Глава четвертая. Докембрий и биосфера

Космические исследования не только расширили представления о процессах, приведших к образованию различных тел Солнечной системы. Они оказали глубокое воздействие и на трактовку некоторых явлений в геологической истории самой Земли. Сказанное относится и к докембрию - древнейшему периоду этой истории.

Докембрийские весьма мощные толщи пород подразделяются обычно на две большие группы (эры): архейскую (древнейшую), иногда называемую азойской, и протерозойскую. Для докембрийских толщ (преимущественно протерозоя) характерно преобладание кремнежелезистых пород (джеспилитов), широко распространенных на всех щитах. К докембрию приурочены ценнейшие полезные ископаемые. Здесь словно накопился грандиозный осадок, "выпавший" на "дно" земной коры в результате магматических и "обменных" процессов между сушей и морем.

В этих осадках хранятся месторождения железа. В них есть марганец, слюда, золото, серебро, урановые руды, а также никель и медь.

Богатство глубочайших кладовых нашей планеты Земля ревниво спрятала от человека. Но его остановить все труднее и труднее. Туда, куда не смог он проникнуть физически, он проник умственным взором, продлив сферу видения волшебством радиоактивных индикаторов. Он узнал о докембрии очень многое. И даже то, что в позднем докембрии встречаются признаки живого.

Одно из первых открытий на этом пути сделали палеоботаники, потратившие практически всю жизнь на исследование органических остатков в протерозойский период докембрия.

Два десятка лет назад они нашли споры растений в кембрийских и протерозойских толщах и тем самым отодвинули па тысячелетия назад событие, весьма и весьма значительное в истории Земли. А именно споры свидетельствовали, что переход растений из моря на сушу произошел не в девонском периоде, как это считали раньше, а в верхнем протерозое. Вон когда жизнь пробивала себе первые дорожки! И заметьте, разве не величественно звучат слова "переход растений из моря на сушу"... Это похоже на то, как в истории цивилизации скотоводческие племена становились оседлыми. Будто некий сознательный акт прогресса. Мы далеки от желания наделить растения способностью действовать целеустремленно. Но игра воображения куда только, случается, не заведет! По существу же открытие палеоботаников тесно связано с идеями о решающей роли живого, основополагающего значения биосферы во всей судьбе планеты Земля, о том, что биосфера создала индивидуальный облик нашей планеты, не похожий ни на какие известные нам пока небесные тела.

Работами школы академика А. В. Сидоренко было показано, в частности, что вода проявляла свое животворное действие уже в докембрии. И хотя она есть (по учебнику) всего лишь простейшее химическое соединение водорода с кислородом, пресловутое H₂O, судьба ее, значение и будущее являются далеко не "простейшими".

Характерно, что в сказаниях народов древнего Востока - вавилонян, египтян, индусов, персов, финикийцев - вода признавалась первоисточником всего существующего. Подобный же взгляд высказывал в VI веке до нашей эры древнегреческий философ Фалес из Милета, который утверждал, что вода есть начало всех вещей. Эмпедокл в V веке и Аристотель в IV веке до нашей эры в учении о четырех элементах или стихиях - огне, воздухе, воде и земле - считали воду началом холода и влажности.

Мы не будем останавливаться на всех многочисленных гипотезах и открытиях, на этапах длительной и трудной истории изучения свойств, функций и аномалий этого "простейшего соединения". Кроме того, что вода это океаны, моря, реки, озера, она содержится в виде водяного пара в воздухе и принадлежит к числу важнейших геологических факторов. Она входит в состав почвы, а также многих минералов и горных пород.

Вода - непременная составная часть всех живых организмов, жизнедеятельность которых без воды невозможна. Еще несколько данных: организм человека содержит около 65 процентов воды, наземных позвоночных - 60 - 65, рыб - около 80, водорослей - 95 - 99, наземных растений - 50 - 75 процентов. Вот какова вода! Найдешь воду, ищи жизнь.

Если нет воды, посмотри, что могло бы ее заменить, нет ли вещества, аналогичного по составу, но находящегося в ином состоянии. Не встретится ли людям на иных планетах четвертое состояние воды?

Ведь и в докембрийских породах не сразу обнаружили деятельность воды. Сначала исследователи были вознаграждены находками тиллистов. Эти ленточные глинистые породы с валунами указывали на существование в докембрии ледников. В частности, широкое распространение тиллистов было известно в протерозое, в так называемом Индийском щите.

