Текст книги "Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого"

Автор книги: Андрей Лапо

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 14 страниц)

Сколько их было в истории биосферы, геологических катастроф! Тем не менее все крупные катастрофы, когда-либо случавшиеся в биосфере (включая оледенения), всегда носили локальный, а не глобальный характер. Правда, в последнее время на этот счет появились некоторые сомнения. Причиной этого послужило то обстоятельство, что в ряде районов земного шара (Дания, Италия, Испания, Новая Зеландия, впадины Тихого и Атлантического океанов) в пограничных отложениях между мелом и палеогеном был обнаружен тонкий (всего несколько сантиметров) прослой, резко обогащенный иридием. Поскольку иридий является одним из характерных элементов метеоритов, было высказано предположение, что прослой, обогащенный иридием, образовался за счет вещества астероида, который взорвался при столкновении с нашей планетой. С этим событием стали связывать массовые вымирания многих групп организмов (в первую очередь динозавров), характерные для данного отрезка геологической истории.

Для проверки этой гипотезы в Палеонтологическом институте АН СССР была проведена фундаментальная работа по детальному анализу смены фауны на границе мезозоя с кайнозоем. Это исследование показало, что вымирание представителей различных групп органического мира происходило достаточно постепенно и для разных групп не одновременно. Что же касается вымирания динозавров, то оно предшествовало появлению в разрезе иридиевого прослоя. Директор Палеонтологического института академик Леонид Петрович Татаринов сделал вывод, что вообще «ни в одном случае гипотеза о глобальной катастрофе как основной причине смены биоты в истории Земли не получила подтверждения на достаточно достоверном палеонтологическом материале».

А как же иридий? Ученые университета штата Мэриленд (США) недавно показали, что иридий может иметь и земное происхождение. Исследуя продукты выброса вулкана Килауэа, расположенного на одном из островов Гавайского архипелага, они обнаружили необычайно высокую концентрацию в них иридия. При этом было доказано, что иридий накапливался не в излившихся при извержении лавах, а поступал с вулканическим пеплом и газами в атмосферу, что и обеспечивало широкое его площадное рассеивание. Правда, масштабы поступления иридия при извержении Килауэа не были особенно значительными. Однако нельзя забывать, что в конце мезозоя происходили грандиозные излияния базальтов. Не исключено, что именно они привели к резкому накоплению иридия сначала в атмосфере, а затем – и к его концентрации в четко ограниченном прослое. Кстати, прослой с иридием присутствует не везде: например, в детально изученных рубежных отложениях мела и палеогена в Крыму его так и не нашли, как ни искали.

Таким образом, весь материал, накопленный геологией, показывает непрерывность развития органического мира Земли в течение всей геологической истории и правильность вывода В. И. Вернадского об отсутствии в земной коре азойных (сформировавшихся в отсутствие жизни) отложений. Внутреннее разнообразие биосферы обеспечило ее устойчивость даже по отношению к самым значительным катастрофическим потрясениям. Она – эта устойчивость – определяется исключительным разнообразием населяющих биосферу живых организмов и почти безгранично большим их количеством, взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем, дублированием отдельных звеньев биогеохимических циклов, жизненной устойчивостью и активностью особей и т. д.

Характерной особенностью биосферы является мозаичность ее строения. Жизнь, будучи организована в планетарном масштабе, функционирует в пределах отдельных «квантов» биосферы. В 1935 г. английским ученым Артуром Дж. Тэнсли (1871—1955) они были названы экосистемами. Согласно современному определению Д. В. Панфилова, «экосистемы – это комплексы взаимосвязанных популяций разных видов живых существ и изменяемой ими абиотической среды, обладающие способностью к саморегуляции и самовозобновлению всех главных компонентов их биоты». Размеры экосистемы очень различны: «от кочки до оболочки», по шутливому выражению географа и писателя Юрия Константиновича Ефремова. Их протяженность на суше, например, варьирует от нескольких метров (песчаные дюны, микродепрессии в степях и полупустынях, небольшие блюдечки озер в тундрах) до нескольких километров (солончаки, однородные участки степей, лесов и т. д.). Экосистемой глобального масштаба является биосфера Земли. Подобно биосфере, экосистемы всех рангов биоцентричны.

