Точная граница между оболочками не может быть в большинстве случаев указана. Все указывает, что поверхности, разделяющие оболочки, меняются с ходом времени; иногда эти изменения идут быстро.
Форма их очень сложная и неустойчивая.
ЗЕМНЫЕ ОБОЛОЧКИ
I. Термодинамические оболочки
II. Фазовые оболочки
III. Химические оболочки
IV. Парагенетические оболочки
V. Лучистые оболочки
I. Верхняя оболочка Область ничтожного давления и низкой температуры- 15-600 км (может быть выше 100 км, другая область планеты)
2. Поверхностная оболочка Давление, близкое к одной атмосфере. Температура в пределах от +50 до -50°
1. Высокая стратосфера Разреженные газы. Ионы. Электроны выше 80-100 км
2. Стратосфера Разреженные газы, книзу переходят в обычную тропосферу. Выше 10-15 км
3. Тропосфера (обычный газ)
0~10-15 км
4. Жидкая гидросфера 0-3,8 км
1. Водородная (?) Может быть, распы-ленныи "твердый" азот. Выше 200 км
2. Гелиевая (?)
1 10-200 км
3. Азотная (?) >70 км (?)
4. Азотнокислородная (атмосфера)
5. Гидросфера 0-3,8 км
1. Атомная оболочка Область рассеяния элементов. Свободные атомы являются устойчивой формой
2. Газовая оболочка, образованная молекулами и атомами (?)
3. Биосфера Область жизни и коллоидов
1. Электронная оболочка
2. Ультрафиолетовая оболочка Коротковолновые излучения и проникающие космические лучи. Радиоактивные эманации
3. Световая оболочка Световые излучения, тепловые и радиоактивные эманации
3. Верхняя метаморфическая оболочка (область цементации) Температура еще не достигает критической температуры воды. Давление не нарушает коренным образом свойств твердого тела
4. Нижняя метаморфи ческая оболочка (область анаморфизма) Температура выше критической температуры воды. Давление делает вещество пластическим
5. Твердая литосфера Характеризуется кристаллическим состоянием вещества
6. Стекловатая литосфера Твердое кристаллическое состояние вследствие высокой температуры и давления отсутствует. Пластическое стекло, проникнутое газами
6. Кора
выветривания Характеризуется свободным кислородом, водой, углекислотой
7. Осадочная оболочка
(стратисфера) Измененная древняя кора выветривания. До 5 км и больше
8. Гранитная оболочка
(пара- и ортограниты)
4. Область молекул и кристаллов Химические соединения
4. Тепловая и радиоактивная оболочка Различные и в общем радиоактивные излучения
5. Магмосфера Температура не достигла критического состояния всех тел (?). Граница земной коры (?)
6. Барисфера Температура достигла критического состояния для всех тел (?)
7. Магматическая Вязкая жидкость, проникнутая газом в горячей твердой среде (?)
8. Газ под большим давлением (?) Закритический газ (?)
9. Базальтовая
10. Кремнежелезная (?)
5. Магматическая оболочка
Отсутствие твердых хи-мических соединений. Полна газами
5. Тепловые излучения Радиоактивные процессы отсутствуют
Для тех вопросов, какие затрагиваются в этих очерках, такой характер наших знаний в этих частях схемы не имеет большого значения, так как биосфера всецело лежит вне зтих оболочек земной коры, и той части таблицы, которая основана на огромном эмпирическом материале и свободна от гипотез, угадок, конъюнктур и экстраполяции.
§89. Из всех факторов, определяющих химические равновесия, температура и давление и отвечающие им термодинамические оболочки имеют особое значение. Ибо они всегда существуют для всех форм нахождения вещества, для всех его состояний и химических комбинаций. Наше построение космоса - его модель - всегда термодинамическое. Поэтому в истории земной коры важно различать происхождение вещества и связанные с ним явления, исходящие из разных термодинамических оболочек.
Во всем дальнейшем изложении я буду называть вадозными явлениями тела, связанные со второй термодинамической оболочкой (поверхностной), фреатическими - связанные с третьей и четвертой (метаморфическими) и ювенильными - связанные с пятой.
