Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
Шрифт:
Для учителя В. И. Вернадского — В. В. Докучаева — биотический и абиотический факторы были равноправными партнерами формирования почвы. Вернадский же, перейдя на глобальный уровень, показал, что ведущим фактором, преобразующим лик Земли, является жизнь. Ее особенность заключается не только в ускорении химических реакций — некоторые реакции вне организмов вообще не происходят при нормальных температурах и давлениях. Хорошо об этом сказал Л. С. Берг: «Организмы осуществляют нечто с физической точки зрения невероятное». Так, жиры и углеводы окисляются в организме при температуре около 37°, а вне его — при температурах 400:500°C. Синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условиях осуществляют при температуре 500° и давлении 300—350 атм. А микроорганизмы без особых затруднений проводят эту реакцию при обычной температуре и атмосферном давлении.
Биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своими «входом» и «выходом». Ее «вход» — это поток солнечной энергии, поступающий из космоса, «выход» — те образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые в силу каких-либо причин ускользнули из биотического круговорота (иногда — на многие миллионы лет). Образно говоря, это выход в «геологию».
На языке современной науки биосферу называют саморегулируемой кибернетической системой, обладающей свойствами гомеостата. 50 лет назад таких терминов еще не существовало, и Вернадский говорил в этом смысле об «организованности биосферы» (а в более ранних работах — о ее «механизме»).
Одно из наиболее характерных проявлений организованности биосферы Вернадский видел в наличии озонового экрана, находящегося за пределами биосферы и поглощающего губительные для жизни ультрафиолетовые лучи. Состав газовой оболочки нашей планеты полностью регулируется жизнью.
Другой пример саморегулирования представляет собой Мировой океан. Реки ежегодно вносят в океан 1,5 млн. т карбоната кальция, а солевой состав океанической воды существенно не меняется. Почему? Организмы используют эти карбонаты для построения своих скелетов, а после их отмирания карбонаты осаждаются на дно. Так путем создания «кальциевых покровов» нашей планеты стабилизируется состав океанских вод. Этот механизм действует в биосфере уже многие миллионы лет.
Таким образом, саморегулирование биосферы Земли обеспечивается живыми организмами. Это позволяет считать биосферу централизованной кибернетической системой. Под таким названием объединяют системы, в которых один элемент (или подсистема) играет доминирующую роль в функционировании системы в целом. Этот элемент называют ведущей частью системы или ее центром. Живые организмы в биосфере и играют роль такого центра.
Согласно закону необходимого разнообразия Эшби кибернетическая система только тогда обладает устойчивостью для блокирования внешних и внутренних возмущений, когда она имеет достаточное внутреннее разнообразие. Земля как планета характеризуется значительным разнообразием природных условий. Это определяется ее шарообразной формой, ее движением вокруг Солнца и вокруг своей оси, что, в свою очередь, обусловливает широтное и сезонное изменение интенсивности поступления солнечной энергии; значительное разнообразие природных условий создается и расчлененным рельефом Земли. Амплитуда абсолютных отметок поверхности Земли составляет больше 19 км — от +8848 м — гора Джомолунгма (Эверест) до -11022 м — Марианская впадина в Тихом океане. Но основное разнообразие биосферы Земли создается живыми организмами.
Интереснейшее обобщение (до сих пор недооцененное) о создании организмами неоднородности среды было сделано в начале нашего века русским микробиологом, профессором Михаилом Андреевичем Егуновым (1864—1937). «Всякая среда, населенная живыми организмами, есть среда биоанизотропная. Биоанизотропия есть явление общее; биоизотропии нет, — писал Егунов. — Это вытекает из того, что между средой и каждым организмом происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому в каждый данный момент различные точки среды отличаются друг от друга по физико-химическому составу.
