Текст книги "Молодость древней науки"
Автор книги: Игорь Забелин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 9 страниц)
Миры иные
Теперь, после того как мы ознакомились с биогеносферой Земли, можно выяснить последний вопрос: что, биогеносфера – уникальное явление, свойственное только Земле и больше нигде не встречающееся, или, наоборот, это явление космическое, и мы можем встретить подобное явление на других планетах?
В сущности, в самом начале этой книги уже дан ответ на поставленный вопрос. Но постараемся теперь рассмотреть его более основательно, чтобы окончательно установить, может ли земная наука – физическая география – стать наукой космической – астрогеографией.
Познакомимся теперь подробнее с солнечной системой. Учитывая особый характер наших интересов, солнечная система должна быть рассмотрена прежде всего с точки зрения: а) размера входящих в нее тел и б) характера слагающего их вещества.
Помимо Солнца, в солнечную систему входят планеты (Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон), астероиды, кометы, различные метеорные тела. В небесной механике все они изучаются как материальные точки, движущиеся под влиянием притяжения других небесных тел. Между тем по своим природным свойствам они очень различны, и – это главное – далеко не все из них способны к сложным эволюциям.
Но астрогеографию могут заинтересовать только тела, способные к активному развитию, и это позволяет произвести особую классификацию «членов» солнечной системы.
Первым таким классификационным признаком служит размер. Мелкие небесные тела, не имеющие внутренних источников энергии, лишь пассивно отражают изменения внешних условий и не испытывают направленного развития.
Расчеты показывают, что только тела, соразмерные с Луной, начинают саморазогреваться, приобретают внутренний источник энергии и, следовательно, получают возможность активно взаимодействовать с космосом и даже изменять вокруг себя космическое пространство. Это обстоятельство сразу же исключает из сферы наших интересов все метеорные тела, а также астероиды.
Второй признак – характер вещества. Лишь твердое вещество способно необратимо изменяться в процессе нагревания и остывания. Газовое вещество такой способностью не обладает. Из этого следует, что не могут эволюционировать и все планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, потому что все они представляют собой огромные газовые, преимущественно водородные шары.
Итак, эволюционировать в сторону усложнения способны лишь сравнительно крупные небесные тела, состоящие из твердого вещества. Этим требованиям удовлетворяют планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля с Луной и Марс.
На самом «краю» солнечной системы находится планета Плутон. О ней мало что известно. Предполагается, что масса ее примерно равна земной и что планета имеет атмосферу.
Можно ли надеяться, что на Плутоне возникнет биогеносфера и разовьется до появления жизни? На этот вопрос не может быть иного ответа, кроме отрицательного. «Беда» Плутона в том, что он находится слишком далеко от Солнца и поэтому имеет чрезвычайно низкую температуру, ниже минус 200°.
Этот пример показывает, что с точки зрения астрогеографии при ознакомлении с солнечной системой можно воспользоваться еще одним классификационным признаком – температурным.
Жизнь, основанная на углеродных соединениях, способна возникнуть и развиться лишь при внешних температурах от +80° до -70°.
Если принять планеты за идеально черные тела и произвести соответствующие расчеты, то окажется, что температурным условиям удовлетворяет лишь космическое пространство между 92 и 275 миллионами километров считая от Солнца. Эту полосу предложено называть экосферой Солнца.
В пределы экосферы попадают Венера, Земля с Луной и Марс.
За пределами экосферы из планет земной группы оказывается Меркурий – небольшая, лишенная атмосферы планета, на освещенной стороне которой температура поднимается до 400°. Очевидно, что биогеносфера на Меркурии не возникла и жизни там быть не может.
Остановимся теперь на планетах, находящихся в пределах пояса жизни, в пределах экосферы: Венере, Земле и Марсе. Эти три планеты обладают многими общими признаками. Так, атмосферы их по сравнению с самими планетами ничтожны по массе и объему и имеют вторичное происхождение, т. е. возникли в процессе эволюции планет.
В строении планет большую роль играет кислород (поверхностные слои Земли более чем на 50 % состоят из него), а также кальций, кремний. Водород – самый распространенный элемент во Вселенной (если не считать гелия, то на 1000 атомов водорода приходится один атом всех других элементов, вместе взятых), но среди других элементов земной коры он занимает лишь 8—9-е место.
