WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

«Сегодня позитивное познание вещей отождествляется с изучением их развития. П.Тейяр де Шарден. РАЗВИВАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ Дополненное издание. 2007 г. ОТ АВТОРА За 10 лет ...»

-- [ Страница 4 ] --

Согласно этой гипотезе примерно 4 миллиарда лет назад произошло катастрофическое касательное столкновение Земли с неким планетным телом, по размерам равным Марсу. В результате из области, где в наше время располагается гигантская впадина, заполненная Тихим океаном, испарилась и выбросилась на околоземную орбиту масса вещества, представлявшая смесь земных пород и пород столкнувшегося с Землей планетного тела. Из этого облака и сформировалась затем Луна, ставшая спутником Земли. Гипотеза Гигантского столкновения, в результате которого возникла около Земли Луна, выдвинута в 1975 году американскими учеными У. Хартманом и Д. Дэвисом. Но самое серьезное внимание к себе она привлекла после того, как А.Г.У. Камерон разработал математическую модель столкновения, подробно рассмотрел ее с применением компьютерной техники и получил результаты, вполне согласующиеся с наблюдательными данными. Теория правильно определяет положение Луны относительно Земли, дает правильные значения отношения масс планеты и спутника и величины суммарного углового момента образовавшейся системы. Она качественно объясняет уникальные особенности Земли, отличающие ее от других планет. В частности, гравитационную дифференциацию, приведшую к образованию крупного металлического ядра в ее центре, высокую асимметрию в распределении масс внутри планеты, появление на ней Мирового океана. На сегодня это единственная гипотеза происхождения Луны, поддающаяся численным расчетам и обеспечивающая при этом совпадение получаемых результатов с наблюдениями.

Самое серьезное возражение против гипотезы Гигантского столкновения – чрезвычайно малая вероятность подобного события, делающая его уникальным в развивающейся Вселенной. Но такое возражение не исключает принципиальной его возможности.

Ричард Гота и Эдвард Белбрано из Принстонского университета (США) выдвинули гипотезу, согласно которой вызвавшая катастрофу планета появилась в точке Лагранжа на земной орбите одновременно с Землей. Точка Лагранжа, позволяющая устойчиво пребывать в ней постороннему телу, находится на круговой орбите Земли на 60 градусов позади или впереди нее. В такой точке могла сформироваться планета величиной с Марс. Гравитационные возмущения от других планет вытолкнули ее из точки Лагранжа, после чего столкновение с Землей стало неизбежным. В результате столь же неизбежным стало образование третьего небесного тела в точности с лунными параметрами. Отмечается, что Луна важна для развития жизни на Земле, поскольку ее присутствие сглаживает колебания земной оси, без чего возникли бы колебания климата с необратимыми последствиями для жизни. Ключевую роль в выходе жизни на сушу сыграли лунные приливы, которые в три раза превышают солнечные приливы.

Загадочно выглядит и появление спутников у Марса. Гипотеза о захвате этой планетой двух астероидов встречает серьезные трудности, поскольку их орбиты не несут следов захвата. С другой стороны, в 1988 году английские астрономы Э. Синклер, Д. Джоунс и А. Уильямсон сообщили, что на основании детальных измерений параметров орбиты Фобоса ими определено увеличение скорости его движения вокруг Марса и, соответственно, уменьшение радиуса орбиты примерно на 3,6 см в год. Это означает, что примерно через 40 миллионов лет Фобос упадет на планету. Неустойчивость орбиты Фобоса означает, что этот спутник присоединился к планете, а не сформировался вместе с нею. Необходимо упомянуть, что неустойчивость орбиты Фобоса впервые обнаружил астроном Б.Шарплесс в 1945 году. По его данным радиус орбиты спутника сокращается на 4 см в год и падение Фобоса на Марс следует ожидать в промежутке времени от 30 до 70 миллионов лет.





Сравнение планет земной группы с Землей начнем с рассмотрения данных об их атмосферах, обнаруживаемых у трех из четырех планет. Главные компоненты атмосфер и их характеристики у поверхности планет приведены в таблице 3.2. Атмосфера Земли кардинально отличается от атмосфер других планет: в ней мало содержание углекислого газа, высоко содержание молекулярного кислорода и относительно велико содержание паров воды. Две причины создали выделенность атмосферы Земли: вода океанов и морей хорошо поглощает углекислый газ, а биосфера насыщает атмосферу молекулярным кислородом, образующимся в процессе растительного фотосинтеза. Подсчеты показывают, что если бы не эти особенности, то состав земной атмосферы в своих главных чертах стал бы подобным составу атмосфер Венеры и Марса.

Относительно малые размеры Марса не позволили ему удержать плотную атмосферу.

Возможно раньше, благодаря выделению газов из недр планеты, атмосфера Марса была намного плотнее, чем теперь, и условия у его поверхности были тогда более мягкими. В марсианской атмосфере очень мало паров воды, соответственно отсутствует облачность. Но движения разреженной атмосферы временами достигают такой силы, что в общепланетном масштабе возникают мощнейшие пылевые бури, поднимающие с поверхности массы песка на высоту многих километров. Например, 15 июня 2001 года «красная пыльная буря» достигла невиданных масштабов и закрыла больше половины всей площади планеты.

В атмосфере Земли насыщенные пары воды создают облачный слой, охватывающий значительную часть планеты. Облака Земли входят важнейшим элементом в круговорот воды, протекающий в системе гидросфера-атмосфера-суша нашей планеты. Поверхность Венеры закрыта еще более плотным облачным слоем и в этом, казалось бы, просматривается аналогия с Землей. Но природа облаков Венеры совсем иная, чем у Земли. Спускаемые аппараты космических кораблей "Венера" впервые прошли через всю толщу венерианской атмосферы и снабдили нас подробной информацией о ее структуре и составе. Основная масса венерианских облаков сосредоточена на высотах от 49 до 70 километров над поверхностью планеты, но сами облака скорее похожи на туманную дымку и они не очень сильно задерживают прохождение солнечного света. Вопреки ожиданиям, на поверхности Венеры относительно светло, как в светлый пасмурный день на Земле. Высотные слои венерианской атмосферы движутся вокруг планеты с высокой скоростью, полный оборот они совершают всего за четверо земных суток. В этих слоях обнаруживаются признаки турбулентных движений. Но около самой поверхности планеты царит относительный покой. Состав венерианской облачности в наших представлениях экзотичен. Облака образованы аэрозольными частицами размером 2 – 3 микрона, их средняя концентрация составляет 100 – 200 частиц/см3. В основном это капли 75-ти процентной серной кислоты с небольшой примесью плавиковой и соляной кислот. Такой состав облачности предположительно возник в период бурной вулканической деятельности, сопровождавшейся выбросами в атмосферу сернистых и хлористых газов вместе с капельками воды. Перемешиваясь и вступая в химические реакции, эти компоненты создали конечные продукты, сосредотачивавшиеся в той части атмосферы, где температурные условия оказывались наиболее подходящими для этого. Газы подобного же состава вместе с парами воды выбрасываются из недр Земли во время извержений вулканов, но они эффективно поглощаются океанами и в земной атмосфере надолго не задерживаются.

Нет сомнения, что гидросфера Земли, возникшая на самых ранних стадиях формирования планеты, играла и продолжает играть ведущую роль в образовании у ее поверхности условий, полностью отличных от существующих на Марсе и Венере. Но почему ни на Марсе, ни на Венере нет ничего похожего на земную гидросферу? Сегодня об этом можно лишь строить догадки. Например, Земля и Венера очень близки по размерам и средней плотности. Похоже, что на ранней стадии их формирования имел место некий критический эпизод, точка бифуркации, от которой развитие каждой планеты пошло расходящимися курсами. Возможно, что свою роль сыграла близость Венеры к Солнцу, и его могучее воздействие сначала задержало формирование гидросферы, а потом накопившийся в атмосфере углекислый газ создал парниковый эффект, необратимый разогрев поверхности, что окончательно прервало образование гидросферы. Но куда делась вода Венеры, если она существовала когда-то в свободном состоянии? В наши дни в атмосфере планеты не находят заметных количеств водяных паров.

Вызвано ли это тем, что вода отсутствовала в заметных количествах с самого начала, или образовался мощный канал ее утечки? В этом еще предстоит разобраться. Нельзя исключить и того, что отсутствие гидросферы, очень медленное вращение планеты в обратном направлении и отсутствие своего магнитного поля – все это разные следствия некоей общей причины, породившей различия в путях развития Венеры и внешне схожей с ней Земли.

Что касается Марса, то на его поверхности существуют следы того, что в прошлом, в пределах примерно последнего миллиарда лет, он имел свою гидросферу. Высказывается даже предположение, что примерно три миллиарда лет назад на Марсе существовал океан. В наши дни вода в виде инея и льда обнаружена в полярных шапках этой планеты. Допускается, что значительные количества воды скрыты в многометровых приповерхностных слоях вечной мерзлоты, но подтверждение или опровержение этой гипотезы мы получим после того, как поверхность планеты будет основательно обследована автоматическими аппаратами или, что еще важнее, высадившимися на планете земными экспедициями. Подозрения исследователей о наличии на Марсе гидросферы в прошлом и о существовании значительных скрытых запасов воды теперь, вселяют надежду, что при иных условиях на его поверхности и в атмосфере отдаленного прошлого там существовали какие-то формы жизни.

Рельефы поверхности Земли и двух ближайших к ней планет существенно различны, что, прежде всего, объясняется различиями вулканических и геологических процессов на каждой из них. Не без основания считается, что тектоническая активность служит мерилом жизнеспособности планеты. Сокращение, а тем более прекращение такой деятельности рассматривается как признак умирания планеты, как завершение цикла ее эволюционного развития. Ведь суть развития планеты – это активный обмен веществом и энергией между недрами и поверхностью, в ходе которого формируются и поддерживаются атмосфера, гидросфера, и определенные типы рельефов поверхности. С прекращением тектонической деятельности планета превращается в мертвое небесное тело, на котором преобладают процессы деградации.

На Земле тектонические процессы активно протекают и в наши дни, ее геологическая история далека от завершения. Время от времени отголоски планетной жизнедеятельности проявляются с такой силой, что вызывают локальные катастрофические потрясения, отражающиеся на природе и человеческой цивилизации. Палеонтология дает основание считать, что в эпоху ранней молодости Земли ее тектоническая активность была еще выше. Современный рельеф планеты сложился и продолжает видоизменяться под влиянием совместного действия на ее поверхности тектонических, гидросферных, атмосферных и биологических процессов.

На других планетах такое сочетание факторов отсутствует.

Рельеф земной поверхности в целом характеризуется глобальной асимметрией двух ее полушарий – северного и южного. Одно из них представляет собой гигантскую депрессию, заполненную водой. Здесь размещены океаны, охватывающие более 70% всей земной поверхности. В другом полушарии сосредоточены поднятия коры, образующие континенты. Океаническая и континентальная разновидности коры отличаются и по возрасту, и по химикогеологическому составу. Понятно, что рельеф океанического дна отличен от континентального рельефа.

