Текст книги "Молодость древней науки"
Автор книги: Игорь Забелин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)
Коротко о самом важном
А теперь поговорим о наиболее важных, существенных свойствах современной биогеносферы, или географической оболочки, той самой, которая сегодня обеспечивает нам возможность существования, предоставляет все необходимое для жизни.
Их несколько, этих наиболее существенных свойств, но с некоторыми из них мы познакомились, так сказать, попутно, пока речь шла об истории развития биогеносферы.
Например, к числу самых важных свойств биогеносферы, определяющих, кстати, ее качественное отличие от всех иных сфер земного шара, относится сосуществование вещества в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном) и присутствие живых организмов. Но это было столь же характерно для биогеносферы несколько миллионов лет назад, как характерно и ныне, и мы не будем говорить об этом еще раз.
О втором важнейшем свойстве биогеносферы также упоминалось. Это свойство, отличающее биогеносферу от всех других участков нашей планеты, заключается в том, что в ее пределах сталкиваются и сложно переплетаются космические и земные силы, энергия различного происхождения: солнечная, приходящая из мирового пространства, и радиогенная (а может быть, и не только радиогенная), поступающая из внутренних частей Земли.
О том, какую роль сыграли оба эти вида энергии в жизни биогеносферы, мы уже знаем, а вот какое количество энергии из года в год поступает на Землю, к ее поверхности в наше время, мы еще не установили.
Солнце излучает огромное количество энергии. Достаточно сказать, что вследствие излучения в течение суток масса Солнца уменьшается на… 360 миллиардов тонн. Земной шар получает менее одной двухмиллиардной доли этой энергии, но в год это составляет астрономическую цифру: 1,3·1024 калорий. Такое же количество тепла можно было бы получить, если сжечь двести миллиардов тонн каменного угля!
Почти все явления природы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, так или иначе зависят от солнечной радиации. Не будь ее, перестали бы течь реки, волноваться моря, дуть ветры, зеленеть деревья. Поэтому и говорят, что солнечная радиация служит энергетическим источником для множества экзогенных, то есть внешних, процессов, протекающих в биогеносфере. Но влияние ее на материках простирается вглубь всего на каких-нибудь тридцать – сорок метров – непосредственное влияние во всяком случае.
На больших же глубинах начинают действовать другие виды энергии, и прежде всего внутреннее тепло Земли. Это оно, наряду с возрастающим давлением, метаморфизирует, изменяет на глубине в несколько километров те самые осадочные породы, которые образуются в морях и океанах не без участия солнечной энергии.
В пределы биогеносферы из глубины Земли поступает главным образом энергия радиоактивного распада, происходящего в верхних горизонтах земной коры. Верхние горизонты сложены разными породами, например базальтами, гранитами, причем и те и другие располагаются обособленно, слоями. Радиоактивные элементы, как полагают ученые, сосредоточены в гранитном слое, а гранитный слой сконцентрирован преимущественно под материками; под океанами его либо совсем нет, либо он очень тонок. Следовательно, поступление энергии радиоактивного распада в пределы биогеносферы протекает неравномерно в пространстве.
Но существуют, очевидно, и более сложные энергетические взаимосвязи в системе Солнце – биогеносфера – недра Земли – биогеносфера.
Солнечная радиация, поступающая в пределы биогеносферы, непрерывно воздействуя на горные породы, как бы заряжает их, повышает их энергетическое состояние. Затем «заряженные» солнечными лучами породы сносятся и переоткладываются водой, превращаются в осадочные и постепенно опускаются в глубь земного шара. Там они отдают свою энергию, и, наряду с радиационной энергией, освобожденная энергия недр Земли со своей стороны способствует созданию очагов расплавленных пород, определяет температуру недр. При вулканических излияниях горные породы опять попадают на земную поверхность, опять «заряжаются», а потом вновь опускаются. Такой круговорот существует постоянно.
