Лекции по природоведческой микробиологии - Заварзин Г.А.
ISBN 5-02006454-8
Скачать (прямая ссылка):
слое 02, следы которого могли быть в стратосфере за счет фотолиза; модель
дает для 02 концентрацию 1СН4 современного уровня. Водород мог диссипиро-
вать в космос. Особенно интересна судьба С02, которая считается основным
продуктом дегазации на основании аналогии с современным вулканизмом. По
меньшей мере 1/3 С02 из имеющихся сейчас 1023 г углерода карбонатов
(Буды-ко и др., 1985), составляющих существенную часть осадочных пород в
2,4 • 1024 г, могла быть в первоначальной атмосфере и постепенно
удалилась из нее реакцией с силикатами в субаэральных условиях на
континентах. Если же Земля была покрыта водой, то процесс мог затянуться
на сотни миллионов лет. Моделирование термического режима поверхности
Земли с учетом на 1/3 меньшей светимости раннего Солнца дает исходную
температуру для 1 атм около 40 °С и 85 °С для 10 атм давления.
Существование углекислотной атмосферы не
146
может быть ни отвергнуто, ни подтверждено геологическими свидетельствами
из-за отсутствия геологической летописи.
При меньшей светимости Солнца температура (остывшей!) поверхности Земли
должна была обеспечиваться в сотни раз более высоким содержанием С02, в
десятые доли атмосферы в позднем архее. Роль другого парникового газа -
метана, который мог продуцироваться из геологических источников Н2 и С02
метаногенными гипертермофильными археями или абиогенно, пока не
обсуждается.
Для формирования сульфатов Кастинг1 предположил серию фотохимических
реакций с участием О и ОН радикалов, источники которых в аноксической
атмосфере неясны, но вполне могут быть получены по аналогии с атмосферой
Венеры, содержащей 96% С02, 3,4% N2, и в ppm: 69 02, 18,6 Аг, 186 S02.
Объем воды океана предполагается близким к современному с самого начала.
При максимально эффективном фотолизе содержание сульфатов в первичном
океане должно было быть в 30 раз меньше.
При высоком давлении С02 океан можно считать "содовым" в том смысле,
что основными анионами были HCOJ иС1 , но, в противоположность мнению
Кемпе и Дегенса2, не из-за высокого pH, который привел бы к немедленному
удалению С02 из атмосферы с образованием хемогенных карбонатов и,
следовательно, охлаждению в связи с уменьшившимся парниковым эффектом, а
по доминирующему аниону. Для углекислотной атмосферы pH океана
предполагается несколько ниже рН6.
Предложенная Кастингом картина ранней эволюции океана и гидросферы не
является единственной. Ключевым событием для выбора сценария служит
прекращение бомбардировки Земли. По данным для Луны пик бомбардировки
приходился на 4,2-3,9 млрд лет назад, а древнейшие породы Исуа и Акилеа
не несут следов бомбардировки и представляют слоистые железистые кварциты
без следов падения астероидов. Аккреция Земли в разных вариантах гипотез
предполагает разогрев ее поверхности от полного расплавления с
последующей послойной дифференциацией до более растянутых во времени
столкновений, которые вели лишь к частичному и временному разогреву и
дегазации в горячих точках. Начало накопления воды могло иметь место при
достижении прото-Землей половины радиуса от современной. Различие в
исходных моделях еще раз подтверждает необходимость двигаться от
известного вглубь, а не наоборот. Предположение Г. Аррениуса, что Земля
могла стать обитаемой микроорганизмами во время или вскоре ее
образования, основывается на гипотезе гетерогенной аккреции3.
Представление о том, что в архей 3,8 млрд лет назад Земля вступила с уже
сформированным биогеохимическим циклом, аргументируется Шидловским на
основе изотопии карбонатов и керогена. Сорг составляет 0,5-0,6% из 2,4 •
1024 г осадочных пород, что составляет 1,3 • 1022 г, а карбонатов в 40
раз больше. В течение геологического времени Сорг колебался относительно
среднего 0,5% незначительно (со значительным превышением в сланцах), что
указывает на по-
1 Kasting J.F. Evolution of the Earth's atmosphere and hydrosphere.
Hadean to recent // Organic geochemistiy: Principles and applications /
Ed. M.H. Engel and S.A. Marko. N.Y., L.: Plenum press, 1993. P. 611-621.
2 Кempe S., Degens E-T. An early soda ocean? // Chem. Geol. 1985. Vol.
53. P. 95.
3 Arrhenis G., LeplandA. Accretion of Moon and Earth and the emergence of
life // Ibid.
2000. Vol. 169. P. 69-82.
147
стоянство отношения между фототрофной ассимиляцией С02 и скоростью
захоронения Сорг в седиментационном процессе. Это относится и к Исуа с
содержанием Сорг 0,6%. Продуктивность бентосных систем в циано-
бактериальных матах составляет 8-12 г Сорг/(м2 • сут). Отсюда можно
полагать продуктивность земной системы примерно постоянной в пределах
зависимости от влажной поверхности и находящейся близко к насыщению.
Автотрофная ассимиляция ведет к облегчению изотопии Сорг первичными
продуцентами в зависимости от первой реакции используемого пути на 20-30
%о. Сопоставление изотопного состава Сорг на протяжении всей истории
Земли свидетельствует об основном пути его происхождения от обладающих
