Биохимическое предопределение - Кеньон Д.
Скачать (прямая ссылка):
(за счет вулканических эксгаляций, а также из фумарол и горячих
источников) поступают CO.,, НС1, HF и H2S [21, 30].
Вопрос о том, в каких количествах молекулярный кислород мог находиться
среди газообразных веществ вулканического происхождения на только что
сформировавшейся Земле, детально рассмотрен Холлендом [21]. Свой анализ
он начинает с того ги-
ВОССОЗДАНИЕ УСЛОВИЙ, СУЩЕСТВОВАВШИХ НА ДРЕВНЕЙ ЗЕМЛЕ Ц<)
потетического периода в ранней истории Земли, когда расплавленное
железное ядро еще не образовалось. В это время металлическое железо
находилось, вероятно, в больших количествах в мантии Земли. Наличие
металлического (восстановленного) железа могло оказывать сильное влияние
на состояние окисления газов, находившихся в равновесии с магмой,
образовавшейся в результате локальных процессов плавления в мантии. В
связи с тем что фактически вес металлическое железо выделилось из земной
коры и скопилось в расплавленном ядре, степень окисления газов, входящих
в состав вулканических эксгаляций, в настоящее время должна быть
значительно более высокой.
На основании термодинамического анализа системы, состоящей из
расплавленных FeO, Fe203 и Si02, находящихся в равновесии с твердым
металлическим железом при 1200 °С, Холленд приходит к заключению, что
равновесное давление молекулярного кислорода в первобытной атмосфере
могло быть равным примерно 10_12>5 атм. Столь низкое давление кислорода
должно было непосредственно сказываться на состоянии окисления других
первобытных вулканических газов; к этому мы еще вернемся в последующих
разделах. Мы лишь отметим здесь, что аргументы Холленда, пусть и
основанные на таких допущениях, которые крайне трудно проверить
непосредственно, находятся в полном соответствии с обсуждавшимися нами
геологическими данными. Отметим в дополнение к сказанному, что
молекулярный кислород не обнаруживается даже в самых незначительных
количествах в газах, выделяющихся в настоящее время в атмосферу из
вулканов (в которых газы, по-видимому, находятся в равновесии с магмой,
не содержащей твердого металлического железа), фумарол и горячих
источников; кислород не сорбируется также изверженными породами и
метеоритами [21]. Таким образом, примитивная атмосфера Земли, по-
видимому, если и содержала молекулярный кислород, то лишь в ничтожных
количествах.
Метан и аммиак
Теперь мы перейдем к рассмотрению тех молекулярных форм, которые,
вероятно, составляли основную массу примитивной атмосферы полностью
сформированной Земли и в составе которых находился углерод и азот, а
также к рассмотрению газовой фазы гипотетических планетезималей. И снова
исходным пунктом наших рассуждений будут относительные обилия элементов в
космосе (табл. 7). Основываясь на данных, представленных в табл. 7, и
данных анализа термодинамического равновесия для большого числа простых
газофазных реакций (а также на других данных, которые еще будут
обсуждаться), Юри [28] выдвинул предположение, что углерод и азот
находились в первобытной атмосфере в основном в форме метана (СН4) и
аммиака (NH3).
120
ГЛАВА III
Основные положения Юри сводятся к следующему: поскольку водород,
несомненно, является самым распространенным элементом в космосе (табл.
7), газовая фаза планетезималей, а также примитивной атмосферы полностью
сформированной Земли содержала избыток молекулярного водорода. Поэтому
если достигалось равновесие, то углерод, азот и кислород должны были
восстанавливаться до СН4, NH3 и Н20. Молекулярный водород, вероятно,
рассеялся в межпланетном пространстве до того, как образовалась Земля;
ведь, как мы знаем, па протяжении гипотетической планетезимальной стадии
происходила потеря гораздо более тяжелых газов, таких, как Ne, Хе н Кг.
Однако, но оценке Юри, давление водорода на конечной стадии консолидации
земной массы составляло но крайней мере 10_3 атм (в настоящее время КГ6
атм) [17]. Это свое заключение Юри обосновывает целым комплексом данных,
в том числе данными о скорости потери Н2 в верхних слоях современной
атмосферы, об общем количестве Н2, утерянного на протяжении
геологического времени (исходя из парциального давления молекулярного
кислорода в настоящее время, причем принимается, что весь этот кислород
первоначально находился в виде Н20), и о состоянии окисления С, N и Fe в
настоящее время. На вопрос о том, как долго могло существовать такое
давление водорода, дать ответ крайне трудно, и это вносит большую долю
неопределенности в наши рассуждения о длительности процесса эволюции
атмосферы [91. Позже мы еще вернемся к этой фундаментальной проблеме. .
Во всяком случае, основываясь на допущении, что давление Н2 в первобытной
атмосфере составляло по крайней мерс 10~3 атм (это был либо остаточный
водород первоначального пылевого облака, либо водород, поступавший из
внутренних областей Земли, либо ои имел двоякое происхождение), мы можем
весьма приближенно оценить относительное парциальное давление простых
