Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологическо

Где же проходят реальные границы биосферы?

Конкретизируя определение В. И. Вернадского, к биосфере можно отнести те зоны Земли, где существуют аборигенные сообщества живых организмов. Удовлетворяют ли этому условию приземные слои атмосферы? Видимо, да — ведь здесь стабильно обитают насекомые и птицы. Среди насекомых есть активные хищники, которые живут охотой в воздухе, а на землю опускаются только от случая к случаю и на ночлег. В свою очередь, среди птиц много насекомоядных, охотящихся за своей добычей налету. Пример тому — стрижи, которым длинные крылья затрудняют взлет. Это обстоятельство заставляет их большую часть жизни проводить в беспосадочном полете. В воздухе они не только кормятся, но и пьют, купаются, играют свадьбы…

Значит, зону обитания насекомых и птиц следует причислять к биосфере, а верхнюю ее границу проводить по рекордным их залетам (пока рекордсменом является безвременно погибший белоголовый сип, столкнувшийся с самолетом на высоте 12,5 км). Выше располагается парабиосфера.

Сложнее обстоит дело с нижней границей. Владимир Иванович предполагал, что вся осадочная оболочка Земли заселена бактериями. Более поздние работы, однако, не подтвердили это предположение. Оказалось, что распределение микроорганизмов в подземных водах — а, значит, и нижняя граница биосферы в пределах континентов — определяется температурой вод, режимом их циркуляции и концентрацией в них минеральных солей. Живые бактерии выявляются в подземных водах с температурой до 100°, хотя наиболее активная их жизнедеятельность ограничена «только» 80°. Предельная концентрация минеральных солей уже указывалась: 270 г/л. При глубоком бурении в Поволжье и Западной Сибири активная и разнообразная по составу анаэробная микрофлора была найдена на глубине 1—3 км, а иногда и глубже. В то же время, если минерализация вод превышает указанный предел или если залежь «запечатана», бактерии отсутствуют и на меньших глубинах. Такие лишенные жизни (или «азойные») зоны были обнаружены в Ангаро-Ленском бассейне уже на глубине около 500 м, а в Волго-Камском — на глубине около 1200 м.

Что же касается донных осадков Мирового океана и внутриконтинентальных водоемов, то здесь нижняя граница распространения живых организмов определяется содержанием в среде кислорода. Показано, например, что в зоне сероводородного заражения Черного моря осадки оказываются стерильными уже на глубине 5 см от поверхности дна. В Тихом и Индийском океанах микрофлора обитает в донных осадках до глубины 10—12 м, а в Каспийском море — не менее чем на 114 м ниже поверхности морского дна. Существует предположение (правда, пока не доказанное), что заселенным может оказаться 200—250‑метровый слой донных осадков.

Мощность биосферы по вертикали, таким образом, составляет в океане всю толщу океанских вод и значительно варьирующую по толщине донную пленку жизни, а на континентах — тонкий наземный и мощный подземный слой. Вся дневная поверхность нашей планеты относится к зоне биосферы. Единственные (да и то сомнительные) исключения составляют те немногие случаи, о которых мы упоминали выше.

Распределение живых организмов в биосфере показано на рис. 1.

Рис. 1. Распределение живых организмов в биосфере (по Кадару, 1965): 1 — обитатели пещер; 2 — микроорганизмы подземных местообитаний; еще ниже — донная пленка жизни

Таковы, по современным взглядам, границы биосферы Земли. Однако Вернадский главную книгу своей жизни назвал: «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения». Владимир Иванович не определил, что он понимает под «окружением» биосферы. В значительной мере это было сделано Николаем Брониславовичем Вассоевичем.

Развивая идеи В. И. Вернадского, Н. Б. Вассоевич предлагал выделять «мегабиосферу» (от греч. «мега» — великий) — многослойную оболочку Земли, сформированную в результате деятельности живого вещества. Верхней ее границей является предел распространения биогенной атмосферы, нижней — земные оболочки, не затронутые влиянием жизни. Мегабиосфера включает в себя:

а) анобиосферу — верхнюю часть атмосферы Земли выше границы распространения форм жизни в состоянии анабиоза;

б) парабиосферу;

в) биосферу;

г) метабиосферу, соответствующую «области былых биосфер» Вернадского.

«Область былых биосфер» В. И. Вернадский понимал как оболочку Земли, когда-либо подвергавшуюся воздействию жизни. Владимир Иванович писал, что земная кора «захватывает в пределах нескольких десятков километров ряд геологических оболочек, которые когда-то были на поверхности Земли биосферами. Это биосфера, стратисфера, метаморфическая (верхняя и нижняя) оболочка, гранитная оболочка. Происхождение их всех из биосферы становится нам ясным только теперь. Это — былые биосферы» [15].

Таким образом, благодаря постоянному притоку солнечной энергии, интенсивной работе приемника этой энергии — живого вещества — и неполной замкнутости биогеохимического круговорота биосфера непрерывно создает вокруг себя концентрические планетарные оболочки: снаружи парабиосферу и анобиосферу, внутри метабиосферу.

Характерной особенностью биосферы как динамической системы является ее неравновесность, являющаяся следствием работы живого вещества и притока солнечной энергии. Еще в 1935 г. младший современник Вернадского, известный биолог Эрвин Бауэр (1890—1942), проживший последние 17 лет своей жизни в Советском Союзе, писал: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях… Мы обозначим этот принцип как принцип устойчивого неравновесия живых систем». Этот принцип показывает, что живые организмы представляют собой открытые неравновесные системы, которые отличаются от неживых тем, что эволюционируют в сторону понижения энтропии. Сейчас его называют принципом Бауэра. Благодаря деятельности живого вещества, принцип устойчивого неравновесия действует и в биосфере в целом.

Не менее важной отличительной особенностью биосферы является ее обводненность. «Вода без жизни в биосфере неизвестна; ничтожные по весу такие ее нахождения являются редкими — временными — минералами; таковы воды, богатые свободной серной или соляной кислотой вулканов, может быть, некоторые рассолы — и только» [16]. Одновременно вода является средой, по существу, и для всех химических процессов, происходящих в биосфере. Именно поэтому химически чистая вода в биосфере представляет собой столь же большую редкость, как и вода, лишенная жизни. Вернадскому очень правилось определение жизни как «одушевленной воды», данное французским биологом Р. Дюбуа, и он неоднократно приводил его в своих произведениях. Поэтические строки о воде принадлежат и другому великому французу — Антуану де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты — сама жизнь…»

Наконец, еще одна характерная особенность биосферы — это ее неразрывная связь с космосом (в наибольшей степени — с Солнцем). Впервые ее заметили еще в прошлом веке. Так, в 1852 г. швейцарский астроном Рудольф Вольф (1816—1896) рассчитал зависимость магнетизма Земли от цикличности пятнообразования на Солнце. Однако датой рождения гелиобиологии (науки о влиянии Солнца на биологические процессы) обычно считают 1915 г., когда в Московском археологическом институте был прочитан доклад «Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли». В этом докладе восемнадцатилетний Александр Леонидович Чижевский (1897—1964), впоследствии известный ученый, сформулировал идею, развитию которой посвятил всю жизнь. В наши дни она может показаться даже тривиальной — что же, собственно говоря, удивительного в том, что жизнь на Земле определяется Солнцем? Сейчас выявлен огромный диапазон явлений, подчиненных «ритму Солнца» — от вспышек массового размножения саранчи до средней успеваемости школьников. Чижевский же был первопроходцем, и ему не удалось дожить до признания своих идей…