На суше и на море 1966(7)

ЗЕЛЕНЫЙ ЛИСТ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ

Человек — совершенное творение природы. Однако люди менее приспособлены к окружающей среде, чем самый хилый зеленый росток.

...Вот солнечный луч коснулся крошечного зеленого листка, и началась самая важная, самая нужная работа на Земле— создание океана кислорода, создание пищи для животных и человека. Крошечный зеленый росток, как биохимический завод далекого будущего, совершает великое таинство — создает живое вещество из простых соединений неживой природы.

Почти 3 миллиарда лет с помощью фотосинтеза идет переход химических элементов из неорганического мира Земли в живую клетку и обратно. Один и тот же атом многократно был составной частью каких-то организмов и опять возвращался в неживую природу. Растения, как гигантский насос, прокачивают через себя вещество Земли, изменяя и переоткладывая его. Этот процесс принято называть биологическим круговоротом веществ.

Ведущая роль в круговороте веществ принадлежит углероду — основному «кирпичику» земной жизни. Замечательное свойство углерода образовывать длинные цепи атомов (белковые и другие молекулы) определило его исключительную роль в эволюции земного шара.

Если на периодической таблице Д. И. Менделеева отметить, сколько того или иного элемента содержится в земной коре, то окажется, что наибольшую роль здесь играют элементы, имеющие четный порядковый номер, что на Земле особенно много тех элементов, номера которых кратны шести, а атомный вес кратен четырем. В химическом составе всех организмов, населяющих нашу планету, тоже преобладают эти элементы (углерод, кислород, кальций и другие).

Взгляните на менделеевскую таблицу и вы увидите, что углерод занимает особое место. Ведь он четный, и у него атомный вес кратен четырем. Кроме того, углерод носит шестой порядковый номер. Кто знает, может, именно это положение углерода в таблице (то есть его «атомные» свойства) и определяет периодику шестых элементов, которые наиболее важны и для живых существ, и для земной коры.

Фантасты часто пишут о кремниевых цивилизациях на других планетах. Они даже заменили углерод кремнием и в земных организмах. Но вряд ли правильны эти предположения. И на планетах, и на звездах, и даже в туманностях наиболее распространены те же элементы, что и в земной коре. Во Вселенной действует единый закон образования атомных ядер. Всюду физико-химические свойства элементов одинаковы. Поэтому скорее всего наши «братья по разуму» построены из тех же химических элементов, что и человек.

В процентном отношении содержание углерода в живом веществе нашей планеты больше, чем в земной коре. Подавляющая же часть живого вещества сосредоточена в растениях. Намного меньше его в животных. А на человечество приходится вообще ничтожная доля. Если все люди, живущие сейчас на Земле, встанут вплотную к друг другу, то они разместятся на территории небольшого озера Севан в Армении. Очень мало места займет человек на поверхности Земли по сравнению с бескрайними лесами и джунглями, полями и океаном, под пустынной поверхностью которого скрыто колоссальное количество всевозможных организмов.

Здесь в прибрежных океанских лагунах миллиарды лет назад возникла жизнь, здесь началась грандиозная углеродная перестройка планеты. Главная работа выпала на долю растений. Древнейшие растения — сине-зеленые водоросли (их и сейчас можно встретить в любом уголке земного шара), изменив состав атмосферы и геохимические условия на Земле, приспособили планету для жизни всех других организмов. Вскоре водорослям стали помогать и наземные растения. Их жизнедеятельность во многом определила эволюцию Земли, и цифры доказывают это. Академик В. И. Вернадский писал: «...все бытие земной коры, по крайней мере 99 процентов по весу массы ее вещества, в своих существенных с геохимической точки зрения чертах обусловлено жизнью».

Жизнь — это прежде всего растения, это прежде всего круговорот углерода. Только в течение четырех лет растения суши и моря усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере. Девять десятых этой работы выполняют морские водоросли. За долгую историю земного шара растения создали грандиозное количество органических веществ. Часть из них сохранилась до наших дней в виде залежей угля, газа, нефти, горючих сланцев и т. д. Запасы органического углерода составляют приблизительно 10 тысяч миллиардов тонн, или 200 тонн на гектар земной поверхности.

Растения не только перераспределяют вещество земной коры, они запасают впрок энергию солнечного света. И хлеб, и уголь таят в себе частичку Солнца. Горючие ископаемые— это «солнечные консервы», приготовленные растениями миллионы лет назад.

Погружаясь в глубь земной коры, горючие ископаемые часто отдают свою энергию. Значит, можно предположить, что какая-то доля труда растительного мира есть и в мощном дыхании вулканов, и в других тепловых процессах земных недр.

