Фолсом - Происхождение жизни - 1982 (947300), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Атмосферное давление газовой смеси рассчитать довольно трудно; вероятно, оно лежало в диапазоне от половины до двух современных значений атмосферного давления. 52 глава о Таблица 4,1 Состав нтыосяверы примитивной Земли Овновные газы втоооотзовнныв газы Следовые гввы Двуокись углвродв Серн Водород Водяной пнр Азот Окнсь углерода Сероводород Метан Двуокись сера Средняя температура поверхности примитивной Землй была близка к современпому значению 25'С, а общее давление было довольно высоким. Вода, выделявшаяся в ви' де паров, конденсировалась и выпадала в виде очень сильных и почти непрерывных ливней. Образовывались неглубокие водоемы и пруды, в которые с дождями попа-. дал вулканический пепел, создававший постоянную крас-" яую дымку. Атмосфера примитивпой Земли была ядовитой, хотя и имела все необходимое для того, чтобы й конечном счета появилась жизнь.
Человек мог бы находиться на примитивной Земле только в том случае, если бы он дышал че-' рез акваланг и был одет в защитный костюм, предохраняющий его от действия ультрафиолетовых лучей Солн-, ца. В форлгиругощпхся озерах и водоемах вода была мутной, по преспой, а не соленой; опа пе успела засолиться, так как еще не произошло заметного выветривания минералов, а ее поверхность была покрыта слоем мелко-' го пепла.
Представляя себе химическую обстановку, рассъготрим теперь источники зпергии, существовавшие на примитивной Земле. Солнце светило тогда таи же, как н сейчас. Но в то время солпечпый свет проходил через атмосферу совершенно иного состава. В наши дпп атмосфера содержит кислород, запас которого постоянно пополняетсн фотоспнтозирующпми растениями. Сейчас в верхпих слоях атмосферы кислород сильно поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца и образует озоновый слой, кото- возникновкнив и эволюция экмноя лтмосфнвы чч рый поглощает почти все коротковолновое (высокоэнергетическое) ультрафиолетовое излучение.
4500 млн. лет назад это было не так; тогда большая часть солнечного высокоэнергетического ультрафиолетового иэлучения достигала земной поверхности. Огромные количества фотохимической энергии были в то время доступны для взаимодействия со всеми компонентами атмосферы и их продуктами. Коротковолновое ультрафиолетовое излучепие Солнца достигало поверхпости Земли с самого начала и до примерно 2000 млн. лет пазад, когда биологическим путем образовался свободпый кислород. Зто излучение было в высшей степени вая«по для возникновения и эволюции ясиэни в ходе первых 2500 млн. лет. Другими источниками энергии, гораэдо более мощными в первобытную эпоху, чем сейчас, были электрические разряды и теплота. Для первобытной эемной поверхности была характерна высокая вулканическая активность.
)Кар лавовых потоков, иэливавшихся в пруды и озера, создавал разнообразие быстро меняющихся условий и поставлял достаточно энергии для проведепия мпогих реакций синтеза; об этом пойдет речь в гл. 5. Часто проходили сильные ливни, а небо было в облаках вулканического пепла. Почти постоянно происходили грозы, во время которых высвобоя«дались большие количества энергии в виде электрических разрядов как между облаками, так и между облаком и поверхностью Земли. Все еще в изобилии встречались осколки, оставшиеся после образования планет.
В гравитационное поле Земли попадалп объекты раэмерами от пылинок до массивпых агрегатов, что вызывало постоянную метеоритную бомбардировку. Значительная часть тепловой энергии высвобождалась пря падении я ударах метеоритов, а также при взаимодействии атмосферпых ударпых волн с поверхностью и атмосферой Земли. Вещество примитивной Земли в космических масштабах было очень молодым. Короткоя«ивущие радиоактивные элементы распадались, благодаря чему повышалась температура внутренней части Земли и активизировалась вулканическая деятельность.
«Фоновая» радиация на поверхности была значительно выше безопасного для живых организмов уровня. Энергия радиоактивных распадов в форме р-частиц, а-частиц и т-лучей была довольно значи- 54 ГЛАВА 4 тельна. В табл. 4.2 приведены относительные количества энергии, генерируемые раанообразными источниками. Таблица 4.3 Глнвима встнчвмнв энергия ва примитивной Земле отноентельная энергия Энергнн, нал/енигод Внд нлн арояеяожаенне анергнн 570 712 Солнечное коротковол- новое Ультрафиолетовое нзлу- чевне Злектрнческяе разряды Радиоактивность Вулкавнчесное тепло Удары метеорнгон 4 0,8 0,13 0,05 5 1 0,16 0,06 Очевидно, что при таком обилии и разнообразии видов внергии газы, выделявшиеся вулканами, должны были вступать в многочисленные слоятные реакции.