Систематические исследования морского и океанического дна стали возможными лишь в самое последнее время. Они уже привели к новому пониманию глобального характера тектонических процессов, происходящих на Земле. Средняя глубина мирового океана около 4-х километров, отдельные впадины имеют в 3 раза большую глубину, а отдельные вершины и вулканические конусы заметно возвышаются над поверхностью воды. Главная достопримечательность океанического рельефа – глобальная система срединных хребтов, протянувшихся на многие тысячи километров. Вдоль их центральных частей располагаются разломы, так называемые рифтовые зоны, через которые на поверхность выходят из глубин свежие массы вещества. Они раздвигают океаническую кору, формируя ее в процессе непрерывного обновления. Возраст океанической коры не превышает 150 миллионов лет. Другая характерная особенность океанического рельефа – существование зон субдукции, в которых океаническая кора погружается под одну из островных дуг, например, под Курильскую, Марианскую и другие, или под край континента. Зоны субдукции характеризуются повышенной сейсмической и вулканической деятельностью.

Рельеф континентальной части планеты более разнообразный: это равнины, возвышенности, плато, горные хребты и огромные горные системы. Отдельные участки суши лежат ниже уровня океана, как, например, район Мертвого моря, отдельные горные вершины поднимаются над его уровнем на 8 – 9 километров. Человеческий глаз выделяет среди природных ландшафтов места удивительной красоты. Например, причудливые скалы Тиш-Турне в Силезии, Башню дьявола на Западе США, Большой каньон Колорадо в Аризоне, Ниагарский водопад на границе Канады и США, озеро Байкал с его окружением и многие другие достопримечательные места, привлекающие не только геологов и географов, но и многих любителей природных красот Земли. О некоторых из этих уникальных геологических образованиях интересно рассказывает известный немецкий геолог М.Шварцбах в своей прекрасной книге "Великие памятники природы" [47].

Согласно современным воззрениям, континентальная кора вместе с подстилающими слоями мантии образует систему литосферных континентальных плит. В отличие от литосферы океанов, континентальные плиты имеют очень древнее происхождение, их возраст оценивается в 2,5 - 3,8 миллиарда лет. Центральные части некоторых континентальных плит достигают глубин до 250 километров и опираются на нижнюю мантию. Их перемещения не превышают 1-2 сантиметров в год. Другие плиты, толщиною от 15 до 80 километров, более подвижны, за год их перемещения могут составить до 11 сантиметров. На границах литосферных плит, называемых геосинклиналями, происходит либо сжатие, либо растяжение коры, что определяется направлениями местного горизонтального их смещения.

Рельефы поверхностей Марса и Венеры формировались в совершенно иных условиях, чем поверхность Земли. Отсутствие гидросферы исключает разделение их коры на океаническую и континентальную.

Исторически иначе протекала и тектоническая деятельность у наших соседей. На Марсе в наши дни не обнаруживается вулканическая активность, хотя имеются яркие свидетельства того, что примерно сто миллионов лет назад она еще была довольно бурной. От той поры сохранились конусы потухших вулканов, покрытия лавами обширных районов поверхности, характерные разломы и сбросы марсианской коры. Одним из следствий затухания вулканической деятельности, возможно, явилось резкое сокращение поступления газов из недр планеты в атмосферу, что стало причиной потери значительной ее части. Ведь масса Марса явно недостаточна, чтобы удержать в сохранности плотную атмосферу без регулярного восполнения происходящих потерь. Все говорит о том, что геологическая эволюция планеты либо завершилась, либо близка к завершению.

У Марса, как и у Земли, наблюдается несимметричность фигуры, наличие двух полушарий с разными рельефами. Рельеф северного полушария равнинный, с хорошо выраженными признаками прошлой вулканической деятельности. Здесь располагаются крупнейшие вулканические конусы планеты, в их числе гигантские горы Арсия, Акреус, Павонис и Олимп. Параметры этих вершин вызывают уважительное удивление: диаметры их оснований достигают 500 - 600 километров, высоты над средним уровнем поверхности 26 - 27 километров, диаметры кратеров на вершинах от 60 до 100 километров. Ничего даже близко похожего нет ни на Земле, ни на Венере. Район вулканов целиком покрыт застывшими лавовыми потоками. Южное же полушарие почти сплошь покрыто кратерами ударного происхождения, напоминая лунный ландшафт. Нет на Марсе чего-либо похожего на литосферные плиты, на геосинклитные области и другие особенности земной геологической картины.

Значительная часть поверхности Венеры – равнина, уровень которой почти не отклоняется от среднего радиуса планеты. На этом фоне выделяются две обширные горные области, названные Землей Иштар и Землей Афродиты. Их среднее поднятие над равниной достигает четырех километров, а протяженность составляет несколько тысяч километров. Исследования поверхности Венеры проводится как наземной аппаратурой, так и с применением автоматических межпланетных станций, ставших искусственными спутниками этой планеты. Средний возраст исследованной территории Венеры оценивается в 1 миллиард лет, именно столько лет тектоническая активность планеты практически не проявляла себя. Процессы разрушения поверхностных структур, так бурно протекающие на Земле, на Венере идут удивительно медленными темпами, и за указанный период времени разрушенный слой поверхности не превысил нескольких десятков метров. Такие темпы разрушения характерны для безатмосферных малых планет типа Меркурия. Причины повышенной стабильности – отсутствие на Венере гидросферы и окислительной атмосферы, а также упомянутая низкая тектоническая активность. Тем не менее, слабые проявления вулканической деятельности на Венере отмечены. С помощью радиотелескопа Корнельского университета (США) в конце 80-х годов на некоторых равнинных участках планеты обнаружены расщелины, из которых, по косвенным оценкам, на протяжении последних 100 миллионов лет проливалась лава, но не образовывались вулканические конусы.

Получено подтверждение того, что теперешнее раскаленное состояние поверхности, укрытой углекислой атмосферой, длится на Венере не менее трех миллиардов лет. Так что господствовавшая каких-нибудь 60 лет назад убежденность, что таинственная, укрытая облаками неизвестного тогда состава, Венера – это молодая планета, только вступающая в пору расцвета своей геологической истории, оказалась несостоятельной. Как выясняется, Венера давно миновала пору активного планетного развития и в этом отношении она близка к Марсу.

Серьезные исследования рельефа Венеры на протяжении всей области Земли Иштар и прилегающих к ней равнинных участков выполнены автоматическими межпланетными станциями "Венера – 15” и “Венера – 16", ставшими искусственными спутниками планеты. Сжатый анализ полученных результатов исследований изложен в [48]. Отмечается некоторая схожесть характера процесса горообразования на Венере и на Земле. Это складчатые смятия коры, возникающие при горизонтальных ее сжатиях, диагонально расположенные хребты и структуры типа рифтовых зон, возникшие в результате разрывов пород поверхности при горизонтальных растяжениях, тектонические кольцевые структуры диаметром от 200 до 600 километров и некоторые другие схожести со структурами Земли. Ни одна из таких структур не обнаружена на Марсе, видимо они присущи крупным планетам. Более подробные сведения о химико-минералогических составах планет земной группы читатель найдет в уже упоминавшейся книге М.Я.Марова [46]. Сопоставление их минералогических составов с земными породами показывает, в частности, что при заметных различиях обнаруживается закономерное сходство: на всех этих планетах основным геолого-образующим процессом было тектоническое проявление планетной жизнедеятельности. Но ни на Венере, ни на Марсе нет ничего похожего на земные граниты, породу, входящую в состав континентальной коры. Остальные отличия следует отнести на счет присущих только Земле гидросферы, окислительной атмосферы и биосферы. Но изучение Венеры еще далеко от завершения, будущие полеты спутников принесут существенно новую информацию, которая, возможно, позволит уверенно судить, почему близкая по своим размерам Венера не пошла по пути, пройденному Землей.

Предварительные итоги сравнительного сопоставления Земли, Венеры и Марса можно, пожалуй, сформулировать так.

1. На Венере нет и, видимо, не было на протяжении всей ее истории даже простейших форм жизни. Остается открытым вопрос о возможном существовании каких-то форм жизни на Марсе, прежде всего в отдаленном прошлом.

2. Только на Земле существует мощная гидросфера, сформировавшаяся одновременно с планетой. На Марсе в прошлом предположительно существовала разновидность гидросферы, на Венере ее, скорее всего, никогда не было.

3. В современную эпоху только Земля остается "живой" планетой, геологическое развитие которой продолжается и проявляет себя, в частности, активной тектонической деятельностью.

Марс и Венера в прошлом прошли период бурной сейсмической и вулканической активности, но на Марсе она завершилась несколько сот миллионов лет назад, а на Венере – более миллиарда лет назад. Обе эти планеты, скорее всего, завершают, а может быть уже завершили цикл своего эволюционного развития.

4. Многочисленные признаки указывают на то, что процессы в недрах Земли протекали и продолжают протекать иначе, чем у ее ближайших соседей. На это указывают существование на Земле континентальной коры с гранитами, явно выраженные литосферные плиты, способные перемещаться под действием глубинных земных процессов, существование у нее довольно мощного магнитного поля.

Успехи науки и техники сделали доступными прямые исследования планет Солнечной системы, открыв принципиально новые возможности для сравнительного познания нашей собственной планеты.

Тем самым открыта новая страница постижения окружающего мира, но на этой странице пока записаны только первые строчки. По-прежнему остается нерешенным особенно волнующий наше воображение вопрос: что выделило Землю в семействе планет одного с ней типа так, что она смогла стать обителью жизни? Поиск ответа на этот вопрос сейчас может идти только от частного к общему, от планеты Земля с существующей на ней жизнью к осознанию космической природы жизни, этого важнейшего звена самоорганизации вещества в процессе развития материи.

В.И.Вернадский условно делил существующие научные дисциплины на "общие для всей реальности" и на "локальные". В первую группу попадают науки, изучающие все присущее природе в целом. Это физика, химия, астрономия, астрофизика, математика и другие им подобные. Вторую группу составляют "местные науки" геология, океанология, физика атмосферы, биологические и социальные науки. Сфера их приложения планета Земля.

Многочисленные науки о Земле и ее составных частях в недавнем прошлом развивались фактически независимо друг от друга. Теперь положение быстро меняется. Появилась осознанная необходимость рассматривать планету как систему, цельное естественное тело со своими внутренними законами развития. Быстрому внедрению в сознание людей такого представления способствовало выдающееся событие нашего времени выход человека в ближний Космос. Это позволило ему впервые взглянуть на Землю извне, увидеть ее сразу всю целиком, наглядно убедиться в общепланетных масштабах большинства атмосферных и поверхностных явлений, в тесной взаимосвязи всех земных внешних сфер суши, воды, воздуха и биосферы.

Картина оказалась впечатляющей. Такое событие, как никакое другое, способствует утверждению нового психологического настроя, порождаемого наукой космической эры. Но психологический настрой ученого определяется не только эмоциями, какими бы яркими они ни были. Он опирается на солидную материальную базу, в основе которой накопленные факты, их оценки и обобщения.

