Чтение онлайн

Биосфера продуцирует ежегодно около 170 млрд. тонн углерода и 467 млрд. тонн кислорода. Земля и её биосфера представляют собой, по существу, глобальную фабрику химических веществ с огромной экономичностью и эффективностью. К сожалению, время, затрачиваемое на производство, несоизмеримо с потребностями в ресурсах человеческой цивилизации. Ограниченность ресурсов Земли, накопленных биосферой за миллиарды лет, вынудит земную цивилизацию к созданию способов искусственного производства ресурсов и извлечению ресурсов внеземного происхождения.

Геохимические процессы, происходящие в недрах Земли и в её коре, в самом деле напоминают производственные циклы на химическом предприятии. Многие из этих процессов протекают в мантии при очень высоких давлениях и температурах. В миниатюре такие процессы воспроизводятся в научных лабораториях, в ходе экспериментов которых получаются аналогичные результаты. Природа Земли самостоятельно, без участия разума освоила процессы смешивания, растворения, кристаллизации, плавления, изменения структуры минералов в условиях высоких давлений и температур (метаморфизма), фильтрации, радиоактивного распада и т. д. В совокупности эти процессы обеспечивают рудообразование и насыщение приповерхностного слоя коры, глубиной 0,5–4,5 км, разнообразными веществами, составляющими природно-ресурсный потенциал человеческой цивилизации. Ядро Земли воздействует на мантию, мантийные потоки обеспечивают необходимые давления и температуры для протекания физико-химических процессов в литосфере, а литосферные плиты всей своей тяжестью давят на мантию. Результатом всех этих сложных взаимодействий являются месторождения алмазов, железа, золота, пластины, меди, вольфрама, молибдена, урана, горных пород, многие из которых служат сырьём для изготовления строительных материалов.

Земная кора состоит главным образом из восьми элементов – кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Почти половину массы коры составляет кислород, но он находится здесь, в отличие от его содержания в воздухе атмосферы, в связанном состоянии, прежде всего в окислах различных металлов. Преобладающую роль в земной коре играют лёгкие элементы – кремний, алюминий и их окислы – кремнезём и глинозём. Типичными для земной коры также являются фосфор и сера. Макроскопическое же сложение земной коры характеризуется горными породами различного типа и происхождения. Из них около 70 % составляют магматические породы, т. е. имеющие своё происхождение из магмы и поставляемые из глубин Земли вулканической активностью; около 20 % представляют собой метаморфические породы, возникшие в ходе преобразования минеральных масс при высоких температурах и давлениях; около 9 % приходится на осадочные породы.

Кажущаяся неподвижность и непоколебимость континентальной коры постоянно нарушается выветриванием, сносом и воздействием биосферы. Вследствие этих процессов вся континентальная поверхность полностью обновляется за 80-100 млн. лет.

В отличие от коры, мантия Земли насыщена как лёгкими элементами (магнием, кальцием), так и тяжёлыми (железом, марганцем, хромом, кобальтом, титаном и др.). Они также присутствуют в составе сложных окислов, ведущую роль среди которых составляют силикаты. Соответственно земная кора находится под двойным химическим воздействием – изнутри и снаружи. Изнутри из глубин земли, прорываясь сквозь плотный слой литосферы, происходит воздействие мантии, а сверху, из атмосферы, гидросферы и биосферы направляются потоки воздействий самых различных естественных процессов, происходящих на поверхности Земли. Итогом является колоссальная сложность химии земной коры, многообразие её химического состава.

Колоссальную роль в химической истории Земли играет радиоактивность. На эту роль впервые пристальное внимание обратил ирландский учёный Д. Джоли ещё в 1908 г. Его доклад о геологической значении радиоактивности произвёл сенсацию в научном мире и был встречен с огромным интересом образованным обществом в самых различных странах. Основываясь на успехах физики и химии своего времени, он впервые обосновал мысль о том, что всякий атом – не последний и неделимый, а только ключевой структурный компонент материи, а как токовой – как и всё в мире – имеет предел своего существования и с течением времени неизбежно распадается. Расчёты Джоли показывали, что с распадом атомов выделяется значительное количество тепловой энергии, а если просуммировать это количество в масштабах планеты, то его будет достаточно, чтобы обеспечить разогрев магмы, извержения вулканов, процессы горообразования и другие геологические процессы. Так возникла идея о первоначально холодном газопылевом облаке, которое разогревалось радиоактивным распадом атомов.

Земля в процессе своего формирования, как и многие другие первичные планетные образования, обладала высоким уровнем радиоактивности, и тепловая энергия, выделявшаяся в процессах радиоактивного распада, способствовала дифференциации вещества Земли, выделению ядра, мантии, созданию базальтовых расплавов, которые, застывая, образовывали плиты литосферы. Радиоактивность способствовала возникновению сложных органических соединений, которые явились одной из важнейших предпосылок и стартовым условием развития жизни.

