|
Расчет полного прохождения всего кислорода атмосферы через систему биологического круговорота можно представить следующим образом. Масса атмосферы равна 5,27 - 1015 т. На долю кислорода приходится 23,3%. Следовательно, кислорода в газовой оболочке Земли около 1 200 000 млрд. т. Растения в процессе фотосинтеза ежегодно выделяют примерно 300 млрд. т. Таким образом, фотосинтезирующие организмы могли бы за 4 тыс. лет обеспечить существующее количество кислорода. Но мы знаем, что жизнь существует на Земле не тысячи лет, а в миллион раз больше. Почему же так мало кислорода в атмосфере, почему она полностью не состоит из этого газа?
Чтобы ответить на очередной вопрос, который ставит перед нами геохимия, вспомним, что главное в планетарной геохимической деятельности живого вещества — бесконечный круговорот, слагающийся из синтеза и разложения органического вещества. При полном его разложении весь кислород, выделившийся при фотосинтезе, будет израсходован. Следовательно, при полном разложении годового прироста количество свободного кислорода на Земле не может увеличиться. Поэтому удивляться приходится не тому, что этого газа мало, а тому, что его так много в атмосфере. Тем не менее данные геологии свидетельствуют, что на протяжении 3-* 3,5 млрд. лет происходило постепенное накопление свободного кислорода на поверхности нашей планеты. Объяснение этому может быть только одно: по-видимому, часть органического вещества не разлагалась, и поэтому некоторое количество кислорода, выделившегося при фотосинтезе, все время поступало в атмосферу.
По расчетам А. Б. Ронова, в соответствии с количеством захороненного органического вещества на протяжении 570 млн. лет должно было выделиться 24,3-1015 т свободного кислорода. В современной атмосфере содержится 1,2-1015 т этого элемента. Значит, 95% выделившегося кислорода было затрачено на преобразование газовой и водной оболочек, а также верхних слоев земной коры, где были окислены огромные массы железа, марганца, серы и других многовалентных элементов. Недаром В. И. Вернадский писал, что свободный кислород — самый могущественный деятель из всех известных нам химических тел земной коры. Необходимо подчеркнуть, что эта огромная геохимическая работа была произведена только благодаря фотосинтезирующей деятельности зеленых растений.
Свободный кислород присутствует не только в атмосфере. Он содержится в растворенном состоянии в природных водах. По данным А. П. Виноградова, суммарный объем вод морей и океанов равен 137-1019 л, а в 1 л воды растворено от 2 до 8 см3 кислорода. Следовательно, в водах Мирового океана находится от 2,7 до 10,9 млн. км8 растворенного кислорода.
Геохимический цикл кислорода связывает газовую и жидкую оболочки с земной корой. Его основные моменты: выделение свободного кислорода при фотосинтезе, окисление элементов, поступление окисленных соединений в глубокие зоны земной коры и их частичное восстановление, в том числе за счет окисления соединений углерода, вынос С02 и Н20 на поверхность земной коры и вовлечение в реакцию фотосинтеза. Вполне очевидно, что этот цикл возможен исключительно в результате геохимической деятельности живого вещества.
Свободный кислород, будучи порождением жизни, вместе с тем служит одним из основных условий существования многих ее форм. При рассмотрении геохимии углерода мы отметили, что количество захороненного органического вещества постепенно увеличивалось. Следствием этого и было нарастающее обогащение атмосферы кислородом. Это в свою очередь способствовало развитию жизни.
На рисунке 14 схематически показана эволюция химического состава атмосферы и жизни на Земле. Из него видно, что несколько миллиардов лет назад в составе газовой оболочки преобладали аммиак NH3, метан СН4 и водород Н2. В этих условиях возникли первичные формы жизни. По-видимому, они были представлены так называемыми хемоавтотрофными бактериями, синтезирующими органическое вещество не с помощью энергии Солнца (реакции фотосинтеза), а благодаря использованию энергии химических экзотермических реакций. С появлением фотосин-тезирующих организмов состав атмосферы начал изменяться в результате поступления свободного кислорода. За счет окисления аммиака и метана образовывались другие газы — азот, оксид угле-а рода (IV), а затем свободный кислород. Накопление свободного кислорода в атмосфере обусловливает появление около 2 млрд. лет назад животных организмов, которые сами не создают органическое вещество, а строят свои ткани за счет растительных организмов и используют для этого свободный кислород. Накопление кислорода в атмосфере увеличивалось, и это способствовало развитию форм животного мира, появлению все более совершенных организмов. Несмотря на многочисленные «неудачные» варианты (тупиковые, обрывающиеся линии на графике), эволюция развивалась все более активно. Одновременно происходило увеличение кислорода в атмосфере.
|