То ли поэтому, то ли просто в порядке "живой очереди" в 1964 году в Нью-Дели созвали XXII сессию Международного геологического конгресса. Здесь А. П. Виноградов выступил с докладом "Геология докембрия Индии" и привел 70 новых определений абсолютного возраста пород Индии. Звание "древнейшей геологической формации Индии" было присвоено провинции Дарвар. В отчете о сессии было сказано: произведенная ревизия геохронологической шкалы докембрия Индии, вопреки, ранее существовавшей, дала возможность показать общность геологического развития Индии с другими докембрийскими континентами.

Среди событий, которые хотелось бы поставить в ряду тех, что определили "научную конъюнктуру" начала семидесятых годов, назовем Всесоюзное совещание по докембрию. Здесь упоминалось, в частности, о становлении биогеологии - еще одной ветви науки, отходящей от одного и того же дерева - учения Вернадского о роли "живого вещества".

Докембрий, начальный отрезок истории Земли, А. В. Сидоренко в докладе на совещании теперь уже уверенно отнес к "ведущим проблемам современной геологии". Объясним, откуда проистекает такое утверждение. Докембрийские геологические слои, возраст которых 3 - 3,5 миллиарда лет, содержат подавляющее количество рудных и неметаллических полезных ископаемых (за исключением горючих ископаемых). Но не только в этом дело. Как это ни парадоксально, изучение докембрия приобрело особую актуальность (как и в случае с метеоритами!) в связи с накоплением новых данных о Луна и планетах, с развитием исследований Мирового океана и верхней мантии Земли. Требования нашей эпохи определили также насущную необходимость перехода к прогнозированию и поискам скрытых на глубине руд, что тесно связано со знанием законов их распространения и залегания в докембрийский период.

Новые экспериментальные данные свидетельствуют также, что уже первичные осадочные породы докембрия несут большее или меньшее количество прямых и косвенных признаков былого развития "живого вещества", а также различных его остатков (элементарный углерод, окаменелости, продукты жизнедеятельности).

Не требует доказательств, что факт обнаружения "живого вещества" в породах с абсолютным возрастом 3 - 3,5 миллиарда лет имеет большое принципиальное значение для теоретической и практической геологии. Напомню, что мириады простейших организмов, заполнивших поры земной коры, творили минералы или, другими словами, геологическую историю Земли не только в процессе своей жизни, но и механизмом своей смерти, разложения, преобразования одних химических веществ в другие. Именно "живому веществу" обязаны своим существованием в земной коре углеводороды. Даже в настоящее время, несмотря на метаморфизм, из докембрийского цоколя идет как говорят геологи, "углеводородное дыхание". Это, естественно, имеет определенное значение для понимания генезиса (происхождения) нефти и углеводородов.

"Живое вещество", с которого мы начали наше повествование, признано теперь наиболее подвижной и изменяющейся во времени частью земной коры, одним из ведущих факторов ее формирования, катализатором переработки минеральных богатств ее недр.

И еще один феномен. Биология многократно раздвинула рамки геологии - с 500 миллионов лет, в пределах которых до недавнего времени рассматривалась геологическая история, до 3 - 3,5 миллиарда лет... На упомянутом апрельском форуме геологов 1973 года в актовом зале МГУ было сообщено имя неизвестного ранее ископаемого микроорганизма, открытого в слоях докембрия. Биофосилия. Это самый новейший вклад науки в копилку наших знаний о жизни, зародившейся в глубине веков, о первых шагах существования биосферы. И сказано это слово не биологами, а геологами. Судя по всему, недавно опубликованную работу Св. А. Сидоренко и А. В. Сидоренко "Органическое вещество в осадочно-метаморфических породах докембрия" следует рассматривать как еще одну ступеньку на многотрудном пути познания "живого вещества".

...Весна в том 1973 году наступала как бы нехотя. Постепенно становилось теплее, и листья на деревьях взрослели не спеша и так же медленно густела их окраска, переходя от робкого бледно-зеленого к сочному изумруду. Когда я ехала на Николину гору, чтобы взять интервью у академика Виноградова, я, по журналистскому обыкновению, не испытывала никаких угрызений совести, хотя знала, что ему в общем-то не до меня.

Я задавала вопросы, Александр Павлович отвечал. Все было как всегда. Вот что я услышала тогда от него.

В начале нашего века возникли идеи, потребовавшие глубоких исследований химической стороны природных геологических процессов, в частности, поведения атомов отдельных химических элементов в земной коре. Эти идеи с большой силой прозвучали в работах В. И. Вернадского, В. М. Гольдшмидта, А. Е. Ферсмана.