И все-таки в общей сложности биогеносфера получает тепла изнутри примерно в пять тысяч раз меньше, чем снаружи, непосредственно от Солнца. Да и проявления внутренней энергии, если не считать вулканов и землетрясений, обычно менее заметны: ведь лишь точные приборы подмечают движения материков, рост горных систем…
До сих пор мы еще не вспоминали о силе тяжести. Но ведь и она проявляется особенно ярко и разносторонне именно в пределах биогеносферы. Это, разумеется, не случайно и объясняется как раз важнейшим свойством биогеносферы – наличием вещества в трех агрегатных состояниях. В самом деле, постарайтесь представить себе, как может проявиться сила тяжести в толще литосферы, которая малоподвижна, вязка, крепка; «упасть» камню там некуда, соскользнуть одному слою по поверхности другого тоже сложно, и если массы горных пород там все же перемещаются, то происходит это очень медленно или же, в результате чрезвычайно сильных землетрясений, очень быстро.
Иное дело – биогеносфера. Здесь, у твердой поверхности земного шара, сразу резко меняется плотность вещества (сравните-ка плотность камня и воздуха!), и тут уже есть куда «упасть» камню.
Если же камень «упадет» в море – он потонет, потому что, как принято говорить, камень тяжелее воды. И вот благодаря таким исключительным условиям потенциальная энергия очень легко переходит в кинетическую, и поэтому происходят горные обвалы, срываются в горах лавины, реки текут в моря, дуют ветры, перемешивается вода в озерах, морях и океанах…
Вы заметили – выше утверждалось, что ветры дуют, а реки текут благодаря солнечной энергии, а теперь… Что же, приходится еще раз подчеркнуть, как сложно переплетаются в биогеносфере и внешние, космические, и внутренние, земные, силы, что верно и то и другое!
В самом деле, ветры дуют, во-первых, потому, что солнечная радиация неравномерно нагревает атмосферу, а во-вторых, потому, что холодный воздух плотнее, тяжелее теплого и устремляется, течет в теплые районы.
Отметим еще, что твердая поверхность земного шара – это верхний предел распространения внутренних горообразовательных, иначе говоря – тектонических сил. Тектонические процессы наиболее ярко и зримо проявляются именно на границе литосферы и атмосферы, литосферы и гидросферы, и это опять-таки объясняется разностью в плотности среды, резкой сменой условий давления. Внутри литосферы давление равномерно возрастает в среднем на 275 атмосфер (килограммов) на один квадратный сантиметр на каждый километр глубины; в океане давление возрастает почти втрое медленнее, а давление в атмосфере (вес столба воздуха) по сравнению с литосферой и водной толщей вообще ничтожно. Но именно потому, что сопротивление атмосферы незначительное, тектонические процессы и проявляются так ярко и зримо у поверхности земной коры. Им мы обязаны сложным устройством поверхности, наличием крупных форм рельефа – горных систем, плоскогорий, равнин, впадин.
Выше в общей, форме говорилось об интенсивном взаимодействии компонентов биогеносферы, упоминалось о круговороте воды. Теперь мы можем расширить это положение, отметив, что для биогеносферы вообще характерен напряженнейший круговорот вещества и что свойственно это именно биогеносфере (за ее пределами круговорот веществ протекает несравнимо медленнее).
Вернемся сначала к круговороту воды, сыгравшему столь выдающуюся роль в истории развития биогеносферы. Ныне наиболее динамичными, наиболее изменчивыми формами материи в пределах биогеносферы стали ее органические компоненты. Но и по сей день круговороту воды принадлежит огромная роль в жизни планеты.
Вот некоторые цифры.
