Условия возникновения жизни на Земле

Земля, как свидетельствуют космологические данные, возникла одновременно со всей Солнечной системой и самим Солнцем около 5 млрд. лет назад в результате конденсации вещества газопылевого облака в многочисленных центрах флуктуаций его концентрации и соответствующего возникновения центров гравитационного взаимодействия случайных скоплений вещества. Часть таких скоплений оказывалась неустойчивой, другие, составившие в конце концов единую равновесную систему, постепенно росли, притягивая вещество распыленной части этого облака. Само оно возникло в результате взрыва сверхновой, которая была звездой первого поколения, водородно-гелиевой. В «нормальных», принадлежащих главной последовательности, звездах первого поколения реакции ядерного синтеза могут идти только до железа. Синтез более тяжелых элементов сопровождается не выделением, а поглощением энергии. Необходимое для этого количество энергии обеспечивается только в предвзрывной стадии развития сверхновой, поэтому образующееся при ее взрыве газопылевое облако содержит практически все элементы периодической таблицы, хотя основную долю суммарной массы продуктов вспышки сверхновой по-прежнему составляют водород и гелий.

Подавляющая часть вещества газопылевого облака сконцентрировалась вокруг одного центра гравитации, образовав скопление звездного масштаба, остальное вещество при конденсации образовало планеты. По мере уплотнения вещества под действием гравитационных сил кинетическая энергия слипавшихся частиц переходила в тепло, и образовывавшиеся сгустки вещества разогревались тем сильнее, чем они были массивнее. Когда в центральной части Солнца возникли достаточно высокие давление и температура, вспыхнула реакция ядерного синтеза, и Солнце стало настоящей звездой. Устойчивость звезды обусловлена равновесием сил сжатия под действием тяготения и расширения под действием выделяющейся энергии ядерного синтеза. Это равновесие нарушается при значительно больших, чем у Солнца, размерах: предел устойчивости — 1,44 массы Солнца. Поэтому Солнце — весьма устойчивая звезда. Его запасов водорода хватит еще на 5-6 млрд. лет, так что проблемы угасания Солнца практически не существует.

Очевидно, процесс «разгорания» нашего светила, когда оно продолжало притягивать и накапливать вещество, продолжался достаточно долго, пока звезда не вошла в стабильный режим. Сгустки вещества, ставшие впоследствии планетами, также разогревались по мере стягивания на себя окружающих газов и пыли, но даже Юпитер не достиг размеров, достаточных для превращения в звезду. Постепенно запасы вещества в окружающем пространстве истощались, и планеты начали остывать, в то время как Солнце продолжало разогреваться уже не только за счет поглощения вещества, но и вследствие начала реакций ядерного синтеза. «Разгоравшееся» Солнце посылало в окружающее пространство все возраставший поток энергии. Ближайшие к нему планеты испытывали и испытывают наиболее сильный нагрев солнечным излучением, в то же время остыванию удаленных от Солнца планет его излучение почти не препятствовало. Потому Меркурий на стороне, обращенной к Солнцу, раскален, температура на поверхности Венеры, как показали прямые измерения космическими аппаратами, превышает 400°С (см. статью «Меркурий и Венера«), Марс — весьма «прохладная» планета, а поверхность Юпитера и остальных планет покрыта льдами.

Если бы на Земле не было жизни и ее атмосфера не была очищена фотосинтезирующими растениями от углекислого газа, температура на ее поверхности, как показывают расчеты, превышала бы 300 градусов. Это означает, во-первых, что если на Земле исчезнет жизнь, то она не сможет возникнуть на ней вторично, и, во-вторых, что в Солнечной системе только наша планета в своей истории прошла достаточно длительный период, в течение которого Солнце было еще недостаточно горячим, а Земля достаточно остывшей, чтобы на ее поверхности удерживалась температура, в которой могли существовать сложные органические молекулы.

Химическая эволюция органических веществ неорганического происхождения привела в конце концов к возникновению первичных белков и нуклеиновых кислот, структурно-информационное взаимодействие которых оказалось основой фундаментальных свойств живого — наследственности и изменчивости. С этого момента началась собственно органическая эволюция, создававшая все более сложные и многочисленные виды живых организмов. К тому времени, когда Земля могла начать перегреваться излучением стабилизировавшегося Солнца, на ней уже возникли фотосинтезирующие растения. Количество углекислого газа в атмосфере стало уменьшаться, и тепловое излучение получило возможность покидать Землю, в результате чего температура на большей части ее поверхности остается пригодной для существования жизни уже многие сотни миллионов лет. Земля с ее биосферой представляет собой саморегулирующуюся систему.

Повышение концентрации углекислого газа в пределах, создаваемых ходом природных процессов, ведет к потеплению вследствие «парникового эффекта», но одновременно усиливает процессы фотосинтеза. Это ведет к снижению концентрации С02, усилению излучения тепла в пространство и снижению температуры поверхности Земли. Масса океанских вод, обладающая огромной суммарной теплоемкостью, служит своеобразным демпфером, придающим процессам необходимую инертность. В систему регулирования теплового режима включены также океанские течения и воздушные потоки, взаимодействие которых определяет в конечном итоге локальные особенности температурного режима и распределения осадков при той или иной средней температуре поверхности Земли. Тот факт, что во взаимодействии с атмосферой, гидросферой и литосферой, в которой откладываются излишки углерода, выводимые из атмосферы, биосфера способна в планетарном масштабе поддерживать условия собственного существования, составляет существо выдвинутой Лавлоком в 1979 г. «гипотезы Геи» — живой Земли.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.