Появилась новая область знания о Земле - химия Земли, или геохимия, которая в своих исследованиях вещества и процессов, происходящих на Земле, опиралась на химические законы и методы. Основной единицей в геохимических исследованиях стал химический элемент в форме атома или иона.

С каждым годом накапливался огромный материал по химическому составу Земли и ее оболочек, по распространению элементов, по их распределению в горных породах и рудах, по способам сочетания и перемещения химических элементов в Земле. Одним словом, на смену преимущественно морфологическому знанию о Земле в науку начали все глубже проникать физико-химические представления.

В результате стало очевидным (и это особенно подчеркнул тогда Виноградов), что наша планета изменяется во времени, и перед наукой возник вопрос об изучении ее химической эволюции. Еще далеко не все стороны этой грандиозной проблемы достаточно освещены. Многое остается неизвестным или спорным, многие высказанные идеи и теории не проверены практикой или не прошли испытания временем, но живой интерес исследователей к этой проблеме с каждым годом возрастает и вселяет уверенность в успехе. И как итог этого возникло стремление объяснить на "химическом уровне" происхождение и историю Земли, ее оболочек, рельефа, ее гор, морей и океанов.

Значит, все дело было, как всегда, в подходе. "Химический уровень" позволил произвести равноценный, точный, единый анализ всех оболочек Земли, включая ту область, которая хоть и занимает промежуточное положение среди оболочек, но является самой главной особенностью нашей планеты, собственно, тем, что составляет для нас основную характеристику Земли.

Развивая учение Вернадского о биосфере, Виноградов выделяет два вида участия "живого вещества" в геохимических процессах - прямое и косвенное. Прямое - это образование из их тканей минералов и руд: известняков, мела, фосфоритов, углей, нефти. Косвенное участие живого вещества более значительно. Это разнообразные и многочисленные геохимические процессы в земной коре, протекающие под влиянием продуктов жизнедеятельности организмов, начиная от повсеместно идущих процессов выветривания горных пород, концентрирования отдельных химических элементов (соединений) в осадках и осадочных породах и кончая образованием руд железа, марганца, урана, ванадия, германия.

Любопытная и многозначительная деталь состоит в том, что организмы не повторяют состава среды, из которой они вышли. Они лишь активно берут из среды то, что необходимо индивидуально им самим, то есть именно те ионы и соединения, состав которых соответствует эволюционно сложившемуся обмену веществ. Полупроницаемые перегородки растительных тканей пропускают одни ионы и не пропускают другие...

Эволюция Земли неотделима от глубоких перемен в составе ее растительного и животного мира. Они столь сложно переплетены, что на какой-то стадии теряется разграничение на первопричину и следствие. Здесь многое еще неясно.

Отношение между размерами суши и моря в разные эпохи было различным: дегрессия морей, особенно мелких (заливавших время от времени части континентов), увеличивала поверхность пород, богатых карбонатами кальция. Это обилие кальция решающим образом воздействовало на характер флоры и фауны...

Великие преобразования поверхности Земли сопровождаются массовым преобразованием растительного и животного мира. Еще и еще раз Виноградов подчеркивает, что эта эволюция организмов - геологическое явление. "Вспомните, - говорит он мне так, словно мы уже наблюдали с ним нечто вместе какие-нибудь два-три миллиарда лет назад, - ведь в различные фазы каледонской складчатости происходили значительные изменения органического мира - вымирают трилобиты, появляются первые трахеидные (членистоногие), а затем двоякодышащие рыбы. И, наконец, в девоне возникает устойчивое воздушное дыхание - появляются позвоночные".

До того в планктоне Мирового океана господствовали организмы с гемоцианиновой кровью. Переносчиками кислорода у них была медь. Но как только эти организмы оказались в условиях недостатка кислорода, гемоцианины уже не могли обеспечить их этим элементом. "Декорация" меняется. В семействах моллюсков и раков, зарывающихся в грунт или ведущих паразитический образ жизни, вместо особей с гемоцианиновой кровью появляются особи, кровь которых содержит гемоглобин и обеспечивает лучшее снабжение тканей организмов кислородом. Переход от поглощения растворенного в воде кислорода - жаберного дыхания - к воздушному, очевидно, вызвал активное действие карбонатгидразы (цинксодержащей органической молекулы), способствующей выделению углекислоты из тканей организма.

Растущий интерес к проблемам происхождения и защиты "одушевленной" оболочки Земли побудил ученых к созданию летом 1973 года весьма необычной выставки в одном из павильонов Выставки достижений народного хозяйства в Москве. Она иллюстрировала сложный путь рождения геохимии, представлений о космических связях биосферы, становления экспериментальной космохимии как следующего этапа в познании истории небесных тел.

