Но откуда же взялся на Земле свободный кислород, входящий ныне в состав атмосферы?
Первым поставщиком кислорода в атмосферу была вода.
Дело в том, что под влиянием ультрафиолетовой части солнечной радиации молекулы воды, как и молекулы углекислот газа, распадаются и при этом выделяется кислород. Тот самый кислород, который необходим для жизнедеятельности организмов. И тот самый кислород, который создал защитный экран, спасающий жизнь от смертоносных воздействий космической радиации, создал, кстати сказать, до появления жизни на Земле. Этот экран состоит из газа озона и потому называется озоновым экраном.
Мы уже отмечали, что магнитное поле Земли, ее атмосфера защищали поверхность планеты от непосредственной «бомбардировки» космическими лучами, метеоритами. И все-таки защита эта была еще недостаточной. Лишь с появлением озона вся вредная коротковолновая радиация стала улавливаться атмосферой.
А возник озоновый экран так. Молекулярный кислород энергично поглощает коротковолновую радиацию, и при этом молекулы его распадаются: атомы кислорода вступают в реакцию с молекулами кислорода, и в результате образуется озон (O3), совсем небольшого количества которого достаточно, чтобы окончательно обезвредить солнечную радиацию. (Подсчитано, что если весь озон собрать и равномерно распределить у поверхности земного шара, то при нормальном давлении воздуха он образовал бы слой толщиной всего в 3 миллиметра. Обратите также внимание на сложную, противоречивую роль солнечной радиации: разлагая молекулы воды и углекислого газа и освобождая кислород, солнечная радиация сама себя «обезвредила».)
Итак, вечный круговорот воды, размыв горных пород и отложение их обломков, накопление в воде различных солей, в атмосфере — новых газов, усиление защитных способностей планеты… Резко усложнившийся «механизм» биогеносферы, как видно, неоднократно «прокручиваясь», неутомимо трудился над формированием еще одной сложнейшей формы материи — жизни.
Мне представляется, что биогеносфера Земли, по крайней мере в ее приэкваториальных частях, была похожа в ту пору на гигантскую оранжерею: разрыхленный грунт, влага, тепло, свет, воздух — все было в ней и казалось, сама природа ждала, когда кто-нибудь бросит в столь благодатные условия семена жизни… Некоторые ученые так и считали, что жизнь залетела к нам из космических пространств и развилась, попав в «оранжерейные» условия.
Но нам нет нужды присоединяться к этому мнению (оно несостоятельно по очень многим причинам), — Земля сама подготовила условия для возникновения жизни.
Проблема возникновения жизни на Земле — это огромная самостоятельная проблема, которой посвящена необозримая литература. Но при всей самостоятельности и сложности эта проблема является все-таки частью другой, еще более сложной и обширной проблемы — возникновения и развития тонкой пленки на поверхности земного шара, именуемой биогеносферой. Как мы видели, возникновению жизни на Земле предшествовала сложная эволюция материи. Именно поэтому проблему возникновения жизни на Земле следует рассматривать как биолого-географическую, а не чисто биологическую или биохимическую.
Ранний период развития географической оболочки Земли, период возникновения жизни изучен очень плохо, и поле для научных изысканий тут колоссальное. Правда, этот период нельзя восстановить, он не оставил никаких следов в земной коре, но все-таки в будущем, вероятно, представится возможность изучить его непосредственно, и об этом мы еще поговорим в последующих очерках.
Скорее всего именно в сравнительно мелководных и теплых первичных морях постепенно сложились благоприятные условия для образования различных органических соединений. Вообще же, чем сложнее и многообразнее взаимодействие компонентов природы, тем больше результатов можно ожидать от них. Наиболее сложными участками биогеносферы были побережья морей и океанов, где активнейшим образом взаимодействовали все имевшиеся тогда компоненты: горные породы, солнечная радиация, вода, атмосфера, насыщавшая воду газами, в том числе кислородом; там наивысшего напряжения достигал процесс стока, там скапливались сносимые водами суши разрыхленные горные породы и химический состав веществ отличался наибольшим разнообразием.
На побережьях морей, в мелких теплых лагунах приэкваториальной полосы, с постоянной достаточно высокой среднемесячной температурой, но с некоторыми ее колебаниями, и возникла наиболее высокоорганизованная форма материи — жизнь. Там, при участии солнечной радиации, протекали сложные реакции между углеродистыми соединениями и водой, причем этому способствовали содержавшиеся в воде катализаторы — соли железа, кальция, ускорявшие процесс созидания высокомолекулярных соединений углерода. Этот процесс в конце концов привел к возникновению очень сложных молекул — белка. Постепенно белковые молекулы оформились в клетку, приобрели устойчивость, способность к обмену веществ с внешней средой и к сопротивлению внешним условиям и превратились в существа, вероятно во многом напоминавшие бактерий.
Энергию для процессов жизнедеятельности живые существа получали либо за счет химических реакций в окружающей среде, либо за счет кислорода, который имелся в воде и атмосфере. Постепенно они научились умело обходиться с солнечной радиацией и с ее помощью превращать неорганические соединения в органические. Этот процесс называется фотосинтезом. Живые существа, способные к фотосинтезу, вырабатывая хлорофилл, окрасились в зеленый цвет, и появились растения. А живые существа, которым по каким-то причинам не удалось овладеть фотосинтезом, стали жить за счет более удачливых, за счет растений. Эти живые существа со временем превратились в животных. Они питаются и живыми, и отмершими растениями. Но кто же поедает трупы животных и остатки растений, не съеденных животными? Их поедают бактерии.
Так в биогеносфере возникли все три живых компонента, а они, в свою очередь, образовали последний из ныне существующих природных компонентов — почву (в морях — илы), которая от обычных рыхлых грунтов отличается тем, что содержит в большом количестве органические соединения (гумус, перегной) и буквально насыщена бактериями-«могильщиками». Но бактерии не только «хоронят трупы», а, разлагая остатки, доводят их до такого состояния, при котором растения вновь получают возможность усваивать органические соединения.
Процесс фотосинтеза имеет одну очень важную особенность: пока он протекает, в воздух почти непрерывно поступает свободный кислород… Стало быть, жизнь, в конечном итоге, сама о себе позаботилась, сама себя стала обеспечивать кислородом, хотя и тут дело не обходится без участия солнечного луча.
Нужно ли доказывать, что возникновение «живых» компонентов оказало, в свою очередь, огромное влияние на всю биогеносферу?.. Нам еще придется вспоминать об этом в дальнейшем, пока же отметим, что живые организмы стали наиболее постоянно действующей и могущественной геохимической силой, проявляющейся в пределах биогеносферы. С их деятельностью связано и образование огромного количества так называемых органогенных пород: известняков, доломитов, мраморов, каменного угля, торфа, а может быть, и нефти, и природного газа.
Об этом последнем обстоятельстве следовало специально упомянуть вот по какой причине: все горные породы типа известняков, доломитов — это углекислый газ, извлеченный растениями и животными из окружающей среды, это, наконец, солнечная энергия, на миллионы лет захороненная в недрах земного шара. Насыщая атмосферу кислородом, растительность в то же время освободила ее от излишков углекислого газа, придала нижним слоям атмосферы современные свойства. И еще одно: заставляя работать солнечный луч, растительность стала новым, самым надежным и долговременным аккумулятором солнечной энергии на Земле.