Вопрос о внутреннем строении планет земной группы еще не решен. Наука до сих пор не располагает точными сведениями об изменении плотности различных веществ при сверхвысоких давлениях, и поэтому существуют две основные несхожие гипотезы.
Первая, более известная и распространенная гипотеза признает, что с глубиной изменяется состав вещества, что в глубинных частях скопились более тяжелые элементы, образовавшие в центре металлическое ядро. Согласно второй гипотезе, различий в составе вещества нет, а изменения плотности зависят от сжатия горных пород. (Это не относится к верхним горизонтам земной коры, входящим в биогеносферу.)
Рассмотрим подробнее Марс и Венеру.
Марс в среднем расположен примерно в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля (227,8 миллиона километрам). Экваториальный диаметр Марса равен 6770 километров, что составляет 0,532 диаметра Земли. Площадь поверхности составляет 0,282 земной, объем – 0,150, масса – 0,107. Средняя плотность – 3,92 грамма на кубический сантиметр, то есть меньше, чем у других планет земной группы. Сила тяжести равна 0,38 земной. Время обращения вокруг Солнца примерно в два раза больше, а сутки только на 40 минут длиннее, чем на Земле.
Размеры Марса достаточны, чтобы удерживать атмосферу: заметное рассеивание света происходит там на высоте 30 километров (на Земле – 70 километров).
Состав атмосферы Марса известен плохо. Достоверно известно лишь наличие углекислого газа (его в два раза больше, чем в атмосфере Земли). Предполагается, что в основном атмосфера Марса состоит из азота, что она содержит небольшое количество кислорода (это пока не подтверждено прямыми наблюдениями), некоторое (совсем небольшое) количество водяных паров или кристалликов льда, а также пыль. И хотя точный состав атмосферы не установлен, можно полагать, что там есть вещество, аналогичное воздуху.
Верхние горизонты литосферы Марса имеют плотность около 3,3 (средняя плотность земной осадочной оболочки – стратисферы, как вы помните, – 2,5). Глубже плотность увеличивается до 4, а в центре достигает примерно 8,6.
На Марсе, безусловно, есть вода, хотя сколько-нибудь крупные водоемы в настоящее время отсутствуют.
Наиболее сложной и увлекательной является проблема жизни. Все началось с того, что астрономы обнаружили сезонную изменчивость деталей поверхности на Марсе: так называемые «моря», зимой почти не отличающиеся по цвету от более светлых «материков», с наступлением весны начинают темнеть, увеличиваться в размерах, а осенью совершается обратный процесс. Проще всего было бы объяснить это тем, что с наступлением весны на Марсе, как и на Земле, растения зеленеют, а осенью сбрасывают листву или отмирают. И постепенно многие планетоведы сошлись на том, что марсианские «моря», темные пятна – это участки поверхности, занятые растительностью. А после недавнего открытия в спектре планеты полос поглощения, которые получаются в спектрах большинства земных растений, гипотеза о жизни на Марсе приобрела достоверность. При наличии же растительности бесспорно существование бактерий и почвенного покрова. Есть ли там животные, об этом приходится только догадываться.
Таким образом, с большой степенью достоверности можно предполагать, что на Марсе вещество находится в трех агрегатных состояниях. Есть горные породы, воздух, вода, растительность, бактерии, почвы (животные?), солнечная радиация (ее интенсивность на Марсе составляет 0,43 земной). Исходя из этого можно полагать, что на Марсе имеется биогеносфера, сходная с земной.
Ну, а что творится на Венере? Ведь Земля и Венера, в сущности, планеты-близнецы. Венера не только ближе других планет расположена к Земле (минимальное расстояние между ними «всего» 39 миллионов километров, а между Землей и Марсом – 56 миллионов километров), но и более других планет похожа на Землю по многим признакам. Так, диаметр Венеры составляет по отношению к Земле 0,973, площадь поверхности – 0,95, объем – 0,92, сила тяжести на поверхности – 0,85, плотность – 0,88, масса – 0,81.
Однако достоверных сведений о Венере собрано значительно меньше, чем о Марсе.
До сих пор неизвестна продолжительность суток на Венере, и на этот счет высказывались самые различные соображения. Некоторые ученые полагали, что сутки на Венере по продолжительности сравнимы с земными, другие доказывали, что они равны периоду обращения Венеры вокруг Солнца.
Проведенная советскими учеными радиолокация Венеры показала, что сутки на этой планете примерно соответствуют десяти земным суткам, хотя и эту цифру едва ли можно считать окончательной. Разнобой в оценках вызван тем, что твердая поверхность планеты не видна и нет постоянных деталей, по вращению которых можно было бы высчитать продолжительность суток.