Вещество из первой и шестой термодинамических оболочек не попадает в биосферу или не замечено в ней.
Живое вещество первого и второго порядка в биосфере
§ 90. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. Жизнь может проявляться только в определенной среде, в определенных физических и химических условиях. Это как раз та среда, которая отвечает биосфере.
Но едва ли можно сомневаться, что поле устойчивости жизни выходит за пределы этой среды. Мы даже не знаем, как далеко оно может выйти за них, так как мы не можем количественно оценивать силу приспособляемости организмов в течение геологического времени. Мы знаем, что приспособляемость зависит от течения времени, есть функция времени и что она проявляется в биосфере в теснейшей связи с сотнями миллионов лет ее существования.
Этих миллионов лет нет в нашем распоряжении, и мы не можем их пока ничем иным заменить в наших опытах.
Все наши опыты над живыми организмами производятся над телами, которые в безмерном времени приспособились к окружающим условиям - к биосфере, выработали нужные для жизни в ней вещества и их строение. Мы знаем, что эти вещества меняются в течение геологического времени, и пределы этого изменения нам неизвестны и не могут быть сейчас выведены из изучения их химического характера.
Основным для нас выводом является то, что жизнь в земной коре охватывает область оболочек меньшую, чем поле ее возможного существования, несмотря на то что изучение природы прочно утвердило и постоянно подтверждает наше убеждение, что жизнь к этим условиям приспособилась, что организмы в смене веков выработали разнообразные формы организации, позволяющие им существовать в биосфере.
Лучше всего мы можем выразить это наше впечатление от изучения природы - это лежащее в основе всей нашей научной работы неосознанное эмпирическое обобщение - угверждением, что жизнь постепенно, медленно приспособляясь, захватила биосферу и что захват этот не закончился (§ 112. 122). Давление жизни (§27, 51) сказывается в расширении границ поля жизни в поле биосферы.
Поле устойчивости жизни в связи с этим есть результат приспособляемости в ходе времени. Оно не есть что-нибудь неизменное и неподвижное: пределы его не дают нам полного представления о возможных пределах проявления жизни.
Оно, как указывает изучение палеонтологии и экологии, постепенно, медленно расширяется.
§91. Поле существования живых организмов определяется не только физико-химическими свойствами их вещества, характером и свойствами окружающей их внешней среды, приспособляемостью организма к этим условиям. Для них чрезвычайно характерны и важны условия дыхания и питания, т. е. активного выбора организмами необходимых для их жизни веществ.
Мы уже видели огромное значение газового обмена организмов - дыхания- в установлении их энергетического режима и общего газового режима планеты, ее биосферы. Оно же вместе с питанием организмов, т. е, с передвижением силой их энергии жидких и твердых веществ из окружающей среды в автономное поле организма (§ 82), определяет прежде всего и области их нахождения.
Я уже касался этого явления, когда указывал на захват солнечной энергии зелеными организмами (§42). Здесь мы должны остановиться на нем внимательнее.
В явлениях питания и дыхания организмов основным элементом является источник, откуда берут организмы нужные для их жизни вещества.
С этой точки зрения организмы делятся на две резко различные группы: на живое вещество первого порядка - автотрофные организмы, которые в своем питании независимы от других организмов, и живое вещество второго порядка - гетеротрофные и миксотрофные организмы. Деление организмов по их питанию на три группы было введено в 1880-х г. немецким физиологом В. Пфеффером и является крупным эмпирическим обобщением, богатым разнообразными следствиями. Его значение в понимании природы более велико, чем это обычно думают.
Автотрофные организмы строят свое тело целиком из веществ косной, "мертвой", природы; все их "органические" соединения, содержащие азот, кислород, углерод, водород, составляющие главную массу их тела, берутся из минерального царства. Гетеротрофные организмы используют как пищу для жизни органические соединения, созданные другими живыми организмами. В конце концов для их существования необходима предварительная работа автотрофных организмов. В частности, их углерод и азот в значительной или в полной мере получаются из живого вещества. В миксотрофных организмах пищей - по отношению к углероду и азоту - служат соединения, созданные как живым веществом, так и химическими реакциями косной материи.
