Биосфера как область превращений космической энергии

§ 8. По существу, биосфера может быть рассматривае­ма как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную зем­ную энергию — электрическую, химическую, механичес­кую, тепловую и т. д.

Космические излучения, идущие от всех небесных тел, охватывают биосферу, проникают всю ее и все в ней.

Мы улавливаем и сознаем только ничтожную часть этих излучений, и среди них мы изучали почти исключительно излучения Солнца.

Но мы знаем, что существуют и падают на биосферу волны иных путей, идущие от отдельнейших частей кос­моса. Так, звезды и туманности непрерывно шлют на нашу планету световые излучения.

Все говорит за то, что открытые В. Гессом в верхних слоях атмосферы проникающие излучения возникают вне границ нашей Солнечной системы. Их возникновение ищут в Млечном Пути, в туманностях, в звездах типа Мира Цети (Mira Ceti). Может быть, из Млечного Пути (В. Нернст) происходят загадочные проникающие радиации, столь яркие в высоких слоях нашей атмосферы.

Их учет и их понимание — дело будущего. Но, несом­ненно, не они, а лучи Солнца обусловливают главные черты механизма биосферы. Изучение отражения на земных про­цессах солнечных излучений уже достаточно для получе­ния первого, но точного и глубокого представления о био­сфере как о земном и космическом механизме. Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и ох­вачена биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений; она составляет планетный механизм, превращающий их в новые разнообразные фор­мы земной свободной энергии, которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты.

Для нас уже ясно огромное значение в биосфере ко­ротких ультрафиолетовых волн солнечной радиации, длин­ных красных тепловых и промежуточных лучей видимого светового спектра. В строении биосферы мы уже сейчас можем выделить ее части, играющие роль трансформато­ров для этих трех различных систем солнечных колебаний.

Медленно и с трудом выявляется нашему уму меха­низм превращения солнечной энергии в биосфере в зем­ные силы. Мы привыкли видеть другие черты в отвечающих ему явлениях; он скрыт для нас в бесконечном разнообра­зии красок, форм, движений природы — мы сами состав­ляем его часть нашей жизнью. Века и тысячелетия про­шли, пока человеческая мысль могла отметить черты еди­ного связного механизма в кажущейся хаотической картине природы.

§ 9. Превращение трех систем солнечных излучений в земную энергию происходит отчасти в одних и тех же уча­стках биосферы, но местами в ней выделяются области, в которых резко преобладают превращения одного какого-нибудь рода. Носители превращений — всегда природные тела, и они резко различны для ультрафиолетовых, свето­вых и тепловых солнечных волн.

Короткие ультрафиолетовые излучения в известной ча­сти своей целиком, в других — в значительной мере задер­живаются в верхних разреженных частях газовой земной оболочки — в стратосфере — и, может быть, в еще более высокой и более бедной атомами «свободной атмосфере».

Это «задерживание», «поглощение», связано с транс­формацией лучевой энергии коротких волн. В этих облас­тях под влиянием ультрафиолетовых излучений наблюда­ются изменения электромагнитных полей, распадения молекул, разнообразные явления ионизации, новообразо­вания газовых молекул новых химических соединений. Лучистая энергия частью превращается в разные формы электрических и магнитных проявлений, частью— в свя­занные с ней молекулярные, атомные и своеобразные хи­мические процессы разреженных газообразных состояний вещества.

Нашему взору эти области и эти тела являются в форме северных сияний, зарниц, зодиакального света, свечения небесного свода, который становится заметным лишь в тем­ные ночи, но все же составляет значительную часть осве­щения ночного неба, в форме светящихся облаков и других разнообразных отражений стратосферы и внешних преде­лов планеты в картине нашего земного мира. Нашим инстру­ментам этот таинственный мир явлений раскрывается в электрических, магнитных, радиоактивных химических, спектроскопических отражениях, в его непрерывном дви­жении и в превышающем мысль разнообразии.

Эти явления не являются следствием изменения зем­ной среды одними ультрафиолетовыми лучами Солнца. Мы должны считаться здесь со сложным процессом. Здесь «за­держиваются», т. е. превращаются в новые явления, уже земные, все формы лучистой энергии Солнца за предела­ми тех 4 ¹/₂ ее октав, которые попадают в биосферу (§ 2). За эти пределы едва ли заходят и те мощные потоки час­ти и — электронов, которые непрерывно исходят из Солн­ца, или те материальные части — космическая пыль и га­зовые тела, столь же непрерывно захватываемые земным притяжением и несущие Земле новые источники энергии.

Мало-помалу входит в общее сознание значение этих явлений в истории нашей планеты. Так, несомненной ста­ла связь их с другой формой превращения космической энер­гии, с областью живого вещества. Короткие световые вол­ны — 180 - 200 — разрушают все живые организмы, бо­лее длинные и более короткие волны им не вредят. Задерживая нацело короткие волны, стратосфера охраняет от них нижние слои земной поверхности — область жизни.