Такая база сегодня существует. Совокупность складывающихся на ее основе представлений не только требует рассматривать нашу планету как цельное естественное тело, но и как самоорганизующуюся систему. Ее развитие инициируется противоборством двух фундаментальных природных тенденций тенденцией к достижению термодинамического равновесия, вызывающей разрушение организованности и упорядоченности, и тенденцией к самоорганизации, обеспечивающей нарастание порядка в ходе развития систем. В основе таких представлений лежит возникшее в последние десятилетия понимание того, что жизнедеятельность нашей планеты определяется глобальными динамическими процессами обмена веществом и энергией между глубинными и внешними областями планеты, взаимозависимостью через эти процессы всего того, что происходит на поверхности и в глубине. В то же время не упускается из виду, что Земля открытая система, ее строение, ее особенности и весь путь развития непосредственно определены процессами образования и развития Солнечной системы, которая, в свою очередь, есть продукт развития Вселенной на стадии образования в ней иерархии разномасштабных структур. Если бы наши сегодняшние знания о происхождении и механизмах образования Солнечной системы и в ее рамках Земли были бы полнее и завершеннее, то описание строения и развития Земли стало бы простым следствием этих знаний.

Большинство частных наук о Земле изучают процессы, связанные с ее поверхностью и прилегающими слоями гидросферой и атмосферой. Пока человек не проник вглубь Земли далее 1215 километров (Кольская сверхглубокая скважина). С глубин примерно до 200 километров разными путями выносится вещество недр наружу, и оно оказывается доступным для исследователей. Сведения о более глубоких слоях добываются косвенными методами.

Среди таких методов ведущая роль принадлежит регистрации скорости и затухания сейсмических волн разных типов, проходящих через земные недра. Другие группы методов в основном опираются на те или иные гипотетические допущения о структуре и составе протопланетного облака и на предположения о процессе образования в нем планет. Считается, что сведения о составе протопланетного облака можно получить, изучая выпадающие на Землю метеориты.

Так, железные метеориты сообщают о содержании в протопланетном облаке тяжелых элементов, прежде всего железа и никеля, входящих в состав земного ядра. Некоторые каменные метеориты, такие, как хондриты, не подвергавшиеся на протяжении всего времени своего существования плавлению, рассматриваются в качестве наиболее надежных информаторов о состоянии и природе вещества, из которого затем образовались внешние по отношению к ядру области планеты. Не все признают достоверность такой интерпретации, поскольку о происхождении и последующей эволюции метеоритов нет бесспорных сведений, как нет и общепризнанной модели образования и развития Солнечной системы. Подробности о способах и результатах изучения недоступных земных глубин и о формировании на этой основе представлений об их составе и структуре, читатель найдет в научно-популярной книге Д.Брауна и А.Массета [49].

Зондированием недр Земли сейсмическими волнами была установлена их оболочечная структура и дифференцированность химического состава. Различаются три главные концентрически расположенные сферы: ядро, мантия и кора. Ядро и мантия, в свою очередь, подразделяются на дополнительные концентрические оболочки, различающиеся физикохимическими свойствами. Разбиение на сферы представлено в таблице 3.3, приводимой в обстоятельной книге Г.В.Войткевича [50].

Химический состав и структура ядра и мантии по современным представлениям таковы.

Ядро занимает центральную область земного геоида и разделяется на две части: внутреннее ядро находится в твердом состоянии, оно окружено внешним ядром, пребывающим в жидкой фазе. Между внутренним и внешним ядром нет четкой границы, их разделяет переходная зона, представленная в таблице как оболочка F. О химическом составе ядра судят по плотности вещества, определенного с помощью проходящих через него сейсмических волн, и на основании предположения, что состав ядра идентичен составу железных метеоритов, поскольку плотности этих объектов согласуются. Соответственно внутреннее ядро полагают состоящим на 80% из железа и на 20% из никеля. Такой сплав при давлении земных недр в районе ядра имеет температуру плавления порядка 4500 оС. Состав внешнего ядра оценивается из тех же предпосылок и полагается состоящим на 52% из железа и на 48% из эвтектики, образуемой железом и серой. Не исключена небольшая примесь никеля. Температура плавления смеси оценивается примерно в 3200 оС. Так как внутреннее ядро твердое, а внешнее жидкое, то температура в центре Земли не должна превышать 4500 оС, но и не быть ниже температуры плавления внешнего ядра, то есть 3200 оС. Имеются и другие оценки температуры в центре Земли, несколько расходящиеся с приведенными.

В наших сегодняшних представлениях о земном ядре много предположительного. Не вызывает сомнения его разделение на жидкое и твердое ядро, поскольку такое утверждение обосновывается данными наблюдений за изменениями скорости прохождения сейсмических волн через эти области планеты. Но вместе с тем было обнаружено, что скорости прохождения сейсмических волн через твердое ядро вдоль и поперек оси вращения Земли различны, что указывает на отклонение его формы от строго сферической. Это дало повод Ж. Тромпу (США) выдвинуть гипотезу о том, что внутреннее ядро есть асимметричный гигантский кристалл, образованный шестиугольными ячейками атомов железа, плотно сжатыми гигантским давлением. Кристалл в целом упорядоченно ориентирован относительно оси вращения Земли.

К сожалению, пока проверить эту гипотезу невозможно. В целом же, как пишет в своей книге Г.Войткевич, "Вопрос о составе и физической природе ядра нашей планеты относится к наиболее волнующим и загадочным проблемам геофизики и геохимии" [50].

С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе земного магнетизма. Магнитное поле Земли изменчиво, из года в год меняется положение магнитных полюсов. Палеомагнитные исследования состояния магнитного поля планеты в далеком прошлом, основанные на измерениях остаточной намагниченности земных пород, показывают, что имели место не только сдвиги, но и периодические переполюсовки, когда менялись местами северный и южный полюса планеты. Вот, например, что показало глубоководное бурение, проведенное в экваториальной зоне Тихого океана экспедицией института Глобальной физики (Париж). В процессе бурения со дна океана извлекались вертикальные столбики кернов, позволявшие определять по остаточной намагниченности образцов интенсивность и полярность магнитного поля в зависимости от времени. Чем глубже располагался образец в керне, тем к более отдаленному прошлому относились данные измерения намагниченности. Датировка образцов осуществлялась привязкой породы каждого участка керна к определенной эпохе.

Исследования показали следующее. Во-первых, обнаружилась корреляция частоты изменения полярности магнитного поля с частотой модуляции климата, вызываемой, по предположению, астрономическими вариациями эксцентриситета земной орбиты и угла наклона земной оси.

Во-вторых, магнитное поле изменяется с периодом примерно в 400 тысяч лет. В среднем его интенсивность нарастает вплоть до момента, когда скачком меняется полярность поля. Характерное время смены полярности (скачка) ~1000 лет, а характерное время нарастания поля от 0,5 до 1 миллиона лет. За последние 4 миллиона лет переполюсовка произошла 11 раз. Согласно другим источникам, периодические переполюсовки магнитного поля зарегистрированы на протяжении, по меньшей мере, последних 80 миллионов лет. Во времена смены полярности наступали периоды полного исчезновения магнитного поля, что, по-видимому, сопровождалось неординарными событиями на Земле.

Из сказанного следует, что земной магнетизм не может создаваться постоянным магнитом, образованным, например, стационарной намагниченностью железного ядра или какой-то его части. Существующие гипотезы предполагают, что магнитное поле создается процессом, получившим название эффекта динамо-машины с самовозбуждением, так хорошо знакомым в электротехнических применениях. Роль ротора (подвижного элемента) играет металлизированная масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси, а система возбуждения образуется токами, создающими замкнутые петли внутри сферы ядра. Оценки показывают, что для работы такого динамо необходима мощность на уровне 10 9 – 1011 Вт.

Источником ее может быть радиоактивный распад, главным образом изотопа 40К, либо гравитационное сжатие внутреннего ядра. Оба источника энергии предположительны. Остается неясным происхождение токов, которые, согласно такой модели, циркулируют в ядре, неясны возможные причины систематических их изменений и переполюсовок, что объяснило бы смены интенсивности и полярности земного магнитного поля. Возможно, что существует связь между протеканием токов и наличием вертикальных конвективных потоков вещества мантии.

Других идей для объяснения земного магнетизма со всеми его особенностями пока нет.

Химический состав и плотность мантии, по данным зондирования сейсмическими волнами, отличаются от соответствующих характеристик ядра. В отношении происхождения и химического состава нижней мантии (зоны С и D) пока нет единого мнения. Имеет место активная дискуссия, в ходе которой отстаиваются две противоположные точки зрения. Одна из них исходит из предположения, что вещество нижней мантии идентично веществу каменных метеоритов типа хондритов, тех из них, которые никогда не входили в состав планет и не претерпевали за время своего существования плавления или других капитальных преобразований.

Как показывают исследования выпавших на Землю метеоритов, их вещество образовалось в то же время, когда формировалась Солнечная система, то есть не позже 4,6 0,2 миллиардов лет назад. Это дает основание предполагать, что состав их вещества достаточно точно отражает состав вещества протопланетного облака, из которого возникли все планеты, включая Землю. Последующие условия существования метеоритов позволили части из них сохранить в неприкосновенности исходный состав протопланетного облака, а именно той части, из которой сформировалась нижняя мантия Земли. При этом подразумевается, что исходное облако было химически однородным во всей занимаемой им области. В последние годы в свете новых данных некоторые сторонники кометной гипотезы внесли в нее уточнения, касающиеся того, где и как образуются метеориты. Утверждается, что метеориты – это фрагменты распадающихся ядер короткопериодичных и длиннопериодичных комет, вырываемых возмущениями из стационарного их местонахождения, из облака Оорта, расположенного на периферии Солнечной системы. Именно кометы концентрируют исходное вещество протопланетного облака, а метеоритное вещество непрерывно рассеивается в межпланетном пространстве, и воссоздается за счет распада комет.

Противоположная точка зрения исходит из того, что в свете полученных в последние годы данных о сильной неоднородности протопланетного облака и о вариациях изотопного состава летучих элементов, в том числе и входящих в состав метеоритов, гипотеза об идентичности материалов нижней мантии и метеоритов типа хондритов представляется несостоятельной.

Ни метеориты, ни их смеси не могут рассматриваться как первичное вещество Земли, поскольку достоверно неизвестно место их формирования в исходном облаке, а количественное содержание и изотопный состав летучих веществ (ксенон, кислород) отличается от соответствующего их содержания в земных породах. К этим аргументам критики гипотезы добавляют и соображения общего порядка. Так, в цитировавшихся ранее "Очерках сравнительной планетологии" [45] замечается: "Строго говоря, такие модельные представления вполне гипотетичны и не контролируются ничем, кроме постулатов, положенных в их основу, то есть состав Земли оценивается по ее происхождению, а происхождение – по составу".

Так что же наука может сообщить нам о составе нижней мантии? Пока только то, что плотность пород в ней, определенная зондированием слоев сейсмическими волнами, говорит о каменной, а не металлической природе материала, находящегося под сильным давлением и, в каких-то частях, в расплавленном состоянии. Есть основание считать, что материал нижней мантии это силикаты (соединения на основе кремния), находящиеся в особом состоянии, определяемом огромным давлением и высокой температурой недр. Что же касается метеоритной гипотезы и развернувшейся вокруг нее дискуссии, то не исключено, как это часто уже случалось, что истина лежит между двумя крайними мнениями.

