Биосфера - земная оболочка

§ 68. Значение живого в строении земной коры мед­ленно вошло в сознание ученых и еще до сих пор обычно не оценивается во всем его объеме.

Только в 1875 г. один из крупнейших геологов прошлого века, профессор Венского университета Э. Зюсс, ввел в науку представление о биосфере как об особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. Он закончил этим медленно проникав­шее в научное сознание представление о всюдности жизни и непрерывности ее проявления на земной поверхности.

Введя новое понятие об особой земной оболочке, ко­торая обусловлена жизнью, Э. Зюсс высказал в действи­тельности новое очень большое эмпирическое обобщение, всех последствий которого он не предвидел. Это обобщение только теперь начинает выясняться благодаря новым на­учным достижениям, в его время неизвестным.

§ 69. Биосфера составляет верхнюю оболочку, или гео­сферу, одной из больших концентрических областей на­шей планеты — земной коры.

Физические и химические свойства нашей планеты ме­няются закономерно в зависимости от их удаленности от центра. В концентрических отрезках они идентичны, что может быть установлено исследованием.

Можно различить две формы в этой структуре: с од­ной стороны, большие концентрические области плане­ты — концентры, с другой — более дробные подразделе­ния, называемые земными оболочками, или геосферами[12].

По-видимому, вещество этих областей отделено друг от друга и если переходит из одной области в другую, то этот переход совершается чрезвычайно медленно или вре­менами и не является фактом ее текущей истории.

Каждая область представляет, по-видимому, замкну­тую, не зависимую от другой механическую систему.

Земля сотни миллионов лет, если не миллиарды, на­ходится, в общем, в одних и тех же термодинамических условиях. Неизбежно думать, что в ней за это время уста­новились устойчивые, неизменные равновесия вещества и энергии там, где не было внешнего (для механических систем ее составляющих) притока действенной энергии.

Надо думать, что в замкнутых областях Земли мы имеем механические системы тем более совершенного равнове­сия, чем меньше к ним приток сторонней энергии.

Таких областей по крайней мере три: 1) ядро планеты; 2) промежуточный слой, называемый иногда «сима» (по Зюссу), и 3) земная кора.

§ 70. Ядро земного шара имеет совершенно иной хими­ческий состав, чем та земная кора, в которой мы находимся. Возможно, что вещество ядра находится в особом газообраз­ном состоянии (закритического газа), но наши представле­ния о физическом состоянии вещества глубоких частей пла­неты, находящихся под давлением во многие десятки, если не сотни, тысяч атмосфер, очень гадательны. Допустимо на­хождение тяжелых элементов или их простых соединений в ядре планеты и в твердом или вязком состоянии, и в газооб­разном; мыслима для них и высокая температура — в тысячи градусов, и низкая температура, близкая к температуре кос­мического пространства. Обычно законность этого после­днего допущения оставляется без внимания, вследствие чего оценка пределов нашего незнания искажается.

Иной и необычный для земной коры химический со­став ядра следует из большого удельного веса планеты (5,7) по сравнению с удельным весом верхних оболочек земной коры (2,7). Ядро не может иметь удельный вес меньше 8, а может быть даже 10 и больше[13]. Думают, — и это возможно, — что оно состоит из металлического железа и его ме­таллических соединений.

Несомненно, что на глубине около 2900 км от уровня океана наблюдается сильное изменение в механических свой­ствах вещества планеты. Этот факт, прочно установленный изучением землетрясений, кажется, не подлежит сомнению.

Такое изменение свойств вещества часто объясняют гипотезой, что сейсмические волны на такой глубине вхо­дят в другую область. Эта глубина отвечала бы тогда по­верхности металлического ядра.

Однако возможно предположить для этой границы и менее значительные глубины — 1200 или 1600 км, соответ­ствующие другим скачкам, наблюдающимся в ходе сейс­мических волн.

