­ются предположения о зарождении жизни около 3,9 миллиарда лет тому назад. Есть ученые которые считают, что возраст жизни на Земле превышает 4 миллиарда лет.

 

БЫТЬ ИЛИ НЕ БЫТЬ... ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ?
^________________________________________________________________________________________________________________

 

Прокариоты осуществляли реакцию фотосинтеза, в результате чего образовывался свободный кислород. Их активность, связанная с производством кислоро­да, положила начало трансформации состава атмос­феры и гидросферы, а также некоторым окисли­тельным процессам. Осадочные породы, содержащие окислы железа, возраст которых никак не меньше 2,5 миллиарда лет, свидетельствуют о том, что уже в это время в атмосфере содержался свободный кис­лород — газ, смертельно опасный для прокариотов.

Но процесс насыщения атмосферы кислородом шел крайне медленно. Около 3,5 миллиарда лет на Земле было царство прокариотов. Содержание кислорода в одну тысячную доли современной концентрации было достигнуто лишь около 1,2 миллиарда лет тому на­зад. Этого оказалось достаточно, для того чтобы в составе биосферы (сначала только в океане) появи­лись первые эукариоты, жизнедеятельность которых была основана на кислородном дыхании.

До превращения биосферы в царство эукариотов было еще далеко. В науке существует специальный термин — точка Пастера. Он означает такую концентрацию свободного кислорода, при которой кисло­родное дыхание становится более эффективным (при­мерно в 50 раз) способом использования внешней энергии Солнца, чем анаэробное брожение. Тогда ре­шающее преимущество получают организмы, спо­собные к кислородному дыханию. Такой критический уровень, равный примерно одной сотой современной концентрации кислорода, был достигнут примерно 600—700 миллионов лет тому назад. В этот момент произошел биологический взрыв, в результате кото­рого в океане появились не только многоклеточные эукариоты, но и практически все типы животных.

 

	Никита Моисеев
^________________________________________________________________________________________________________________

 

Около 400 миллионов лет тому назад, когда кон­центрация свободного кислорода достигла 10% совре­менного уровня, над Землей образовался озонный экран, предохраняющий живое вещество от жестко­го космического излучения, и жизнь смогла выйти на сушу. Как только это случилось, интенсивность реакции фотосинтеза резко возросла, и соответственно увеличилось поступление кислорода в атмосферу. Благодаря этому, всего за 100 миллионов лет был достигнут современный уровень концентрации кисло­рода — 16%. Это произошло около 200 миллионов лет тому назад. После этого создалась ситуация близкая к равновесной. Растения в океане и на суше производили вместе (примерно поровну) 100—150 мил­лиардов тонн кислорода в год, который практически полностью потреблялся в процессе дыхания живот­ными, а также в ходе химических реакций при окислении продуктов вулканизма и разрушающихся горных пород.

Углекислота, являющаяся основной пищей расте­ний, интенсивно расходуется на производство био­массы в процессе фотосинтеза и используется при образовании карбонатных осадочных пород. Поэтому концентрация углекислого газа, несмотря на то, что он продолжал поступать в атмосферу с вулканичес­кими извержениями за счет дегазации мантии Зем­ли, все время убывала. Когда появился Человек, концентрация углекислого газа в атмосфере уменьши­лась во много раз. Вследствие этого снизились ин­тенсивность фотосинтеза и сократилось производство растительной биомассы. Биосфера стала умирать.

Этот процесс продолжался до недавнего времени, до того момента, когда активность Человека, свя­занная с использованием запасов углерода, накоплен­ного былыми биосферами (это — преимущественно

 

БЫТЬ ИЛИ НЕ БЫТЬ... ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ?
^________________________________________________________________________________________________________________

 

ископаемые углеводороды: каменный уголь, нефть, газ, сланцы), не привела к значительным поступле­ниям углекислоты в атмосферу. За последние 100 лет общее количество этого газа в атмосфере увеличи­лось более чем на 20% и продолжает возрастать. Но это создает проблему, которую я подробно описал в первой главе этой книги.

Тайна зарождения ЖИЗНИ

Все, что мы видим вокруг нас на Земле, порож­дено ЖИЗНЬЮ. Но откуда появилось живое веще­ство, как свершился этот Акт Творения? В резуль­тате каких процессов образовалась, по выражению Вернадского, пленка живого вещества, лежащая между космосом и неживым, т. е. косным, веще­ством Земли? Мы почти ничего не можем сказать об этом величайшем событии в истории мироздания, причина происхождения которого до сих пор остает­ся уделом гипотез, не подкрепленных достаточно надежным эмпирическим материалом.

О загадке появления жизни думали многие поко­ления ученых. Попытки найти ответ на этот вопрос могут основываться на одной из двух альтернативных гипотез.

Первая — признать, что ЖИЗНЬ возникла неза­висимо от развития Универсума, что она — вечна и изначальна, как и Универсум. Так считал выдающий­ся шведский ученый Сванте Август Аррениус. Для него не существовало самого этого вопроса.

Вторая — исходить из того, что ЖИЗНЬ есть результат универсального эволюционизма и возникла как естественный этап в процессе усложнения Вселенной. Это — точка зрения универсального эволю­ционизма.

 

	Никита Моисеев
^________________________________________________________________________________________________________________

 

Обе эти гипотезы, равно как и гипотеза о началь­ном взрыве, возможно произошедшем во Вселен­ной, к сожалению, не имеют достаточно надежного экспериментального фундамента, и мой выбор вто­рой из них имеет во многом субъективный характер.

Гипотеза Аррениуса о том, что жизнь была зане­сена на Землю из космоса, была очень популярна, и Вернадский относился к ней весьма серьезно. Меха­низм панспермии действительно мог бы содейство­вать распространению жизни из космоса. Но приня­тие гипотезы Аррениуса не решает проблему. Она лишь сводит один вопрос к другому, не менее труд­ному: а откуда взялась жизнь в космосе?

Несмотря на огромные достижения науки во вто­рой половине XX века, она и теперь безуспешно пытается открыть завесу над важнейшей земной тайной — тайной зарождения ЖИЗНИ. Мы знаем только то, что около четырех миллиардов лет тому назад на Земле появилась качественно новая форма организации материи, которая обладает удивительной способностью усваивать с помощью фотосинтеза вне­шнюю энергию, энергию Солнца прежде всего*.

______________

* Именно — прежде всего, ибо еще в конце прошлого века замечательный русский микробиолог С.Н.Виноградский (органи­затор и первый директор института экспериментальной меди­цины в Петербурге) открыл хемосинтез — процесс образования некоторыми бактериями органических веществ из двуокиси уг­лерода и других компонентов, который происходит за счет энер­гии химических реакций. Так, например, возникают серные бак­терии при окислении серы. Открытие реакций хемосинтеза су­щественно расширило научные представления о возможности возникновения развития форм жизни, которыми располагает Природа. Может быть, не только Солнце, но и геохимические процессы внутри геосферы были еще одним источником энер­гии, без которых живое вещество не могло бы возникнуть?