Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
рый поглощает почти все коротковолновое (высокоэнергетическое) ультрафиолетовое излучение. 4500 млн. лет назад это было не так; тогда большая часть солнечного высокоэнергетического ультрафиолетового излучения достигала земной поверхности. Огромные количества фотохимической энергии были в то время доступны для взаимодействия со всеми компонентами атмосферы и их продуктами. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца достигало поверхности Земли с самого начала и до примерно 2000 млн. лет назад, когда биологическим путем образовался свободный кислород. Это излучение было в высшей степени важно для возникновения и эволюции жизни в ходе первых 2500 млн. лет.
Другими источниками энергии, гораздо более мощными в первобытную эпоху, чем сейчас, были электрические разряды и теплота. Для первобытной земной поверхности была характерна высокая вулканическая активность. Жар лавовых потоков, изливавшихся в пруды и озера, создавал разнообразие быстро меняющихся условий и поставлял достаточно энергии для проведения многих реакций синтеза; об этом пойдет речь в гл. 5. Часто проходили сильные ливни, а небо было в облаках вулканического пепла. Почти постоянно происходили грозы, во время которых высвобождались большие количества энергии в виде электрических разрядов как между облаками, так и между облаком и поверхностью Земли.
Все еще в изобилии встречались осколки, оставшиеся после образования планет. В гравитационное поле Земли попадали объекты размерами от пылипок до массивных агрегатов, что вызывало постоянпую метеоритную бомбардировку. Значительная часть тепловой энергии высвобождалась при падении и ударах метеоритов, а также при взаимодействии атмосферных ударных волн с поверхностью и атмосферой Земли.
Вещество примитивной Земли в космических масштабах было очень молодым. Короткоживущие радиоактивные элементы распадались, благодаря чему повышалась температура внутренней части Земли и активизировалась вулканическая деятельность. «Фоновая» радиация на поверхности была значительно выше безопасного для живых организмов уровпя. Эпергия радиоактивных распадов в форме р-частиц, а-частиц и Y-лучей была довольно значи-
тельна. В табл. 4.2 приведены относительные количества энергии, генерируемые разнообразными источниками.
Таблица 4.2
Главные источники энергии на примитивной Земле
Вид или происхождение Энергия. Относительная
энергии кал/см2/год энергия
Солнечное коротковол 570 712
новое
Ультрафиолетовое излу
чение
Электрические разряды 4 5
Радиоактивность 0,8 1
Вулканическое тепло 0,13 0,16
Удары метеоритов 0,05 0,06
Очевидно, что при таком обилии и разнообразии видов энергии газы, выделявшиеся вулканами, должны были вступать в многочисленные сложные реакции. Вопрос о том, к чему приводят происходящие при этом взаимодействия между веществом и энергией, мы обсудим в гл. 5.
После того как в результате радиоактивного распада и гравитационного сжатия внутренняя температура Земли возросла, около 4000 млн. лет назад полурасплавлен-ная внутренняя часть плаиеты подверглась резкой перестройке. Металлическое железо п никель, ранее находившиеся в верхней мантии в смеси с другими минералами, теперь образовали расплавленное железо-никелевое ядро, поверх которого легли новая мантия и кора. По геохронологическим данным, образование ядра произошло скачком как следствие непрерывного плавления глубоких внутренних областей. После формирования ядра в раннюю эпоху впутреннее строение нашей планеты в течение 4000 млн. лет оставалось, по существу, без изменепий (рис. 4.1).
Поскольку при образовании ядра из верхней мантии было удалено много металлического железа, состав вул-
Рис. 4.1. Ядро, мантия и кора Земли.
каиических магм сильно изменился, во многих отношениях он стал сходным с составом современных вулканических магм. Расплав состоял в основном из окислов металлов и кремния, таких, как MgO, SiCh, FeO и FC2O3.
Для подобных сплавов было вычислено давление кислорода: оно составляло 10-7'1 атм. Хотя эта величина все еще очень мала, количество кислорода возросло на этой стадии примерно в 100 000 раз по сравнению с тем, которое было до образования земного ядра.
Эта стадия называется стадией вулканов гавайского типа; с тех пор как произошло образование ядра, минеральный состав мантии и коры сохраняется вплоть до наших дней. Вулканы уже в то время выделяли те же газы, что и сейчас. Подобные черты сходства позволяют проверить теорию, поскольку мы можем вычислить предполагаемые соотношения вулканических газов и сравнить их с современными, которые определены. При таком сравнении выявляется хорошее совпадение.
Как свидетельствуют полученные соотношения, в период гавайской вулканической стадии содержание воды в 100 раз превышает содержание водорода, содержание двуокиси углерода в 40 раз превышает содержание окиси углерода, преобладающей формой серы является двуокись серы, метан почти полностью отсутствует, а азот продолжает выделяться. В табл. 4.3 дан состав вулканического газа в момент его выделения.