§ 92, Несомненно, вопрос об источнике, откуда организмы получают нужные им для жизни тела, более сложен, чем это представляется с первого взгляда, но думается, что указанное В. Пфеффером деление есть коренная черта всей живой природы.
Нет ни одного организма, который бы в своем дыхании и питании не был бы связан, хотя бы отчасти, с косной материей. Выделение автотрофных организмов основано на том, что они для всех химических элементов независимы от живого вещества, могут их все получать из окружающей их косной - неживой - среды.
Они берут нужные им для жизни элементы из определенных молекул, соединений элементов.
Но, в конце концов, в среде живого в биосфере огромное количество составляющих ее молекул, необходимых для жизни, является продуктом этой последней и без нее не находилось бы в косной среде. Таков, например, целиком свободный кислород - O2 - и в огромной мере почти все газы, такие, как СO2, NH3, H2S и т. д. Не меньше участие жизни в создании природных водных растворов. С этими водными растворами неразрывно, однако, связаны явления питания и дыхания. Эта природная вода, а не вода химически чистая, необходима для жизни не меньше, чем газовый обмен.
Принимая во внимание это глубокое отражение жизни на характере химических тел косной материи, в среде которой она проявляется, мы должны ограничить независимость от нее автотрофных организмов. Нельзя делать логического заключения, очень обычного, что наблюдаемые ныне автотрофные организмы могли бы одни существовать на нашей планете. Они не только всегда зарождаются от таких же автотрофных организмов, но они получают нужные им для существования элементы из таких форм косной материи, которые бы отсутствовали, если бы жизнь организмов их уже не создала раньше.
§ 93. Так, зеленые автотрофные организмы требуют для своего существования присутствия свободного кислорода. Этот свободный кислород создается ими самими из воды и углекислоты. Он всегда является биохимическим продуктом в косной материи биосферы.
Но, больше того, мы не можем утверждать, что только он один из необходимых для них тел всецело связан в своем существовании с жизнью.
Сейчас Ж. Боттомлеем, например, поставлен вопрос о необходимости для существования водных зеленых растений растворенных в воде сложных органических соединений - ауксономов, как он их назвал. Хотя это утверждение не может считаться вполне установленным, оно чрезвычайно вероятно, так как постепенно все больше и больше выясняется значение в картине природы тех незаметных и обычно забываемых нами примесей органических соединений, которые мы находим всегда во всякой природной воде, пресной или соленой. Все эти органические вещества, количество которых, ежесекундно существующее и создающееся в биосфере, исчисляется многими квадрильонами тонн, может быть больше, создаются жизнью, и мы не можем утверждать, что они связаны в своем происхождении только с автотрофными организмами. Напротив, мы на каждом шагу видим огромное значение богатых азотом соединений этого рода, создаваемых гетеротрофными и миксотрофными организмами как в питании организмов, так и в создании минералов (битумы).
В картине природы мы постоянно видим даже без химического анализа проявление этих тел. Они вызывают морскую или иную пену природной воды, их проявлением являются тонкие цветные пленки, покрывающие непрерывно сотни тысяч, миллионы квадратных километров водных поверхностей, они дают окраску болотных, тундровых рек и озер, черных и бурых рек тропических и подтропических областей. От них не свободен ни один организм - не только тот, который живет в этих водах, но и зеленый покров суши, получающий непрерывно эти тела в дождях и росах, а главным образом в почвенных растворах.
В природных водах количество органических растворенных (частью дисперсных) тел сильно колеблется в пределах от 10 до 10 %). В среднем оно, очевидно, близко к их проценту и морской воде, т. е. отвечает 10-10 т. Оно, по-видимому, превышает массу живого вешества.
Представление об их значении входит медленно в научное сознание. У старых натуралистов мы часто находим понимание этого грандиозного явления, иногда в самой неожиданной дли нас обстановке.
В 1870-х гг. в небольшой заметке гениальный натуралист Р. Майер указал на их значение в составе целебных вод и в общей экономии природы. Изучение происхождения вадозных и фреатических минералов расширяет их роль еще глубже и значительнее, чем высказывал это Р. Майер.
