Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Вернадский - химическое строение биосферы

Глава XVII. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ И ГЕОСФЕРЫ В СТРУКТУРЕ БИОСФЕРЫ. ДИССИММЕТРИЯ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ

 

биосфера

 

Смотрите также:

 

БИОСФЕРА. Следы былых биосфер

 

Вернадский Владимир Иванович

 

Вернадский. Ноосфера Вернадского. Биосфера планеты Земля

 

Владимир Иванович Вернадский. Основанные Вернадским ...

 

Биосфера. Вернадский. Дж. Мерей. Зюсс. Ламарк

 

ВЕРНАДСКИЙ. БИОСФЕРА. Представитель космизма ...

 

НООСФЕРА. ВЕРНАДСКИЙ

 

Вернадский. Какое вещество считается живым. Термин «живое ...

 

ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ВЕРНАДСКИЙ. Биография и книги ...

 

ВЕРНАДСКИЙ. Биография и труды Вернадского. Вершиной его ...

 

Ноосфера. Вернадский. Пьер Тейяр де Шарден

 

Кислородная поверхность. Подземная и подводная тропосферы

 

Тропосфера имеет сложное строение, на что геологи и географы не обращают достаточно внимания. Мы можем различать для нее три разные, непрерывно исчезающие и возобновляющиеся на нашей планете формы ее проявления. Между ними существует динамическое равновесие (см. § 151).

 

Это наземная, подземная и подводная тропосферы. Наземная и подземная тропосферы являются газовыми оболочками. Подземная резко отличается от наземной основной тропосферы, нам всем известного воздуха, своим химическим составом и тем, что в ней больше механически захваченных взвешенных посторонних частиц (аэрозолей) (см. § 51). Так как кислород на нашей поверхности образуется в подавляющей своей части хлорофилльным процессом только на свету, в определенных пределах лучистой энергии, в определенной части видимого спектра, то количество его в подземной тропосфере должно быстро уменьшаться благодаря тому, что световые лучи все меньше проникают в глубину, и через сумерки мы переходим в темноту. В конце концов кислород должен был бы совершенно исчезать.

 

Создающаяся всюду граница нахождения свободного кислорода, названная мною кислородной поверхностью (см. § 51), играет огромную роль в химических процессах и в биологических процессах биосферы, определяя различные их области [14]. Она фактически охватывает всю сушу и острова. Ниже кислородной поверхности тропосферы господствующие газы (т.е. содержащиеся в ней больше 1% по весу): N2, 02, Н20 - заменяются другими - N2, С02 - создание жизни, H2S.

 

В более глубоких частях появляются углеводороды. Это все биогенные газы. К сожалению, количественные данные здесь незначительны. Нижний уровень кислородной поверхности лежит обыкновенно в почве, временами в подпочве. Я не буду здесь останавливаться на форме поверхности свободного кислорода, так как она не идет глубоко внутрь планеты, но не могу не указать, что она и недостаточно изучена, и, возможно, окажется более важной, чем мы это думаем.

 

Можно все же утверждать, что вся кора выветривания (см. § 51), иногда мощностью в несколько километров, проникнута не тропосферой, а подземной тропосферой, которая химически является резко иным телом. На суше тропосфера проникает на глубину нескольких километров, по наблюдениям спелеологов - исследователей пещер. Здесь в карстовых областях она меньше меняется по своему составу, так как находится в связи с наземной тропосферой, но, несомненно, путем капиллярных трещин в водных растворах и в порах пород она проникает невидимо для нас (даже и не в виде "атмосферы" в нашем понимании, так же как и подводная тропосфера) на десятки километров, может быть, местами и больше. Явление это не изучено.

 

Начинает выясняться сейчас новое явление, которое связано со своеобразным генезисом в глуби геохор свободного кислорода 02. Воды нефтяных месторождений богаты радием и мезоторием I; по-видимому, это общее явление. Их количество так велико, что они являются источником добычи радия и мезотория I, в сущности, неисчерпаемым.

