Василий Поздышев - Похолодание, а не потепление
Почти сразу (по астрономическим меркам) — то есть уже 2,5 миллиарда лет назад— на одной из них произошло чудо — появилась Жизнь.
Механизм появления жизни на нашей планете наукой пока не раскрыт, но теория отдает основную роль в этом процессе именно атмосфере и ее составу:
• азот является важным компонентом органической химии, участвуя в синтезе белков, нуклеиновых кислот и в процессе фотосинтеза;
• кислород — окислитель, благодаря которому возможен процесс дыхания живых организмов;
• а вот углерод — то самое «С» в молекуле СО2 — база, на которой построены молекулы живых организмов. Органическая химия возможна благодаря способности атомов этого углерода образовывать очень большое количество сочетаний с атомами других химических элементов.
Иначе говоря — наша форма жизни была создана из того набора элементов, который находился в пра-атмосфере. Что было в воздухе — из того жизнь и появилась.
Справедливости ради надо отметить, что та атмосфера, что Земля имеет сегодня, — не есть ее «естественная», природная атмосфера. Изначально примитивная атмосфера планеты состояла из тех же легких (летучих) газов, из которых состояла сама туманность, ставшая Солнечной системой — из водорода, гелия и аргона.
Эту атмосферу Земля потеряла. Предполагают, что в результате ужасной катастрофы — столкновения с другой планетой или неизвестным космическим «телом», размерами примерно с Марс. Столкновение это превосходит любую научную фантазию, поэтому никто и не пытается его восстановить, но вот последствия его для появления жизни чрезвычайно важны:
• во-первых, у Земли появилась Луна, которая есть не что иное, как оторванный и выброшенный на орбиту кусок нашей планеты, благодаря которому с завидной регулярностью прибрежная зона имеет приливы и отливы (где жизнь и появилась);
• во-вторых, от удара сама планета «накренилась на бок», и так и осталась вращаться «лежащей на боку», то есть солнечная радиация распределяется неравномерно (об этом позже).
Это и другие столкновения — в те древние времена в небесной механике было немало хаоса, — а также сильный солнечный ветер содействовали тому, что атмосфера Земли потеряла большую часть летучих газов атмосферы первичной, и на ее место пришла «вторая» атмосфера.
Считается, что примерно в это же время на планете появился океан. Откуда на планете появилось столько воды — до сих пор большая загадка. Наиболее распространенная версия — бомбардировка либо гравитационный захват большого количества осколков комет (которые действительно могут состоять изо льда). А может, то самое небесное тело, что оторвало будущую Луну от Земли, и было огромной космической «ледышкой» (его следов ведь пока не обнаружили)… По другой версии вода появилась из реакции первичной атмосферы (там было много водорода с кислородом). В общем, все гадают, но никто не знает.
Вторая атмосфера Земли — ее еще называют «вторая примитивная праатмосфера» — для живых организмов тоже была непригодна. Восстановить ее состав с высокой степенью точности невозможно, но предполагается, что она напоминала атмосферу других теллурических планет Солнечной системы сегодня — таких как Марс и Венера (которые тоже пережили немало космических коллизий и также потеряли первую атмосферу). То есть в основном она состояла из эмиссий газов от горячей коры планеты — из того же углекислого газа — СО2, а также из азота — N2, аммиака — NH3, серных газов — таких как SО2, и еще паров воды — Н2О.
А ту атмосферу, которую мы имеем сегодня, наша планета «создала» сама за более чем 4 миллиарда лет, выпаривая океаны, извергая пар, а потом терпеливо выкачивая из нее тот самый СО2 растущими растениями и планктоном. Процесс биологического роста растений (известный нам со школьной парты фотосинтез) связывает углерод в биомассе, то есть основная «пища» растений — это углекислый газ СО2. «Поедая» СО2, растения накачивают атмосферу кислородом О2, освобожденным в фотосинтетическом процессе.
Почему я так подробно об этом пишу— хочется, чтобы читатели понимали, что климат и жизнь на нашей планете есть одна, нераздельная система.
Не будем исследовать сейчас научные и ненаучные теории происхождения жизни[1]. Отметим только, что сегодня мировое научное сообщество предпочитает теорию «примитивного супа», предложенную нашим с вами соотечественником — советским ученым Александром Ивановичем Опариным (умер в 1980 году). По этой теории, растворенные в горячей воде элементы второй атмосферы под воздействием ультрафиолетовых лучей и сильнейших электрических разрядов произвели сложную химическую реакцию, в результате которой получились молекулы органической химии — аминокислоты (из которых состоят протеины).