Знакомясь с выставкой, посетители как бы совершали две взаимодополняющие экспедиции - в глубь веков и в будущее человечества. Подчеркнуто наивные графические изображения на черно-белом фризе воссоздавали историю биосферы по Вернадскому. Почти полвека минуло с той поры, как кристаллизовалась эта теория, которая не только не стареет, но приобретает в наши дни новое значение. Недаром "красный профессор", великий труженик убеждал, доказывал, приводил аргументы в пользу того, что есть такая наука, - геохимия. И не только это. Не просто геохимия. А всеобъемлющая наука о единой системе поведения химических элементов неживой и живой природы. При гегемонии живого.

Есть нечто замечательно гордое и прекрасное в таком утверждении власти и силы жизни и в том, что подобное поистине жизнеутверждающее учение родилось в нашей стране. Оно пробивало себе дорогу сквозь неверие и косность, не останавливалось перед трудностями и примитивной технической оснащенностью эксперимента. Вспомним строки писем Вернадского как отголоски борьбы за новые пути в науке. Они возвращают к времени, когда Вернадский привлекает Виноградова к решению первой, казалось бы, черновой задачи - "переписи" органического вещества. Однако без нее невозможны были бы следующие ступени.

Формулы Вернадского, о которых мы упоминали выше. Они тоже пережили многие десятилетия и сегодня представлены на общедоступной выставке. Они показывают, с какой огромной скоростью проходил процесс дифференциации "живого вещества", каким мощным катализатором обмена химических элементов в земной коре оно явилось. Факты убеждают - биосфера своим происхождением действительно связана с космосом, с идущими от него излучениями.

Художники легкими штрихами наметили "озоновый экран", которым природа заботливо оградила Землю от губительного действия избыточного ультрафиолетового излучения. Мы видим также, что биосфера неоднородна, а как бы многослойна.

Кроме "живого вещества", она еще включает биогенное вещество, то есть органо-минеральные или органические продукты, созданные живым веществом. Таковы каменный уголь, горючие газы, торф. Третий компонент биосферы: биокосное вещество. Его создателями являются живые организмы вместе с неживой природой. Сюда входит вода, осадочные породы, некоторые минералы. Постепенно, шаг за шагом выставка приводит нас на высшую ступень развития биосферы, названную в свое время Вернадским "ноосферой". Это период, когда крупнейшей, поистине геологической силой становится человек. Он коренным образом перестраивает область своей жизни, оказывает решающее влияние на биосферу.

...Слева на столе - стопка писем, извлеченных из нижнего левого ящика. Знакомые остренькие мельчайшие буквы. Уже вечер. На аллее, куда выходят окна директорского кабинета, фарами зажглись огни. Возле каждого золотистого шара, словно подвешенного в пустоте, - хоровод снежинок... В каком же это письме Вернадский четко суммировал свои представления о "географии" живого вещества планеты? Вот оно! Штемпель стерся, но похоже - из Сорбонны.

Виноградов берет лупу. И словно издалека к нему приближаются знаки, маленькие, беззащитные. И видно сквозь них лицо мыслителя - знакомое и чужое, близкое и ушедшее безвозвратно. Слышится и голос - глуховатый, иногда переходящий на высокие ноты... "Живое вещество" распределено в биосфере неравномерно, говорит этот голос. Для биосферы характерна мозаичность структуры - "асимметрия". Она состоит как бы из отдельных "молекул" - природных комплексов - биогеоценозов. Био. Гео. Они все больше переплетаются, сжимают друг друга в объятиях.

Био. Гео. Жизнь и Земля. На Земле более трех миллионов видов организмов, тысячи разновидностей. Но до сих пор еще мало известно об их связях. Какими узами организмы связаны между собой, со средой обитания? Как протекает обмен веществ и энергии в отдельных биогеоценозах?

Наука призвана выяснить тенденцию естественного развития природы и тех изменений, которые в ней вызывает человек, - "измерить числом" необходимую гармонию человека и природы.

Проблему сохранения биосферы в научном аспекте в нашей стране возглавлял Виноградов. Подобно тому, как в первые годы Советской власти Вернадский берет на себя инициативу мобилизации научных кадров для изучения производительных сил страны, сейчас, в семидесятых годах, Виноградов становится председателем Комиссии Академии наук СССР по проблеме "Биосфера". Возвращаются интересы молодости, с которых, в сущности, и началась научная биография академика Виноградова. Собственно, он с ними и не расставался до конца дней своих. Они лишь приобретали разные формы в зависимости от того или иного периода истории.