В советской научной литературе иногда употребляется также термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г. академиком Владимиром Николаевичем Сукачевым (1880—1967). Согласно его определению, биогеоценоз – это участок биосферы, через который не проходит ни одна существенная биоценотическая, микроклиматическая, гидрологическая, почвенная, геоморфологическая или геохимическая граница. Впоследствии биогеоценоз стали определять как экосистему в пределах фитоценоза, считая, что категории экосистемы и биогеоценоза совпадают на уровне растительного сообщества. По существу же, эти понятия близки и различаются главным образом в деталях. При этом понятие экосистемы является более гибким, и в дальнейшем изложении мы будем пользоваться главным образом этим термином.

Несмотря на свою относительную замкнутость, экосистемы тесно связаны между собой. Тому имеется много доказательств. Самое простое: мы круглый год потребляем кислород, а выделяется он растениями только во время вегетационного периода, который лишь в тропическом поясе продолжается круглогодично. В остальное время мы расходуем кислород, поставляемый растениями противоположного полушария. Есть и более печальные свидетельства глобальной интегрированности биосферного круговорота: в теле антарктических пингвинов найден ДДТ (который, конечно, никогда не применялся в Антарктиде), а в молоке европейских женщин радиоактивный стронций появлялся регулярно через четыре месяца после каждого испытания атомного оружия на атоллах Тихого океана.

Основными элементами, участвующими в биосферном круговороте, являются водород, кислород, углерод, азот, кальций, калий, кремний, фосфор, сера, стронций, барий, железо, марганец, цинк, молибден, медь и никель. Круговороты химических элементов, вызванные деятельностью живого вещества, получили название биогеохимических циклов. Их исследованию в настоящее время уделяется большое внимание в связи с проблемами охраны окружающей среды.

Гетерогенность строения биосферы, ее «мозаичность» определяются и наличием в ней регионов с различной биогеохимической специализацией или, как их первоначально называли, биогеохимических провинций. Это понятие было введено в 1936 г. В. И. Вернадским и А. П. Виноградовым в их совместном докладе «Геохимические провинции и заболевания» и в дальнейшем развито последним. По определению Виноградова, под биогеохимическими провинциями понимаются области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в их почвах, водах и т. п.) химических элементов (или соединений), с которыми связаны определенные биологические реакции со стороны местной флоры и фауны. Впоследствии членом-корреспондентом ВАСХНИЛ Виктором Владиславовичем Ковальским (1899—1984) была составлена карта биогеохимического районирования СССР, первая редакция которой была опубликована в 1954 г., а последняя – в 1982 г.

Глобальный биогеохимический круговорот в биосфере не является замкнутым. Степень воспроизводства отдельных циклов достигает 90—98%. В масштабе геологического времени неполная замкнутость биогеохимических циклов приводит к дифференциации элементов и накоплению их в атмосфере, гидросфере или метабиосфере Земли. Эти несколько процентов вещества, ускользающие из круговорота, и составляют тот «выход в геологию», о котором мы уже упоминали.

Однако «геология» стоит не только на «выходе», но и на «входе» биогеохимического круговорота. Одним из первых обратил на это внимание знаменитый немецкий геолог Иоганнес Вальтер (1860—1937), который писал: «Биосфера образует своеобразную переходную зону между атмосферой, гидросферой и литосферой. Углекислота воздуха в виде твердых ископаемых углей так же могла принимать участие в составе земной коры, как и когда-то растворенная в воде известь…» Развивая это положение на материале современных данных, известный советский геохимик, лауреат Золотой медали им. В. И. Вернадского, член-корреспондент АН СССР Александр Борисович Ронов пришел к выводу о значительной «открытости» биогеохимического круговорота и о необходимости постоянного поступления в него углекислоты из недр. А. Б. Ронов сформулировал следующий «геохимический принцип сохранения жизни»: «Жизнь на Земле и других планетах при прочих равных условиях возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и происходит обмен энергией и веществом между их недрами и поверхностью».

Непрерывному круговороту в биосфере подвергаются только вещества, в то время как для энергии можно говорить лишь о направленном потоке. Поступающая в биосферу солнечная энергия частично расходуется на синтез органического вещества. Биосфера – это «фабрика макромолекул»: фотоавтотрофные организмы, поглощая солнечную энергию, путем фотосинтеза превращают низкомолекулярные, бедные энергией неорганические вещества в высокомолекулярные, богатые энергией органические соединения и снабжают ими все живое.