Миллиарды лет назад горные породы Земли были окрашены преимущественно в серые и черные тона, даже глина была серой: в атмосфере еще было очень много углекислого газа и не было главного окислителя, «главного художника по камню» — кислорода. Выделив кислород, растения окрасили неживую природу в красные, оранжевые и желтые цвета. Изменив газовый состав атмосферы, они изменили всю химическую обстановку на Земле, в особенности условия осадкообразования горных пород. Сейчас многие химические элементы не могут свободно перемещаться на большие расстояния, потому что, окисляясь, они дают труднорастворимые соединения. Более же высокое содержание углекислого газа создает совсем другие геохимические условия, когда элементы легко перемещаются, образуя месторождения.

Вот только один пример. Мировой океан и атмосфера ежегодно обмениваются миллиардами тонн углекислоты. Часть газа растворяется в морской воде, а часть образует углекислые соли. Чем больше углекислоты в атмосфере, тем больше ее растворяется в океане, тем лучше условия для отложения известняка: ведь в его состав входит углерод. Если предположить, что ранее в атмосфере Земли было гораздо больше углекислого газа, чем сейчас, то становится понятным мощное карбонатное осадкообразование в прошлом.

Если вас спросить, могут ли микроскопические водоросли влиять на климат Земли, скорее всего, вы ответите: нет, не могут. А между тем они основные потребители углекислоты и, «съедая» ее, вероятно, не раз остужали Землю миллионы лет назад. Углекислый газ почти полностью прозрачен для видимой части спектра солнечных лучей и свободно пропускает их к земной поверхности. Поверхность же земного шара отражает в космос тепло в основном в виде инфракрасных лучей, а покрывало из углекислоты «поглощает» эти лучи и препятствует уходу тепла в мировое пространство, согревая Землю. Поэтому, чем больше в атмосфере углекислого газа, тем теплее климат.

В течение последнего миллиарда лет большая часть Земли имела климат, близкий к тропическому, который примерно через 200 миллионов лет прерывался сравнительно короткими ледниковыми периодами. Известно, что причиной Материковых оледенений служит общее понижение температуры воздуха всей планеты. Если растения «съедят» половину углекислоты, имеющейся сейчас в атмосфере, то температура на земном шаре понизится в среднем на 3,8°, что может привести к оледенению.

Но новое оледенение нам не грозит. Только за 100 лет человечество, сжигая в огромных количествах уголь, нефть, газ и другое топливо, добавило 360 миллиардов тонн углекислоты в атмосферу, что повысило среднюю температуру Земли на 0,5°, в Арктике же температура повысилась на 3,9°. Если расход топлива будет расти прежними темпами, то к 2000 году в атмосфере прибавится около тысячи миллиардов тонн углекислоты, что еще на 2° повысит среднюю температуру Земли.

Увеличение количества углекислого газа в воздухе благоприятно отразится на жизни растений, так как они постоянно испытывают «углеродный голод». Сейчас в безветренные дни, когда воздух почти неподвижен, растения вынуждены «приостанавливать» фотосинтез. Они за день «съедают» весь углекислый газ, находящийся в нижнем, примерно стометровом слое воздуха.

Все современные растения гораздо лучше развиваются в воздухе, в котором углекислоты в 10—15 раз больше, чем ее содержание в современной атмосфере. Даже человек не ощущает ее пятикратного увеличения. Такая всеобщая приспособляемость говорит о том, что развитие жизни на Земле проходило при более высокой концентрации углекислоты. Нынешнее же ее содержание нужно считать ненормально низким, хотя в истории земного шара бывали моменты, когда атмосфера содержала еще меньше углекислого газа, чем сейчас.

Большая часть углерода, бывшего в атмосфере прошедших геологических эпох, теперь запасена в земной коре. Вулканическая же деятельность на Земле постепенно ослабевает из-за роста жестких участков земной коры (так называемых платформ). Постоянно уменьшается и количество углекислого газа, поступающего в атмосферу из вулканов. Это уже давно сказывается на растительном мире.

К началу древней геологической эры Земли (палеозойской) растения в основном исчерпали запасы атмосферной углекислоты. И с тех пор каждой вспышке вулканической деятельности при горообразовании соответствует пышный расцвет растительного мира. В эти эпохи величайших природных потрясений, когда резко меняется вся географическая среда, возникают новые виды растений, а вслед за ними возрастает и общее количество растительной массы: ведь атмосфера насыщается «углеродными кирпичиками жизни».

Около 30 лет назад появилась гипотеза о связи вулканизма с углеобразованием. Эта гипотеза говорит о том, что усиленное поступление углекислоты в эпохи вулканической деятельности вызывает усиленное развитие растительности и мощное углеобразование. С прекращением вулканизма уменьшается количество углекислоты в атмосфере (ее связывают растения) и углеобразование ослабевает, так как уменьшается вся масса растительного мира.

Недавно выяснилось, что отложения известняков также совпадают с эпохами вулканизма. Сейчас делаются попытки связать периодику вулканизма с периодом обращения солнечной системы вокруг ядра Галактики (он приблизительно равен 200 миллионам лет). Это в свою очередь установит интересную природную взаимосвязь: оборот Солнечной системы вокруг ядра Галактики — горообразование и вулканизм — потепление климата — расцвет растительного мира — мощное осадкообразование.

С. Старикович