Вопрос о том, к чему приводят происходящие при этом взаимодействия между веществом и энергией, мы обсудим в гл. 5. После того как в результате радиоактивного распада и гравитационного сжатия внутренняя температура Земли возросла, около 4000 млн. лет назад полурасплавленная внутренняя часть планеты подверглась резкой перестройке. Металлическое ягелезо и никель, ранее находившиеся в верхней мантии в смеси с другими минералами, теперь образовали расплавленное железо-никелевое ядро, поверх которого легли новая мантия и кора. По геохронологическим данным, образование ядра произошло скачком как следствие непрерывного плавления глубоких внутренних областей. После формирования ядра в раннюю эпоху впутреииес строение нашей планеты в течение 4000 млн.
лет оставалось, по существу, без изменений (рис. 4.4). Поскольку при образовании ядра из верхней мантия было удалено много металлического железа, состав вул- ВОЗНИКНОВЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ 55 ЗФапаФ АЗРР зидизеиим ыйг Ряс. 4Л. ядро, мантия и кора Земли. капических магм сильно изменился, во многих отношепиях он стал сходным с составом совремеппых вулканических магм. Расплав состоял в основном нз окислов металлов и кремния, таких, как МНО, Э1ОИ ГеО и Ее~Ох.
Для подобных сплавов было вычислепо давление кислорода: опо составляло 10-ь' атм, Хотя эта величина Все еще очень мала, количество кислорода возросло па этой стадии примерно В 100000 раз по сравпению с тем, которое было до образования земного ядра. Эта стадия яааывается стадией вулканов гавайского типа; с тех пор как произошло образование ядра, минеральный состав мантии и коры сохраняется вплоть до наших дней. Вулканы уже в то Время выделяли те же газы, что и сейчас. Подобные черты сходства позволяют проверить теорию, поскольку мы можем вычислить предполагаемые соотношения вулканических газов и сравнить их с современными, которые определены.
При таком сравнении выявляется хорошее совпадение. Как свидетельствуют полученные соотношения, в период гавайской вулканической стадии содержание воды в 100 раз превышает содержание водорода, содержание двуокиси углерода в 40 раз превытпает содерясанпе окиси углерода, преобладающей формой серы является двуокись серы, метан почти полностью отсутствует, а азот продолжает выделяться.
В табл. 4.3 дан состав вулканического газа в момент его выделения. бе глава е таблича 4,8 Атмосфера примитивной Земли, образованиия вулканическими гавовымн выброееаен Основные гввы вгорссгевекиые гввы Следовые гввы Сера Водяной пвр (в океа- ны) Двуокись углерода (в океаны) Азот Двуокись серы Метан Окись углерода Сероводород Водород В ходе первых 500 млн. лет стадии вулканов гавайского типа активность была все еще довольно высокой, удары метеоритов становились более редкимн, океаны сохраняли свои размеры и высокую концентрацию соли, а электрические рааряды были очень частыми. Все еще преобладало большинство форм энергии, присущих предыдущей эре, включая коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.
Важным аспектом этой стадии было то, что в результате воздействия различных форм энергии исходный газовый состав атмосферы изменился: водные пары сконденсировалксь з форме дождей, углекислый газ в болыпих количествах растворялся в быстро возникающих оксанах, а азот накапливался в атмосфере. В ходе быстрого формкроеапия океанов атмосфера, вероятно, состояла главным образом из газообразного азота и двуокиси углерода, содержание которой было 0,03ойе (т, е. такое же, как в настоящее время), и лишь следовых количеств других газов. Присутствующий в небольших количествах водород, по-видимому, быстро соединялся с двуокисью серы, образуя сероводород, или был утрачен вследствие утечки водорода из верхних слоев атмосферы.
Рассматриваемая выше стадия эволюции атмосферы началась 4000 млк. лет назад и продолжалась примерно (500 — 2000 млп. лет; она завершилась к тому моменту, когда началось биологическое образование кислорода, воаникновннин и эволюция знмнон лтмосенвы бт В ходе этого длительного временного промеягутка физические условия окружающей среды постепепяо изменялись: вулкапическая активность падала, объем и соленость океанов увеличивались, частота метеоритной бомбардировки уменьшалась.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
