Андрей Лапо - Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого

• Название: Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
• Автор: Андрей Лапо
• Издательство: Знание
• Жанр: Химия
• Год: 1987

В книге рассказывается «о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого». Показан основополагающий вклад В. И. Вернадского в учение о биосфере и о роли жизни в геологических процессах. Большое внимание уделяется новейшим научным открытиям, в частности удивительным оазисам жизни, обнаруженным в рифтовых зонах Мирового океана на глубине 1500—3000 м.

Автор: А. В. ЛАПО — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Всесоюзного научно-исследовательского геологического института имени А. П. Карпинского в Ленинграде. Специалист в области геологии угольных месторождений, биогеохимии и общей экологии. Автор свыше 80 научных работ.

---

Мощность биосферы по вертикали, таким образом, составляет в океане всю толщу океанских вод и значительно варьирующую по толщине донную пленку жизни, а на континентах — тонкий наземный и мощный подземный слой. Вся дневная поверхность нашей планеты относится к зоне биосферы. Единственные (да и то сомнительные) исключения составляют те немногие случаи, о которых мы упоминали выше.

Распределение живых организмов в биосфере показано на рис. 1.

Рис. 1. Распределение живых организмов в биосфере (по Кадару, 1965): 1 — обитатели пещер; 2 — микроорганизмы подземных местообитаний; еще ниже — донная пленка жизни

Таковы, по современным взглядам, границы биосферы Земли. Однако Вернадский главную книгу своей жизни назвал: «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения». Владимир Иванович не определил, что он понимает под «окружением» биосферы. В значительной мере это было сделано Николаем Брониславовичем Вассоевичем.

Развивая идеи В. И. Вернадского, Н. Б. Вассоевич предлагал выделять «мегабиосферу» (от греч. «мега» — великий) — многослойную оболочку Земли, сформированную в результате деятельности живого вещества. Верхней ее границей является предел распространения биогенной атмосферы, нижней — земные оболочки, не затронутые влиянием жизни. Мегабиосфера включает в себя:

а) анобиосферу — верхнюю часть атмосферы Земли выше границы распространения форм жизни в состоянии анабиоза;

б) парабиосферу;

в) биосферу;

г) метабиосферу, соответствующую «области былых биосфер» Вернадского.

«Область былых биосфер» В. И. Вернадский понимал как оболочку Земли, когда-либо подвергавшуюся воздействию жизни. Владимир Иванович писал, что земная кора «захватывает в пределах нескольких десятков километров ряд геологических оболочек, которые когда-то были на поверхности Земли биосферами. Это биосфера, стратисфера, метаморфическая (верхняя и нижняя) оболочка, гранитная оболочка. Происхождение их всех из биосферы становится нам ясным только теперь. Это — былые биосферы»[15].

Таким образом, благодаря постоянному притоку солнечной энергии, интенсивной работе приемника этой энергии — живого вещества — и неполной замкнутости биогеохимического круговорота биосфера непрерывно создает вокруг себя концентрические планетарные оболочки: снаружи парабиосферу и анобиосферу, внутри метабиосферу.

Характерной особенностью биосферы как динамической системы является ее неравновесность, являющаяся следствием работы живого вещества и притока солнечной энергии. Еще в 1935 г. младший современник Вернадского, известный биолог Эрвин Бауэр (1890—1942), проживший последние 17 лет своей жизни в Советском Союзе, писал: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях… Мы обозначим этот принцип как принцип устойчивого неравновесия живых систем». Этот принцип показывает, что живые организмы представляют собой открытые неравновесные системы, которые отличаются от неживых тем, что эволюционируют в сторону понижения энтропии. Сейчас его называют принципом Бауэра. Благодаря деятельности живого вещества, принцип устойчивого неравновесия действует и в биосфере в целом.

Не менее важной отличительной особенностью биосферы является ее обводненность. «Вода без жизни в биосфере неизвестна; ничтожные по весу такие ее нахождения являются редкими — временными — минералами; таковы воды, богатые свободной серной или соляной кислотой вулканов, может быть, некоторые рассолы — и только»[16]. Одновременно вода является средой, по существу, и для всех химических процессов, происходящих в биосфере. Именно поэтому химически чистая вода в биосфере представляет собой столь же большую редкость, как и вода, лишенная жизни. Вернадскому очень правилось определение жизни как «одушевленной воды», данное французским биологом Р. Дюбуа, и он неоднократно приводил его в своих произведениях. Поэтические строки о воде принадлежат и другому великому французу — Антуану де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты — сама жизнь…»

Наконец, еще одна характерная особенность биосферы — это ее неразрывная связь с космосом (в наибольшей степени — с Солнцем). Впервые ее заметили еще в прошлом веке. Так, в 1852 г. швейцарский астроном Рудольф Вольф (1816—1896) рассчитал зависимость магнетизма Земли от цикличности пятнообразования на Солнце. Однако датой рождения гелиобиологии (науки о влиянии Солнца на биологические процессы) обычно считают 1915 г., когда в Московском археологическом институте был прочитан доклад «Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли». В этом докладе восемнадцатилетний Александр Леонидович Чижевский (1897—1964), впоследствии известный ученый, сформулировал идею, развитию которой посвятил всю жизнь. В наши дни она может показаться даже тривиальной — что же, собственно говоря, удивительного в том, что жизнь на Земле определяется Солнцем? Сейчас выявлен огромный диапазон явлений, подчиненных «ритму Солнца» — от вспышек массового размножения саранчи до средней успеваемости школьников. Чижевский же был первопроходцем, и ему не удалось дожить до признания своих идей…

Подведем некоторые итоги.

