Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Химическая эволюция Земли вплетена в её геологическую историю и берёт начало из её протопланетного прошлого. Геохимическая эволюция является продолжением и преобразованием космохимической эволюции. Космохимия, изучающая химическую эволюцию в космосе, происхождение и развитие химических элементов в звёздах, вскрыла механизмы образования тяжёлых элементов из более лёгких в недрах звёзд путём синтеза ядер в их термоядерных топках. Выше мы описали путь последовательного преобразования химических элементов в ядрах звёзд посредством ядерных реакций, исходной их которых является превращение водорода в гелий. Естественно, что значительное богатство химических элементов накапливается лишь в очень старых звёздах, поскольку для «выплавки» последовательного ряда элементов необходимо весьма значительное количество превращений и очень длительное время.

Отсюда и проистекает исходная, первоначальная проблема геохимии, науки о химической структуре и эволюции Земли. Эта проблема заключается в объяснении того, откуда берётся свойственное планетам и, в частности, Земле, богатство и разнообразие химических элементов, из которых в процессе химической эволюции возникает и огромное богатство и разнообразие химических соединений, полезных ископаемых, природно-ресурсного потенциала, без которых было бы немыслимым развитие на Земле жизни и человеческой цивилизации.

Понятно, что планеты тем и отличаются от звёзд, что их ядрам не хватает давления и температуры, необходимых для запуска механизмов термоядерного синтеза, а значит, они сами по себе неспособны к выработке того многообразия химических ресурсов, которые хранятся в их недрах и на поверхности. Свойственная Земле и другим планетам радиоактивность с присущими ей ядерными реакциями не может быть первоисточником сложных и тяжёлых элементов, поскольку она ведёт к преобразованию таких элементов в более простые, т. е. обусловливает направление эволюции, как раз обратное тому, которое присуще термоядерному синтезу в недрах звёзд.

Отсюда и следует общепринятое в настоящее время решение исходной геохимической проблемы, заключающееся в том, что исходным разнообразием химических элементов формирующиеся планеты, в том числе и Землю, снабдили взрывы сверхновых звёзд. Действительно, это очень старые звёзды, способные накопить в своих недрах все элементы таблицы Менделеева, а в процессе своего катастрофического распада с огромной скоростью «расплескать» накопленное богатство по всем направлениям на огромные расстояния, насыщая им и протозвёздные, и протопланетные облака.

Итак, согласно данной принятой за эталон теории, некогда в окрестностях Солнечной системы, находившейся в процессе своего формирования, взорвалась очень старая и богатая элементами сверхновая звезда, вещество которой насытило протоплазменное облако, а затем подпитало протопланетные сгустки и было усвоено в процессе планетообразования. Несмотря на редкость таких взрывов, происходящих с промежутками в несколько миллиардов лет в самых различных областях космического пространства, огромная длительность процессов планетарной эволюции вполне допускает такое простое, самоочевидное и согласующееся со всеми нюансами физической картины мира объяснение.

Объяснение найдено, дело закрыто. Однако остаётся ещё немало вопросов к следствию. Прежде всего очевидно, что данное объяснение является гипотезой ad hoc, т. е. пригодной к применению только для данного конкретного случая. Такие гипотезы имеют, как правило, тот недостаток, что они привлечены (а может быть, притянуты) из-за отсутствия более общих, фундаментальных объяснений, вытекающих из картины мира, а не просто согласованных с ней не без искусственных допущений.

Таким искусственным допущением, на наш взгляд, является возникновение порядка из хаоса не посредством последовательных эволюционных преобразований, а на основе первичной катастрофы. Подобный «творческий катастрофизм» очень напоминает и теорию Кювье, и синергетическую теорию бифуркаций, и марксистскую теорию всемирной социалистической революции, и даже зафиксированную в древней Библии теорию всемирного потопа и Апокалипсиса. Коренным недостатком всех этих объяснений является то, что положительный результат объясняется отрицательным и тем самым благодаря этой «негативной диалектике» мы избавляемся от необходимости воспроизвести глубинный механизм процесса во всей последовательности сменяющих друг друга форм. В конечном счёте катастрофизм в объяснении эволюционных процессов не даёт подлинно эволюционного объяснения их протекания и в качестве метода (в сфере методологии) во многом идентичен креационизму. Где-то что-то взорвалось, бухнуло, трахнуло, и из этого развала в готовом виде возник новый, более совершенный порядок, давший начало новому этапу эволюции.