Верхняя мантия (зона В) непосредственно связана с самой внешней твердотельной оболочкой, с земной корой. Она не беспричинно считается кухней, где приготавливаются основные слагающие кору породы или их полуфабрикаты. Полагают, что в состав верхней мантии входят оливин (~60%), пироксен (~30%), и полевой шпат (~10%). В определенных зонах этого слоя происходит частичное плавление минералов, и образуются щелочные базальты, основа океанической коры. Через рифтовые разломы среднеокеанических хребтов базальты поступают из мантии на поверхность Земли. Но этим не ограничивается взаимодействие коры и мантии. Хрупкая и в высокой степени жесткая кора вместе с подстилающей мантией образует особый слой толщиною примерно в 100 километров, названный литосферой. Этот слой опирается на верхнюю мантию, плотность которой заметно выше. Верхней мантии присуща особенность, определяющая характер ее взаимодействия с литосферой: по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам как пластичный материал. Литосфера, естественно, создает постоянную нагрузку на верхнюю мантию и под ее давлением подстилающий слой мантии, названный астеносферой, проявляет пластичные свойства. В результате литосфера "плавает" в нем. Эффект назван изостазией.

Астеносфера, в свою очередь, опирается на более глубокие слои мантии, плотность и вязкость которых возрастают с глубиной. Происходит это из-за сдавливания пород, вызывающего их структурную перестройку. Например, кристаллический кремний в обычном состоянии имеет плотность 2,53 г/см3. Под действием давления и температуры на глубинах, о которых идет речь, он переходит в одну из своих модификаций, названную стишовитом (в честь геолога Стишова, который экспериментально обнаружил такую перестройку), плотность которой достигает 4,25 г/см3. Силикаты, составленные из этой модификации кремния, имеют компактную структуру, и они преобладают в нижней мантии. В целом литосфера, астеносфера и остальная мантия могут рассматриваться как трехслойная система, каждая из частей которой подвижна относительно других частей. Особой подвижностью в этом триумвирате отличается относительно легкая литосфера, опирающаяся на пластичную и не слишком вязкую астеносферу.

Земная кора образует верхнюю часть литосферы. Она слагается в основном из восьми химических элементов: это кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий. Половина всей массы коры приходится на кислород, содержащийся в ней в связанных состояниях, главным образом в виде окислов металлов. Геологические особенности коры определяются совместным действием на нее тектонических процессов, а также атмосферы, гидросферы и биосферы, этих трех самых внешних и подвижных оболочек планеты. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется в своеобразном круговороте веществ, что иллюстрируется такими данными. Благодаря выветриванию и сносу вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80-100 миллионов лет. Убыль вещества континентов восполняется вековыми поднятиями их коры. Жизнедеятельность бактерий, растений и животных сопровождается полной сменой содержащейся в атмосфере углекислоты за 6-7 лет, кислорода – за 4000 лет. Вся масса воды гидросферы (1,41018 тонн) целиком обновляется за 10 миллионов лет. Еще более фундаментальный круговорот вещества поверхности планеты протекает в процессах, связывающих все внутренние оболочки в единую систему.

В недавнем прошлом научные представления о процессах, происходящих в земной коре и в глубинах планеты, опирались на данные геологических исследований континентов. В XIX веке обобщение этих данных привело к формированию геосинклинной геологической науки, господствовавшей до середины XX века. В ее основе лежало представление о стационарности континентов, находящихся на своих местах с момента завершения формирования Земли как планеты. Тектонические процессы сводились к явлениям, вызываемым вертикальными потоками тепла и расплавленного вещества недр, чем определялось структурное развитие планеты. Но уже в те далекие времена геологи и геофизики сталкивались с фактами, не укладывавшимися в господствовавшие представления. Например, факт присутствия в структурах континентов фрагментов древней океанической коры. Это означало, что на месте современных континентов когда-то располагались океаны и, наоборот, на месте некоторых океанов в древние времена могли находиться континенты. Также была замечена целая группа казалось бы разрозненных явлений, не находивших объяснения в рамках геосинклинальной теории. Давно обращено внимание на поразительное совпадение очертаний береговых линий удаленных на тысячи километров материков (геоморфологические признаки), что заставляет предположить возможное их совместное существование в прошлом, завершившееся расколом и раздвижением отколовшихся частей. Или согласующееся с высказанным предположением геологическое единство структур в местах предполагаемого разделения континентов (геологические признаки). Сюда же можно отнести согласующиеся с таким предположением измеренные направления намагниченности пород в разные эпохи (их не следует путать со скачкообразными сменами полярности магнитных полюсов), указывающие на предполагаемые исторические перемещения континентов (палеомагнитные данные). Или отмечаемые видовые сходства животного и растительного миров на некоторых, в наше время изолированных друг от друга, массивах суши (данные палеозоологии и палеоботаники), а также реставрации древних климатических условий, говорящие об ином местонахождении соответствующих участков суши в древние времена (палеоклиматология). Впервые на эти факты, как на совокупность единого целого, обратил внимание и свел их вместе выдающийся ученый первой половины ХХ века Альфред Вегенер. Вместе эти факты образовали систему доказательства существования горизонтальных движений континентов. С этого момента началась полная драматизма борьба между тогда еще многочисленными сторонниками стационарности континентов, их назвали фиксистами, и сторонниками исторического перемещения континентов по земной поверхности, их назвали мобилистами. Фактически же началась борьба за новую геологическую идеологию и за новые представления о взаимосвязи процессов на поверхности и в глубинах Земли.

Трудности, с которыми столкнулся Вегенер при попытке внедрения новых идей в геологические науки, связаны с тем, что эти идеи примерно на 50 лет опередили свое время. В его распоряжении не было достаточно убедительных фактов, появившихся лишь после начала детального изучения океанов, развернувшегося в 50-х годах ХХ века. Факты, о которых шла речь выше, и которые вступали в противоречие с идеями геосинклинной теории, не могли перевесить того, что накопила и обобщила геология континентов. Их рассматривали, как некое неприятное недоразумение, которое со временем можно будет объяснить, не меняя основополагающей идеологии. В этой связи интересно обратить внимание на чисто человеческую сторону научного конфликта. В 1972 году, уже после того, как улеглись ураганные страсти, разделившие в дискуссиях ученых на мобилистов и фиксистов, случайно в одной из библиотек обнаружилась книга Османда Фишера, изданная еще в 1889 году. В книге развивались близкие к современным идеи о горизонтальном движении континентов и о конвективных потоках вещества внутри Земли как причины таких перемещений. В свое время книга прошла совершенно незамеченной, она не оставила ни малейшего следа в сознании геологов. Ничего не знал о ней и Вегенер, когда 25 лет спустя после Фишера он выдвинул мобилистские идеи и начал активную борьбу за их внедрение. И то обстоятельство, что ему удалось расшевелить научную общественность, возбудить горячие дискуссии, наконец, расколоть геологическое сообщество на два противостоящих лагеря, в этом заслуга яркой, неординарной личности Вегенера, обладавшего к тому же незаурядными качествами бойца. Развязанная полемика завершилась в 1930 году в результате трагической гибели Вегенера во льдах Гренландии. Гипотеза о горизонтальных движениях континентов была объявлена антинаучной и, казалось бы, навечно похороненной. А в 1968 году она, возродившись как птица Феникс из пепла, безоговорочно утвердилась, но уже не как гипотеза, а как теория под названием Тектоника литосферных плит.

Новая теория возникла как закономерный итог развернутых в 50-е годы интенсивных и всесторонних исследований океанов, открывших геофизикам, океанологам и геологам новую, ранее неизвестную страну. Материалы этих исследований не укладывались в рамки прежней геологической идеологии, они противоречили представлениям о стационарности континентов и о вертикальных потоках тепла и вещества внутри Земли, как о главном факторе структурообразования ее поверхности. Новая теория, опираясь на данные проводившихся исследований, смогла естественным образом связать воедино тектонические, вулканические и геодинамические процессы, она наметила возможность исторического рассмотрения развития планеты, как цельного тела. В результате уже к 60-м годам лагерь фиксистов опустошился, почти все его представители перед лицом новой реальности перешли в ряды сторонников мобилистских идей и новой теории.

Основные положения Тектоники литосферных плит следующие. Литосфера рассматривается как система, разбитая на отдельные плиты, способные перемещаться, опираясь на астеносферу, независимо друг от друга. Плита это вся масса коры и подстилающей мантии, которая перемещается по поверхности Земли как единое целое. Плиты охватывают одновременно части океанов и континентов, и в настоящее время поверхность Земли слагается из нескольких десятков таких плит. В районах рифтовых долин, где вещество мантии выносится наружу, плиты расходятся, а в местах, где горизонтальные смещения соседних плит оказываются встречными, они надвигаются друг на друга. Вдоль границ литосферных плит располагаются зоны повышенной тектонической активности. При надвижении плит сминаются их края, образуя типичные горные хребты или целые горные области. Океанические плиты, берущие свое начало в рифтовых разломах, наращивают толщину по мере приближения к континентам. Они уходят под островные дуги или континентальную плиту, унося в глубины Земли накопившиеся осадочные породы. Вещество погружающейся плиты достигает в мантии глубин до 500 - 700 километров и там начинает плавиться.

Что же заставляет плиты перемещаться по поверхности планеты и откуда берется необходимая энергия? Чтобы ответить на эти вопросы следует выявить те процессы, которые протекают в земных недрах на всем их протяжении от ядра до коры, и установить их взаимосвязь с тем, что наблюдается на поверхности Земли. Формально эти процессы не входят в сферу прямых интересов теории тектоники литосферных плит, но без них невозможно обосновать то, что служит предметом ее рассмотрения. Геодинамические процессы организуют в недрах Земли замкнутые конвективные течения, образующие ячейки. В таких ячейках совершается круговорот вещества планеты: восходящие потоки поднимают вещество глубин к поверхности, нисходящие – уносят вещество поверхности в глубину. На ранней стадии развития Земли, когда ядро было малых размеров, возможно, существовала единственная мощная конвективная ячейка. Изменение со временем внутренних структур, рост ядра привели к разбиению конвективного потока и появлению нескольких более узких и менее мощных конвективных ячеек. Достигающие приповерхностных слоев конвективные течения перебрасывают мостик от восходящих к нисходящим ветвям ячеек. Предполагается, что эти процессы привели к дроблению литосферы и образованию в ней системы плит. Они же заставляют плиты перемещаться по поверхности. Но не все так просто. По словам специалистов "Силы, приводящие плиты в движение, все еще как следует не поняты... Так же неясна связь между движением плит и конвекцией. Однако, связь эта почти определенно очень тесная, причем движение океанических плит представляется составной частью конвекционного цикла" [49].

Столь же предположительными остаются и источники энергии, обеспечивающие наблюдаемые перемещения плит. В раннюю эпоху развития Земли глобальные перемещения вещества в недрах предположительно могли происходить за счет энергии, поставляемой радиоактивным распадом некоторых элементов, например, того же 40К. В наше время этот источник явно недостаточен. Взамен предлагается модель гравитационного сжатия, связанного с опусканием тяжелых фракций вещества из мантии в ядро и всплывания оттуда наверх облегченных силикатных составляющих. Процесс сопровождается увеличением размера ядра планеты.