Передаваясь с одного трофического уровня на другой, энергия постепенно рассеивается. После окончательного разложения органических остатков энергия частично накапливается в земной коре в виде алюмосиликатов, которые академик Н. В. Белов (1891—1982) назвал «геохимическими аккумуляторами». Говоря о пронизывании внешней оболочки Земли солнечной энергией, Н. В. Белов привел пример с бриллиантом. Когда на бриллиант падает свет, одна часть его отражается от граней драгоценного камня, а другая попадает внутрь и способна вырваться наружу только после многократных отражений от внутренних граней. Такого же рода странствиям (в масштабе геологического времени) подвергается и солнечная энергия, аккумулированная живым веществом.

Для иллюстрации различий превращений энергии и вещества в биосфере известные советские исследователи и популяризаторы науки – безвременно скончавшийся Петр Петрович Второв (1939—1979) и Николай Николаевич Дроздов, которого мы часто видим на экранах телевизоров в качестве ведущего передачи «В мире животных», – использовали наглядный образ – водяную мельницу. Колесо ее вертится и вертится, оставаясь на месте, и символизирует запас вещества в биосфере. Однако для того, чтобы колесо вертелось, нужен постоянный приток воды. Подобно этому, поток солнечной энергии, поступающий из космоса, крутит «колесо жизни» на нашей планете.

Насколько же быстро крутится это колесо? Во времена Вернадского это не было известно, однако сейчас на такой вопрос уже можно ответить.

Обновление всего живого вещества биосферы Земли осуществляется в среднем за 8 лет. При этом вещество наземных растений (фитомасса суши) обновляется примерно за 14 лет. В океане циркуляция вещества происходит во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, в то время как фитомасса океана – каждый день! Процесс полной смены вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет. В атмосфере смена кислорода происходит за несколько тысяч лет, а углекислого газа – за 6,3 года. Эти цифры показывают, что геохимический эффект деятельности живого вещества в биосфере проявляется не только в течение геологического времени (миллионы и миллиарды лет), но ясно выражен даже в пределах времени исторического (тысячи лет и менее).

Наряду с этим некоторые другие вещества, участвующие в биогеохимическом круговороте, имеют значительно меньшие скорости миграции. Так, время, необходимое для фотосинтетического разложения всей массы воды Мирового океана, исчисляется 5—6 млн. лет (выше мы говорили о круговороте воды без ее химического разложения). Миллионолетиями измеряется также продолжительность общепланетарных циклов углерода, азота и фосфора.

В 1926 г. Вернадский впервые поставил вопрос о границах биосферы; он вернулся к нему в специальной статье в 1937 г.[12]12
  Вернадский В. И. О пределах биосферы. – Изв. АН СССР, сер. геол., 1937, №1, с. 3—24.


[Закрыть] В то время, однако, трудно было дать на него определенный ответ. Непросто это сделать и сейчас.

Н. Б. Вассоевич обратил внимание на важную особенность строения биосферы, которую ранее подчеркивал Вернадский: на существование в биосфере «поля устойчивости жизни» и «поля существования жизни». В первом случае (в «поле устойчивости») существуют «условия, которые выдерживает жизнь, не прекращая своих функций, т. е. те, при которых организм хотя и страдает, но выживает», а во втором (в «поле существования») – «условия, при которых организм может давать потомство, т. е. увеличивать живую массу – увеличивать действенную энергию планеты… Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни»[13]13
  Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 72, 63.


[Закрыть].

Рассмотрим, какие из реально существующих на Земле физико-химических условий ограничивают развитие жизни, а значит, и определяют границы биосферы.

Во-первых, это достаточное количество углекислого газа и кислорода. Установлено, что на Гималаях зона распространения зеленой растительности ограничена высотой 6200 м, где парциальное давление углекислого газа вдвое ниже, чем на поверхности моря. Однако и выше жизнь окончательно не замирает – там встречаются некоторые виды пауков и насекомых. Питаются они пыльцой и другими органическими остатками, заносимыми ветром.

Во-вторых, это достаточное количество воды (причем обязательно – в жидкой фазе!), которое могло бы обеспечить нормальный ход процессов жизнедеятельности. На поверхности Земли участки, где жизнь была бы ограничена этим фактором, встречаются чрезвычайно редко.

В-третьих, благоприятный термический режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов). Чемпионами по выживанию являются прокариоты (речь о них впереди). Некоторые их виды живут на снегу, другие – в горячих источниках при температуре выше 100°.