§ 71[14]. Новые данные в этой области будут получены гораздо скорее, чем это еще недавно считали возможным. Если сравнить результаты петрогенных исследований с ре­зультатами сейсмических наблюдений, то можно заметить, что породы, содержащие силикаты и алюмосиликаты, за­нимают значительно большее место в структуре планеты, чем это думали раньше. Главным образом это видно из замечательных наблюдений хорватских ученых — А. и С. Мохоровичичей, отца и сына. Они в последнее время привле­кали внимание к этому факту, и их работы являются не­сомненным достижением в сравнении с изысканиями их предшественников.

§ 72. Теперь можно определить некоторые существен­ные особенности второй концентрической области Земли, названной Э. Зюссом симой, которая, как ему казалось, характеризуется преобладанием атомов Si, Mg и О.

Эта область прежде всего отличается своей мощнос­тью; она занимает многие сотни километров, может быть превышает тысячу километров. Затем для этой области характерно, что в ней пять химических элементов — крем­ний, магний, кислород, железо и алюминий — играют очень важную роль. Увеличение количества более тяжелого эле­мента — железа, — по-видимому, связано с глубиной.

Возможно, что породы, аналогичные основным поро­дам земной коры, третьей области, также играют большую роль в строении области симы. Механические свойства этих пород напоминают эклогиты, по мнению некоторых уче­ных — геологов и геофизиков.

§ 73. Верхнюю границу области симы представляет зем­ная кора, средняя мощность которой — немного меньше 60 км — довольно точно установлена разными наблюде­ниями, не зависимыми одни от других: с одной стороны, путем изучения землетрясений, с другой стороны, путем измерения силы тяжести.

Изостатическая поверхность отделяет область симы от земной коры. Она показывает замечательную особенность области симы, в корне отличающую ее от области земной коры. Материя симы во всех концентрических слоях, ко­торые в ней различаются, является гомогенной.

Физические и химические свойства симы концентричес­ки меняются в зависимости от расстояния изучаемых точек от центра планеты. Что касается материи земной коры, то она в пределах одного и того же концентрического слоя на одина­ковом расстоянии от центра планеты является различной.

При этих условиях не может быть сколько-нибудь зна­чительного обмена между веществом симы и веществом земной коры.

§ 74. Эти данные заставляют нас, прежде всего, оста­вить в стороне всякого рода представления о симе как об области планеты, богатой свободной энергией.

Энергия ее по отношению к изучаемым нами явлени­ям может быть только потенциальной, проявление кото­рой никогда не достигало и не достигает земной поверх­ности. Оно не достигало ее в течение всего геологического времени — сотен миллионов лет. Мы можем принимать это положение как эмпирическое обобщение, подтверж­даемое всей логической силой геологических наблюдений.

Другими словами, нет никаких данных, которые ука­зывали бы, что сима не находится в состоянии химической индифферентности, полного и неизменного в течение все­го геологического времени устойчивого равновесия. На воз­можность такого ее и ядра состояния указывает, во-первых, то, что мы не знаем в изученных слоях земной коры ни одного научно установленного случая притока вещества из глубоких частей планеты, лежащих за пределами земной коры, и, во-вторых, то, что нет ни одного на ней явления, в котором бы проявлялась предполагаемая в симе свобод­ная энергия, например возможная ее высокая температура. Проникающая из глубин на земную поверхность свободная энергия — теплота — связана «не с симой, а с атомной энер­гией радиоактивных химических элементов, по-видимому, сосредоточенных главным образом в земной коре, в верх­них слоях планеты, в условиях, позволяющих проявление их энергии в форме, способной производить работу.

§ 75. Среди тех явлений, какие мы наблюдаем на зем­ной поверхности, распределение силы тяготения дает нам возможность проникнуть внутрь планеты глубже, чем все другие, за исключением землетрясений.

Основным для него фактом является то, что оно связа­но с очень своеобразным и определенным строением верх­ней части нашей планеты. Распределение тяжести указыва­ет на то, что большие участки коры разного удельного веса (от 1 для воды до 3, 3 для основных пород) все сосредоточе­ны только в верхней части планеты; они размещаются на ней так, что в вертикальном разрезе легкие участки ком­пенсируются более тяжелыми и на некоторой глубине — на изостатической поверхности — устанавливается полное равновесие; ниже ее слои планеты оказываются на всем про­тяжении каждого слоя одного и того же удельного веса.