Очень просто объяснять усовершенствование предшествующим разрушением, но это не избавляет нас от необходимости объяснять то, каким образом разрушительные процессы могли измениться таким образом, чтобы произошло их преобразование в созидательные. В этом упрощённом взгляде на эволюцию, в поиске разрушительных источников созидательных преобразований и состоит коренной, неискоренимый недостаток так называемой диалектики, пропитавшей со временем все формы научного мировоззрения и внесшей в них, по существу, религиозно-креационистский элемент, культ негатива как первоисточника позитива.

Мы, конечно, не собираемся, исходя из общефилософских соображений, пытаться опровергнуть состоятельность принятой за эталон в современной науке космохимической гипотезы. Но мы имеем право, размышляя с мировоззренческих позиций, указать на гипотетичность этого эталона и на необходимость поиска альтернативных объяснений.

Одним из источников поиска альтернативы могло бы стать признание множественности поколений звёзд, порождающих в своих недрах многообразие химических элементов, и преемственности этого многообразия в газопылевых облаках в межзвёздном пространстве. Разумеется, такая сумасшедшая идея противоречит современной эталонной космологической модели, в соответствии с которой вся Метагалактика от Большого Взрыва существует всего лишь 15–20 млрд. лет. Но не пришло ли время ревизии столь смешного времени существования столь огромной материальной системы? Трудно заставить себя верить в то, что система, распространённая на миллиарды и миллиарды световых лет, эволюционировала период времени, лишь в 3–4 раза превосходящий нашу маленькую Землю. Такое верование уж слишком напоминает веру в создание мира за неделю.

Проведенные в последнее время космохимические исследования газопылевых облаков показали наличие в них более 20 химических компонентов различного характера. При этом около 70 % массы вещества облаков составляет водород, около 28 % – гелий, соответственно, на всю совокупность других веществ остаётся не более 2 %. Однако наряду с простыми веществами обнаружены и достаточно сложные соединения – метанол, формальдегид, метил – ацетилен, этиловый спирт, муравьиная кислота и др. Постоянно присутствует в газопылевых облаках и вода в виде различных по форме и размерам кусков льда.

Расчёты геохимиков показывают, что по сравнению с составом вещества Солнца Земля содержит на 50–60 % больше железа и в 4,5 раз меньше серы. Анализ различных оценок виднейшими геохимиками химического состава Земли позволяет утверждать, что для Земли характерно наиболее широкое распространение только четырёх элементов – кислорода, железа, кремния и магния, которые в совокупности составляют около 91 % вещества планеты. Несколько менее распространены никель, сера, кальций и алюминий. Остальные элементы Периодической системы Д.И.Менделеева представлены в относительно незначительных количествах.

Изучение изотопного состава различных элементов на поверхности Солнца, Земли, других планет, а также обнаруженных на Земле разнообразных метеоритов позволяет прийти к выводу, что, несмотря на ряд различий и отклонений, все тела Солнечной системы имеют общее происхождение и состоят из относительно небольшого числа элементов. С 28-го номера таблицы Менделеева их распространённость в этих телах резко снижается. При сравнении с изотопным составом других звёзд выявляются куда более существенные различия, чем при сравнении тел Солнечной системы. Ни в одном метеорите, исследованном в настоящее время в земных условиях, не найден ни один элемент, который не встречался бы на Земле.

С началом прямой космохимической разведки поверхностей планет Солнечной системы стало возможным сравнивать химический состав их поверхностей. Пробы лунного грунта показали значительное сходство состава лунных пород с земными. Различия состоят в повышенном содержании тугоплавких соединений титана, циркония, хрома и железа, а также в наличии реголита – минерала с очень низкой теплопроводностью. Но согласно современным представлениям о геологической истории земли, как отмечалось выше, Земля также прошла лунную фазу своего развития и была в своё время покрыта аналогичным материалом.

