big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

История свободного кислорода в земной коре

Можно вполне оценить планетное значение явлений жизни, в частности дыхания, обратив внимание на историю свободного кислорода в земной коре, одного из бесчисленных химических тел, вносимых живым веществом в биосферу.

Свободный кислород в молекулах О2, как мы знаем, в форме газа и еще больше в водных растворах играет совершенно исключительную роль во всех химических реакциях земной поверхности. Можно сказать, что он своим присутствием меняет весь их ход. Количество непрерывно существующих в земной коре молекул О2 огромно. Можно определить его с достаточной точностью. В атмосфере — в тропосфере и в нижней стратосфере — вес свободного кислорода, молекул О2, по С. Аррениусу, соответствует минимально 1,2∙1015 т, максимально 2,1∙1015 т. Эта масса в сотни тысяч раз превышает общие массы в земной коре целого ряда многочисленных химических элементов земной коры. Атмосфера далеко не содержит всего свободного кислорода. Очень значительная часть его находится в растворе в водах и прежде всего в той массе соленой воды, которая образует Мировой океан. Все же эта часть меньше, чем вся масса свободного кислорода атмосферы и немногим превышает 1,5∙1013 т.

Свободный кислород также растворен в пресной воде суши, растворен или окклюдирован в снегах и во льдах. Но это количество меньше растворенного кислорода гидросферы, так как весь объем пресной воды, по В. Гальбфассу, составляет лишь 3,6∙10-1 % объема соленой воды океана, даже включая сюда льды и снега, представляющие по весу своему господствующую часть воды суши. Так, по Гальбфассу, объем льдов соответствует 3,5—4•106 км3, объем воды океана — 1,3•109 км3 (О. Крюммель), объем воды озер, болот, рек и надземных вод — 7,5•105 км3 максимально. Таким образом, все количество свободного кислорода, даже считая свободный кислород, включенный в осадочные породы, немного превышает 1,5∙1015 т, приблизительно составляя одну десятитысячную часть всего кислорода земной коры.

Мы знаем, что свободный кислород существует лишь на поверхности Земли. Вода глубоких источников, как это доказал уже в конце XVIII в. врач Д. Пирсон (1751 — 1828) в Англии, его не содержит. Газы вулканических и метаморфических пород почти свободны от него.

Количество свободного кислорода в биосфере, несомненно, одна из наиболее точно определенных физических постоянных нашей планеты. Оно определяет геохимическую работу живых организмов и позволяет понять ее значение в истории химических элементов.

Свободный кислород — самый могущественный деятель из всех нам известных химических тел земной коры. Он изменяет — окисляет — огромное количество химических соединений, он всегда находится в движении, все время вступает в соединения. Мы знаем тысячи химических реакций, которыми он захватывается, во время которых он входит в соединения. Среди них наиболее важны окисленные соединения металлоидов, таких, как сера и углерод (в том числе и соединения организмов), и соединения металлов — железа или марганца. История всех циклических элементов земной коры определяется их отношением к свободному кислороду. Недавние исследования указывают даже на его первостепенное влияние в вулканических явлениях. Кислород атмосферы, захваченный горящей лавой, дает окисленные продукты (например, воды, окислы серы и пр.), и тепло, освобожденное этими реакциями окисления, играет огромную роль в термических эффектах лав. Высокая температура лав достигается на поверхности под влиянием этих реакций окисления; лава, поднимающаяся из недр коры и еще не соприкасающаяся с кислородом воздуха, имеет температуру, часто на сотни градусов более низкую.

Несмотря на все значение, представляемое этими реакциями окисления для множества таких земных процессов, количество свободного кислорода планеты представляется неизменным или почти неизменным. Очевидно, должны существовать обратные процессы, должно идти освобождение свободного кислорода в окружающую среду взамен кислорода, постоянно удерживаемого в новых прочных соединениях. Мы знаем в биосфере одну-единственную реакцию такого рода, если будем принимать во внимание только реакции большого масштаба. Это реакция биохимическая, выделение свободного кислорода хлорофильными пластидами земных организмов. Эта реакция открыта в конце XVIII в. Д. Пристлеем, углублена трудами выдающихся ученых, его современников, освещена во всем ее значении, в ее всеобщности, в ее главных чертах женевским ученым Т. де Соссюром в начале прошлого века.

Несомненно, эта реакция образования свободного кислорода в земной коре не единственная, но, поскольку можно судить, она единственная, которая дает значительные массы свободного кислорода в составе атмосферы, облекающей нашу планету.

Выделение свободного кислорода вне влияния жизни доказано или же является в высшей степени вероятным в связи с процессами радиоактивного распада, разложения газов ультрафиолетовыми излучениями и процессами метаморфизма. Все эти процессы идут в значительной мере вне биосферы, может быть за исключением радиоактивного распада, и в ее явлениях — в создании тропосферы — едва ли участвуют.

В глубинах земной коры кислород должен выделяться, так как соединения, богатые кислородом, например сульфаты или тела, содержащие окись железа, образуемые на поверхности, превращаются в глубоких слоях коры в соединения, более бедные кислородом или его не содержащие.

Однако этот свободный кислород должен немедленно вступать в соединения; нигде мы не находим его проявления.

Если даже кислород подымается временами и местами из глубин земной коры, совершенно ясно, что эти возможные его выделения, указания на которые встречаются, ничтожны по массе — в биосфере — по сравнению с тем количеством кислорода, которое в ней выделяется биогенным путем.

Гораздо важнее могло бы быть выделение свободного кислорода в стратосфере и выше под влиянием ультрафиолетовых излучений в связи с разложением паров воды, может быть углекислоты. Эта область явлений еще менее изучена и учтена по сравнению даже с выделением кислорода в метаморфической оболочке. Однако два обстоятельства должны быть приняты во внимание, сильно уменьшающие геологическое значение этого явления: 1) малая масса разреженных газов в стратосфере и выше и 2) чрезвычайно заторможенный их обмен с тропосферой.

Наконец, третий фактор может быть учитываем: распад молекул воды под влиянием а-, отчасти β-излучений всюду находящихся атомов радиоактивных элементов. Существование этих явлений несомненно, но нигде концентрации таких атомов в природных водах не представляются столь большими, чтобы с ними пришлось считаться в пределах биосферы. К сожалению, это явление и экспериментально и наблюдением в природе изучено недостаточно.

Учитывая все это, можно сейчас утверждать, что свободный кислород тропосферы и поверхностной водной атмосферы (газов, растворенных в поверхностных природных водах), т. е. больше чем пятая часть массы тропосферы, есть создание жизни.

Но больше того, совершенно аналогичное явление наблюдается для свободного азота тропосферы, и будет правильным заключить — и это в дальнейшем учитывать, — что земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни.

В истории свободного кислорода мы получаем, таким образом, яркое мерило геологического и геохимического значения жизни.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.