 

Оба эти изотопа непрерывно выделяют ос-излучения, т.е. ионизированный гелий. Эти излучения неизбежно вызывают распадение молекул воды с выделением свободного кислорода и свободного водорода. В окрестностях Баку в нефтеносных водах буровые скважины дают в течение многих лет пурпурную воду. Исследования, произведенные сперва Милианц и Рейнфельд в Баку, показали присутствие в этих водах пурпурных бактерий групп Thiorhodaceae и Athiorhodaceae, которые для своей жизни требуют небольшого количества свободного кислорода.

 

Этот факт был подтвержден в чистых культурах проф. Б.Л. Исаченко, и этим путем можно считать доказанным разложение частиц воды с выделением свободного кислорода 02, вероятно, в незначительном количестве, которое местами сейчас же используется для жизни. Проф. Исаченко правильно признает эти бактерии за автохтонные, глубинные, живущие на глубинах до двух километров, по крайней мере [15] .

 

И, с другой стороны, нельзя считать доказанным, что нет биогенного кислорода, который мог бы образоваться без хлорофилла даже на земной поверхности. В литературе есть указания, что при высыхании солевых озер в Сибири в соленой корке образуются пустоты, которые представляют из себя пузыри свободного кислорода. По-видимому, они связаны с жизнью инфузорий. Наша попытка получить нужный для исследования материал была неудачна, но, очевидно, нужно этот вопрос выяснить. Огромное явление - образование свободного кислорода в пузырях глубоководных рыб - призывает нас к осторожности (см. § 157).

 

Совершенно другое явление представляет из себя подводная тропосфера. Обычно она не учитывается как таковая. Считают, что газ растворяется в воде. Но это раствор - sui generis  - газ проникает в воду. Это явление было впервые выяснено безвременно скончавшимся молодым французским ученым Эме (Aim6, 1813-1846), профессором в Алжире, который первый доказал, что кислород проникает до дна моря, в данном случае Средиземного [16]. Позднейшие исследования доказали, что это есть общее явление огромного значения.

 

Для океана - гидросферы - ее подводная тропосфера резко отлична по химико-физической структуре от подводных тропосфер рек и озер суши: пресных, соленых и рассольных водоемов. Эти естественные - планетные - тела не обращали до сих пор на себя внимания вследствие того, что неясно нами понимается то обыденное явление, которое называется газовым раствором - стихийное проникновение в природные водные растворы газов земных атмосфер. Это яркое физико-химическое явление, зависящее от химического состава газа, но ничего общего не имеющее с растворением, разрушающим твердые химические соединения, соприкасающиеся с водными растворами и с теми "смешениями", которые наблюдаются в водных растворах жидкостей, связанных, однако, как известно, с резким изменением температуры и удельного объема, что указывает на глубокий физико-химический процесс, здесь имеющий место.

В планетном масштабе эти явления проявляются чрезвычайно своеобразно. И в геофизике, и в физической географии, куда относят эту область геологических процессов, господствует представление, мне кажется, не отвечающее современному уровню научной мысли.

Растворы газов, твердых и жидких тел в жидкости являются по существу разнородными явлениями, и в планетном масштабе они резко различно вокруг нас проявляются.

 

Тропосфера в зависимости от своего химического состава проникает каждый земной раствор до дна бассейна, в океане максимально на десять-одиннад- цать километров глубины, причем - с поправками на температуру - давление газового столба в природном водном растворе находится в зависимости только от давления газового столба тропосферы и от толщины газового столба в водном растворе. В океане, например, оно будет выше уровня океана, т.е. будет отвечать весу надземной атмосферы, примерно одной атмосфере, соответственно, весу ее над уровнем геоида и весу того газового столба, который продолжается неразрывно с ней в толщу воды океана. Давление наземного и подводного газа таково, как будто бы воды вокруг него не было. Химический состав этого подводного столба меняется скачком по сравнению с химическим составом столба воздуха над уровнем океана.

 

Итак, "газовый раствор" в океане не зависит в глубине его от веса воды, в которой он растворен, он как газ проникает океан и давление его связано непрерывно с тропосферой вне воды, в которой он находится. Экспериментально такое обыденное явление воспроизвести очень трудно, пожалуй, и невозможно, это проявление упругих свойств планетной газовой массы. Но для океана - на самых больших глубинах его - давление газа исчисляется немногими атмосферами, в то время как давление воды в нем исчисляется в пределе до 11 ООО атм.