Ежегодно с поверхности Мирового океана испаряется 448 000 кубических километров воды, или слой толщиной в 1,2 метра, а с поверхности суши – 71000 кубических километров воды, то есть со всей поверхности земного шара испаряется 519 000 кубических километров, и такое же количество выпадает в виде осадков. Испарившаяся вода временно поступает в атмосферу (но процесс непрерывен, и поэтому вода всегда есть в атмосфере и всегда сосуществует в разных агрегатных состояниях) и переносится воздушными течениями в различных направлениях, подчиняясь, впрочем, особым закономерностям. Эти закономерности (о них мы еще вспомним) приводят к тому, что непосредственно на поверхность океана влаги выпадает меньше, чем испарилось с нее, а на часть суши, имеющую сток в океан (с ее поверхности испаряется 63 000 кубических километров), – больше (соответственно 412 000 кубических километров и 99 000 кубических километров). Избыток воды, выпавший на сушу (36 000 кубических километров), стекает в океан, и объем последнего остается неизменным. 8 000 кубических километров приходится на бессточные области, то есть не имеющие связи с океаном: количество осадков равно там количеству испарившейся влаги.
Сложные взаимодействия происходят при биогенном круговороте веществ, то есть при круговороте веществ органического происхождения. В процессе фотосинтеза из углекислоты создаются бесчисленные органические соединения. Низшие растительные организмы, и особенно мелкие морские водоросли, обладающие колоссальной скоростью размножения, образуют за год из углекислого газа примерно 1,5·1011 тонн органической массы! В дальнейшем органические вещества либо поедаются животными, либо разлагаются, и тогда углекислый газ возвращается в атмосферу, либо отлагаются в виде органических илов, гумуса, торфа, из которых в дальнейшем может образоваться каменный уголь, а может быть, и нефть. Из углекислого кальция водные организмы создают свои скелеты и раковины, которые после гибели животных оседают на дно. Именно поэтому огромное количество углекислоты «законсервировано» в виде известняков, образованных скелетами морских животных. В настоящее время – о чем вскользь упоминалось – в атмосфере содержится в десятки тысяч раз меньше углекислого газа, чем в общей сложности извлечено из нее и «законсервировано».
Из почвы и атмосферы растения постепенно извлекают азот, являющийся неотъемлемой частью белков и белковых соединений. Отмершие организмы разлагаются бактериями, и азот либо вновь возвращается в атмосферу, либо путем сложных превращений накапливается наряду с другими химическими элементами в виде селитры (в районах с жарким и сухим климатом).
Наконец, важной особенностью современной биогеносферы является то, что каждая ее составная часть, каждый ее компонент испытывают на себе всестороннее влияние всех остальных компонентов – именно всех, причем влияние настолько сильное, что оно изменяет первоначальные свойства иной раз на противоположные. Простейший пример тому – многократно упоминавшаяся вода. Вода химически чистая – это смертельный яд для живых организмов, но природная вода, обогатившаяся новыми свойствами в процессе взаимодействия с горными породами, с атмосферой, – это подлинный источник жизни, и мы уже убедились, что без природной воды жизнь была бы вообще невозможна.
Все важнейшие свойства биогеносферы, с которыми мы только что вкратце ознакомились или которые вспомнили, подтверждают, что биогеносфера – целостное природное образование, а это означает, что сколько-нибудь серьезное изменение сложившихся условий в одной из ее частей обязательно вызовет изменения в других ее частях.
Так, у тихоокеанского побережья Южной Америки за последние сто лет трижды разыгрывались следующие события.
Как известно, западное побережье Южной Америки – омывается течением Гумбольдта, или Перуанским. Это холодное течение (температура воды на 8—10° ниже температуры окружающего воздуха), которое, во-первых, снижает температуру на побережье, а во-вторых, приводит к крайней сухости приморских районов, обусловливая наряду с другими климатическими факторами существование пустыни Атакама. Пустыня – одно из самых засушливых мест на земном шаре. На большей ее части выпадает за год менее 10 миллиметров осадков. Не удивительно, что пустыню – а это очень узкая береговая полоса – пересекает всего одна постоянная река Лоа. Большие площади заняты солончаками. Растительность редка и бедна.