Эта часть теории была подтверждена известными всему миру экспериментами Стэнли Миллера, который в 1953 году в Чикаго слил в пробирку нечто, напоминающее по составу примитивный суп и в течение недели пропускал через суп разряды тока в 60 тысяч Вольт. Результаты потрясли научный мир — Миллер (ему тогда было всего 23 года) получил из «примитивного супа» многочисленные аминокислоты. Вторая часть теории Опарина — появление в «примитивном супе» гетеротрофов (организмов, способных синтезировать органические элементы из минеральных) — пока экспериментами не доказана.
Мы знаем, что климат на Земле в эпоху зарождения жизни был суровый. Солнце тогда грело Землю гораздо меньше— планета получала примерно на четверть меньше солнечной радиации, чем в наше время. Как ни парадоксально, но на ней не было холодно: геологи и палеоклиматологи не находят следов оледенения на геологических формация тех времен. Этот феномен назвали «Парадоксом слабого Солнца» (Weak Sun Paradox).
Предполагается, что, во-первых, собственное излучение молодой Земли в инфракрасном диапазоне было более сильным, а во-вторых, концентрация углекислого газа и паров воды в атмосфере примерно в 100 раз превышала ту, что мы имеем сегодня. Результатом этого была высокая влажность и высокая температура у поверхности планеты — около 60 градусов Цельсия. Что (по теории Опарина) и являлось одним из факторов создания на поверхности нашей планеты «примитивного супа» из углеродных соединений.
Некоторые следы той жизни на нашей планете можно увидеть и сегодня — на юго-востоке Гренландии (местечко Изуа). Это «поля» странного вида скал, похожих на круглые столбики — на самом деле, это окаменевшие остатки колоний простейших живых организмов. Это были колонии примитивных анаэробных бактерий (прокариотов), питавшихся… углекислым газом. Прокариотами их называют по причине простейшего строения клеток — нет отделения ядра от цитоплазмы.
С этого момента связь жизни и климата постоянна — живые организмы начинают активно менять облик своей планеты и ее климат. На смену прокариотам (неспособным выделять кислород) пришли и заполонили океан колонии микроскопических сине-зеленых водорослей (огромные слои осадочных пород карбоната кальция на дне океанов свидетельствуют об этом). Жизнь научилась использовать для питания фотосинтетический процесс и начала насыщать атмосферу кислородом. Гораздо позже (около двух миллиардов лет назад) появились более сложные организмы — эвкариоты (имеющие более сложное строение: ядро и оболочку, наполненную цитоплазмой).
За 2 миллиарда лет биосфера планеты (Жизнь) «выкачала из атмосферы» и захоронила в виде океанских осадочных пород (карбонатов и кальция) около 80 миллиардов тонн углерода (почти все, что было) и взамен насытила атмосферу кислородом до 18 %—20 %, сделав ее пригодной для нового типа жизни — одной из двух ветвей эвкариотов — животных, к которому и мы с вами тоже относимся. То есть благодаря активным жизненным процессам простейших водорослей и огромному количеству выброшенных ими в атмосферу «отходов жизнедеятельности»— кислорода, если бы мы с вами попали на Землю 2 миллиарда лет назад — мы бы уже могли дышать.
Именно эта чрезвычайно активная химическая деятельность примитивной жизни очень сильно изменила климат: на планете стало гораздо прохладнее.
Надо понимать, что именно жизнь, связавшая углерод в белки и углеводы, и выкачивающая его миллионами тонн из атмосферы, предотвратила превращение Земли во «вторую Венеру» с точки зрения климата. 4 миллиарда лет назад «стартовые условия» на Венере были очень похожие на земные, но Жизнь на Венеру не попала (или не зародилась), и эта спираль нагревания не остановилась. Поэтому сегодня температура на поверхности Венеры достигает 450 градусов Цельсия.
Возраст первого оледенения датируется (с большой погрешностью, конечно) как раз около 2 миллиардов лет назад. Причины его неизвестны, предполагается сочетание многих факторов: жизнь (переход углерода из атмосферы в связанное состояние) изменила состав атмосферы, изменение альбедо планеты (отражающую способность поверхности), но этого для оледенения не было бы достаточно. Поэтому предполагаются еще и сочетание факторов геологических (массовые извержения вулканов и формирование гор — атмосфера запыляется, а в горах рождаются ледники) и астрономические (изменение орбиты Земли) и даже проход Солнечной системой через облако «звездной пыли». В общем, почему это произошло — никто не знает, но доказано, что около 2 миллиардов лет назад большая часть нашей планеты (а может быть, и вся Земля) была покрыта льдом толщиной в несколько километров. Длилось это оледенение очень долго — планета замерзла почти на 400 миллионов лет.