Венера окутана сплошными облаками, открытыми еще в 1761 году М. В. Ломоносовым. О химическом составе облачного слоя и расположенной выше него стратосферы долгое время почти ничего не было известно. Определенно знали лишь, что в стратосфере Венеры в большом количестве содержится углекислый газ. Одно время считалось, что углекислый газ атмосферы, вступая под влиянием ультрафиолетовых лучей в реакцию с водой, образует простейшее органическое соединение – формальдегид и облака на Венере состоят из твердых частичек последнего или его полимеров.
Большинство других ученых, основываясь на характере поляризации света, отраженного облачным слоем, полагало, что облака состоят из мельчайших водяных капелек, диаметром в несколько микронов. Однако обнаружить водяной пар с помощью спектрального анализа не удавалось.
Только в самые последние годы были сделаны важные открытия, проливающие свет на природу воздушной оболочки Венеры. В ноябре 1959 года в США на стратостате был поднят на высоту 24 километра телескоп. С помощью телескопа были наконец обнаружены водяные пары в атмосфере Венеры. Они оказались аналогичными земным на высоте около 20 километров.
С большой вероятностью предполагалось на Венере и наличие кислорода. Он должен был образоваться там по тем же причинам, что и на Земле в ранний период ее развития. И действительно, существование в атмосфере Венеры свободного кислорода недавно было доказано. Обнаружен в атмосфере и азот.
Поскольку твердое тело Венеры скрыто облаками, судить о природе его поверхности трудно. Очень вероятно, что на Венере, как на Земле и Марсе, образовалась планетная кора, но о ней пока ничего не известно. Открытие водяных паров сделало достоверными предположения о значительных по площади океанах на Венере.
Вопрос о жизни на Венере остается нерешенным. Похоже, однако, что физико-географические условия там такие, при которых жизнь может возникнуть. И если через несколько десятилетий люди попадут на Венеру, они, быть может, застанут там условия, аналогичные тем, которые были на Земле несколько миллиардов лет назад. Тогда путем непосредственных наблюдений ученые откроют нам одну из величайших тайн мироздания – тайну возникновения жизни на планетах вообще, и на нашей Земле в частности.
Ближайшее к нам небесное тело – Луна имеет диаметр 3476 километров (почти в четыре раза меньше земного). Масса ее в 81,5 раза меньше земной. На Луне нет атмосферы. Поверхность ее сложена темными горными породами, вероятно прикрытыми метеорной пылью. Верхние слои планеты способны к активному взаимодействию с космосом, но значительной эволюции они не претерпели из-за небольшого размера планеты. Биогеносфера на Луне не возникла. Луна как бы приблизилась к той стадии развития планет, когда на них начинают образовываться биогеносферы.
А теперь мы можем с уверенностью ответить на поставленный выше вопрос: биогеносфера – явление космическое, оно свойственно не только Земле, но и некоторым другим планетам в пределах солнечной системы и, конечно, множеству планет за пределами солнечной системы.
Все три планеты – Венера, Земля и Марс, входящие в «пояс жизни», возникли примерно в одно время. Но сегодня биогеносферы этих планет находятся на разных ступенях развития, и факт этот сам по себе очень любопытен.
Еще недавно бытовала в астрономии «удобная» гипотеза, согласно которой очаги жизни постепенно смещаются по направлению к Солнцу. Исходила эта гипотеза из предпосылки, что Солнце остывает, и остывает довольно быстро. Поэтому будто бы на Марсе жизнь уже прошла пору расцвета и в настоящее время гибнет, на Земле жизнь находится в расцвете, а на Венере возникает. Через энный промежуток времени жизнь на Земле начнет угасать, а на Венере достигнет расцвета, и так далее.
Нужно признать, что в основу этой гипотезы были положены правильные факты и наблюдения, а вот истолкование им, к сожалению, дали не совсем верное.
