Земля и жизнь

Вологдин Александр Григорьевич

Открытие радия и радиоактивности необычайно обогатило физику и химию, вплотную приблизив человечество к пониманию вещества Земли. Ядерная физика еще развивается на этой основе и не сказала своего последнего слова, тем не менее она привела к учению об изотопах в природе и позволила в содружестве с химией, биохимией и геохимией подойти к пониманию сущности связей между элементами мертвой и живой природы, а также внутри этих двух категорий веществ.

В свете новых взглядов на живое вещество природы основным моментом оказывается понятие об энергетической стороне явлений жизни.

В. И. Вернадский считал, что вся биосфера, во всех ее формах

находится в непрерывном движении. Температура свободной тропосферы (нижней, охватываемой жизнью зоны атмосферы Земли) кверху понижается, температура гидросферы понижается книзу, температура литосферы (верхнего слоя земной коры) постепенно повышается с глубиной. В тропосфере азот и кислород находятся в определенном соотношении. Под землей быстро исчезает кислород и существует "кислородная поверхность", ниже которой располагается азотная подземная атмосфера.

Вещество биосферы В. И. Вернадский делил прежде всего на две крупные категории: "живое" вещество (совокупность всех живых организмов), богатое действенной энергией, и "косное", действенная радиоактивная и химическая энергия которого в подавляющей ее массе, в ходе исторического времени, ничтожна. Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. В. И. Вернадский поэтому считал, что "живое вещество есть самая мощная геологическая сила биосферы, растущая с ходом времени (разрядка моя - А. В.). Оно не случайно и независимо от нее, в ней живет, она есть проявление физико-химической организованности биосферы".

Обратимся к рассмотрению тех химических элементов, которые являются общими как для живого вещества природы, так и для косного. Эти общие элементы, поскольку они являются основными компонентами веществ - носителей жизни, называются биофильными. Их не так много, хотя вообще в состав живых тел входит много десятков других элементов, но обычно в ничтожных количествах.

Биофильные элементы следующие: углерод, азот, водород, кислород и сера. Как выяснено, "биофильные" свойства этих элементов нужно понимать и рассматривать с оговорками. Суть в том, что почти все известные химические элементы оказались смесями изотопов, почти не отличающихся друг от друга по своим химическим и физическим свойствам. При этом не все изотопы элементов, упомянутых выше, имеют равное отношение к процессам жизни.

Стремление понять вещественный состав Земли, прежде всего той ее части, которую называют биосферой, привело исследователей - химиков и минералогов, а также и геологов - к изучению распространения химических элементов в природе, в земной коре, к поискам закономерностей на основе геологической карты.

Геологическая карта призвана показать распространение тех или иных горных пород по их выходам на дневную поверхность и искусственным выработкам и буровым скважинам, с указаниями на их геологический возраст и вещественный состав, на различные взаимоотношения этих пород.

Для пород земной коры было очень важно учесть распространение в ней химических элементов. В результате трудов В. И. Вернадского, Ф. У. Кларка, А. Е. Ферсмана, их учеников и последователей возникла и непрерывно расширяется таблица количественной распространенности химических элементов, или, как говорят геохимики, "кларков" элементов. Отсюда возникло представление о среднем составе земной коры, на фоне которого местные более высокие или более низкие концентрации представляли практический или научный интерес. Высокие концентрации практического значения - это месторождения

полезных ископаемых. Поэтому геохимия оказывает помощь практической геологии, на материалах которой она развивалась и развивается, дополняя ее специальными исследованиями.

Крайне важно, что в то же время родилась идея об эволюции вещества земной коры. В. И. Вернадский высоко расценивал работы в этом направлении, имея в виду возможность глубокого изучения вещества Земли и полагая, что химический атомный состав его не есть случайное явление, что он связан с многообразными свойствами атомов в физическом поле, прежде всего в энергетическом - термодинамическом.

Количественные отношения атомов Земли были отражены в так называемой таблице Филипса - Кларка - Фохта. Она показала, что атомный состав Земли тождествен составам поверхностных слоев звезд и Солнца.

Живые организмы В. И. Вернадский не считал в основном углеродными. Он полагал, что с геохимической точки зрения живое вещество есть кислородное вещество, богатое углеродом, и лишь иногда оно является углеродистым и содержит более 10% углерода по весу. Значение углерода в живом веществе, в организмах, не объясняется его количеством, но есть функция его химических свойств.

Замечательную особенность взглядов В. И. Вернадского составляет единство его подхода к представлениям об элементарном составе живой и косной природы. Выяснилось, что элементы, слагающие тела организмов, свойственны природе вообще, не только живому, но и косному ее веществу, в частности минеральному. Отсюда естественным было категорическое признание постоянства химического облика земной коры в течение геологического времени, признание того, что "средние количества и состав живого вещества оставались приблизительно одинаковыми в течение всего этого непостижимого по длительности времени". Поэтому он признавал, что количество живого вещества, по-видимому, является планетной константой (постоянной величиной) со времени архейской эры, т. е. за все течение геологического времени.

Следует отметить, что и ранее некоторые мыслители, в частности в XVII в. Ж. Бюффон, высказывались за идею об относительной неизменности количества живого вещества. Между тем и в настоящее время нет точных данных об изменениях количества живого вещества во времени и потому решение этого вопроса пока оказывается невозможным.

Рассматривая элементарный состав живого вещества, В. И. Вернадский разбил элементы в зависимости от их распространения на декады:

В составе тел всех ныне живущих организмов мы находим кислород, водород, серу, азот и в особенности углерод. Эти элементы и ряд других, присутствующих в меньших количествах, железо, марганец, медь, образуют простые и сложные химические соединения, главнейшими из которых являются белковые. Из простых соединений следует отметить воду, углекислоту, метан, угарный газ, закись азота и другие, свойственные, оказывается, не только живым организмам, но и так называемой "мертвой природе".

Упомянутые элементы и их простые и сложные соединения слагают тела организмов, но все они также свойственны и окружающей их среде. Элементы и соединения извлекаются организмами из среды с образованием нужных им веществ для построения соответствующих клеток и тканей, а затем в процессе обмена со средой и после смерти организма они возвращаются снова в состав среды.