Эволюция биоэнергетических процессов - Брода Э.
Скачать (прямая ссылка):
Самый большой возраст метеоритов близок к возрасту Земли [45—47, 679, 995, 1716, 1892, 1937, 2026]. Возраст древнейших лунных пород [57, 1845] имеет тот же порядок. Учитывая такую согласованность всех данных, можно принять, что таков возраст нашей планетной (солнечной) системы, какой мы ее сейчас знаем.
Любопытно, что древнейшие породы, найденные на Земле, значительно моложе древнейших метеоритных и лунных пород. Возможно, в ранней истории Земли происходили какие-то катастрофические события, сопровождавшиеся захватом Луны Землей; затем последовало интенсивное разогревание и связанные с этим интенсивные вулканические процессы [34, 386, 388, 1713, 1881]. Это событие могло значительно
Ранние условия на Земле
39
ускорить разделение Земли на ядро и кору. Оно могло также уничтожить всякие свидетельства о ранней коре, гидросфере и атмосфере. Не ясно, почему в этом случае не были уничтожены древние части лунной коры. При этом нелегко было бы выжить и земным организмам.
в. вторичная атмосфера земли
После того как Земля достигла более или менее современных размеров и структуры, а большая часть первичной атмосферы была утрачена, в результате дегазации (вулканизм, гидротермальные и родственные им процессы) образовалась новая, вторичная атмосфера [357, 358, 867, 1061, 1062, 1573, 1574, 1888, 1889, 1893]. Обычно полагают, что процесс дегазации был постепенным, но, по теории Зингера (3,Б), резкое нагревание привело к быстрому высвобождению газа. Сила гравитации была уже значительной, и Земля смогла в основном удержать вторичную атмосферу.
О значении дегазации можно судить с помощью полуколичественного метода по присутствию 40Аг. Это один из продуктов распада естественного радиоактивного изотопа 40К [1962]. Судя по количеству этого изотопа, он, видимо, образуется сначала в мантни, а не в коре Земли [432, 1677]. Но вторичная атмосфера возникла не только в результате дегазации, а также в результате улетучивания с Земли легких газов, а позднее в результате активности живых организмов.
Некоторые считают, что вначале вторичная атмосфера помимо паров воды содержала частично и другие летучие гидриды (метан, аммиак) и сам водород [1273, 1888, 1889, 1892, 1893]. Эта атмосфера была восстановительной. Возможно, в ней были также двуокись углерода и азот.
По мнению некоторых других авторов [4, 386, 387, 1574, 1575], вторичная атмосфера с самого начала была почти лишена СН4 и NH3. Эти авторы считают, что атмосфера помимо Н2 и НгО в основном состояла из СОг, СО и N2. Экзерго-ническая реакция
С02 + 4Н2=СН4 + 2Н20; AG0=—31 ккал (3.1)
и другие подобные реакции не могли идти быстро. Конечно, даже атмосфера с преобладанием СОг была восстановительной, пока в ней присутствовали СО и Нг. Атмосферу, которая состояла только из СОг, НгО, N2, но не содержала Ог и которая появилась, вероятно, только позже, можно назвать нейтральной.
40
Глава 3
Компромиссное решение, во многом поддерживаемое количественными данными, предложил Холленд1 [867, 868, 982]. Он считает, что, пока в верхней части мантии, близко к коре, присутствовало элементарное железо, в атмосфере преобладали метан, Н2 и в меньшей степени Н20, H2S и NH3. Запасы металлического Fe все время восстанавливали газы, вырывающиеся на поверхность. Только после того, как завершилось образование железного ядра, возможно через 0,5 млрд. лет после образования Земли, место СЩ, Нг и NH3 постепенно заняли СОг, НгО и N2. Вполне вероятно, что вулканы еще долгое время продолжали выделять восстанавливающие газы, поэтому в атмосфере содержалось небольшое, но постоянное количество гидридов.
Давление СОг, по-видимому, никогда не было особенно большим, иначе кислые моря гораздо сильнее коррозировали бы горные породы, чем это произошло на самом деле. Юри [1888, 1889] предположил, что реакция С02 с силика-тами в присутствии воды, в общем виде выражающаяся как
CaSiOs + C02=CaCOs + Si02, (3.2)
предотвращала накопление С02 («равновесие Юри») [869, 1574]. Здесь под CaSi03 надо понимать разнообразные силикаты. Равновесия всегда были сильно сдвинуты вправо. В океанах, которые в то время, вероятно, содержали довольно много кремния, постепенно мог выпадать осадок СаС03 [869].
Из верхних слоев атмосферы, горячей экзосферы, был утрачен свободный водород [1270, 1893]. К сожалению, скорость его утечки не известна даже приблизительно. Предполагают, что из-за высокой теплопроводности и высокой излучающей способности в инфракрасных лучах гравитационная потеря водорода из ранней метаново-водородной атмосферы шла гораздо медленнее, чем из современной атмосферы, в которой преобладают N2 и Ог [1517]. Но независимо от скорости утечки водорода наверняка вместе с первичным водородом терялся и тот, который возникал заново при разложении гидридов (включая СН4, NH3 и Н20) ультрафиолетовым светом [485, 582, 804, 1062, 1888, 1889, 1995].
Какова бы ни была история атмосферы в очень ранние времена, отношение кислород: водород в атмосфере постепенно повышалось. Все же атмосфера еще долгое время оставалась восстановительной. Этот факт имел решающее значение для химической эволюции (4, Б) и определил путь
