Глава XVII. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ И ГЕОСФЕРЫ В СТРУКТУРЕ БИОСФЕРЫ. ДИССИММЕТРИЯ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ

Смотрите также:

БИОСФЕРА. Следы былых биосфер

Вернадский Владимир Иванович

Вернадский. Ноосфера Вернадского. Биосфера планеты Земля

Владимир Иванович Вернадский. Основанные Вернадским ...

Биосфера. Вернадский. Дж. Мерей. Зюсс. Ламарк

ВЕРНАДСКИЙ. БИОСФЕРА. Представитель космизма ...

НООСФЕРА. ВЕРНАДСКИЙ

Вернадский. Какое вещество считается живым. Термин «живое ...

ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ВЕРНАДСКИЙ. Биография и книги ...

ВЕРНАДСКИЙ. Биография и труды Вернадского. Вершиной его ...

Ноосфера. Вернадский. Пьер Тейяр де Шарден

Тропосфера, деление ее на геосферы, постоянство ее химического состава

Верхняя часть биосферы, наш воздух, тропосфера, есть единственная ее геосфера, охватывающая весь земной шар и являющаяся химически единой (если не считать стратосферу). Она простирается до 12-15 км над уровнем геоида до поверхности инверсии Тейссеран де Бора, которая является верхней границей тропосферы и нижней границей стратосферы [3]. Граница эта вечно колеблется. В общем температура все время понижается вверх от уровня геоида до поверхности инверсии Тейссерана де Бора, где достигается минимум. По последним исследованиям, она понижается на 0,6 °С на каждые 100 м подъема. У поверхности инверсии температура может достигать ниже -90 °С, при дальнейшем подъеме начинается относительно быстрое повышение температуры.

Нижняя граница тропосферы различна на суше и на границе с водными бассейнами, как самыми мелкими, реки, ручьи, так и на границе с океанами и морями. Здесь мгновенно создается и непрерывно выдерживается в геологическом ходе времени изменение физико-химического и химического характера тропосферы. На суше она меняет свой химический состав, теряет кислород на небольшой глубине и переходит в газообразную подземную тропосферу иного состава. Граница резкая и выражается кислородной поверхностью (названной мною так в 1933 г.), характерной частью коры выветривания (см. ч. I, § 51).

Кислородная поверхность состоит из водных растворов, частью капельножидких, частью пленчатых.

В областях вечной мерзлоты и ледниковых покровов эти явления резко нарушены. С точки зрения биосферы это области, непроницаемые для жизни, кроме латентного состояния, в наше время (конец ледникового периода) постепенно исчезающие.

За кислородной поверхностью кислород быстро сходит на нет, это верхняя граница подземной тропосферы.

В водоемах состав газов тропосферы меняется, она переходит в водную тропосферу. При соприкосновении с водой газы ее, как говорят, растворяются, причем кислород растворяется больше азота. В действительности это - проникновение газов (см. § 150). Последствия этого для жизни огромны. Образуется водная тропосфера - область количественно максимального развития живого вещества (см. § 148). На этом термодинамическом фоне идет непрерывное движение воздушных масс, которое приводит в общем к тому, что химический состав ее для химических основных частей постоянен.

Газы тропосферы находятся в вечно идущем турбулентном движении, пронизаны ветрами, которые их перемешивают, и в конце концов получается малоколеблющийся, средний состав тропосферы, сложившийся в миллиарды лет, независимый от географической точки, откуда берется воздух для анализа, особенно в верхних ее частях.

Надо иметь в виду, что в последнее время все накапливаются наблюдения, которые указывают на механические движения разреженных газовых масс - ветров, далеко идущих ввысь, в стратосферу, чем объясняется постоянство отношения кислорода 02 к азоту N2 и в стратосфере.

В табл. 19 (см. § 154) дается сводка нашего знания о химическом составе тропосферы. Ясно, что тропосфера содержит все или почти все химические элементы, но состояние наших знаний в этой области чрезвычайно неудовлетворительно и требует организованной работы для получения новых данных, что, я надеюсь, в скором времени будет сделано. Характерной чертой является резкое преобладание в составе тропосферы двух газов исключительного значения, которое выдерживается во всех газовых оболочках нашей планеты. Такой атмосферы мы не видим ни на одной из планет.

И оба этих газа являются основными для строения живого вещества. Это кислород и азот. На других планетах кислород с точностью не доказан, хотя весьма вероятно его нахождение на Марсе и на Венере. Но на нашей планете количество его исключительно велико.

Кислород и азот - оба эти газа - играют самую первостепенную роль в строении живого вещества. Кислород необходим для дыхания огромного большинства организмов. Азот является основным элементом протоплазмы, так как входит в состав белков, без которых нет живых организмов (см. § 140-142).