Вся беда в том, что современная наука не признает столь поспешного остывания Солнца, и несправедливо обвинять наше светило в том, что будто бы из-за него неодинаково развиты биогеносферы трех планет, из-за него гибнет жизнь на Марсе, не успев достичь земного великолепия. Нет, в мире все развивается, движется, взаимодействует неравномерно, это закон природы. Поэтому неправильно полагать, что развитие биогеносфер и, следовательно, жизни на всех планетах должно достигать одного уровня. Очевидно, нам нужно признать, не прибегая к «помощи» остывающего Солнца, что биогеносферы Венеры, Земли и Марса развивались неравномерно. Более того, «потолок» развития каждой из них есть и будет разным, потому что развитие биогеносфер зависит, например, от размера планеты, от специфики окружающих космических условий. Что касается жизни, степени ее развитости, то, безусловно, жизнь находится в непосредственной зависимости от размеров планеты, мощности атмосферы, величины океанов и материков, степени изменчивости климатических условий как во времени, так и в пространстве. Поэтому, между прочим, не следует надеяться, что при наличии жизни вообще обязательно должны возникнуть и ее высшие формы, вплоть до мыслящих существ.
Примером биогеносферы, достигшей более низкого, чем земная, уровня развития и уже разрушающейся, может служить марсианская.
Давайте прежде всего обратим внимание вот на какой красноречивый факт: на Марсе чрезвычайно суровые климатические условия, а жизнь все-таки есть. Вы можете спросить, что ж тут особенного – в Арктике тоже очень суровые климатические условия и тоже есть жизнь. А вот что: существовать в таких условиях жизнь может, но возникнуть не могла, для возникновения жизни заведомо необходимы вода и тепло в большом количестве. Следовательно, раньше на Марсе должны были господствовать иные физико-географические условия, и процесс развития марсианской биогеносферы был подобен земному: строение ее усложнялось за счет возникновения новых компонентов, направленно изменялись сами компоненты, увеличивалась автономность, защищенность от внешнего мира (и это на определенном этапе позволило возникнуть жизни), а сама биогеносфера становилась все более целостным образованием.
А в настоящее время для марсианской биогеносферы характерны обратные процессы: происходит упрощение ее структуры, некоторые компоненты находятся на грани исчезновения, уменьшается изолированность от внешнего мира, разрушается целостность биогеносферы. Так, Марс уже потерял значительную часть своей атмосферы, почти всю влагу. Разреженная атмосфера не может служить надежным покрывалом – отсюда низкие ночные (до —45°) и зимние (до —80°) температуры. Уменьшение запасов влаги, падение температуры привели к снижению интенсивности жизненных процессов на планете, и это тоже не осталось без последствий: обнажились огромные участки поверхности, прогрессивно начал изменяться состав атмосферы. Растительность уже не успевала восполнять запасы кислорода, он активно вступал в реакции с обнажившимися горными породами (для поверхности Марса, как известно, характерен красноватый цвет, цвет окисленных пород), а количество кислорода в атмосфере уменьшалось, в то время как количество углекислого газа увеличивалось. И если сейчас в атмосфере Марса намного меньше кислорода, чем в земной, и в два раза больше углекислого газа, то это при наличии жизни как раз и является свидетельством «умирания» биогеносферы, свидетельством процесса разрушения.
Разумеется, процесс угасания жизни на Марсе не представляет собой ровной наклонной линии: возможна пульсация жизни, временное увеличение площадей, занятых растительностью, но в целом этот процесс уже необратим. Марс медленно «умирает».
Для биогеносферы Венеры характерно более простое строение, чем для земной и марсианской, – в этом мы уже убедились. Однако наряду с исходными компонентами там имеются и производные – вода и воздух. Это свидетельствует о том, что биогеносфера Венеры претерпела определенный процесс развития, а теплый, очень влажный климат – в сущности, там оранжерейные условия – создает необходимые предпосылки для возникновения (если она еще не возникла) жизни. Общие физико-географические условия там прямо противоположны марсианским, и это доказывает, что биогеносфера Венеры продолжает развиваться, что она просто отстала от земной и марсианской.
Биогеносферы как космические явления, изучает, о чем уже говорилось в предварительном плане, астрогеография: важнейшая ее задача – сравнительный анализ биогеносфер различных планет, их развития, строения, современного состояния, а также выяснение общих закономерностей развития биогеносфер как наиболее сложных из всех известных нам эволюций материи.