После нескольких лет эйфории, вызванной безоговорочной победой мобилистских идей, началось понимание ограниченного характера теории литосферных плит, на смену которой идет новая, действительно глобальная теория Земли, более полно согласующаяся с современной естественнонаучной концепцией развития. В ней центральное место занимают представления о процессах самоорганизации. Ограниченность существующей теории, прежде всего, связана с тем, что она охватывает только поверхностные процессы, протекающие в литосфере и астеносфере, и не касается геодинамики глубинных слоев планеты, а именно они определяют жизнедеятельность Земли. Но охват даже этих процессов далек от полноты. Известен перечень многочисленных явлений, не укладывающихся в схему горизонтальных движений литосферы, вызываемых замкнутыми конвективными потоками в недрах планеты. Подробное обсуждение таких явлений состоялось в ходе 27-го Международного геологического конгресса, проходившего в Москве в 1984 году. Обращено внимание на то, что наряду с активной вулканической деятельностью, протекающей на границах литосферных плит, существуют вулканы и внутри самих плит. Таковы, например, цепочки вулканов Гавайских островов, Тибета, Африки. Ученые разных стран высказывали предположение, что такие цепочки вулканов последовательно возникают над разогретыми участками мантии, которые неподвижны, в то время как литосферная плита движется над ними. Поэтому на одном конце цепочки располагаются старые потухшие вулканы, а на противоположном – молодые, образовавшиеся сравнительно недавно.

Природу "горячих точек" в мантии ученые объясняют существованием стационарных вертикальных потоков тепла и вещества, названных мантийными струями. Они поднимаются из нижней мантии в верхнюю и доставляют туда горячее вещество земных глубин. К явлениям той же природы относят внутриплитовые "горячие поля", с которыми, в частности, связывают наиболее крупные аномалии в форме земного геоида. В таких местах наблюдаются поднятия поверхности океана на 50-70 метров от строгой линии геоида. Эти и некоторые другие "аномальные" факты ясно указывают на то, что жизнь земных недр протекает намного сложнее существующих представлений о ней.

Второе ограничение теории литосферных плит связано с отсутствием в ней исторического подхода, процессы в литосфере практически не связываются с развитием, с их изменениями во времени. Между тем, существуют данные, указывающие на то, что тектоника литосферных плит, какой мы ее знаем сегодня, существует не далее последнего миллиарда лет, а до этого господствовали иные геологические процессы. Мы становимся свидетелями рождения новой теории, исходящей из представлений о Земле, как о системе, цельном естественном теле, пребывающем в состоянии непрерывного развития. Движущая сила развития – одновременное действие в недрах планеты конвективного круговорота тепла и вещества и однонаправленного тепломассопереноса. В разные исторические периоды и на разных глубинах господствует один из этих двух процессов. Теория исходит из оболочечного строения Земли, в котором различают три главные области: кора и верхняя мантия, в которых динамика описывается тектоникой плит; нижняя мантия, где господствует тектоника мантийных струй; железноникелевое ядро, разрастающееся вследствие динамических процессов, происходящих в других оболочках. Каждая из оболочек, в свою очередь, слагается из отдельных открытых диссипативных подсистем, которые при общем единстве обладают своими индивидуальными особенностями. Нарождающаяся теория получила условное название Глобальной геодинамики.

Ее оформление дело недалекого будущего.

Самые верхние подсистемы Земли, а это гидросфера и атмосфера, заметно отличаются от других ее систем, образующих твердое тело планеты. По массе – это незначительная часть земного шара, не более 0,025% всей его массы. Но значение этих оболочек в жизни планеты огромно и об этом говорилось в предыдущем параграфе. Гидросфера и атмосфера возникли на самой ранней стадии формирования планеты, а может быть и одновременно с ней. Нет сомнений, что океан и атмосфера существовали 3,8 миллиарда лет назад. В отношении атмосферы долгое время господствовала гипотеза, что она появилась в результате процесса дегазации земных недр под воздействием вулканических и некоторых тектонических процессов. Теперь эту гипотезу считают несостоятельной, а основным источником, породившим атмосферу Земли, полагают ударную дегазацию. Так, Альвен и Аррениус, с концепциями которых мы знакомились раньше (см. 3.3), полагают, что когда Земля достигла примерно размеров Марса, начался период ее интенсивных бомбардировок планетезималями. Удары сопровождались сильными локальными разогревами, плавлением земных пород и самих планетезималей. При этом выделялись содержавшиеся в породах газы и пары воды. А так как средняя температура поверхности Земли оставалась сравнительно низкой, пары воды конденсировались, образуя растущую гидросферу, а газы образовывали раннюю земную атмосферу. В столкновениях Земля теряла какое-то количество водорода и гелия, но сохраняла более тяжелые газы. Содержание изотопов инертных газов в современной атмосфере позволяет судить о породившем их источнике. Судя по изотопному составу, атмосфера в основном порождена ударной дегазацией, а не выделением газов из глубин Земли. Идея ударной дегазации, как основного механизма, образовавшего гидросферу и атмосферу, поддерживается многими специалистами.

Обе внешние оболочки Земли, атмосфера и гидросфера, тесно взаимодействуют друг с другом и с литосферой. На них оказывается прямое воздействие со стороны Солнца и Космоса. Каждая из двух оболочек представляет собой открытую систему, в определенной степени независимую в своих путях развития. Те, кто профессионально изучает воздушный или водный океаны убеждены, что объекты исследования обнаруживают удивительную тонкость организации и способность к глубокой саморегуляции. Но при этом ни одна из земных систем не выпадает из общего ансамбля, и их совместное существование демонстрирует не просто сумму частей, а новое качество.

Среди сообщества оболочек Земли особое место занимает биосфера. Она захватывает верхний слой литосферы, почти всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Значимость этой системы выходит за пределы чисто земного мирка, она представляет собой звено космического масштаба и требует отдельного рассмотрения.

3.6. От химической эволюции к биохимической эволюции Внешняя геологическая оболочка Земли, образующая у ее поверхности пленочный слой, названа биосферой. Этот термин ввел в науку Э.Зюсс в 1875 году. Под ним понимается совокупность заселяющих поверхность планеты сообществ растений, животных и микроорганизмов вместе со средой обитания. Новый смысл этому понятию придал В.И.Вернадский, рассматривавший биосферу как системное образование, как одну из геологических оболочек Земли. Биосфера сугубо земная форма жизни, поскольку сведениями о распространенности жизни во Вселенной и о возможных ее внеземных формах наука не располагает. Весь наш опыт в этой области ограничен единственным пока доступным примером Землей, но и эти знания о жизни далеки от полноты.

Может ли жизнь на Земле быть случайным для Вселенной событием, результатом совпадения маловероятных комбинаций? Еще сравнительно недавно считалось, что такое мнение имеет право на существование. В наши дни два обстоятельства заставляют считать подобные допущения несовместимыми с новым научным мировоззрением. Во-первых, в последние десятилетия вскрыта чрезвычайная структурная и функциональная сложность "живого" вещества и законов, управляющих его развитием. Высочайшая степень упорядоченности и саморегулирования жизни не могли возникнуть из-за случайных стечений обстоятельств. Во-вторых, под напором ставших известными фактов признается, что развитие Природы носит направленный характер, выражающийся, в частности, в нарастании со временем сложности и упорядоченности вещества, его структур во Вселенной. Жизнь одна из самых высоких известных Человеку форм упорядоченности вещества, которая может возникнуть только по достижению Развивающейся Вселенной определенной стадии эволюции и только в таких ее локальных системах, где предыдущее развитие подготовило необходимые условия для перехода к столь высокому уровню упорядоченности. Такие условия могли возникнуть во многих локальных системах, например, на многих планетах, образовавшихся около звезд определенного типа.

Но, видимо, лишь в небольшом числе случаев потенциальные возможности реализуются и здесь велика роль случайности.

Еще в 20-х годах В.И.Вернадский утверждал, что появление жизни на Земле произошло на ранней стадии ее развития и заняло узкий интервал времени, не более пары сотен миллионов лет. В настоящее время это предположение получило убедительное подтверждение. Появление жизни увязывают с появлением земных океанов. Возраст Земли определен равным примерно 4,6 миллиардов лет, а первые осадочные породы, свидетельствующие о существовании крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом ~3,8 миллиардов лет.

Согласно палеонтологическим данным, приводимым в [51], температура воды в первичных океанах была не слишком холодной, но и не выше 580 С. Следы древнейших организмов обнаружены в кремнистых пластах Западной Австралии, возраст которых, а, следовательно, и возраст останков жизни, оценен в ~3,5 миллиарда лет. Это минерализовавшиеся нитчатые и округлые микроорганизмы примерно десятка различных видов, напоминающие простейших бактерий и микроводоросли. Организмы, видимо, имели внутренние структуры, в них присутствовали химические элементы, соединения которых способны осуществлять фотосинтез. Судя по этим данным, обнаруженные древнейшие организмы бесконечно сложны по сравнению с самыми сложными органическими соединениями неживого (абиогенного) происхождения.

Нет сомнений, что они – не самые ранние формы жизни, и что существовали их более древние предшественники. Об этом же судят по косвенным признакам, указывающим на широкую распространенность жизни в те древнейшие периоды существования Земли. Так, в осадочных породах той поры накоплены огромные количества углерода разного изотопного состава. Известно, что жизнь, базирующаяся на углероде, использует только один из его изотопов, а именно 12С. В древнейших накоплениях углерода этот изотоп с удивительным постоянством составляет примерно 20% от общего количества. Отсюда следует вывод, что в те далекие времена, к которым относятся найденные останки одноклеточных организмов, жизнь уже довольно полно контролировала земной цикл углерода. История земной жизни, таким образом, уходит в тот "темный" первый миллиард лет существования нашей планеты, который не оставил следов в ее геологической истории. Но именно тогда на Земле имели место условия, впоследствии не повторявшиеся, когда появилась биосфера. С тех пор, насколько нам известно, живое вещество порождается только живыми организмами, а органические соединения, создаваемые организмами, структурно отличаются от соединений того же химического состава, но абиогенного происхождения.

Самый главный вопрос, трудный поиск ответа на который ведут ученые, это вопрос о том, как возникла жизнь на Земле. Знакомясь с предшествующими материалами, читатель не мог не обратить внимание на выделенность Земли среди других планет своей группы. Такая выделенность, заключающаяся в особой тектонической активности земных недр, в существовании на ней мощнейшей гидросферы, в особом характере ее энергетического баланса, связанного с определенным местоположением планеты относительно Солнца, создала условия для существования и эволюции земной жизни. Но как возникла эта земная жизнь, где ее начало?

С позиций современной науки можно рассматривать две альтернативные гипотезы. Одна из них предполагает, что жизнь или некие ее основы занесены на Землю из Космоса. Так, Владимир Иванович Вернадский, опираясь на представления о стационарности Вселенной, высказывал убеждение в вечности и неуничтожаемости жизни, семена или споры которой переносятся в Космосе и, попав в подходящие условия, дают начало развитию жизни. В столь прямолинейной трактовке эта гипотеза несовместима с моделью Развивающейся Вселенной, имеющей начало и, следовательно, некое завершение развития, неизбежно сопровождающееся уничтожением жизненных основ. Другой вариант гипотезы внеземное происхождение жизни, семена которой были занесены на Землю. Этот вариант не решает проблему происхождения жизни, лишь отодвигая ее в космические дали. Вполне возможно, что в ходе последующего расширения наших знаний и о Космосе, и о жизни, возникнут новые обстоятельства, которые подтвердят внеземные источники ее происхождения. Одним из таких обстоятельств может служить открытие в 2000 году огромных количеств бактерий в самых верхних слоях атмосферы. Их удается возвратить к жизни. К этому следует добавить внезапное появление новых типов бактерий, ранее не обнаруживавшихся в земных условиях и не ставших результатом мутации земных форм. Высказывается предположение о внеземном происхождении таких бактерий. В этом же плане привлекает внимание обнаружение в межзвездном пространстве аминокислоты глицина, входящей в состав земных организмов. Поэтому сейчас нет оснований отвергать гипотезу о занесении на Землю основ жизни из космоса.