Но жизнь у берегов Перу богата. Правда, жизнь морская и связанная с морем. Прибрежные, зеленоватые, с оливковым отливом, воды – один из самых высокопродуктивных районов Мирового океана. Почти круглый год ведут здесь промысел многочисленные рыболовные суда. И ведут промысел миллионы птиц – бакланы, пеликаны, глупыши, альбатросы. Колонии птиц, занимающие площадь более десяти гектаров, – обычное явление; на квадратный метр там приходится по три гнезда. Общее количество рыбы, которое вылавливается этой птичьей армадой, достигает 2,5 миллионов тонн…
У меня нет сведений, сколько рыбы добывается в этом районе человеком. Очевидно, тоже немало. Но рыбные запасы не скудеют: холодные воды Перуанского течения богаты кислородом, а следовательно, и планктоном, а когда много пищи, много и рыбы – сардин, анчоуса, морского окуня и других относительно холоднолюбивых видов.
Каждое лето южного полушария навстречу течению Гумбольдта устремляется с севера теплое течение Эль-Ниньо, доходящее обычно до 4° ю. ш. Но в некоторые годы (так случалось в 1891, 1925 и 1941 годы), когда ослабевает северо-восточный пассат и на смену ему приходят северо-западные ветры, течение Эль-Ниньо проникает почти на тысячу километров дальше к югу.
На глазах у людей разыгрывается как бы классический случай изменения климата: холодное Перуанское течение отступает от берегов, и на смену ему приходит теплое течение Эль-Ниньо, температура которого на 7–8° выше обычной для этих мест.
В результате в океанской воде резко уменьшается количество кислорода (в холодной воде его всегда больше), что приводит к гибели массы живых организмов. Прибрежная рыба – главное богатство! – либо уходит от берегов, либо гибнет, и побережье покрывается гниющими морскими выбросами. Сероводород отравляет воздух, а на некогда зеленоватой, с оливковым отливом воде появляется дурно пахнущая черная пленка (у моряков это явление известно под названием «краски Кальяо», потому что особенно страдает порт Кальяо, морские ворота столицы Перу). Вслед за рыбой покидают берега многомиллионные стаи бакланов, альбатросов и других птиц.
На обнаженные скалы гор, на пустынное побережье, где обычно господствует тихая ясная и сухая погода, обрушиваются катастрофические штормы с ливнями и грозами. Дожди сопровождаются резким повышением температуры воздуха. Пустыня покрывается растительностью, расцветает. Сухие русла рек наполняются водой. Приспособленные к сухому климату глинобитные дома и постройки разваливаются. Дороги размываются, обнажаются и выходят из строя проложенные в земле провода и водопроводные трубы – прибрежные города остаются без питьевой воды и света.
Начинают гнить, разлагаться залежи гуано – ценного сельскохозяйственного удобрения, образующегося из птичьего помета в условиях пустынного климата.
Появляется огромное количество насекомых, возникает реальная угроза эпидемий…
Эти «назидательные» эксперименты природы продолжаются недолго – каждый раз около месяца, но результаты и этого малого срока, как видите, вполне убеждают в справедливости вывода физической географии: биогеносфера настолько чуткий, тонкий и слаженный механизм, что малейшее нарушение хода естественных процессов вызывает сложную цепь последствий. В самом деле, ведь в нашем примере произошла всего лишь замена северо-восточных ветров северо-западными…
В 1953 году в Москве был издан сборник под названием «Атмосфера Земли». Наш известный географ и полярный исследователь, ныне покойный профессор В. Ю. Визе поместил в этом сборнике статью под странным названием: «Арктика и Африка». Казалось бы, какая связь может быть между столь разительно несхожими частями земного шара?!
Берега Европейской части Советского Союза омываются Баренцевым морем. А в южной половине Африканского материка расположено одно из крупнейших озер тропической Африки – озеро Виктория. И вот какие интересные строки можно прочитать в статье В. Ю. Визе: «…годы с большим количеством льда в Баренцевом море соответствуют годам с низким уровнем озера Виктория, и, наоборот, годы с малым количеством льдов – годам с высоким уровнем озера». Тем же колебаниям в связи с ледовитостью северных морей подвержен уровень и других великих африканских озер.
