Начало и вечность в геологии и геохимии (в.И. Вернадский)

В пределах геологического времени жизнь должна считаться извечной и что в эти времена всегда на Земле существовало живое вво. История всех химических элементов, которые изучены, указывает нам на самое энергичное участие ж. вва в их геохимических процессах. Те или иные минералы получаются биосфере благодаря участию ж. вва, которое связано не только с привносом тех или иных элементов в эти минералы, но и являются источником энергии, необходимой для их образования.

Пределы биосферы и область жизни

В соответствии со сложившимися в науке представлениями биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по Вернадскому — биогенной миграцией атомов). Она трехмерна и геоисторична, поэтому, когда мы говорим о ее пределах, имеются в виду границы физических условий существования живых организмов в конкретное время (кстати, на отдельных учасках земной поверхности жизнь может временно отстутствовать).

В литературе существование жизни чаще всего ограничивается диапазоном температур от 250 до 160 °С, давлениями от 0,001 до 3000 атм. Нижняя граница жизни условно проходит в водной среде на глубине 10 км, в земной коре — на глубине до 2 км, в атмосфере верхняя граница распространения жизни обусловлена слоем озона, предохраняющим живую материю от ультрафиолетового излучения Солнца и расположенного на высоте 45 км над уровнем моря. Естественно, что в пределах этих «параметров» присутствуют не только области жизни, но и другие структуры Земли, генетически связанные с живым веществом.

По Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: 1) живое вещество; 2) биогенное вещество; 3) косное вещество; 4) биокосное вещество; 5) радиоактивное вещество; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения. Следы биогеохимической деятельности присутствуют практически везде: газы атмосферы (кислород, азот, углекислота), природные воды, углеводородные ресурсы, известняки, глины и их производные (слан-цы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты. Вот почему ошибочно понимать под биосферой совокупность живых организмов. Слои земной коры, лишенные в настоящее время живого вещества, но переработанные им в геологическом прошлом, Вернадский относил к области «былых биосфер». В научной литературе имеются и другие взгляды на пределы биосферы. При этом суть расхождений, как правило, состоит в том, что в одних случаях речь идет о наличии доказанного «поля существования жизни», в других — о теоретических пределах биосферы. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6*10¹² т (в сухом весе) и составляет менее 10^-6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты». Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.

Все установленные чисто эмпирическим путем земные оболочки (геосферы) могут быть характеризованы некоторыми переменными, которые входят в равновесия, изучавшиеся Гиббсом. Можно различать термодинамические оболочки, определяемые величинами температуры, давления; фазовые оболочки, характеризуемые фазовым состоянием входящих в их состав тел и, наконец, химические оболочки, отличающиеся свом составом. В стороне осталась оболочка  биосфера. Вводя в физико химические процессы земной коры световую солнечную энергию, живые организмы резко отличаются от остальных независимых переменных биосферы.

Особенность ж. вва сказывается в том, что химические соединения, в них образующиеся, обычно не могут получаться вне их в обычных условиях косной среды биосферы. В последней никогда не может идти разложение молекул углекислоты и воды  один из основных биохимических процессов.

Вступая в организм химические элементы попадают в новую форму нахождения. Это отличие связано с глубоким изменением атомных систем в живом веществе. В ж. вве хим. эл. не дают смеси изотопов.

В земной коре можно отличить четыре формы нахождения химич. элов: 1) твердые породы и минералы; 2) магмы вязкие смеси газов и жидкостей; 3) рассеянные элементы, находящиеся в свободном состоянии, отделенные друг от друга, возможно их ионизированное состояние; 4) живое вещество, состояние атомов в котором неясно.

Поле устойчивой жизни определяет область, в которой жизнь может достичь полного развития. Протяженность поля определяется приспособлением организмов к различным абиотическим факторам:

1.Температура. Бактерии +180, плесень -253.

2.Давление. Грибы, бактерии – 8 тыс. атм., разрежение космоса.

3.Фаза, граница раздела сред (газовый обмен).

4.Химизм среды. Отсутствие жизни при концентрации солей более 270 г/л, и менее 0,01 г/л (пресные воды – карстовые пещеры, Южная Америка). Кислотность или Водородный показатель рН=6*10^7 (менее 7 – кислые, более 7 – щелочные).

5.Лучистая энергия. Среда с УФИ длина волны менее 0,3 мкм является безжизненной – убивают все формы жизни.

Основная жизнь:

в атмосфере – 100 м над землей, верхняя граница ограничена озоновым слоем.

В литосфере – 5-10 м (газовый обмен), до 500 м аэробные, ниже анаэробные.

В гидросфере – до дна, несколько см донной поверхности.