§ 94. Но биохимический генезис тех тел косной природы, которые необходимы для существования автотрофных организмов, не меняет огромного их отличия от организмов гетеротрофных и миксотрофных. Мы должны только более ограниченно понимать автотрофностъ и не выходить в наших суждениях за пределы этого ограничения.
Мы будем называть автотрофными все организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы в современной биосфере из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма.
Как всегда в определениях природных явлений, мы не можем охватить в кратком определении все явление целиком. Мыслимы переходы или сомнительные случаи, например, для сапрофитов, питающихся умершими и разложившимися организмами. Однако для сапрофитов почти всегда, а может быть даже всегда, основная пища состоит из проникающих трупы и остатки организмов живых микроскопических созданий.
Принимая понятие "автотрофного" организма ограниченным современной биосферой, мы тем самым исключаем возможность делать из него выводы о прошлом Земли - о возможности начала жизни на Земле в виде тех или иных из автотрофных организмов.
Ибо несомненно, что для всех существующих автотрофных организмов (§ 93) необходимо присутствие в биосфере продуктов жизни.
§ 95. Различие между живым веществом первого и второго порядка резче всего сказывается на их нахождении в биосфере. Область нахождения живого вещества второго порядка, связанного в своем существовании, в своей пище, с автотрофными организмами, всегда шире местообитания этих последних.
Среди автотрофных организмов можно различить две резко отличные группы: с одной стороны, зеленые хлорофилльные организмы, зеленые растения, с другой - мир мельчайших, быстро размножающихся бактерий.
Мы уже видели, что зеленые хлорофилльные организмы являются главным механизмом биосферы, который улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом химические тела, энергия которых в дальнейшем является источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере - всей земной коры.
Поле существования этих зеленых автотрофных организмов прежде всего определяется областью проникновения солнечных лучей (§23).
Их масса очень велика по сравнению с массой остального живого вешества, может быть близка к его половине (§46).
Мы видим в них приспособления, которые позволяют улавливать ничтожные по интенсивности излучения света, использовать его до конца.
Возможно, что временами были ослабления и усиления количества создаваемого ими зеленого вещества, хотя это очень часто высказываемое мнение не может еще считаться точно установленным.
Огромная масса вещества, ими захваченная, их всюдность, проникновение их всюду, куда проникает солнечный луч, часто заставляет видеть в них основную базу жизни. Допускают, что в течение геологического времени из них образовались многочисленные организмы, создающие живую материю второго порядка. И сейчас существование всего животного мира, огромного количества бесхлорофилльных растительных организмов - грибов, бактерий - целиком ими обусловлено.
Они производят в земной коре самую важную химическую работу - создают свободный кислород, разрушая при фотосинтезе такие стойкие кислородные тела, всюду находящиеся, каковыми являются вода и углекислота. Ту же работу они, несомненно, производили во все далекие геологические периоды. Явления выветривания явно указывают нам на ту же исключительную роль свободного кислорода в археозое, какую он и сейчас играет в современной биосфере. Состав продуктов выветривания, их количественные соотношения, как мы это можем установить, был и в археозое такой же, какой наблюдается сейчас. Очевидно, и источник свободного кислорода был тот же - зеленый растительный мир. Вся масса свободного кислорода была того же порядка, что мы видим и ныне. Мало могли отличаться от современного и в эту далекую, чуждую нам эпоху - сотни миллионов лет назад - и количество зеленого вещества, и энергия порождающего их солнечного луча (§57).
Для археозоя мы не имеем остатков зеленых организмов. Они непрерывно идут, начиная с палеозоя, и указывают на необычайно резкое развитие вплоть до нашего времени бесчисленного множества их форм, число которых в наше время, по-видимому, не меньше 200 тыс. видов, а количество всех видов, существующих и существовавших на нашей планете,- число не случайное - не может быть сейчас учтено, так как относительно небольшое число ископаемых их видов (несколько тысяч) выражает только неполноту наших знаний. Оно быстро увеличивается с каждым десятилетием, даже с каждым годом.