Альтернативная гипотеза предполагает, что в процессе самоорганизации вещества Вселенной, на определенной стадии ее развития, появляются условия для перехода "косного" (по терминологии Вернадского) материала в "живые" формы вещества. Такой переход закономерен и неизбежен в рамках Развивающейся Вселенной, и он находится в полном согласии с концепцией развития Природы. А так как в данной книге автор стремится изложить основы современной естественнонаучной концепции развития, то дальнейшее наше рассмотрение проблемы опирается на идеи сторонников гипотезы происхождения земной жизни естественным путем из косного вещества, в процессе некоей самоорганизации, что по своему духу близко именно этой концепции.

То обстоятельство, что «начало» земной жизни скрывается в пока непознаваемом наукой первом миллиарде лет существования планеты, лишает ученых возможности реконструировать существовавшие тогда на Земле условия. Но можно уверенно говорить, что именно условия того периода времени обеспечили появление жизни на планете, поскольку акт рождения земной жизни был одноразовым, и нет никаких признаков того, что он повторялся в последующей истории. Одним из основополагающих компонентов исходных условий того периода была первичная атмосфера планеты, обладавшая, в частности, восстановительными свойствами. Однако, восстановительная атмосфера, отличная от первичной, сохранялась и в "геологический" период истории. По палеонтологическим данным, приводимым Рутеном [51], восстановительный характер земной атмосферы прослеживается вплоть до рубежа 2,55 0,2 миллиарда лет назад. Начальные формы возникшей жизни долгое время развивались в такой атмосфере. Критерием перехода от восстановительной к окислительной атмосфере считается достижение точки Пастера, когда содержание кислорода стало примерно равным 0,01% от его современного уровня. Тогда микроорганизмы получили возможность перейти от процессов брожения к процессу дыхания. После прохождения через этот рубеж насыщенность атмосферы кислородом за какие-нибудь пару сотен миллионов лет достигла современного уровня (22% от общего количества газа в атмосфере) и с тех пор такая концентрация поддерживается в мало меняющемся соотношении.

Загадка появления жизни на Земле волнует думающую часть человечества с незапамятных времен. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но до сих пор основные дискуссии затрагивают вопрос о материальной и духовной сущности жизни. Является ли жизнь просто чрезвычайно упорядоченным состоянием тех же элементов, из которых состоит "неживое" вещество, или существуют пока неоткрытые элементарные "частицы жизни" (индусы называют это праной, палеонтолог Пьер Тейяр де Шарден – частицами элементарного сознания и т.д.), переводящие на определенном уровне своей концентрации "обычное" физико-химическое вещество из неживого в живое состояние. Общепризнанного ответа на этот вопрос нет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участника спора. А его разрешение, если такое событие произойдет в обозримое время, определят результаты будущих исследований. Не предрешая этих результатов, хочу обратить внимание читателя на следующее.

Ученый, в силу своей профессии, не может руководствоваться принципом "верую". В науке утвердился другой принцип, сформулированный еще в XIV веке английским философом Вильямом Оккамом и получивший название "бритвы Оккама": не умножай сущностей без необходимости. Некоторые ученые переформулируют этот принцип, утверждая, что не следует рассматривать предположения, которые в принципе невозможно проверить экспериментально. Принцип Оккама, внося известную долю консерватизма, защищает науку от необоснованных спекуляций. Иллюстрацией действенности принципа могут служить два (из множества) примера. 200 лет назад сложилось убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями лежит непроходимая пропасть, что они представляют собой две разные сущности. Для такого утверждения были, казалось бы, веские основания. Все известные в то время органические соединения создавались живыми организмами и других способов их получения не знали; свойства органических соединений были иными, чем у неорганических веществ. Но в 1828 году Ф.Веллер синтезировал первое искусственно созданное органическое соединение, употребив в качестве сырья обычные химические элементы и их соединения. Это была мочевина, типичный продукт жизнедеятельности животных. Миф о двух разных сущностях, о разной химической природе органического и неорганического вещества рухнул, а на его месте родилась химия углерода или, иначе, органическая химия. Предмет ее изучения углерод, способный образовывать особо сложные многоатомные молекулы, включающие атомы водорода, азота, кислорода, фосфора, серы и других известных элементов и не включающие никакие другие сущности. Именно из подобных молекул собираются живые организмы.


Другой пример. Долгие годы исследователи не могли понять, почему практически все биохимические реакции протекают в организмах с высокими скоростями, но любые попытки их инициирования и поддержания при тех же давлениях и температурах вне организмов терпят неудачу. Возникла гипотеза об особой сущности протекания реакций в организмах, отличной от химической сущности. Но вскоре были открыты материальные носители этой "сущности", ферменты, направленно вырабатываемые в клетках организма и служащие катализаторами соответствующих биохимических реакций. Позже удалось расшифровать химический состав некоторых из них. Вместо гипотезы в органической химии появился раздел, изучающий и расшифровывающий химический состав ферментов, механизмы их работы и другие физико-химические аспекты этих соединений.

Приведенные примеры раскрывают одну из особенностей познания нового. Сталкиваясь с явлением, не укладывающимся в известные до этого представления, у исследователя возникает искушение выбрать самый простой путь для его объяснения, а именно, ввести новую сущность. Ее природа столь же непонятна, как и само явление, но на время создается иллюзия, что феномен получил объяснение. Согласно принципу Оккама, такой прием бесперспективен.

Но не отвергается возможность введения в оборот новой сущности после получения доказательства ее реальности или после исчерпания возможности объяснения феномена в рамках "консервативных" представлений. На сегодня надежда получить объяснение крайней сложности, устойчивости, упорядоченности, тончайшей подгонки всех структур и функций живых организмов на основе физико-химических представлений не исчерпана.

Проникновение в суть явления, называемого происхождением жизни на Земле, перестало выглядеть безнадежным занятием после того, как усилиями ряда ученых сформировался системный подход к нему, рожденный новым научным мышлением. Выше уже упоминалось в этой связи имя В.И. Вернадского. Конкретные идеи такого плана выдвинул в 1924 году А.И.

Опарин. Видимо, новое понимание проблемы назрело в науке, и независимо от Опарина несколько позже (в 1929 году) подобный подход провозгласил Дж. Холдейн. Эстафету подхватил и понес дальше Дж. Бернал. В появлении жизни эти ученые увидели единый естественный процесс, слагавшийся из протекавшей в особых условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, скачком перешедшей затем на качественно новый уровень, на уровень биохимической эволюции. Эти процессы с самого начала были неразрывно связаны с геологической эволюцией внешних оболочек Земли.

Состояние проблемы происхождения жизни на Земле, первоначально сложившиеся представления о доисторической химической эволюции и путях ее перехода в биохимическую эволюцию, энциклопедически подробно отражены в знаменитой книге Джона Бернала, изданной в Лондоне в 1967 году и затем переведенной на многие языки мира, в том числе и на русский язык [52]. С момента выхода книги Бернала многое изменилось в биологических и смежных с ней науках, но до сих пор продолжается поиск ответа на «вечные вопросы», касающиеся происхождения земной жизни. В таких условиях для тех, кто ищет ответы на такие вопросы, книга Бернала продолжает сохранять не только исторический интерес. Важно то, что в ней формулируются вопросы, на которые следует искать ответы. А, как известно, правильно поставить вопрос особенно важно в условиях, когда еще не созрели предпосылки для получения на него ответа.

В проблеме возникновения жизни на Земле естественным путем Бернал выделяет три последовательные стадии. На первой стадии происходило образование исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях, имевших место на Земле в самый ранний период ее существования как планеты. На второй стадии из появившихся и накопившихся в первичном океане мономерных органических молекул образовывались в процессах полимеризации полимеры и биомолекулярные комплексы, в том числе способные формировать элементы, обеспечивающие протекание жизненных процессов. Возможно, что на этой стадии появились предшественники двух жизненных основополагающих процессов обмена веществ и воспроизведения сложных органических структур строго определенного состава и строения.

На третьей стадии возникшие элементы сформировали самые простые клеточные организмы, обособленные от неживой природы.

Наиболее разработана и обоснована первая стадия этого сложнейшего процесса. Она могла протекать в особых условиях, имевших место в "догеологическую" эпоху первого миллиарда лет существования Земли. Эти условия предполагают существование первичной атмосферы восстановительного характера, в состав которой входили метан и аммиак, наличие на Земле достаточно обширных водоемов и, следовательно, присутствие в атмосфере паров воды. Отсутствие озонового слоя означало проникновение к поверхности планеты жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. В таких условиях неизбежно протекали процессы образования органических мономерных молекул, в том числе и таких сложных, какими являются аминокислоты, сахара и органические кислоты. Из таких соединений затем могли возникать элементы, составляющие основу жизни.

В 1953 году Миллер впервые провел модельные лабораторные эксперименты, подтвердившие сказанное выше. В смеси метана, аммиака и водяных паров осуществлялись электрические разряды, после чего обнаруживался весь набор упоминавшейся органики. Подобные эксперименты неоднократно повторялись в разных вариантах другими исследователями, и результаты воспроизводились, наглядно демонстрируя реальность такого пути образования органических соединений, обеспечивших исходным сырьем протекание в дальнейшем второй стадии возникновения жизни. Но особенно сильное впечатление на ученых произвел факт обнаружения подобного набора мономерных органических молекул в выпадавших на Землю углистых каменных метеоритах. Высказывается предположение, что такие соединения возникали в астероидах 4,5 миллиарда лет назад, в период, когда формировалась Солнечная система. Углистые метеориты рассматриваются как фрагменты распавшихся астероидов. Обнаружение столь сложной органики вне Земли указывает на повсеместный процесс образования преджизни во Вселенной, выражаясь образно, везде, где есть пыль и газ. Но последующие стадии, ведущие к появлению самой жизни, протекают не везде, а только там, где возникают необходимые для этого условия.

Итак, на первой стадии должны были образоваться и накопиться в океане в достаточных количествах молекулы различных видов, часть из которых вошла позднее в состав живых организмов. Известно, что все системы жизни используют всего лишь 29 органических молекул, относящихся к азотистым основаниям, сахарам, углеводам и аминокислотам. Все эти молекулы составлены из нескольких легких элементов, занимающих верхнюю строчку таблицы Менделеева: это водород, углерод, кислород и азот, а также фосфор и сера. Эти элементы химически активны, они легко вступают в реакции, образуя весьма сложные молекулы. Современные организмы кроме шести основополагающих элементов используют еще 15 других, в том числе некоторые металлы, среди которых хорошо известна роль железа, входящего в состав гемоглобина крови. Но материальной основой жизни служат именно шесть указанных выше элементов. Особая роль среди них принадлежит углероду, который по праву считается основой жизни. Возможность протекания процессов синтеза необходимых для жизни молекул в первичной атмосфере Земли подтверждается не только теоретическими умозаключениями, но и лабораторными экспериментами. В земных условиях последующее развитие химической эволюции, ее переход к биохимической, а затем и биологической эволюции, могло протекать только в водной среде, в первичном океане.