В-четвертых, это наличие «прожиточного минимума» элементов минерального питания – фактор, в значительной мере ограничивающий развитие жизни на больших площадях в океанах, но крайне редко сводящий ее к нулю.

В-пятых, сверхсоленость водной среды, превышающая концентрацию солей в морской воде примерно в 10 раз. Искусственные садки, где производится выпаривание рассолов, стерильны. Лишены жизни и подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

Указанные выше факторы ограничивают развитие жизни лишь на очень небольших территориях земного шара. В качестве примеров известный американский эколог Роберт Э. Риклефс приводит следующие участки: склоны горы Мак-Кинли на Аляске, где из-за круглогодично сохраняющихся минусовых температур вода существует только в твердой фазе, и заповедник Уайт-Сандс (штат Нью-Мексико, США), где чистые гипсовые пески, дающие название заповеднику (по-английски оно обозначает «Белые пески»), совершенно лишены элементов минерального питания. Впрочем, их безжизненность является проблематичной и уж во всяком случае эфемерной. Так, другие участки, которые Р. Э. Риклефс считает безжизненными, – Долина Смерти (штат Калифорния, США) и вулканический остров Суртсей, образовавшийся в 1963 г. вблизи Исландии, – уже заселены прокариотами.

Но, может быть, безжизненными являются океанские пучины?

До середины XIX в. господствовало твердое убеждение, что в океане на значительной глубине жизнь отсутствует. «Нуль животной жизни» проводили на глубине 540 м. Нижележащие слои водной толщи считали безжизненными и называли азойными (от греч. отрицания «а» и «зоон» – животное). В ходе последующих исследований, однако, «нуль животной жизни» приходилось опускать все ниже и ниже, пока в 40—50‑е годы нашего века результаты экспедиций на судах «Витязь» (СССР) и «Галатея» (Дания) окончательно не доказали, что океан заселен до максимальных своих глубин. Правда, живыми глубоководные организмы никто не видел – до того момента, когда 23 января 1960 г. батискаф «Триест» не коснулся дна Марианской впадины. В точке погружения глубина океана достигала 10 919 м; температура воды за бортом составляла 2,4°C, а давление – приблизительно 1100 атм.

Репортаж ведет один из участников погружения Жак Пикар: «Дно было совершенно ровным, если не считать нескольких комочков. Но – самое главное – за миг до соприкосновения с дном в световой круг вплыла рыба… В одну секунду, вместившую годы труда и подготовки, мы разрешили проблему, десятки лет мучившую океанографов… Мы добыли доказательства того, что ни давление, ни тьма, ни холод, вместе взятые, не в силах остановить жизнь». Миф о «нуле животной жизни» окончательно канул в Лету. А наиболее обычными обитателями максимальных глубин океана оказались все же не рыбы, а голотурии – своеобразные, довольно примитивные беспозвоночные. По описанию Джералда Даррелла, это – «самые противные среди всех обитателей моря». Их называют «морскими огурцами», хотя некоторые из них скорее напоминают тыквы или раздувшиеся сосиски, покрытые толстой бородавчатой кожей бурого цвета. Наверно, можно согласиться с Дарреллом, что они не первые красавцы на нашей планете, но ведь и жизнь в вечном мраке при давлении больше 1000 атм тоже далеко не мед…

А как обстоят дела в полярных морях? Обитаема ли их водная толща, изолированная от внешнего мира толстым панцирем льда? Исследования, проведенные в 1937 г. одним из членов папанинской четверки – Петром Петровичем Ширшовым (1905—1953), впоследствии академиком, – показали, что воды Северного Ледовитого океана заселены и в самых высоких широтах. А 40 лет спустя на другом конце Земли – в прибрежных водах Антарктиды, покрытых вечными льдами, – американскими учеными было сделано еще одно поразительное открытие.

Исследования проходили в море Росса, толщина льда на котором достигала 420 м. Морские воды, как оказалось, там были изолированы ледяным панцирем от солнечного света и прямого воздействия атмосферы по крайней мере в течение 120 тыс. лет. Естественно было предположить, что при таких условиях жизнь в море невозможна. Но, как сказал Козьма Прутков, «глядя на мир, нельзя не удивляться» – ледяная темница оказалась обитаемой! Телевизионные камеры и другие инструменты исследования, спущенные в прорубь, обнаружили в водной толще довольно разнообразное сообщество организмов, состоявшее из диатомовых водорослей, фораминифер, ракообразных и бактерий. Среди них были встречены и совершенно необычные, ранее не известные науке виды.