 

Химическое различие разных газов воздушной надземной тропосферы проявляется при этом очень резко и связано с различными явлениями. Так, кислород и тяжелые газы воздушной тропосферы проникают в подводную тропосферу в значительно большем количестве, чем проникает в нее азот воздуха. Проникновение их всех есть функция температуры и химического их облика.

 

Для кислорода и для благородных газов - аргона, неона, криптона, ксенона - это особенно важно, так как их водные газовые растворы (т.е. подводные тропосферы) являются исключительно большими их концентраторами в земной природе.

Для кислорода мы имеем дело с молекулой 02, связанной непрерывно с такими же молекулами наземной тропосферы. Для благородных газов идет химический процесс, связанный с образованием их гидратов

 

Для кислорода и углекислоты это стихийное проникновение их газовых масс в водные растворы Земли имеет первостепенное значение в истории живых организмов на нашей планете, так как оно создает среду, более богатую кислородом и угольной кислотой, чем газовая среда планеты. Этим обусловливается концентрация живого вещества в океане на бблыпую глубину от уровня геоида, чем это имеет место на суше. Главная масса живого вещества планеты сосредоточена в океане. Численного выражения этого явления мы пока не имеем.

 

Для углекислоты явление усложняется еще тем, что в термодинамических условиях глубин океана в придонных областях мы имеем дело не только с газообразной угольной кислотой, но и с жидкой и с твердой. Возможно то же самое явление и для гидратов благородных газов. К сожалению, эти процессы недостаточно обращают на себя внимание, и здесь, помимо научного наблюдения, необходима систематическая постановка опытов.

Область химии океана в океанографии излагается обыкновенно неверно и требует переработки. Она более сложная, чем это обычно считается. Химия океанов отстала от их физики и требует коренной перестройки и новых наблюдений. Я думаю, что при этом могут открыться чрезвычайно важные геохимические и биогеохимические явления.

 

Кислород из воздуха проникает в виде молекул 02 в воду пресную, соленую и рассольную на суше в бблыпем количестве, чем азот в виде молекул N2, и в пресную воду больше, чем в соленую, и в соленую воду больше, чем в рассольную. Таким образом, в подводной тропосфере меняется отношение между кислородом и азотом. Эти воды суши, особенно пресные, являются концентраторами благородных газов на нашей планете.

Подводная тропосфера океана непрерывно охлаждается, достигает минимума температуры на дне (см. § 152), где температура спускается ниже нуля на 1-3°60, температура подземной тропосферы постепенно повышается с углублением в сушу, различно в разных местах суши, но неуклонно везде, причем на небольших относительно глубинах (единицы и десятки километров) достигает температуры кипения воды (на уровне геоида - 100 °С при 0° и 760 мм давления). Температура на суше и на том же среднем уровне геоида на глубине 3,8 км достигает нескольких десятков градусов и в гранитной оболочке достигает +100 °С на глубине 4-5 км [18].

 

Очень часто, особенно геофизики и геологи, без всяких научных на то оснований, допускают, что этот процесс идет до центра Земли, и получают этим путем цифру около 100 000° как температуру Земли. Мы видели (см. ч. I, § 104), что это научная фантазия.

К сожалению, необходимые геотермические наблюдения, имеющие огромное практическое значение, можно сказать, государственное, что ясно для всякого геолога - у нас поставлены недопустимо плохо. Существовавшие при Геологическом комитете, они прекращены, и употреблявшаяся аппаратура не используется. Это уничтожение произошло несколько лет тому назад одним из лиц, стоявших во главе Геологического комитета, перешедшего потом на другую "работу". Возобновленный в 1939 г. центр геотермической работы при Геологическом отделении Академии наук фактически не вошел в жизнь и находится сейчас в стадии анабиоза. Такое состояние дел, конечно, недопустимо.

 

§ 151. Нельзя не подчеркнуть еще одного явления, характерного для океанов, морей и глубоких озер. В них мы имеем жидкости, которые мы не можем искусственно воспроизвести в наших лабораториях.