Исследования космических зондов при помощи гамма-спектрометров на Венере позволили установить, что по своему химическому составу венерианский грунт весьма близок к земному граниту. Все вышеперечисленные факты свидетельствуют о том, что решение и исходной геохимической проблемы, т. е. проблемы происхождения многообразия химических элементов в недрах Земли, следует искать в пределах Солнечной системы, и подобных систем, а не в предположениях о внешнем источнике поступления таких элементов в виде взрыва сверхновой звезды. Огромную роль в обогащении химического состава Земли сыграла жизнь.

Современная геохимия, изучающая химическую эволюцию и химический состав Земли, с самого своего возникновения рассматривалась как историческая наука. Основателем геохимии по праву считается В.И. Вернадский, который ещё в 1909 г. в своих работах предложил название этой науки и определил её как историю атомов Земли. В 20-е годы XX века геохимия стала пониматься как наука, исследующая историю элементов земной коры и химическую эволюцию Земли в целом. Фундаментальный вклад в её создание и развитие внесли В. Вернадский, А. Ферсман, В. Гольдшмидт, Ф. Кларк. Геохимия как историческая наука смогла состояться благодаря представлению о миграции атомов в самых различных геосферах земли – в ядре, мантии, литосфере, гидросфере, атмосфере и об обмене веществом и энергией между этими сферами.

При этом выделяются различные типы миграции – физико-химическая, механическая и биогенная. Физико-химическая миграция связана с перемешиванием веществ, с процессами диффузии, сорбции, растворения, осаждения. Механическая миграция возникает под действием ветров, рек, морских течений, ледников. Биогенная миграция происходит под действием ветров, рек, морских течений, ледников. Биогенная миграция происходит под действием энергетических процессов в биосфере – жизненных отправлений и миграций живых организмов, фотосинтеза, разложения органических веществ, отложений продуктов жизнедеятельности.

Биогенная миграция изучается отпочковавшейся от геохимии наукой – биохимией, основателем которой также является В.И. Вернадский. Именно Вернадский убедительно доказал, что живое вещество является главной химической силой земной поверхности, движущей (и мобилизующей) силой химической эволюции наземной и околоземной природы. Химические элементы перемещаются в определённом порядке, который определяется жизнедеятельностью одних подсистем биосферы и подготавливает возможность жизнедеятельности других. Миграция элементов происходит либо при непосредственном участии живого вещества, либо в среде с геохимическими особенностями, возникшими с участием живого вещества. В результате биогенной миграции возникает биогенное и биокосное вещество. К биогенному веществу относятся известняки, кораллы, горючие ископаемые (уголь, нефть) и т. д. Биокосное вещество представлено различными типами почв.

Живые организмы осуществляют самые различные виды химических превращений веществ, аккумулируют в себе химические элементы из внешней среды. Они обусловливают миграцию газов, потребляют одни газы и выделяют другие. Горючие вещества и осадочные горные породы создаются на основе живого вещества. На основе жизнедеятельности микроорганизмов происходит рудообразование. Живое вещество включает как процессы жизнедеятельности живых организмов, так и прекращения жизни и разложения органических веществ, что также способствует интенсивной миграции химических элементов. Всё это в совокупности обеспечивает упорядоченный кругооборот вещества и энергии с участием всех видов химических элементов, атомов, изотопов и ионов.

Биосфера продуцирует ежегодно около 170 млрд. тонн углерода и 467 млрд. тонн кислорода. Земля и её биосфера представляют собой, по существу, глобальную фабрику химических веществ с огромной экономичностью и эффективностью. К сожалению, время, затрачиваемое на производство, несоизмеримо с потребностями в ресурсах человеческой цивилизации. Ограниченность ресурсов Земли, накопленных биосферой за миллиарды лет, вынудит земную цивилизацию к созданию способов искусственного производства ресурсов и извлечению ресурсов внеземного происхождения.