Итак, вся поверхность суши (за исключением очень ограниченных участков) и океанские пучины соответствуют «полю существования» жизни в понимании В. И. Вернадского и, следовательно, относятся к биосфере. Что же касается верхних слоев атмосферы, то здесь распространен только так называемый «аэропланктон» – бактерии, дрожжевые грибки, споры плесневых грибов, мхов и лишайников, а также вирусы, водоросли, цисты простейших и т. д. Жизнеспособные микроорганизмы найдены на высоте до 77 км. Большинство микроорганизмов, однако, гибнет на меньшей высоте в первые минуты или даже секунды после того, как попадает (не по своей воле!) в воздушную стихию. Для остающихся в живых микроорганизмов воздушная среда также не является благоприятной, и они впадают в состояние анабиоза. Поэтому вся атмосфера в целом не отвечает определению экосистемы – здесь нет ни саморегуляции системы, ни самовозобновления организмов. Это то «поле устойчивости жизни», о котором писал В. И. Вернадский, – зона, примыкающая к биосфере сверху. Американский ученый Дж. Э. Хатчинсон[14]14
  См.: Хатчинсон Дж. Биосфера. – В кн.: Биосфера. М., Мир, 1972, с. 9—25.


[Закрыть] назвал ее парабиосферой (от греч. «пара» – у, возле, при).

Где же проходят реальные границы биосферы?

Конкретизируя определение В. И. Вернадского, к биосфере можно отнести те зоны Земли, где существуют аборигенные сообщества живых организмов. Удовлетворяют ли этому условию приземные слои атмосферы? Видимо, да – ведь здесь стабильно обитают насекомые и птицы. Среди насекомых есть активные хищники, которые живут охотой в воздухе, а на землю опускаются только от случая к случаю и на ночлег. В свою очередь, среди птиц много насекомоядных, охотящихся за своей добычей налету. Пример тому – стрижи, которым длинные крылья затрудняют взлет. Это обстоятельство заставляет их большую часть жизни проводить в беспосадочном полете. В воздухе они не только кормятся, но и пьют, купаются, играют свадьбы…

Значит, зону обитания насекомых и птиц следует причислять к биосфере, а верхнюю ее границу проводить по рекордным их залетам (пока рекордсменом является безвременно погибший белоголовый сип, столкнувшийся с самолетом на высоте 12,5 км). Выше располагается парабиосфера.

Сложнее обстоит дело с нижней границей. Владимир Иванович предполагал, что вся осадочная оболочка Земли заселена бактериями. Более поздние работы, однако, не подтвердили это предположение. Оказалось, что распределение микроорганизмов в подземных водах – а, значит, и нижняя граница биосферы в пределах континентов – определяется температурой вод, режимом их циркуляции и концентрацией в них минеральных солей. Живые бактерии выявляются в подземных водах с температурой до 100°, хотя наиболее активная их жизнедеятельность ограничена «только» 80°. Предельная концентрация минеральных солей уже указывалась: 270 г/л. При глубоком бурении в Поволжье и Западной Сибири активная и разнообразная по составу анаэробная микрофлора была найдена на глубине 1—3 км, а иногда и глубже. В то же время, если минерализация вод превышает указанный предел или если залежь «запечатана», бактерии отсутствуют и на меньших глубинах. Такие лишенные жизни (или «азойные») зоны были обнаружены в Ангаро-Ленском бассейне уже на глубине около 500 м, а в Волго-Камском – на глубине около 1200 м.

Что же касается донных осадков Мирового океана и внутриконтинентальных водоемов, то здесь нижняя граница распространения живых организмов определяется содержанием в среде кислорода. Показано, например, что в зоне сероводородного заражения Черного моря осадки оказываются стерильными уже на глубине 5 см от поверхности дна. В Тихом и Индийском океанах микрофлора обитает в донных осадках до глубины 10—12 м, а в Каспийском море – не менее чем на 114 м ниже поверхности морского дна. Существует предположение (правда, пока не доказанное), что заселенным может оказаться 200—250‑метровый слой донных осадков.