Заканчивая этот раздел, мне хочется сказать еще лишь несколько слов в защиту… Земли. Увы, наша «добрая старая планета» нуждается в этом. После разрушения различных геоцентрических систем, полагавших, что Земля – центр мироздания, после выработки представлений о бесконечной во времени и пространстве Вселенной, этакой «модой» стало пренебрежительное отношение к Земле. Ее сравнивают с «песчинкой», затерянной в бесконечном океане Вселенной, всячески подчеркивают ее ординарность как небесного тела, ее несравнимость по размерам с гигантскими звездами и т. п. Все это правильно с точки зрения небесной механики, но совершенно иной оценки заслуживает Земля в эволюционном учении о Вселенной…
Необозримая Метагалактика, «система звездных систем», галактики, подобные нашему Млечному Пути, звезды, подобные Солнцу и непохожие на него, планеты вроде Земли или Юпитера, астероиды, метеориты, пылевые и газовые туманности, не пропускающие звездный свет, космические лучи, пронизывающие все мировое пространство, световые излучения, радиоволны, идущие от далеких звезд… Таков, в самых общих чертах, мир вокруг нас. Все в нем находится в состоянии непрерывного изменения и превращения: возникают и разрушаются звезды, планеты, «очаги жизни»… Но эволюционное учение о Вселенной интересуют прежде всего процессы развития, происходящие в безграничном мире, и тут как раз обнаруживается, что Земля наша не так уж незначительна. В бесконечной Вселенной нет единого процесса развития, идущего от низшего к высшему, чаще всего они разобщены в ней, но для нас в данном случае важно, что процессы развития могут быть разными по степени сложности. Например, возникновение новых звезд. Это гигантский по своим масштабам процесс, во многом еще загадочный, но в масштабах Вселенной он отнюдь не самый сложный; эволюция материи в звездах приводит лишь к различным атомным реакциям. Или превращение газовой туманности в пылевую; есть основание полагать, что из пылевых туманностей возникают звезды некоторых типов. Но пылевое облако может развиваться и в облако, состоящее из твердых частиц вещества, а эти твердые частицы, по современным взглядам, и образуют планеты. А вот процесс образования планет относится к числу наиболее сложных во Вселенной. Но планеты могут развиваться подобно Юпитеру или подобно Земле. Во втором случае на них появляется биогеносфера, возникает «очаг жизни», а в дальнейшем и «очаг мысли». Более сложные эволюции вещества нам неизвестны. Планеты с биогеносферами занимают самое высокое положение на эволюционной «лестнице» материи, особенно планеты с «мыслящей жизнью». Следовательно, наша Земля, а точнее, ее биогеносфера, принадлежит к числу сложнейших явлений мироздания.
Отнюдь не образуя центра мироздания, Земля с биогеносферой занимает особое (хотя и не исключительное) место во Вселенной как носительница высших форм развития материи. Это позволяет нам сделать еще один вывод: прекрасно, что человечество устремляется в космос; но нельзя при этом забывать, что глубочайшие тайны мироздания лежат у нас под ногами.
И последнее замечание. В предыдущих разделах книги, посвященной в целом физической географии, неоднократно упоминались и частные географические науки – ландшафтоведе– ние, климатология, океанология и др. Но какой окажется их судьба в век космоса? «Возьмет» ли астрогеография их с собою на другие планеты?
Что ж, на эти вопросы можно ответить вполне определенно. Разве что океанология в этом плане исключение. Знания о земных морях и океанах приобретут космическое значение лишь в том случае, если на Венере окажутся океаны. Но зато космическая гидрология уже уверенно набирает силу. Эта научная дисциплина изучает судьбу воды на планетах и в межпланетном пространстве, водообмен между планетами и космосом. Ясны задачи ландшафтоведения, поскольку и ландшафты, и ландшафтные зоны есть не только на Земле, но и на Марсе и, очевидно, на Венере. Совершенно очевидно, что все планеты – носительницы биогеносфер – имеют и свой климат, и сравнительное изучение климатов разных планет, особенностей движения воздушных масс на них явится задачей астроклиматологии. Ну, а рельефоведение, космическое продолжение геоморфологии, закономерно займется изучением устройства поверхности Земли, Марса, Луны, Венеры…
Отметим еще, что не только географические науки устремились в космос. Наряду с астрогеографией успешно развиваются астрогеология, астробиология и целый ряд других наук.
Сегодня у нас есть уже все основания говорить как о знамении времени о возникновении г е о к о с м о л о г и и – широкой области науки, изучающей Землю во взаимодействии с космосом и использующей знания о Земле для изучения космоса. Геокосмология – это ответ науки на объективное требование истории выйти в космос. Естествознание вступает в новый, высший этап развития, соответствующий грядущей космической фазе существования человечества!