Геохимические процессы, происходящие в недрах Земли и в её коре, в самом деле напоминают производственные циклы на химическом предприятии. Многие из этих процессов протекают в мантии при очень высоких давлениях и температурах. В миниатюре такие процессы воспроизводятся в научных лабораториях, в ходе экспериментов которых получаются аналогичные результаты. Природа Земли самостоятельно, без участия разума освоила процессы смешивания, растворения, кристаллизации, плавления, изменения структуры минералов в условиях высоких давлений и температур (метаморфизма), фильтрации, радиоактивного распада и т. д. В совокупности эти процессы обеспечивают рудообразование и насыщение приповерхностного слоя коры, глубиной 0,5–4,5 км, разнообразными веществами, составляющими природно-ресурсный потенциал человеческой цивилизации. Ядро Земли воздействует на мантию, мантийные потоки обеспечивают необходимые давления и температуры для протекания физико-химических процессов в литосфере, а литосферные плиты всей своей тяжестью давят на мантию. Результатом всех этих сложных взаимодействий являются месторождения алмазов, железа, золота, пластины, меди, вольфрама, молибдена, урана, горных пород, многие из которых служат сырьём для изготовления строительных материалов.

Земная кора состоит главным образом из восьми элементов – кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Почти половину массы коры составляет кислород, но он находится здесь, в отличие от его содержания в воздухе атмосферы, в связанном состоянии, прежде всего в окислах различных металлов. Преобладающую роль в земной коре играют лёгкие элементы – кремний, алюминий и их окислы – кремнезём и глинозём. Типичными для земной коры также являются фосфор и сера. Макроскопическое же сложение земной коры характеризуется горными породами различного типа и происхождения. Из них около 70 % составляют магматические породы, т. е. имеющие своё происхождение из магмы и поставляемые из глубин Земли вулканической активностью; около 20 % представляют собой метаморфические породы, возникшие в ходе преобразования минеральных масс при высоких температурах и давлениях; около 9 % приходится на осадочные породы.

Кажущаяся неподвижность и непоколебимость континентальной коры постоянно нарушается выветриванием, сносом и воздействием биосферы. Вследствие этих процессов вся континентальная поверхность полностью обновляется за 80-100 млн. лет.

В отличие от коры, мантия Земли насыщена как лёгкими элементами (магнием, кальцием), так и тяжёлыми (железом, марганцем, хромом, кобальтом, титаном и др.). Они также присутствуют в составе сложных окислов, ведущую роль среди которых составляют силикаты. Соответственно земная кора находится под двойным химическим воздействием – изнутри и снаружи. Изнутри из глубин земли, прорываясь сквозь плотный слой литосферы, происходит воздействие мантии, а сверху, из атмосферы, гидросферы и биосферы направляются потоки воздействий самых различных естественных процессов, происходящих на поверхности Земли. Итогом является колоссальная сложность химии земной коры, многообразие её химического состава.

Колоссальную роль в химической истории Земли играет радиоактивность. На эту роль впервые пристальное внимание обратил ирландский учёный Д. Джоли ещё в 1908 г. Его доклад о геологической значении радиоактивности произвёл сенсацию в научном мире и был встречен с огромным интересом образованным обществом в самых различных странах. Основываясь на успехах физики и химии своего времени, он впервые обосновал мысль о том, что всякий атом – не последний и неделимый, а только ключевой структурный компонент материи, а как токовой – как и всё в мире – имеет предел своего существования и с течением времени неизбежно распадается. Расчёты Джоли показывали, что с распадом атомов выделяется значительное количество тепловой энергии, а если просуммировать это количество в масштабах планеты, то его будет достаточно, чтобы обеспечить разогрев магмы, извержения вулканов, процессы горообразования и другие геологические процессы. Так возникла идея о первоначально холодном газопылевом облаке, которое разогревалось радиоактивным распадом атомов.

Земля в процессе своего формирования, как и многие другие первичные планетные образования, обладала высоким уровнем радиоактивности, и тепловая энергия, выделявшаяся в процессах радиоактивного распада, способствовала дифференциации вещества Земли, выделению ядра, мантии, созданию базальтовых расплавов, которые, застывая, образовывали плиты литосферы. Радиоактивность способствовала возникновению сложных органических соединений, которые явились одной из важнейших предпосылок и стартовым условием развития жизни.