Мощность биосферы по вертикали, таким образом, составляет в океане всю толщу океанских вод и значительно варьирующую по толщине донную пленку жизни, а на континентах – тонкий наземный и мощный подземный слой. Вся дневная поверхность нашей планеты относится к зоне биосферы. Единственные (да и то сомнительные) исключения составляют те немногие случаи, о которых мы упоминали выше.

Распределение живых организмов в биосфере показано на рис. 1.

Рис. 1. Распределение живых организмов в биосфере (по Кадару, 1965): 1 – обитатели пещер; 2 – микроорганизмы подземных местообитаний; еще ниже – донная пленка жизни

Таковы, по современным взглядам, границы биосферы Земли. Однако Вернадский главную книгу своей жизни назвал: «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения». Владимир Иванович не определил, что он понимает под «окружением» биосферы. В значительной мере это было сделано Николаем Брониславовичем Вассоевичем.

Развивая идеи В. И. Вернадского, Н. Б. Вассоевич предлагал выделять «мегабиосферу» (от греч. «мега» – великий) – многослойную оболочку Земли, сформированную в результате деятельности живого вещества. Верхней ее границей является предел распространения биогенной атмосферы, нижней – земные оболочки, не затронутые влиянием жизни. Мегабиосфера включает в себя:

а) анобиосферу – верхнюю часть атмосферы Земли выше границы распространения форм жизни в состоянии анабиоза;

б) парабиосферу;

в) биосферу;

г) метабиосферу, соответствующую «области былых биосфер» Вернадского.

«Область былых биосфер» В. И. Вернадский понимал как оболочку Земли, когда-либо подвергавшуюся воздействию жизни. Владимир Иванович писал, что земная кора «захватывает в пределах нескольких десятков километров ряд геологических оболочек, которые когда-то были на поверхности Земли биосферами. Это биосфера, стратисфера, метаморфическая (верхняя и нижняя) оболочка, гранитная оболочка. Происхождение их всех из биосферы становится нам ясным только теперь. Это – былые биосферы»[15]15
  Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., Наука, 1965, с. 35.


[Закрыть].

Таким образом, благодаря постоянному притоку солнечной энергии, интенсивной работе приемника этой энергии – живого вещества – и неполной замкнутости биогеохимического круговорота биосфера непрерывно создает вокруг себя концентрические планетарные оболочки: снаружи парабиосферу и анобиосферу, внутри метабиосферу.

Характерной особенностью биосферы как динамической системы является ее неравновесность, являющаяся следствием работы живого вещества и притока солнечной энергии. Еще в 1935 г. младший современник Вернадского, известный биолог Эрвин Бауэр (1890—1942), проживший последние 17 лет своей жизни в Советском Союзе, писал: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях… Мы обозначим этот принцип как принцип устойчивого неравновесия живых систем». Этот принцип показывает, что живые организмы представляют собой открытые неравновесные системы, которые отличаются от неживых тем, что эволюционируют в сторону понижения энтропии. Сейчас его называют принципом Бауэра. Благодаря деятельности живого вещества, принцип устойчивого неравновесия действует и в биосфере в целом.

Не менее важной отличительной особенностью биосферы является ее обводненность. «Вода без жизни в биосфере неизвестна; ничтожные по весу такие ее нахождения являются редкими – временными – минералами; таковы воды, богатые свободной серной или соляной кислотой вулканов, может быть, некоторые рассолы – и только»[16]16
  Вернадский В. И. Соч., т. 4, кн. 2, с. 75.


[Закрыть]. Одновременно вода является средой, по существу, и для всех химических процессов, происходящих в биосфере. Именно поэтому химически чистая вода в биосфере представляет собой столь же большую редкость, как и вода, лишенная жизни. Вернадскому очень правилось определение жизни как «одушевленной воды», данное французским биологом Р. Дюбуа, и он неоднократно приводил его в своих произведениях. Поэтические строки о воде принадлежат и другому великому французу – Антуану де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь…»