Следующий шаг в формировании основ жизни на Земле, иначе говоря, вторая стадия долгого пути, предстает как наиболее трудная и наименее разработанная часть проблемы происхождения жизни. Как писал Бернал, "Здесь в наших попытках создать правдоподобную гипотезу мы можем рассчитывать только на логику". Предполагается, что на этой стадии произошел переход от молекул к биомолекулярным комплексам, оформились предтечи материальных и функциональных основ жизни. Понять те вопросы, которые поставили перед учеными попытки объяснить происходившую в этот период эволюцию, проще всего забежав далеко вперед и кратко рассмотрев конечные результаты, достигнутые Природой на протяжении второй стадии. Выше упоминалось, что фаза жизни начинается после того, как появляются два характеризующих ее процесса: обмен веществ и точное воспроизведение определенных органических молекул и биомолекулярных комплексов. У современных организмов оба жизнеобеспечивающих процесса достигли высочайшего уровня совершенства, но для этого понадобилось свыше миллиарда лет эволюции. На второй стадии возникновения жизни должны были появиться самые ранние предшественники этих процессов, однако их следы затерялись в глубочайшей древности. Современная наука не располагает возможностью экспериментального исследования этой проблемы и в своих гипотетических реконструкциях второй стадии опирается на аналогии из области химии, биологии и геологии. Вряд ли такой путь поиска можно считать надежным. В последние годы в качестве ключа к решению проблемы пытаются активно использовать представления о самоорганизации природных систем.

Процесс обмена веществ обеспечивает поддержание уровня упорядоченности организма и его частей. Такая задача решается путем отбора извне веществ, обеспечивающих после соответствующей их переработки протекание синтеза нужных для жизнедеятельности соединений. С другой стороны, система выводит из организма все то, что не может быть утилизовано или появляется как шлаки процессов жизнедеятельности. Система обмена веществ представляет собой цепь тончайшим образом взаимосогласованных биохимических реакций синтеза и расщепления белковых тел. Лучшие наши химические производства могут лишь позавидовать тому, как экономно и филигранно точно осуществляет природа функцию обмена у всех своих созданий – от простейшей клетки до высших организмов.

Материальной основой системы обмена служат белки. Они выполняют функцию органических катализаторов (ферментов), обеспечивающих в условиях организма протекание биохимических реакций, а также исполняют роль структурных клеточных элементов. Белки представляют собой длинные цепочки аминокислот, удерживаемых пептидными связями.

Поэтому их называют также полипептидами. Из огромного числа известных органической химии аминокислот, для построения своих белков жизнь использовала лишь 20 типов. Разнообразие белков определяется не только входящими в их состав аминокислотами, но и последовательностью аминокислот в пептидных цепочках. Более того, при полной идентичности состава и последовательности аминокислот, различия в пространственной структуре молекул белков ведет к различию их физико-химических свойств. В природе существуют два типа структурной организации органических молекул. Характерно, что белки живого происхождения всегда имеют одну и ту же пространственную структуру, в то время как белки абиогенного происхождения содержат молекулы обоих возможных структурных разновидностей в равных количествах.

Система воспроизведения содержит в закодированном виде информацию, необходимую для построения из запасенного клеткой органического материала нужного в данный момент белка, обеспечивающего протекание определенной биохимической реакции. Она же ведает механизмом извлечения и реализации соответствующей программной информации. Свои функции эта система осуществляет через посредство полимерных биокомплексов – полинуклеидов. Хранителями генетической информации служат молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), такая информация заложена в последовательности оснований вдоль цепи ДНК, скрученной в двойную спираль. А "считывают" эту информацию, переносят ее в среду, содержащую исходные компоненты будущего белка, и осуществляют из них синтез этого белка молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК). Другая функция системы воспроизведения состоит в том, что она сдержит программу биологического развития любого организма от начальной стадии до последующих периодов. В случае одиночной клетки эта система определяет начало и последующее протекание процесса ее деления, в многоклеточных организмах она руководит развитием от исходной оплодотворенной яйцеклетки до полного оформления взрослого организма.

В изучении механизмов действия системы обмена веществ и воспроизведения достигнуты выдающиеся успехи. Но здесь нас волнует один вопрос: как могли в ходе химической эволюции сложиться из вещества абиогенного происхождения такие высокоупорядоченные, тонко подогнанные системы, теснейшим образом связанные с обменом веществ и с функционированием живой клетки? Нет никаких сомнений в том, что образование обоих жизненных систем не могло произойти в результате каких-то случайных переборов вариантов. Также как нет сомнений, что обе системы должны были возникнуть в некоем едином процессе. С другой стороны, без возникновения этих систем, пусть в значительно более упрощенном варианте, чем теперь, не мог появиться метаболизм, присущий живой клетке. Процесс метаболизма слагается из трех функций. Ферментная функция заключается в каталитическом ускорении реакций энергетического обмена, синтеза или распада молекул с высвобождением энергии. Эта функция выполняется белковыми молекулами. Коферментная функция заключается в поставке или отнятии энергии малыми дискретными порциями в процессах ферментативных реакций.

Она выполняется особыми фосфатными соединениями, наиболее важным из которых является аденозинтрифосфат (АТФ). Наконец, функция хранения и переноса информации, осуществляется нуклеиновыми кислотами. Именно эти три функции и обеспечивающие их протекание элементы должны были сложиться к концу второй стадии развития жизни.

Первым шагом второй стадии развития жизни стал процесс сборки в ходе химической эволюции полимерных молекул из образовавшихся на первой стадии мономеров. В современных условиях такой процесс образования цепочки последовательно соединяющихся органических молекул, называемый полимеризацией, происходит только внутри клетки, и воспроизвести его в лабораторных условиях не представляется возможным. Даже этап полимеризации труден и практически не обоснован во всех существующих гипотезах.

Но и с представлениями о последующих шагах дело обстоит не лучше. Нет смысла углубляться в дебри интересной, но мало понятной неспециалистам проблемы. Стоит отметить лишь одно обстоятельство, непосредственно относящееся к рассматриваемой нами новой концепции развития. Следующим шагом на второй стадии развития преджизни стало образование в процессе взаимодействия полимеров предшественников обеих жизненных систем – обмена веществ и воспроизведения сложных молекулярных биокомплексов, через которые обеспечивается протекание метаболизма жизни. Все жизненные процессы брожение, окисление, фотосинтез, пищеварение, выделение контролируются специфическими молекулами ферментов специализированных типов. И эти молекулы воспроизводятся только через посредство нуклеиновых кислот. Как отметил Бернал, раздельное возникновение предшественников обеих тесно связанных между собой жизненных систем просто невозможно себе представить, они возникали взаимосвязано, в едином процессе. Случайность здесь исключается, это должен был быть целенаправленный процесс, пусть даже растянутый на многие тысячелетия. Что же лежит в основе направленности? Теперь популяризаторы науки включают понятие самоорганизации в рассмотрение процесса возникновения жизни из косной материи уже как нечто само собой разумеющееся. Вот, например, что написано по этому поводу в книге болгарского палеонтолога Т.Николова "Долгий путь жизни" [53]:

"Добиологический чисто химический этап переходит в этап самоорганизации, на котором возникают самовоспроизводящиеся сложные молекулярные комплексы. Эти макромолекулярные комплексы дают начало жизни. Граница между двумя этапами – этапом чисто химической эволюции и этапом самоорганизации биологических макромолекул – весьма условна и не фиксирована во времени". И далее: "В понимании вопроса о происхождении жизни понятия "нуклеиновая кислота" и "белок" можно заменить понятиями "информация, содержащая инструкцию" и "функция". И тогда вопрос "что первично?" становится абсурдным, так как не может осуществляться определенная функция, если нет информации. А информация приобретает смысл только через функцию, которую она кодирует". Итак, кроме понятий вещества, энергии и процессов, в которых они участвуют, добавляется понятие "информации" как еще одного равноправного участника мироздания. Запомним это.

На заключительном этапе второй стадии должен был проявиться фактор, способствовавший образованию мембран, играющих решающую роль в структуре всех существующих клеток. Мембраны – это липиды и белковые тела. В лабораторных экспериментах, имитирующих процессы в атмосфере и на поверхности молодой Земли, получено подтверждение способности этих соединений при определенной концентрации в водоемах к самосборке микрооболочек, то есть, к самоорганизации. Допустимо считать, что процесс самосборки мембран совместился с процессом возникновения систем обмена и воспроизведения, отделив материальных участников этих процессов от окружающей неорганизованной среды. Вряд ли справедливо считать такое совмещение результатом случайности. По-видимому, это и стало актом образования протоклетки. В наши дни мембраны не только отделяют клетку от окружения, но и играют важную роль в организации внутриклеточного пространства.

На третьей стадии развития жизни завершился переход от биокомплексов к оформившейся клетке, то есть возникла жизнь, если ее началом можно считать появление клеточных форм организации вещества. Это был непростой процесс. Даже простейшая клетка предстает как сообщество определенного набора субчастиц, так называемых органелл, и, как показывают электронно-микроскопические исследования, она чрезвычайно сложна. А клетки, из которых слагаются многоклеточные организмы, не только характеризуются нарастающим уровнем сложности, но и огромным их разнообразием. За всем этим лежит длительная и сложная история. Как пишет Бернал, "Воссоздать облик исходных клеток очень трудно: они, безусловно, сильно отличались от современных клеток. Должно быть, бактерии представляют собой высокоразвитых потомков этих примитивных клеток" [52]. Существует гипотеза, сторонником которой является и Бернал, согласно которой органеллы первоначально существовали как независимые единицы и лишь на поздней стадии они объединились в клеточный комплекс. Независимое существование органелл, которые содержали в своем составе молекулы РНК и некоторые ферменты, а также были заключены в простейшие мембранные оболочки, позволяет рассматривать их, по аналогии с вирусами, как первые живые существа. "Согласно моей гипотезе, - пишет Бернал, - из общей живой макромолекулярной доорганизменной массы почти одновременно возникло большое число различных организмов. Эти примитивные организмы были в какой-то степени отделены от своей биохимической основы. Вместе с тем они никогда не были одни. С самого начала они существовали в среде, содержащей много других организмов, отличающихся от них самих и в какой-то степени комплиментарных им. Они постоянно обменивались метаболическими продуктами". Наличие подобных взаимоотношений могло привести к образованию органелл, а объединение взаимодополняющих друг друга органелл породило простейшую клетку.

Итак, сегодня наука далека от того, чтобы объяснить возникновение жизни, в том числе и ее возникновение путем перехода в земных условиях химической эволюции в биохимическую эволюцию. Проводившиеся работы в этом направлении вскрыли невероятную сложность живого даже в его простейших формах. Невозможно представить себе протекание процесса появления жизни как случайность. Включение в рассмотрение процесса появления жизни на Земле понятия самоорганизации материи подсказывает возможное решение проблемы при условии, что будет раскрыт механизм ее действия в данной ситуации.