Считают, что в современной биосфере представлено около 2 млн. видов живых организмов (а за все время существования биосферы их было не меньше миллиарда), причем каждый из этих видов, в свою очередь, включает в себя миллионы и миллиарды особей, дисперсно распределенных в пространстве. Недавно подсчитали, например, что в Приангарье на площади 0,23 км^2 живет 535 (!) видов беспозвоночных, каждый из которых, естественно, по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов и создает удивительное разнообразие окружающей нас «природы» — биосферы. Пожалуй, мы не могли до последнего времени оценить это разнообразие — нам просто не с чем было сравнивать нашу биосферу. И лишь теперь, когда мы увидели на экранах телевизоров, на страницах иллюстрированных изданий пейзажи иных планет, лишенных жизни, — лишь теперь мы можем в полной мере оценить «внутреннее разнообразие» биосферы. Оно служит своеобразной гарантией сохранения жизни на нашей планете.
Нам сейчас трудно представить себе масштабы геологических катастроф, происходивших в истории Земли. Самые страшные из известных нам землетрясений сопровождались сбросами амплитудой 4—6 м. Тектонические явления такого масштаба расцениваются как национальное бедствие — вспомним страшное перуанское землетрясение 1970 г., унесшее около 100 тыс. жизней. А в геологических отложениях известны сбросы амплитудой в несколько километров! Неисчислимые бедствия несут и вулканические извержения. Наиболее крупное из них произошло в начале этого века на Аляске. Высота утеса, образованного застывшей лавой, достигает здесь 100 метров! А при извержении на острове Кракатау в 1883 г. выпал слой пепла толщиной от 2 до 60 м.
Сколько их было в истории биосферы, геологических катастроф! Тем не менее все крупные катастрофы, когда-либо случавшиеся в биосфере (включая оледенения), всегда носили локальный, а не глобальный характер. Правда, в последнее время на этот счет появились некоторые сомнения. Причиной этого послужило то обстоятельство, что в ряде районов земного шара (Дания, Италия, Испания, Новая Зеландия, впадины Тихого и Атлантического океанов) в пограничных отложениях между мелом и палеогеном был обнаружен тонкий (всего несколько сантиметров) прослой, резко обогащенный иридием. Поскольку иридий является одним из характерных элементов метеоритов, было высказано предположение, что прослой, обогащенный иридием, образовался за счет вещества астероида, который взорвался при столкновении с нашей планетой. С этим событием стали связывать массовые вымирания многих групп организмов (в первую очередь динозавров), характерные для данного отрезка геологической истории.
Для проверки этой гипотезы в Палеонтологическом институте АН СССР была проведена фундаментальная работа по детальному анализу смены фауны на границе мезозоя с кайнозоем. Это исследование показало, что вымирание представителей различных групп органического мира происходило достаточно постепенно и для разных групп не одновременно. Что же касается вымирания динозавров, то оно предшествовало появлению в разрезе иридиевого прослоя. Директор Палеонтологического института академик Леонид Петрович Татаринов сделал вывод, что вообще «ни в одном случае гипотеза о глобальной катастрофе как основной причине смены биоты в истории Земли не получила подтверждения на достаточно достоверном палеонтологическом материале».
А как же иридий? Ученые университета штата Мэриленд (США) недавно показали, что иридий может иметь и земное происхождение. Исследуя продукты выброса вулкана Килауэа, расположенного на одном из островов Гавайского архипелага, они обнаружили необычайно высокую концентрацию в них иридия. При этом было доказано, что иридий накапливался не в излившихся при извержении лавах, а поступал с вулканическим пеплом и газами в атмосферу, что и обеспечивало широкое его площадное рассеивание. Правда, масштабы поступления иридия при извержении Килауэа не были особенно значительными. Однако нельзя забывать, что в конце мезозоя происходили грандиозные излияния базальтов. Не исключено, что именно они привели к резкому накоплению иридия сначала в атмосфере, а затем — и к его концентрации в четко ограниченном прослое. Кстати, прослой с иридием присутствует не везде: например, в детально изученных рубежных отложениях мела и палеогена в Крыму его так и не нашли, как ни искали.