Установить необходимую гармонию во взаимоотношениях человека и природы - одна из самых великих гуманных задач современности. Вот всего лишь несколько красноречивых фактов.

Подсчитано, что за последнее десятилетие скорость передвижения человека по планете увеличилась примерно в сто раз, расходование природных ресурсов - в тысячу раз.

В древности люди знали и использовали для своих нужд 19 химических элементов, в самом начале нашего столетия - 59, а сегодня они нашли применение почти всей таблице Менделеева.

Суммарная мощность действующих источников энергии - 109 киловатт. Это ничтожно мало в сравнении с излучаемой энергией Солнца, но вполне уже достаточно, чтобы оказать заметное влияние на планету в целом. Между тем человек продолжает эту мощность наращивать.

Подсчитано также, что прирост нежелательных, а то и просто вредных отходов производства пропорционален приросту самого производства. Американские исследователи установили, что их страна теряет ныне 20 - 30 миллиардов долларов в год в результате загрязнения атмосферы. К девяностым годам этот ущерб возрастет, по-видимому, до 7 триллионов долларов. Один нью-йоркский журнал поднялся в связи с этим до такого подлинно трагического утверждения: "Если американцы не справятся с загрязнением атмосферы, они перестанут существовать как нация!"

За последнее столетие из хозяйственного оборота выпало около 20 миллионов квадратных километров продуктивной земли, то есть земли, которая когда-то кормила людей. Люди же ее погубили.

Во многих странах не хватает воды. Париж до конца XVIII века брал питьевую воду из Сены, без всякой обработки. Теперь это невозможно.

Неуклонно повышается содержание углекислоты в атмосфере. Ее основными "потребителями" являются леса и Мировой океан, но лесов стало меньше, Мировой океан - грязнее.

Все это - тревожные симптомы болезни, о возможности которой предупреждал еще Маркс, говоривший, что культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно, оставляет после себя пустыню.

Когда Вернадский думал и писал о новой геологической, планетарной силе - человеке, болезнь века была еще не так заметна. Где-то далеко, правда, уже погромыхивал гром, но мало кто сознавал его раскаты в качестве предвестника грозы. До поры до времени существование человека на Земле не оказывало столь заметного влияния на биосферу. Веками у людей складывалось представление о природе как о враждебной силе, которую надо покорять, но отнюдь не беречь и охранять. Небывалое усиление разрушительного влияния развивающейся земной цивилизации началось со становлением капитализма, с появлением на исторической арене такого не знающего предела и не считающегося ни с чем стимула, как жажда наживы. И теперь разрушение природной среды в странах капитала приняло такие размеры, что забеспокоились даже сами капиталисты, почувствовав угрозу своим барышам. Не случайно капиталистические государства и монополии, рядясь в одежды защитников природы, финансируют научные разработки экологической проблемы, создают комиссии, комитеты и даже специальные министерства. И делается все это в обстановке демагогический шумихи, политический и социальный смысл которой заключается главным образом в том, чтобы отвести справедливые обвинения в адрес капитализма, ответственного за хищническую эксплуатацию природных ресурсов, за преступное безразличие к среде обитания людей.

Древнее мифическое представление о том, что Земля покоится на трех китах, при определенном подходе окажется не таким уж мифическим. Если не Земля, то существование на ней человека действительно поддерживается тремя "китами" - почвой, воздухом и водой. Погибнет хотя бы один из них - угроза всей цивилизации. Все большим числом людей на Земле овладевает эта тревожная мысль.

Летом 1972 года проблема обсуждается в ООН. За три года до этого, в сентябре 1968 года, в Париже состоялась научная конференция "Биосфера", созванная по инициативе ЮНЕСКО. В конференции участвовали представители 62 стран.

Усилия прогрессивной научной общественности мира направлены главным образом на поиски принципов оптимального взаимодействия общества и природы. Между тем такие принципы уже давно найдены и сформулированы. Более того, они уже действуют.

Опыт СССР и других стран социализма убедительно доказывает, что хозяйское, рачительное отношение человека к природе возможно только в условиях всенародной собственности на средства производства, на землю и ее богатства, в условиях общегосударственного планирования общественной деятельности.

Вместе с тем Коммунистическая партия и Советское правительство, исходя из гуманных соображений о будущем всего человечества, не раз подтверждали делом готовность нашей страны сотрудничать с народами и государствами, заинтересованными в разработке глобальных мер по охране природной среды.

Люди живут, разделенные государственными границами и различиями в социально-политическом устройстве стран, но Земля, их родная планета, - это общий дом, и заботиться о его сохранности - общее дело.