Не меньше значение и кислорода, без которого тоже нет протоплазмы. Но, больше того, жизни нет без воды, главную массу которой составляет кислород. Если бы в стратосфере не было этих двух газов, на нашей планете не могла бы существовать мощная оболочка - биосфера, которая нигде на других планетах в таком виде не существует. Жизнь (на Марсе и на Венере), которая там проявляется, отвечает, скорее, подземной атмосфере нашей планеты. Но этот вопрос так мало обращал на себя реального внимания, что мы можем встретиться с неожиданностями.

В общем чрезвычайно характерно для тропосферы, что отношение кислорода и азота 02/N2 не зависит от уровня геоида и неизменно идет до поверхности инверсии Тейссерана де Бора и дальше, в разреженную газовую массу стратосферы, в объемных процентах -21/78, в весовых -23/75,5 [4]. Колебания наблюдаются только во втором десятичном знаке. Анализ воздуха с высоты 14 км, произведенный знаменитым английским химиком Рамзаем в 1915 г., впервые показал это постоянство состава воздуха, и последние исследования Регенера, относящиеся и к стратосфере, полностью подтвердили это [5].

Факт постоянства отношения 02/N2 в тропосфере, независимого от высоты над уровнем геоида, явился совершенно неожиданным. Этими наблюдениями сводится на нет столетия существовавшее представление о зависимости состава воздуха от силы тяготения и теряет свое значение теоретически вычисленная на основании явлений тяготения формула Лапласа. Предполагали, что кислород исчезает кверху, так как он более тяжелый, чем азот. Точное наблюдение и количественное определение этих величин имеют сейчас большое научное значение, и должно быть организовано систематическое их изучение.

Мы знаем сейчас, что подавляющая масса кислорода - 02 есть создание земной хлорофилльной растительности , и больше чем вероятно, хотя это не может считаться окончательно доказанным, что азот - N2 создается в подавляющей своей части или целиком в подземной тропосфере и в планктоне океанов и водных бассейнов суши, в обоих случаях деятельностью грибов и бактерий [8].

Постоянство состава тропосферы связано со сложными физическими и химическими независимыми друг от друга геологическими процессами, а не только с турбулентностью воздуха, как указывают метеорологи. Основными процессами являются здесь следующие:

1.         Образование хлорофиллом свободного кислорода или в надземной тропосфере, или в планктоне водных бассейнов. В последнем одновременно образуется как кислород из хлорофилльной растительности, так и биогенный азот; в меньшей мере те же процессы наблюдаются в саргассовых сгущениях океана и в скоплениях хлорофилльной растительности в шельфах.

2.         И азот - в меньшей степени - и кислород выделяются непрерывно из газовых струй или из подземных минеральных источников. Кислород в этих источниках проходит длинную историю и попадает туда из тропосферы. Азот в значительной части создается вновь подземной флорой грибов и бактерий.

3.         Непрерывное поглощение кислорода в процессах дыхания, в том числе и хлорофилльных растений (в темноте); в меньшей степени поглощается свободный азот живым веществом - низшими грибами и бактериями, частью в симбиозе с высшими растениями.

4.         Четвертым процессом является поглощение кислорода и азота косным веществом в процессах окисления, идущих в огромных размерах. Для азота этот процесс идет реже, например, в вулканических извержениях, когда он поглощается из атмосферы во время вулканических извержений лавами, давая нитриды железа. Азот непрерывно в атмосфере дает соединения - нитраты и нитриты, во время гроз, а кислород дает в этих условиях озон и перекись водорода. Роль тех и других в балансе биосферы и в истории живого вещества огромна, несмотря на их численное небольшое количество.

5.         Наконец, пятое явление, которому часто придают первостепенное значение метеорологи, но которое в действительности является только одним из факторов постоянства тропосферы - это постоянное перемешивание воздушными течениями, главным образом турбулентными движениями, воздушных слоев тропосферы.

Постоянство отношений, сохраняющееся в пределах второй десятичной, есть характерное постоянство геологических оболочек, проявление их организованности (см. ч. I, § 85).

К сожалению, наши знания о составе верхних частей тропосферы в данный момент являются случайными или недостаточными. Характерной чертой этого состава является чрезвычайная территориальная изменчивость, распространяющаяся на сотни тысяч кубометров, паров, жидких капель воды и снежинок, плавающих в тропосфере, количественный состав которых обычно не учитывается, но, несомненно, в общем составе тропосферы равняется нескольким процентам по весу. Они играют первостепенную роль в явлениях жизни, которая сама, в среднем, состоит из десятков процентов по весу воды. В тропосфере средний процент воды, вечно подвижной в форме туч, туманов, метеоров, и влажности, благодаря непрерывному переходу в твердое и жидкое ее состояния, в жидкие капельки и кристаллы и в водяные пары, ярко характеризует тропосферу как водную оболочку. Области сухие, лишенные капельно-жидких и твердых ее разновидностей и содержащие только водяные пары, дающие нам впечатление сухого воздуха, занимают в кубометрах меньше пространства по сравнению с обычным воздухом и долго удерживаются только в пустынных местностях и над областями вечного снега и льда [9].

К содержанию книги: Академик Владимир Иванович Вернадский - Химическое строение биосферы Земли и ее окружения