Объясняется это отнюдь не чудом: все дело в повышении или понижении интенсивности атмосферной циркуляции. «Твердо установлено, – писал В. Ю. Визе в той же статье, – что с возрастанием количества и скорости перемещения воздушных масс вдоль поверхности земного шара уменьшается ледовитость арктических морей, а с уменьшением интенсивности перемещения воздушных масс ледовитость увеличивается. В экваториальной зоне усиление общей циркуляции атмосферы вызывает увеличение количества выпадающих осадков, что и отражается на уровне озер».
* * *
Вот, пожалуй, и все, что следовало сказать в кратком очерке об истории развития биогеносферы и ее важнейших свойствах. Теперь можно подвести итоги и сформулировать основные закономерности развития биогеносферы. Вот они:
– в процессе развития биогеносферы ее состав и строение непрерывно усложнялись за счет возникновения новых компонентов и их производных продуктов;
– в процессе развития биогеносферы возрастала ее автономность, обособленность от других частей Земли, увеличивались в числе и конкретизировались черты ее самостоятельности как природного образования;
– в процессе развития биогеносферы активизировались и усложнялись взаимосвязи, взаимозависимости между ее компонентами, биогеносфера становилась все более целостным природным образованием;
– в процессе развития биогеносферы постепенно возрастала роль солнечной радиации в ее жизни, причем этот процесс протекал скачкообразно и был связан с земными причинами – возникновением новых компонентов, улучшением условий аккумуляции солнечной энергии.
Все эти закономерности были теснейшим образом взаимосвязаны, и каждый из них – это одна из граней общего поступательного движения биогеносферы, развития от низшего к высшему.
А теперь уточним границы биогеносферы, ее местоположение на земном шаре.
Прежде всего нужно иметь в виду, что биогеносфера расположена не на самой поверхности планеты. В нее географы включают нижний слой атмосферы – тропосферу и только верхний слой литосферы – стратисферу, или осадочную оболочку, с инородными (кристаллические породы) включениями в нее. Разумеется, границы эти проводятся не произвольно. Тропосферу не мы включаем, а она естественно включается самой природой в географическую оболочку потому, что именно она находится в постоянном взаимодействии с поверхностью материков и океанов, приобретает в результате взаимодействия почти все свои свойства, подчиняется географическим закономерностям (например, закону зональности), определяет погоду, климат. Стратисферу, осадочную оболочку, географы включают в биогеносферу потому, что она возникла под влиянием процессов, протекавших в биогеносфере (смыв горных пород с суши и отложение их в морях и океанах), и еще потому, что в пределах ее сохраняется вода в жидком состоянии и имеются живые организмы, бактерии.
Следующая оболочка, метаморфическая, тоже сложена осадочными породами, но породы эти под влиянием огромного давления и внутреннего тепла Земли уже подверглись глубинным изменениям, метаморфизации. Там действуют уже иные закономерности.
Следовательно, верхняя граница биогеносферы, совпадая с верхней границей тропосферы, проходит в среднем на высоте около 10 километров над уровнем моря, а нижняя – на глубине 4–6 километров. Средняя мощность биогеносферы по вертикали – всего 15–16 километров, а экваториальный радиус Земли превышает 6378 километров, причем верхние слои атмосферы не учитываются в его оценке! Что и говорить, биогеносфера совсем невелика. Но биогеносфера – это та тонкая пленка у поверхности Земли, которая проделала сложнейшую из всех известных нам эволюций, развилась до появления высокоорганизованных форм органической материи, породила жизнь, человека; биогеносфера – это лаборатория, в которой сложнейшие свойства материи выкристаллизовались в жизнь, а в настоящее время биогеносфера, как гигантская камера, делает возможным существование жизни, человечества.
В этом заключается огромное методологическое, мировоззренческое значение исследования биогеносферы, выходящее, кстати, далеко за пределы сугубо «земных» интересов.