Биосфера вырисовывается как пронизанная и регулируемая жизнью, ею сформированная наружная оболочка Земли, развитие которой определяется главным образом постоянным притоком солнечной энергии[17]. «Основным признаком биосферы является участие во всех ее процессах живого вещества» (Вернадский). Биосфера Земли характеризуется присутствием жидкой воды и широким развитием низкотемпературных реакций, регулируемых действием ферментов. Биосфера продуцирует наружу газовую оболочку, внутрь планеты — «область былых биосфер», или метабиосферу.

Говорят, что все в жизни познается в сравнении. Нашу, земную биосферу нам сравнивать не с чем — других биосфер во Вселенной пока не обнаружено, и шансы на их существование все уменьшаются. Впрочем, недавно ученые из Главной астрономической обсерватории АН УССР Л. О. Колоколова и А. Ф. Стеклов выдвинули гипотезу о наличии на спутниках Юпитера биосферы иного типа, чем земная, — биосферы, развивающейся под слоем льда. Такой гипотетический тип биосферы украинские ученые предложили называть «эндобиосферой» (от греч. «эндон» — внутри). Отдаленным ее земным аналогом может быть экосистема антарктического моря Росса, о которой мы уже упоминали.

Установлено, что спутники Юпитера — Европа, Ганимед и Каллисто — покрыты ледяным панцирем толщиной 50—250 км, под которым, видимо, располагается водный океан глубиной 100—1000 км. В этом-то подледном океане и предполагается развитие жизни, представленной микроскопическими существами, приспособленными к существованию при огромных давлениях. Недавние исследования, произведенные космическими аппаратами, показали, что в океане юпитерианской Европы существуют полыньи размером в десятки квадратных километров. В этом случае энергии, получаемой Европой от Солнца, как будто должно хватать на фотосинтез, если, конечно, есть кому его осуществлять. Подледные океаны подобного типа существуют также на Марсе, Титане и, возможно, Тритоне. Так что в принципе существование эндобиосфер не исключено и на этих планетах.

Но это — гипотеза, а пока наша биосфера — экзобиосфера! — остается в Солнечной системе уникальной. И мы должны ее сохранить.

Наш очерк о биосфере будет неполным, если мы хотя бы в краткой форме не остановимся на современном этапе ее развития, который В. И. Вернадский называл ноосферой (от греч. «ноо» — разум).

Конечно, как и в учении о биосфере, в ноосферной концепции В. И. Вернадский тоже имел предшественников. Одним из них был самобытный русский философ Николай Федорович Федоров (1828—1903), первый (да, по существу, и единственный) наставник К. Э. Циолковского. Тезис Н. Ф. Федорова «Природа в нас начинает не только сознавать себя, но и управлять собою»[18] по идейной сути близок к хорошо известному пониманию Ф. Энгельсом человека как позвоночного, «в котором природа приходит к осознанию самой себя»[19]. Н. Ф. Федоров ставит вопрос об управлении («регуляции») природы человеком: «И в чем же должно состоять наше, существ разумных и чувствующих, общее дело: в эксплуатации ли и утилизации природы, т. е. в ее истощении… или же в регуляции природы… Повиноваться природе для разумного существа значит управлять ею, неразумною силою, ибо природа в разумных существах приобрела себе главу и правителя»[20].

Первое употребление термина «ноосфера» (как и «биосфера») принадлежит не Вернадскому — он вообще не любил придумывать новые слова. Его ввели в 1927 г. два младших современника В. И. Вернадского, слушавшие его лекции по геохимии в Сорбонне, — философ, математик, палеонтолог и антрополог Эдуард Леруа (1870—1954) и его друг, палеонтолог и антрополог Пьер Тейяр де Шарден (1881—1955). Под ноосферой французские ученые понимали ту стадию эволюции природы, когда появился человеческий разум. Развернутое обоснование эта трактовка получила в книге П. Тейяра де Шардена «Феномен человека», впервые опубликованной в 1959 г., через 14 лет после смерти В. И. Вернадского. В ней Тейяр определял ноосферу как «новый покров», «мыслящий пласт, который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается над миром растений и животных — вне биосферы и над ней» (курсив мой. — А. Л.).