Самые различные элементы, систематизированные в таблице Менделеева, характеризуются определённым набором изотопов, т. е. атомов с тем же зарядом ядра, но с разными массами. Вещество Земли и других планет состоит из 300 изотопов, из которых 273 стабильны, а остальные 27 нестабильны, радиоактивны. Радиоактивными являются все изотопы, расположенные в таблице Менделеева за 83-м элементом, – висмутом. Радиоактивными являются и некоторые изотопы более лёгких элементов, даже самого лёгкого – водорода. Ядра таких атомов нестабильны и распадаются с испусканием либо альфа-частиц, т. е. ядер гелия-4, либо бета-частиц, т. е. электронов. Радиоактивный распад ядра приводит к образованию другого ядра, чаще всего к возникновению изотопа другого элемента. При этом выделяется значительная тепловая энергия, которая способствует поддержанию теплового баланса Земли. Наиболее важную роль в этом процессе играют радиоактивные изотопы трёх элементов – урана, тория и калия.

При всех своих недостатках и телесной ограниченности Земля является космическим образованием величайшей физико-химической активности и разнообразия. Происходит это благодаря описанному выше эффекту двойной мобилизации, действующему из глубин Земли и с её поверхности, из биосферы.

Прогнозы экологов относительно наличия ресурсов в недрах Земли сильно занижены. Это показывает и пробуренная на Кольском полуострове сверхглубокая скважина, позволившая впервые в истории Земли проникнуть в её толщу на 12 километров и войти в прямой контакт с условиями её внутренней среды. Это космическое путешествие вглубь Земли показало, что химическая эволюция Земли продуцирует её физико-химические ресурсы, и, в частности, процессы рудообразования на очень больших глубинах. Естественное химическое производство в недрах Земли обусловлено своеобразием динамики температуры и давления в её глубинах.

По мере приближения к мантии температура «внутренностей» Земли до глубины в 3 км нагревается на 1 °C каждые 100 м, дальше – на 2,5 °C. Поэтому на глубине 10 км она достигает космической величины в 180 °C. Давление при глубине 3 км резко нарастает, а при глубине 8 км так же резко снижается. Всё это создаёт условия для постоянного возобновления «производственных» циклов.

На глубине от 4 до 11 км обнаружены огромные залежи раздробленных пород, скреплённых сульфатами железа, никеля, кобальта, меди. Образование этих пород явно происходило при сравнительно низких температурах. Эксперимент на Кольском полуострове позволил определить горизонты залегания основных масс полезных ископаемых. Для благородных металлов они пролегают на уровне 300–800 м, цветных металлов – 600-1200 м, железных руд – 300-2000 м, каменного угля – 700-1500 м, нефти и газа – 2500–6000 м. Поэтому расширение горизонтов человечества в сфере поисков источников ресурсов для его дальнейшего развития и процветания связано не только с покорением окружающего космоса, но и с проникновением в глубинный космос нашей праматери Земли.

Геологическая, геохимическая и биохимическая эволюция в своём непрерывном эволюционирующем взаимодействии образует географическую оболочку Земли с её наиболее фундаментальными особенностями и характерными факторами. Континенты и океаны, горы и долины, почва и реки, равнины и болота, особенности климата, химического состава и радиации, географические условия местности являются не только ареной, на которой разыгрывается драма жизни, формируются биологические виды и человеческие сообщества. Это ещё и совокупность материальных предпосылок, определяющих среду обитания и географически детерминирующих те особенности мобилизационных структур, которые наиболее пригодны к выживанию и совершенствованию жизнедеятельности в данных конкретных материальных условиях. Географический детерминизм, о котором впервые заговорили основатели геополитики в условиях обострившегося противостояния мировых держав, следует рассматривать ещё и как геомобилизационный детерминизм. Но в более широком, а не только в военно-мобилизационном смысле. Географические условия среды, формирующиеся на геолого-геохимической основе, во многом, хотя и не во всём, предопределяют характер и содержание мобилизационных структур, генерирующих тот или иной биологический, экономический, социальный или политический порядок.

11.1. Возникновение жизни как эволюционная и космическая проблема

Проблема возникновения жизни (биогенеза) представляет собой одну из труднейших эволюционных проблем, не имеющих пока вполне удовлетворительного разрешения на современном уровне знания. Собственно, природа, по крайней мере как она видится с нашей Земли, знает четыре эволюционных подъёма необычайной широты и высоты: формирование Метагалактики, образование жизни, возникновение человека и создание цивилизации. Три последних поистине космических масштабов эволюционных подъёма мы знаем исключительно из истории крохотной песчинки мироздания – Земли, а образование жизни при всех успехах последнего времени изучено лишь фрагментарно, и это изучение не имеет под собой прочной фактической базы.