От водорода до ?

Углекислый газ поглощается растениями. Без углерода, входящего в состав углекислого газа, невозможен синтез растительных углеводов, жиров, белков и других органических веществ.

Из углекислого газа, содержащегося в атмосфере, растения извлекают ежегодно не менее 15 млрд. т углерода. В процессе выветривания горных пород на образование углекислых солей ежегодно расходуется из атмосферы от одного до двух млрд. т углерода. В результате подобных природных процессов атмосфера обедняется углекислым газом. В атмосфере сейчас содержится не более 0,03 % углекислого газа по объему. Углекислый газ способен пропускать на Землю солнечные лучи и задерживать в значительной мере обратное излучение тепла земной поверхностью. Колебание содержания углекислого газа в атмосфере влияет на изменение климата Земли.

В минувшие геологические эпохи в атмосфере содержалось значительно больше углекислого газа и средняя годовая температура на Земле была значительно выше, чем сейчас. Вычисления показывают, что при полном удалении углекислого газа из атмосферы средняя температура земной поверхности понизилась бы на 20°. Ледяные шапки на полюсах стали бы значительно больше, чем сейчас. Граница вечной мерзлоты сместилась бы по направлению к экватору. Однако опасаться этого не приходится. Запасы углекислого газа в атмосфере непрерывно пополняются за счет сжигания древесины, торфа, каменного угля, нефти и других углеродсодержащих веществ, а также за счет промышленных процессов, идущих с выделением большого количества углекислого газа (обжиг известняка, металлургия и др.). Чтобы судить о величине этой деятельности, достаточно указать, что за счет сжигания только одного каменного угля в атмосферу ежегодно возвращается более миллиарда тонн углерода.

Можно утверждать, что общее содержание углекислого газа в атмосфере современной нам эпохи не только остается одинаковым, но, возможно, и медленно возрастает.

Из углекислого газа и воды растения создают органические вещества, составляющие ткани самих растений. Животные, питаясь растениями, используют их органические вещества для создания собственных органических веществ. После смерти животных и растений органические вещества подвергаются различным превращениям. В прошедшие геологические эпохи в зависимости от условий, в которых протекали изменения этих веществ, образовались различные виды нефти и каменного угля — основной энергетический материал в практической деятельности людей. Запасы угля и нефти распределены на земном шаре неравномерно. Поэтому история развития капитализма в известной мере есть история борьбы капиталистических стран за обладание источниками нефти и каменного угля. В наше время мы являемся свидетелями этой борьбы между крупнейшими капиталистическими странами Западной Европы и США.

Нефть — это в основном смесь различных соединений углерода с водородом. Она представляет собой нерастворимую в воде маслянистую коричнево-бурую или черную жидкость с зеленоватым отливом; плотность ее 0,75–0,95. Из глубоких нефтяных пластов добывают нефть и более тяжелую.

Химизм происхождения нефти до сих пор еще недостаточно выяснен. В 1876 г. Д. И. Менделеев выдвинул «минеральную» теорию образования нефти. По этой теории нефть образуется в результате взаимодействия воды, проникающей в недра земли, с находящимися в ее глубинах раскаленными карбидами.

С химической точки зрения эта теория является вполне вероятной. Однако изучение состава и свойств нефти из различных месторождений говорит против ее «минерального» происхождения. Оставлена в настоящее время также и «космическая» теория происхождения нефти, согласно которой нефть рассматривалась как продукт сжижения углеводородов, наличие которых предполагалось в первичной земной атмосфере (на примере присутствия газообразного метана в атмосфере планет — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна). Наиболее вероятной и ныне общепринятой считается «органическая» теория происхождения нефти, рассматривающая нефть как продукт превращения останков простейших организмов, существовавших в теплых и мелководных бассейнах минувших геологических эпох. Бурное развитие растительности, главным образом простейших водорослей, подобное наблюдаемому ныне «цветению» озер, вело к столь же бурному развитию животных организмов и накоплению на дне водоемов в короткие сроки огромного количества органических останков. О поразительной величине накапливаемого материала можно судить по скорости размножения некоторых простейших организмов. Так, например, зеленая диатомовая водоросль в наиболее благоприятных условиях развития может за месяц дать 2 · 10¹⁹ (20 миллионов биллионов) тонн вещества, т. е. массу, равную весу всего поверхностного слоя Земли толщиной … в 16 км. Несмотря на то, что условия среды (температура, наличие необходимых для питания элементов и др.) резко ограничивают возможности размножения, скорость его остается все же достаточно большой. И даже в современных океанах скопления простейших организмов в верхних слоях воды (планктон) и в придонных слоях (бентос) исчисляются громадной цифрой — в 100 млрд. т. Однако это количество составляет не более одного процента от ежегодного прироста планктона и бентоса, составляющего основу питания большинства морских организмов.

В минувшие геологические эпохи, когда условия для размножения простейших организмов были более благоприятны, а потребителей планктона и бентоса существовало значительно меньше, накапливались огромные количества останков простейших. Они медленно, на протяжении многих миллионов лет разлагались без доступа воздуха, скапливались на дне мелководных бассейнов, засыпаясь глиной и песком, и превращались в жидкие соединения, известные теперь под названием нефти. Не исключена возможность образования нефти и из останков более высокоорганизованных животных (например, рыб), массами гибнувших в водоемах. Опыты исследователей с нагреванием жиров животного происхождения без доступа воздуха под большим давлением приводят к образованию жидких продуктов, весьма похожих на нефть.

Если в образовании нефти участвовали останки простейших организмов, населявших мелководные бассейны, то материалом для образования каменного угля послужила главным образом роскошная флора, около 200 млн. лет назад достигшая максимума своего развития.

Период времени в истории Земли, знаменующийся бурным развитием растительного царства, давшим материал для образования каменных углей, геологи называют каменноугольным. Длительность этого периода составляла не менее 75 млн. лет.

Однако пышная растительность в условиях тропического климата была сравнительно однообразна. Представленная гигантскими лепидодендронами, каламитами, сигаляриями и другими древовидными растениями, отдаленно напоминающими современные папоротники, хвощи и плауны, флора каменноугольного периода образовывала обширные леса, насчитывавшие до 200 видовых форм.

Горообразовательная деятельность Земли часто сопровождалась значительными опусканиями суши и наступлением морей, затоплявшими обширные площади лесов. Создавались условия для разложения отживших растений без доступа воздуха. Оно сопровождалось выделением ряда летучих продуктов распада и постепенным обогащением углеродом. Так на протяжении длительного времени происходило образование огромных залежей торфа. Дальнейшая судьба его определялась особенностями геологической истории данного района. В том случае, когда погружение поверхности суши было небольшим и залежи торфа покрывались тонкими слоями осадочных пород (глиной, песком и др.), торф превращался в бурый уголь. При значительном погружении и мощном накоплении осадков торф, подвергаясь большому давлению, а иногда и действию высокой температуры, превращался в различные виды каменного угля и антрацит.

В 1913 г. на Международном геологическом конгрессе в городе Торонто (Канада) впервые были подсчитаны мировые запасы каменного угля. Они определялись в 7400 млрд. т. Спустя 24 года на Международном конгрессе в Москве мировые запасы угля исчислялись уже в 7900 млрд. т. Очевидно, что и эта цифра не является окончательной и точной, так как по мере совершенствования и расширения геологоразведочного дела не только уточняются запасы старых месторождений, но и открываются новые залежи каменного угля. Лучшие сорта ископаемых каменных углей содержат до 99 % углерода.