Наконец, еще одна характерная особенность биосферы – это ее неразрывная связь с космосом (в наибольшей степени – с Солнцем). Впервые ее заметили еще в прошлом веке. Так, в 1852 г. швейцарский астроном Рудольф Вольф (1816—1896) рассчитал зависимость магнетизма Земли от цикличности пятнообразования на Солнце. Однако датой рождения гелиобиологии (науки о влиянии Солнца на биологические процессы) обычно считают 1915 г., когда в Московском археологическом институте был прочитан доклад «Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли». В этом докладе восемнадцатилетний Александр Леонидович Чижевский (1897—1964), впоследствии известный ученый, сформулировал идею, развитию которой посвятил всю жизнь. В наши дни она может показаться даже тривиальной – что же, собственно говоря, удивительного в том, что жизнь на Земле определяется Солнцем? Сейчас выявлен огромный диапазон явлений, подчиненных «ритму Солнца» – от вспышек массового размножения саранчи до средней успеваемости школьников. Чижевский же был первопроходцем, и ему не удалось дожить до признания своих идей…

Подведем некоторые итоги.

Биосфера вырисовывается как пронизанная и регулируемая жизнью, ею сформированная наружная оболочка Земли, развитие которой определяется главным образом постоянным притоком солнечной энергии[17]17
  О том, какую роль играет эндогенная энергия, рассказано в третьей главе.


[Закрыть]. «Основным признаком биосферы является участие во всех ее процессах живого вещества» (Вернадский). Биосфера Земли характеризуется присутствием жидкой воды и широким развитием низкотемпературных реакций, регулируемых действием ферментов. Биосфера продуцирует наружу газовую оболочку, внутрь планеты – «область былых биосфер», или метабиосферу.

Говорят, что все в жизни познается в сравнении. Нашу, земную биосферу нам сравнивать не с чем – других биосфер во Вселенной пока не обнаружено, и шансы на их существование все уменьшаются. Впрочем, недавно ученые из Главной астрономической обсерватории АН УССР Л. О. Колоколова и А. Ф. Стеклов выдвинули гипотезу о наличии на спутниках Юпитера биосферы иного типа, чем земная, – биосферы, развивающейся под слоем льда. Такой гипотетический тип биосферы украинские ученые предложили называть «эндобиосферой» (от греч. «эндон» – внутри). Отдаленным ее земным аналогом может быть экосистема антарктического моря Росса, о которой мы уже упоминали.

Установлено, что спутники Юпитера – Европа, Ганимед и Каллисто – покрыты ледяным панцирем толщиной 50—250 км, под которым, видимо, располагается водный океан глубиной 100—1000 км. В этом-то подледном океане и предполагается развитие жизни, представленной микроскопическими существами, приспособленными к существованию при огромных давлениях. Недавние исследования, произведенные космическими аппаратами, показали, что в океане юпитерианской Европы существуют полыньи размером в десятки квадратных километров. В этом случае энергии, получаемой Европой от Солнца, как будто должно хватать на фотосинтез, если, конечно, есть кому его осуществлять. Подледные океаны подобного типа существуют также на Марсе, Титане и, возможно, Тритоне. Так что в принципе существование эндобиосфер не исключено и на этих планетах.

Но это – гипотеза, а пока наша биосфера – экзобиосфера! – остается в Солнечной системе уникальной. И мы должны ее сохранить.

Наш очерк о биосфере будет неполным, если мы хотя бы в краткой форме не остановимся на современном этапе ее развития, который В. И. Вернадский называл ноосферой (от греч. «ноо» – разум).

Конечно, как и в учении о биосфере, в ноосферной концепции В. И. Вернадский тоже имел предшественников. Одним из них был самобытный русский философ Николай Федорович Федоров (1828—1903), первый (да, по существу, и единственный) наставник К. Э. Циолковского. Тезис Н. Ф. Федорова «Природа в нас начинает не только сознавать себя, но и управлять собою»[18]18
  Федоров Н. Ф. Сочинения. М., Мысль, 1982, с. 521.


[Закрыть] по идейной сути близок к хорошо известному пониманию Ф. Энгельсом человека как позвоночного, «в котором природа приходит к осознанию самой себя»[19]19
  Энгельс Ф. Диалектика природы. М., Политиздат, 1982. с. 17.


[Закрыть]. Н. Ф. Федоров ставит вопрос об управлении («регуляции») природы человеком: «И в чем же должно состоять наше, существ разумных и чувствующих, общее дело: в эксплуатации ли и утилизации природы, т. е. в ее истощении… или же в регуляции природы… Повиноваться природе для разумного существа значит управлять ею, неразумною силою, ибо природа в разумных существах приобрела себе главу и правителя»[20]20
  Федоров Н. Ф. Соч., с. 482.


[Закрыть].