Чрезвычайно характерно, что главное поглощение этих лучей связано с озоном (озоновый экран — § 115), образо­вание которого обусловлено существованием свободного кислорода — продукта жизни.

§ 10. Если значение превращения ультрафиолетовых лучей только начинает сознаваться, роль солнечной тепло­ты, главным образом инфракрасных излучений, была по­нята давно. Она обращает на себя главное внимание при изучении влияния Солнца на геологические и даже геохимические процессы. Ясна и бесспорна роль лучистой сол­нечной теплоты и для существования жизни. Несомненно и превращение тепловой лучистой энергии Солнца в энер­гию механическую, молекулярную (испарение и т. п.), хи­мическую.

Проявления таких превращений наблюдаются нами на каждом шагу и не требуют разъяснений; мы видим их в жизни организмов, в движении и деятельности ветров или морских течений, в морской волне и морском прибое, в разрушении скал, деятельности ледников, в движении и образовании рек и в колоссальной работе снежных и дож­девых осадков...

Обычно менее сознается собирающая и распределяю­щая тепло роль жидких и газовых частей биосферы — пе­реработка ею этим путем лучистой тепловой энергии Сол­нца. Атмосфера, океан, озера и реки, дождевые и снего­вые осадки являются тем аппаратом, который производит эту работу. Мировой океан благодаря совершенно особым, исключительным среди всех соединений тепловым свой­ствам воды может быть связанным с характером ее моле­кул, является регулятором тепла, огромная роль которого на каждом шагу сказывается в бесчисленных явлениях погоды и климата и в связанных с ними, процессах жизни и выветривания. Быстро нагреваясь вследствие своей боль­шой теплоемкости, океан медленно отдает собранное теп­ло благодаря характеру своей теплопроводности. Он пре­вращает поглощенную лучистую теплоту в молекулярную энергию при испарении, в химическую — через проника­ющее его живое вещество, в механическую — в своих морских течениях и прибое. Того же направления и, пожалуй, сравнимого масштаба термическая роль рек, осадков, воз­душных масс и их нагреваний и охлаждений.

§ 11. Ультрафиолетовые и инфракрасные лучи Солн­ца влияют на химические процессы биосферы только кос­венным путем. Не они являются главным источником ее энергии. Химическая энергия биосферы в ее действенной форме выявляется из лучистой энергии Солнца совокуп­ностью живых организмов Земли — ее живым веществом. Создавая фотосинтезом — солнечным лучом — бесконеч­ное число новых в биосфере химических соединений — многие миллионы различных комбинаций атомов, оно непрерывно с уму непостижимой быстротой покрывает ее мощной толщей молекулярных систем, чрезвычайно лег­ко дающих новые соединения, богатые свободной энерги­ей в термодинамическом поле биосферы, в нем неустой­чивые и неуклонно переходящие в новые формы устойчи­вого равновесия.

Эта форма трансформаторов является совершенно осо­бым механизмом по сравнению с телами Земли, в которых идет превращение в новые формы энергии коротких и длинных волн солнечной радиации. Мы объясняем пре­вращение ультрафиолетовых лучей их воздействием на материю, на ее независимым от них путем полученные атомные системы; превращения же тепловых излучений связываем с созданными помимо их непосредственного влияния молекулярными строениями. Но фотосинтез, как он наблюдается в биосфере, связан с особыми чрезвычай­но сложными механизмами, создаваемыми им самим при условии одновременного проявления и превращения в окружающей среде ультрафиолетовых и инфракрасных ра­диаций Солнца.

Создаваемые этим путем механизмы превращения энергии — живые организмы — представляют совершенно особого рода образования, резко отличные от всех атом­ных, ионных или молекулярных систем, которые строят материю земной коры вне биосферы и часть вещества биосферы.

Живые организмы составлены из структур того же рода, правда, более сложных, как и те, которые строят косную материю. Однако по производимым ими изменениям в хи­мических процессах биосферы они не могут быть рассмат­риваемы как простые совокупности этих структур. Энер­гетический их характер, как он проявляется в их размно­жении, с геохимической точки зрения не сравним с инертными структурами, строящими и косную, и живую материю.

Механизм химического действия живого вещества нам неизвестен. По-видимому, однако, начинает выяс­няться, что с точки зрения энергетических явлений в живом веществе фотосинтез происходит не только в осо­бой химической среде, но и в особом термодинамичес­ком поле, отличном от термодинамического поля био­сферы. После умирания организма соединения, устой­чивые в термодинамическом поле живого вещества, попадая в термодинамическое поле биосферы, оказыва­ются в нем неустойчивыми и являются в нем источни­ком свободной энергии[2].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: