Прошло еще несколько десятилетий, и во Всесоюзном геологическом институте им. А. П. Карпинского стали проводиться эксперименты по биогенному разложению вулканических пород бактериями. На основании этих опытов Л. Е. Крамаренко и О. Ф. Сафонова сделали вывод: в присутствии микроорганизмов полное превращение габбро-лабрадорита в глинозем в аэробной среде происходит за один год, а в анаэробной - за 7 лет. В анаэробной среде отложения глинозема без участия микроорганизмов вообще не происходит. Итак, один из возможных путей образования бокситов - разложение абиогенного вещества непосредственно микроорганизмами.
Однако выветривание первичных пород живое вещество регулирует и опосредствованно - продуктами своего опада (необиогенным органическим веществом). Исследования почвоведов показали, что в современном выветривании в зоне муссонного климата органическое вещество гниющей подстилки тропического леса играет огромную роль. На этом основании известный советский геолог, вице-президент АН СССР, академик Александр Леонидович Яншин делает вывод, что "главная эпоха бокситообразования, эпоха разрушения горных пород, при котором кремнезем выносится, а глинозем остается в коре выветривания, образуя крупные месторождения алюминиевых руд - бокситов, могла наступить только после появления покрытосеменной растительности, примерно 100 млн. лет назад. С появлением покрытосеменных и образованием формации тропического леса почва в низких широтах стала получать кислоты, которых раньше в ней не было. Поэтому поиски бокситов в более древних корах выветривания, очевидно, будут малорезультативными".
Так учение в роли жизни в геологических процессах помогает геологам искать рудные залежи в отложениях определенного возраста.
Помимо деструктивной, при формировании бокситов проявляется и концентрационная функция живого вещества: известно, что некоторые растения накапливают алюминий (например, зола плаунов содержит его до 30%). Геологический аспект этой проблемы первым осознал академик Лев Семенович Берг (1876-1950), человек, чью специальность определить нелегко. Он был географом и ихтиологом, биологом-теоретиком и историком науки. Геологом Л. С. Берга обычно не считают, но среди его работ есть и такие: "О предполагаемой периодичности в образовании осадочных пород (1944), "Жизнь и почвообразование на докембрийских материках" (1944), "О происхождении уральских бокситов" (1945), "Почвы и водные осадочные породы" (1945), "О происхождении железных руд типа криворожских" (1947), "Солнечная активность в геологическом прошлом" (1947)… Этими работами Л. С. Берг вписал свое имя и в анналы геологической науки.
Лев Семенович предполагал, что бокситы могли образоваться путем минерализации и переотложения остатков высших растений, содержащих значительное количество глинозема. Отложение бокситов, по мнению Берга, происходило на суше, в болотах или в мелких заболоченных пресноводных водоемах. Эти соображения у геологов долго не находили понимания.
Неожиданная поддержка пришла со стороны микробиологов.
Алюминий, как известно, образует в теле растений комплексные алюмоорганические соединения. Т. В. Аристовская и Л. В. Зыкина экспериментально изучили разложение соединений такого рода под действием железобактерии Metallogenium и установили, что в этом случае происходит осаждение гидроокиси алюминия. "Рождающая металл" бактерия оказалась способной производить руды не только железа и марганца, но и алюминия. С полным основанием авторы заключили: "Мы полагаем, что обнаруженные нами явления могут послужить ключом к разгадке бокситообразования".
Для проверки этой гипотезы Т. В. Аристовская изучила образцы современных и древних бокситов. Из современных латеритных бокситов Гавайских островов была выделена культура Metallogenium, развивающаяся в симбиозе с пенициллиновым грибком. Изученные образцы древних бокситов жизнеспособных микробных клеток не содержали, однако в массовых количествах в них были обнаружены фоссилизированные клетки, морфологически сходные с бактериальными.
Эти факты могут служить серьезными аргументами возможности биогенного образования бокситов. Ярлык "хемогенная порода" с бокситов, видимо, придется снимать.
К чисто хемогенным образованиям обычно относят соли - осадочные породы, состоящие из легко растворимых в воде минералов. Бесспорно, что процесс выпаривания насыщенных растворов и кристаллизации солей - этот эффектный процесс, который мы помним со школьных лет, - происходит абиогенно. Однако откуда берутся соли в природном растворе?
В аридных районах, где происходит соленакопление, растения характеризуются высоким содержанием золы (до 40-55%) и необычным ее составом. Содержание натрия в золе иногда составляет 65%, хлора - до 48, SO4 - до 36, магния - до 4,5%. Сбрасывая листву, растения засоляют почву. При разложении отмершей органики NaCl, Na2SO4, MgCl2 выщелачиваются, мигрируют с водами поверхностного и подземного стока и собираются в бессточных впадинах или в Мировом океане. По подсчетам В. А. Ковды (1944), 16 млн. т солей (половина всего солевого привноса) в Аральское море поступает ежегодно из необиогенного вещества. Жизнь сбрасывает туда ненужный ей избыток солей - хлоридов и сульфатов. Эти соли выпадают абиогенно из пересыщенных растворов в соленых озерах или в отшнурованных от моря лагунах. Таким же путем образуются и отложения соды - с той лишь разницей, что натрий в этом случае в процессе миграции связывается с углекислотой воздуха. Что же касается калия, то он в процессе миграции быстро перехватывается живым веществом. Поэтому при наличии развитого растительного покрова крупные месторождения калийных солей таким путем формироваться не могут. Приуроченность крупнейшего в Союзе месторождения калийных солей - Непского - к кембрийским отложениям обусловлено, по мнению А. Л. Яншина, именно отсутствием в то время наземной растительности.
Мы рассмотрели последовательно восемь групп осадочных пород и везде находили в той или иной форме проявления деятельности живого вещества. Из всех существующих групп остались только две - обломочные и глинистые. Эти группы, как известно, образуются в результате выветривания и переотложения первичных вулканических, а также осадочных пород. Какую роль играет в этих процессах живое вещество, мы рассмотрели в предыдущей главе.
Могут ли обломочные и глинистые породы образоваться при отсутствии живого вещества? Вряд ли. Для глин это практически исключено: они слишком дисперсны, чтобы какой-либо другой механизм, помимо живого вещества, мог обеспечить столь мелкий размер слагающих их частиц ("Мы не имеем на земле более могучего дробителя материи, чем живое вещество" - эти слова Вернадского хорошо известны). Они слишком дисперсны и для того, чтобы выпадать в осадок без участия живого вещества: накопление глинистых пород в биосфере происходит путем биоседиментации. При этом каждая глинистая частица неоднократно проходила через "кишечную тюрьму" многоклеточных животных. В поэтической форме эту особенность глинистых пород выразил еще Омар Хайям:
Я к гончару зашел: он за комком комок
Клал глину влажную на круглый свой станок.
Лепил он горлышки и ручки для сосудов
Из царских черепов и из пастушьих ног.
Что касается обломочных пород, то возможно, что какая-то их часть и могла образоваться абиогенно - однако, видимо, лишь наиболее грубообломочные породы.
Итак, осадочная оболочка Земли сложена горными породами, в формировании которых в той или иной форме участвовало живое вещество. Часть горных пород сложена остатками когда-то живших на Земле организмов. Это карбонатные, кремнистые породы и каустобиолиты, а частично - и фосфатные породы. Продуктами метаболизма живых организмов образованы другие горные породы - железистые и марганцевые. Наконец, для третьих роль живого вещества осуществлялась главным образом в форме деструктивной функции на стадии гипергенеза. Таковы аллиты, соли, обломочные и глинистые породы.
Однако влияние жизни на формирование земной коры не ограничивается только осадочной оболочкой. Вернадский писал: "Если количество живого вещества теряется перед косной и биокосной массами биосферы, то биогенные породы (т. е. созданные живым веществом) составляют огромную часть ее массы, идут далеко за пределы биосферы. Учитывая явление метаморфизма, они превращаются, теряя всякие следы жизни, в гранитную оболочку, выходят из биосферы. Гранитная оболочка земли есть область былых биосфер".
Идея В. И. Вернадского о гранитной оболочке как области былых биосфер его современникам казалась парадоксальной. Лишь постепенно осваивалась она геологической наукой. В 60‑е годы, опираясь на идеи В. И. Вернадского, известный норвежский петрограф и геохимик Т. Ф. В. Барт (1899-1971) приходит к выводу, что "все породы, которые мы видим сегодня, когда-то были осадками… Породы видоизменялись плутонизмом, метаморфизмом, метасоматизмом, они были по крайней мере часто переплавлены и находились в форме магм и лав, но когда-то в прошлом они образовались из осадков". Осадки же, как мы уже установили, на протяжении всей геологической истории Земли формировались при активном участии живого вещества в условиях биосферы.
Концепция новой глобальной тектоники, появившаяся в последние десятилетия, показала возможный механизм формирования гранитного слоя земной коры из осадочных пород. Согласно этим представлениям земная кора океанов, подобно ленте конвейера, движется от океанических хребтов к материкам. На эту ленту и отлагаются осадки, которые, постепенно поддвигаясь под континенты, подвергаются там процессам метаморфических преобразований. В результате этих процессов следы деятельности живого вещества в метаморфических породах утрачиваются. Требуется "снятие метаморфизма", чтобы расшифровать первично-осадочную природу древнейших метаморфических пород. Больших успехов в этом отношении достигли геологи школы академика А. В. Сидоренко (1917-1982).
Если почвенный покров Земли формируется деятельностью современного нам (в геологическом смысле) живого вещества, то метабиосфера - совокупной деятельностью всего живого вещества планеты за все время ее геологической истории. Так метабиосфера становится документом развития биосферы: по ней можно восстановить все этапы развития разнородного живого вещества нашей планеты. "Вероятно, нам легче всего судить о древнейших организмах по концентрации продуктов их жизнедеятельности и прежде всего - по накоплению углеродистых, карбонатных и железистых пород", - сказал недавно выдающийся советский палеонтолог, президент Всесоюзного палеонтологического общества, академик Борис Сергеевич Соколов.
Заключение
Больше 60 лет прошло после выхода в свет "Биосферы" В. И. Вернадского. При современных темпах развития науки это огромный срок. Однако, заканчивая эту книгу, я - с некоторым даже удивлением - отмечаю, что панорама биосферы и ее окружения, созданная гением Вернадского, почти не нуждается в коррективах. Лишь открытие абиссальных сгущений жизни существенно изменило некоторые представления о биосфере.
Абиссальные сгущения играют в биосфере особую роль. Чтобы пояснить ее, прибегнем к сравнению.
Всем, наверно, известны газовые водогрейные аппараты (их ставят в квартирах, куда горячая вода централизованно не подается). В этих аппаратах есть небольшой, всегда горящий запальник, от которого зажигается большой огонь.
Абиссальные сгущения жизни - это "запальник" земной биосферы. Если когда-либо в биосфере прекратится жизнь на основе фотосинтеза - ее "большой огонь", - то в немыслимых глубинах океана сохранится автономная абиссальная жизнь - тот "запальник", от которого может вспыхнуть огонь новой жизни на Земле.
Существование абиссальных сгущений жизни расширяет возможности поисков жизни на других планетах. Если раньше необходимым условием существования биосферы считался определенный минимум солнечной энергии, поступающей на поверхность планеты, то после открытия абиссальных сгущений жизни это условие перестает быть обязательным. На холодных небесных телах, значительно удаленных от Солнца, теперь можно предполагать наличие эндобиосферы (о ней мы упоминали в конце главы I). Энергетическим источником ее существования может служить исключительно эндогенная энергия планеты (или другого небесного тела). Полыньи, предполагаемые на спутниках Юпитера, не являются обязательными. Единственным ограничением для развития жизни исходя из нашего земного опыта сейчас может считаться только наличие воды в жидкой фазе.
Однако это - область гипотез. Вернемся к фактам, установленным на нашей Земле, и, подводя итоги книги, опять используем сравнение.
В археологии существует понятие культурного слоя - так называют слой земли, образующийся на местах человеческих поселений и содержащий остатки деятельности человека. Ниже него залегает "материк" - девственная почва или горная порода.
Метабиосфера - "культурный слой" биосферы, а "материк" геологов - это первичные породы, образовавшиеся вне биосферы. Коренным образом они различаются между собой: массивные, большей частью однообразные, эндогенные породы - и в высшей степени разнородные осадочные породы и руды, слагающие метабиосферу Земли.
Это разнообразие создала жизнь.
"Так жизнь является великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты… Жизнь не является, таким образом, внешним случайным явлением на земной поверхности. Она теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не мог бы существовать".
Этими замечательными словами В. И. Вернадского мы и закончим книгу о нынешней биосфере и следах былых биосфер.
Словарик специальных терминов
Абиогенное вещество (процессы) - вещество (процессы), возникшее (протекающее) без участия живых организмов.
Абиссаль - глубоководная (свыше 2000 м) зона Мирового океана. Характеризуется постоянной температурой (ниже 2°C) и бедностью животного мира.
Автотрофы - живые организмы, не использующие для построения своего тела готовые органические соединения; различают фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.
Анаэробная среда - среда, лишенная свободного кислорода.
Апвеллинг - процесс вертикального движения вод в океане, в результате которого поднимаются к поверхности глубинные воды, богатые азотом, фосфором и другими важными для жизни элементами.
Аридный пояс (зона) - области с засушливым климатом.
Архейская эра, или архей, - самая ранняя эра развития Земли (см. табл. 7).
Афотическая зона - та часть океана, где из-за слабой освещенности процессы фотосинтеза невозможны.
Аэробная среда - среда, содержащая свободный кислород.
Бенталь - дно озер, морей и океанов.
Бентос - обитатели бентали.
Биогенное вещество - вещество, создаваемое в процессе деятельности живых организмов.
Биогеохимический круговорот - процессы превращения вещества в биосфере.
Биокосная система - природная система, в которой взаимодействуют живое и неживое вещества.
Биомасса - удельная масса живого вещества, приходящаяся на единицу площади или объема.
Биота - совокупность живых организмов данного региона или данного отрезка геологической истории.
Биоценоз - сообщество живых организмов, исторически сложившееся в той или иной экосистеме.
Брахиоподы (или плеченогие) - класс беспозвоночных, похожих на моллюсков. Расцвет брахиопод относится к палеозою, ныне они вымирают.
Былые биосферы - биосферы геологического прошлого; так же В. И. Вернадский иногда называл и образованные ими отложения.
Гетеротрофы - живые организмы, не способные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганического и питающиеся за счет автотрофов.
Гипергенез - подготовительная стадия образования осадочных пород. В эту стадию при выветривании различных горных пород возникают и переносятся исходные продукты осадков.
Глинозем - окись алюминия (Al2O3).
Гуано - современные скопления затвердевших экскрементов морских птиц (на океанских побережьях), реже - летучих мышей (в пещерах).
Губки - тип беспозвоночных, живущих в водной среде и неподвижно прикрепленных ко дну или подводным предметам. Большей частью губки имеют форму открытого кверху мешка или глубокого бокала.
Гумидный пояс (зона) - области Земли с влажным климатом.
Девонский период, или девон, - один из периодов палеозойской эры (см. табл. 7).
Детрит - мелкие частицы какого-либо вещества.
Диагенез - одна из стадий формирования осадочных пород, во время которой свежие осадки преобразуются в плотную горную породу.
Диатомовые водоросли (диатомеи) - одноклеточные растения с наружной оболочкой из кремнезема, живущие одиночно или сосредоточенные в колонии. Распространены повсеместно.
Живое вещество - совокупность живых организмов биосферы.
Иглокожие - тип беспозвоночных. К ним относятся морские звезды, офиуры, морские ежи, голотурии, морские лилии и др. Типичные обитатели бентали (см.).
Илоеды - донные организмы, безвыборочно заглатывающие ил и пропускающие его через свой пищевой тракт.
Кайнозойская эра, или кайнозой, - одна из геологических эр развития Земли (см. табл. 7).
Карбоновый (иногда говорят - каменноугольный) период, или карбон, - один из периодов палеозойской эры (см. табл. 7).
Катагенез - одна из стадий формирования осадочных горных пород, следующая за диагенезом, во время которой происходит их дальнейшее уплотнение и преобразование.
Кембрийский период, или кембрий, - первый период палеозойской эры (см. табл. 7).
Конкреции - плотные минеральные стяжения, ясно отличающиеся от вмещающего их осадка (или горной породы).
Копролиты - ископаемые экскременты.
Кора выветривания - верхние слои литосферы (см.), преобразованные под воздействием процессов гипергенеза (см.).
Косное вещество (по Вернадскому) - то же, что абиогенное вещество (см.).