Свой вклад в решение проблемы происхождения жизни на Земле постарались внести и физики. Они обратили внимание на открытое еще Луи Пастером явление оптической активности органических соединений живого происхождения, не свойственное таким же соединениям абиогенного происхождения. Так, входящие в состав белков аминокислоты поворачивают плоскость поляризации проходящего через их среду света влево, а входящие в состав клеточных аминокислот сахара поворачивают эту плоскость вправо. Соответствующие абиогенные соединения образуют смеси, в которых равновероятно содержание молекул обоих возможных конфигураций, поэтому поворота плоскости поляризации при прохождении света через такие смеси не происходит. Современные данные об оптической активности органических соединений живого происхождения и предположения об отношении такого эффекта к происхождению жизни содержатся в обзорных статьях популярного плана [54,55]. Коротко речь идет о следующем.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 


Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С.А. ЕСЕНИНА А.К.Муртазов Русско-английский астрономический словарь Около 10 000 терминов A.K.Murtazov Russian-English Astronomical Dictionary About 10.000 terms Рязань - 2010 Рецензенты: доктор физико-математических наук, профессор МГУ А.С. Расторгуев доктор филологических наук, профессор МГУ Л.А. Манерко А.К. Муртазов Русско-английский астрономический словарь. – Рязань.: 2010, 188 с. Словарь является...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С.А. ЕСЕНИНА А.К.МУРТАЗОВ ENGLISH – RUSSIAN ASTRONOMICAL DICTIONARY About 9.000 terms АНГЛО-РУССКИЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ Около 9 000 терминов РЯЗАНЬ-2010 Рецензенты: доктор физико-математических наук, профессор МГУ А.С. Расторгуев доктор филологических наук, профессор МГУ Л.А. Манерко А.К. Муртазов Русско-английский астрономический словарь. – Рязань.: 2010, 180 с. Словарь является переизданием...»

«ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ Г. ЕКАТЕРИНБУРГ КОНКУРСЫ И ПРОЕКТЫ Екатеринбург Январь 2014г. -1ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИГЛАШАЕТ ШКОЛЬНИКОВ К УЧАСТИЮ В КОНКУРСАХ ОРГАНИЗУЕТ ИНТЕРАКТИВНЫЕ УРОКИ, ВСТРЕЧИ, СЕМИНАРЫ Главное направление деятельности Информационного центра по атомной энергии – просвещение в вопросах атомной энергетики, популяризация наук и. В целях популяризации научных знаний, культурных традиций и современного технического образования ИЦАЭ выступает...»

«ЖИЗНЬ СО ВКУСОМ №Щ октябрь–ноябрь 2013 18+ КУХНЯ-МЕТИС Латинская Америка — рецепты шефов и взгляд изнутри СТЕЙК Всё, что нужно знать о большом куске мяса БАРСЕЛОНА Кафе на рынках, тапас-бары и гастропабы — маршрут на выходные ПИСЬМО ЧИТАТЕЛЮ ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ! Чтобы оставаться в форме, необходимы покой, хорошая еда и никакого спорта, любил повторять Уинстон Черчилль. Безусловно, во всём доверяться даже такому авторитету, как знаменитый премьер Великобритании, не стоит. Однако как важно подчас...»

«С.Л. Василенко Два сокровища геометрии как основа структурирования природных объектов В работе представлены структурно-образующие модели, общие для теоремы Пифагора и золотого сечения. Ввиду простых и одновременно уникальных свойств, Иоганн Кеплер охарактеризовал эти математические объекты как два сокровища геометрии. Такими объединяющими подосновами являются рекуррентные числовые последовательности, треугольники специального вида и др. В частности, выделен равнобедренный треугольник, стороны...»

«Б. Г. Тилак The Arctic Home in the Vedas Being also a new key to the interpretation of many Vedic Texts and Legends by Lokamanya Bal Gangadhar Tilak, b a, 11 B, the Proprietor of the Kesan & the Mahratta Newspapers, the Author of the Orion or Researches into the Antiquity of the Vedas the Gita Rahasya (a Book on Hindu Philosophy) etc etc Publishers Messrs Tilak Bros Gaikwar Wada, Poona City Price Rs 8 1956 Б.Г.ТИЛАК АРКТИЧЕСКАЯ РОДИНА В ВЕДАХ ИЗДАТЕЛЬСКО Москва Ж 2001 ББК 71.0 Т41 Тилак Б. Г....»

«4    К.У. Аллен Астрофизические величины Переработанное и дополненное издание Перевод с английского X. Ф. ХАЛИУЛЛИНА Под редакцией Д. Я. МАРТЫНОВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МИР МОСКВА 1977 5      УДК 52 Книга профессора Лондонского университета К. У. Аллена приобрела широкую известность как удобный и весьма авторитетный справочник. В ней собраны основные формулы, единицы, константы, переводные множители и таблицы величин, которыми постоянно пользуются в своих работах астрономы, физики и геофизики. Перевод...»

«#20 Февраль – Март 2014 Редакция: Калытюк Игорь и Чвартковский Андрей Интервью Интервью с Жаком Валле Жак. Ф. Валле родился во Франции. Защитил степень бакалавра области математики в университете Сорбонне, а также степень магистра в области астрофизики в университете Лилль. Будучи уже как астроном переехал в США в Техасский Университет, где был одним из разработчиков компьютерной карты планеты Марс по заказу NASA. Защитил докторскую диссертацию в области компьютерных наук в СевероЗападном...»

«Федеральное агентство по образованию Томский государственный педагогический университет Научная библиотека Библиографический информационный центр Педагогическая практика: в помощь студенту-практиканту Библиографический указатель Томск 2008 Оглавление Предисловие Педагогическая практика Методика преподавания в начальной школе Методика преподавания естествознания Методика преподавания химии Методика преподавания биологии Методика преподавания географии Методика преподавания экологии Методика...»

«РУССКОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО РОССИЙСКАЯ АСТРОНОМИЯ (часть вторая) АНДРЕЙ АЛИЕВ Учение Махатм “Существует семь объективных и семь субъективных сфер – миры причин и следствий”. Субъективные сферы по нисходящей: сферы 1 - вселенные; сферы 2 - без названия; сферы 3 -без названия; сферы 4 – галактики; сферы 5 - созвездия; сферы 6 – сферы звёзд; сферы 7 – сферы планет. МОСКВА ОБЩЕСТВЕННАЯ ПОЛЬЗА 2011 Российская Астрономия часть вторая Звёзды не обращаются вокруг центра Галактики, звёзды обращаются...»

«2                                                            3      Astrophysical quantities BY С. W. ALLEN Emeritus Professor of Astronomy University of London THIRD EDITION University of London The Athlone Press 4    К.У. Аллен Астрофизические величины Переработанное и дополненное издание Перевод с английского X. Ф. ХАЛИУЛЛИНА Под редакцией Д. Я. МАРТЫНОВА ИЗДАТЕЛЬСТВО...»

«Курс общей астрофизики К.А. Постнов, А.В. Засов ББК 22.63 М29 УДК 523 (078) Курс общей астрофизики К.А. Постнов, А.В. Засов. М.: Физический факультет МГУ, 2005, 192 с. ISBN 5–9900318–2–3. Книга основана на первой части курса лекций по общей астрофизики, который на протяжении многих лет читается авторами для студентов физического факультета МГУ. В первой части курса рассматриваются основы взаимодействия излучения с веществом, современные методы астрономических наблюдений, физические процессы в...»

«http://eremeev.by.ru/tri/symbol/index.htm В.Е. Еремеев СИМВОЛЫ И ЧИСЛА КНИГИ ПЕРЕМЕН М., 2002 Электронная версия публикуется с исправлениями и добавлениями Оглавление Введение Часть 1 1.1. “Книга перемен” и ее категории 1.2. Символы гуа 1.3. Стихии 1.4. Музыкальная система 1.5. Астрономия 1.6. Медицинская арифмосемиотика Часть 2 2.1. Семантика триграмм 2.2. Триграммы и стихии 2.3. Пневмы и меридианы 2.4. Пространство и время 2.5. “Магический квадрат” Ло шу 2.6. Триграммы и теория люй 2.7....»

«Annotation В занимательной и доступной форме автор вводит читателя в удивительный мир микробиологии. Вы узнаете об истории открытия микроорганизмов и их жизнедеятельности. О том, что известно современной науке о морфологии, методах обнаружения, культивирования и хранения микробов, об их роли в поддержании жизни на нашей планете. О перспективах разработок новых технологий, применение которых может сыграть важную роль в решении многих глобальных проблем, стоящих перед человечеством. Книга...»

«Философия супа тема номера: Суп — явление неторопливой жизни, поэтому его нужно есть не спеша, за красиво накрытым столом. Блюда, которые Все продумано: Первое впечатление — превращают трапезу в на- cтильные девайсы для самое верное, или почетная стоящий церемониал приготовления супов миссия закуски стр.14 стр. 26 стр. 36 02(114) 16 '10 (81) + февраль может больше Мне нравится Табрис на Уже более Ceть супермаркетов Табрис открыла свою собственную страницу на Facebook. Теперь мы можем общаться с...»

«Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда узбекской кухни скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! Пловы и другие блюда узбекской кухни И. Родионова 2 Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда узбекской кухни скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! 3 Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда узбекской кухни скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! Пловы и другие блюда узбекской кухни Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда...»

«БИБЛИОГРАФИЯ 167 • обычной статистике при наличии некоторой скрытой внутренней степени свободы. к Правомерным был бы вопрос о возможности формулировки известных физических симметрии в рамках параполевой теории. Однако в этом направлении имеются лишь предварительные попытки, которым посвящена глава 22 и которые к тому же нашли в ней далеко неполное отражение. В этом отношении для читателя, возможно, будет полезным узнать о посвященном этому вопросу обзоре автора рецензии (Парастатистика и...»

«№3(5) 2012 Гастрономические развлечения Арбуз Обыкновенный Кухонные гаджеты Гастрономическая коллекция аксессуаров Специальные предложения Новинки десертного меню Старинные фонтаны Рима Персона номера Мигель Мика Ньютон Мила Нитич 1 №3(5) 2012 Ателье персонального комфорта Восхищение комфортом! Салоны мягкой мебели mbel&zeit г. Донецк Диваны mbel&zeit* созданы, чтобы восхищать! МЦ Интерио ТЦ Империя мебели пр-т. Ильича, 19В пр-т. Б. Хмельницкого, 67В Эксклюзивные натуральные материалы в...»

«Валерий ГЕРМАНОВ МИФОЛОГИЗАЦИЯ ИРРИГАЦИОННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В СРЕДНЕЙ АЗИИ В ПОСТСОВЕТСКИХ ШКОЛЬНЫХ УЧЕБНИКАХ И СОВРЕМЕННЫЕ КОНФЛИКТЫ В РЕГИОНЕ ИЗ-ЗА ВОДЫ По постсоветским школьным учебникам государств Средней Азии посвящённым отечественной истории, родной литературе, экологии подобно призракам или аквамиражам бродят мифы, имеющие глубокие исторические корни, связанные с прошлым и настоящим орошения и ирригационного строительства в регионе. Мифы разжигают конфликты, а конфликты в свою очередь...»

«АстроКА Астрономические явления до 2050 года АСТРОБИБЛИОТЕКА Астрономические явления до 2050 года Составитель Козловский А.Н. Дизайн страниц - Таранцов Сергей АстроКА 2012 1 Серия книг Астробиблиотека (АстроКА) основана в 2004 году Небо века (2013 - 2050). Составитель Козловский А.Н. – АстроКА, 2012г. Дизайн - Таранцов Сергей В книге приводятся сведения по основным астрономическим событиям до 2050 года в виде таблиц и схем, позволяющих определить место и время того или иного явления. Эти схемы...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.