Самые различные элементы, систематизированные в таблице Менделеева, характеризуются определённым набором изотопов, т. е. атомов с тем же зарядом ядра, но с разными массами. Вещество Земли и других планет состоит из 300 изотопов, из которых 273 стабильны, а остальные 27 нестабильны, радиоактивны. Радиоактивными являются все изотопы, расположенные в таблице Менделеева за 83-м элементом, – висмутом. Радиоактивными являются и некоторые изотопы более лёгких элементов, даже самого лёгкого – водорода. Ядра таких атомов нестабильны и распадаются с испусканием либо альфа-частиц, т. е. ядер гелия-4, либо бета-частиц, т. е. электронов. Радиоактивный распад ядра приводит к образованию другого ядра, чаще всего к возникновению изотопа другого элемента. При этом выделяется значительная тепловая энергия, которая способствует поддержанию теплового баланса Земли. Наиболее важную роль в этом процессе играют радиоактивные изотопы трёх элементов – урана, тория и калия.

При всех своих недостатках и телесной ограниченности Земля является космическим образованием величайшей физико-химической активности и разнообразия. Происходит это благодаря описанному выше эффекту двойной мобилизации, действующему из глубин Земли и с её поверхности, из биосферы.

Прогнозы экологов относительно наличия ресурсов в недрах Земли сильно занижены. Это показывает и пробуренная на Кольском полуострове сверхглубокая скважина, позволившая впервые в истории Земли проникнуть в её толщу на 12 километров и войти в прямой контакт с условиями её внутренней среды. Это космическое путешествие вглубь Земли показало, что химическая эволюция Земли продуцирует её физико-химические ресурсы, и, в частности, процессы рудообразования на очень больших глубинах. Естественное химическое производство в недрах Земли обусловлено своеобразием динамики температуры и давления в её глубинах.

По мере приближения к мантии температура «внутренностей» Земли до глубины в 3 км нагревается на 1 °C каждые 100 м, дальше – на 2,5 °C. Поэтому на глубине 10 км она достигает космической величины в 180 °C. Давление при глубине 3 км резко нарастает, а при глубине 8 км так же резко снижается. Всё это создаёт условия для постоянного возобновления «производственных» циклов.

На глубине от 4 до 11 км обнаружены огромные залежи раздробленных пород, скреплённых сульфатами железа, никеля, кобальта, меди. Образование этих пород явно происходило при сравнительно низких температурах. Эксперимент на Кольском полуострове позволил определить горизонты залегания основных масс полезных ископаемых. Для благородных металлов они пролегают на уровне 300–800 м, цветных металлов – 600-1200 м, железных руд – 300-2000 м, каменного угля – 700-1500 м, нефти и газа – 2500–6000 м. Поэтому расширение горизонтов человечества в сфере поисков источников ресурсов для его дальнейшего развития и процветания связано не только с покорением окружающего космоса, но и с проникновением в глубинный космос нашей праматери Земли.

Геологическая, геохимическая и биохимическая эволюция в своём непрерывном эволюционирующем взаимодействии образует географическую оболочку Земли с её наиболее фундаментальными особенностями и характерными факторами. Континенты и океаны, горы и долины, почва и реки, равнины и болота, особенности климата, химического состава и радиации, географические условия местности являются не только ареной, на которой разыгрывается драма жизни, формируются биологические виды и человеческие сообщества. Это ещё и совокупность материальных предпосылок, определяющих среду обитания и географически детерминирующих те особенности мобилизационных структур, которые наиболее пригодны к выживанию и совершенствованию жизнедеятельности в данных конкретных материальных условиях. Географический детерминизм, о котором впервые заговорили основатели геополитики в условиях обострившегося противостояния мировых держав, следует рассматривать ещё и как геомобилизационный детерминизм. Но в более широком, а не только в военно-мобилизационном смысле. Географические условия среды, формирующиеся на геолого-геохимической основе, во многом, хотя и не во всём, предопределяют характер и содержание мобилизационных структур, генерирующих тот или иной биологический, экономический, социальный или политический порядок.