В сущности, например, океан и тропосфера как два тела, раздельно существующие, есть фикция. Мы в действительности имеем дело со своеобразной организованностью биосферы, с естественным планетным телом, которое мы не можем разделить без его уничтожения. Мы имеем дело здесь с единым определенным планетным динамическим равновесием:

Тропосфера океан подводная тропосфера.

 На поверхности океана температура его очень различна. Она достигает ниже О °С на полюсах и более или менее правильно повышается к экватору, где достигает, максимум, десятков градусов.

 

В вертикальном разрезе можно заметить, что она распределена очень неоднородно, имеет слоистое строение, причем холодные слои различно в различных океанах чередуются со слоями более теплыми. Но наблюдается, что ко дну океана скапливается холодная вода большой мощности, более тяжелая: температура ее от 0,5 до -3,0 °С. Вся вода в океане находится в вечном движении, но эти движения идут резко ограниченными массами; происходят как бы скольжения масс, морские течения.

 

Явления, здесь наблюдаемые, должны еще более усложняться благодаря тому, что в подводной тропосфере в морских илах только в небольшом тонком поверхностном слое - пелогене [19] мы находим тонкую пленку, богатую кислородом. Дальше вглубь кислород заменяется угольной кислотой, а углекислота имеет критическую температуру, равную +32 °С, т.е. выше этой температуры может существовать только в газообразном состоянии, а ниже может находиться иногда в преобладающем количестве, в жидком или твердом состоянии в связи с температурой и давлением. В газообразном состоянии она будет неустойчивой, особенно это будет тогда, когда влажный ил воды будет изолирован от подводной атмосферы, что должно происходить постоянно при биогенном происхождении иловой угольной кислоты. Нельзя забывать и тех химических изменений, которые идут с угольной кислотой при ее "растворении" (см. § 150).

 

В этой обстановке угольная кислота будет находиться под давлением нескольких мегабар, и жидкая, а не газообразная угольная кислота будет играть основную роль. Здесь могут иметь место неустойчивые равновесия, а глубина океанического ила может доходить до десятков, если не до сотен метров.

При небольшом уже давлении С02 при температуре 0 °С переходит в жидкую угольную кислоту и при более высоком может находиться и в твердом состоянии.

 

На суше, при разбуривании углекислых газовых струй, при охлаждении угольной кислоты, вследствие внезапного уменьшения давления ее при выходе на поверхность, когда она расширяется внезапно, она выпадает в виде углекислого дождя или углекислого снега. Местами это явление принимает грандиозный характер [20].

 

В океаническом иле с температурой ниже нуля, когда быстро исчезает свободный кислород и переходит в угольную кислоту благодаря дыханию низших организмов, выделение жидкой угольной кислоты должно происходить одновременно с превращением свободного кислорода в угольную кислоту или в случаях, когда она изолирована от морской воды [20]. Мы не знаем, до какой глубины понижается температура океанического ила. Мы имеем только разные гипотезы, которые не могут считаться пока объяснениями. Одной из наиболее распространенных гипотез является гипотеза Цёппритца [21]. По мнению Цёп- притца, это явление - низкая температура морского дна - сложилось в связи с тем, что холодная вода полюсов, благодаря морским течениям и большему своему удельному весу опускается на дно, и в течение геологического времени захватила всю донную воду океана. Это есть, скорее, рабочая гипотеза, численно до сих пор не проверенная, но, по-видимому, возможная. Поверхностное холодное течение арктической и антарктической воды, доходящее до экватора и дальше - есть реальный факт.

 

 

 

К содержанию книги: Академик Владимир Иванович Вернадский - Химическое строение биосферы Земли и ее окружения

 

 

Последние добавления:

 

Тайны ледниковых эпох

 

ЭВОЛЮЦИЯ ПОЧВ В ГОЛОЦЕНЕ

 

Тимофеев-Ресовский. ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ

 

Ковда. Биогеохимия почвенного покрова

 

Глазовская. Почвоведение и география почв

 

Сукачёв: Фитоценология - геоботаника