Логическим выводом отсюда является то, что ниже изостатической поверхности отсутствует возможность меха­нических нарушений и химических различий в слоях оди­наковой глубины: должно существовать полное равнове­сие вещества и энергии.

Изостатическую поверхность ввиду этого удобно при­нять за нижнюю границу земной коры и за верхнюю гра­ницу симы. Она определяет очень важное свойство плане­ты: отделяет область изменении от области неизменных устойчивых равновесий.

Мы видели в первом очерке, что лик планеты — био­сфера, верхняя оболочка этой области изменений, полу­чает энергию, вызывающую в ней изменения, из косми­ческой среды, от Солнца. Мы знаем и еще увидим, что в ней есть приспособления, которые передают эту действен­ную солнечную энергию в глубь биосферы.

Но в земной коре есть и другой источник свободной энергии — радиоактивная материя, производящая еще бо­лее мощные нарушения ее устойчивых равновесий.

Достигают ли радиоактивные атомы симы, мы не зна­ем, но кажется несомненным, что количество радиоактив­ных веществ не может быть в ней того же порядка, как в земной коре, так как иначе тепловые свойства планеты были бы совершенно иными; по-видимому, радиоактивные вещества — источники свободной энергии нашей пла­неты — не идут в симу или быстро в ней сходят на нет.

§ 76. Наши представления о физическом состоянии области симы очень неполны.

Температура этой области, по-видимому, не очень вы­сока, и необычайное состояние, присущее ее материи, выз­вано в первую очередь действием большого давления. Меха­нические особенности этой материи, идущей до глубины по меньшей мере 2000 км, резко отличны от всех привычных нам состояний, но во многом аналогичны твердому состоя­нию (С. Мохоровичич, 1921). Давление на этих глубинах так велико, что оно превосходит наше воображение и разбивает наши построенные на опытных данных представления о трех состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. Уже у верхней границы симы, где давление достигает 20 тыс. ат­мосфер, перестает существовать какое бы то ни было разли­чие между твердым, жидким и газообразным состоянием в их обычных характерных параметрах, как это следует из опы­тов П. В. Бриджмэна (P. W. Bridgman, 1925).

Конечно, такая материя не может иметь кристалли­ческое строение. Возможно, что она имеет стекловатую структуру или структуру металла под большим давлением; это наиболее удовлетворительные представления, которые могут быть о ней даны.

Слои этой области вполне однородны, гомогенны, и по мере увеличения давления они с глубиной все больше изменяются.

§ 77. Глубина изостатической поверхности точно неиз­вестна. Вначале ей придавали глубину в 110 - 120 км. Более новые исчисления дают меньшие цифры, в 60 и 90 км.

По-видимому, уровень ее в разных местах весьма разли­чен, и форма ее неизменно медленно меняется под влияни­ем источников свободной энергии, находящихся в земной коре, того, что мы называем геологическими изменениями.

Выше изостатической поверхности лежит та область пла­неты, которая была названа земной корой в связи с давними в геологии гипотезами, указывающими, что на геологичес­ки изучаемой земной поверхности мы сталкиваемся со сле­дами и остатками коры застывания когда-то жидкой плане­ты. Это было связано с научными космогоническими гипо­тезами о прошлом Земли, наиболее глубоким выражением которых явилась гипотеза П. Лапласа, получившая широ­кое распространение в ученой среде, одно время переоце­нившей ее научную ценность. Однако мало-помалу выяс­нилось, что нигде в доступных нам слоях мы не встречаем следов такой первичной коры застывания, что геологичес­ки нигде не сказывается гипотетическое огненно-жидкое прошлое нашей планеты. Гипотезы о первичном огненно-жидком состоянии планеты таким образом исчезли. Но исторически вошедший в науку термин «земная кора» со­хранился, получив иной смысл.

§ 78. В этой земной коре мы различаем ряд оболочек, концентрически в ней распределенных, хотя поверхности их разграничения в общем не являются шаровыми.

Каждая концентрическая оболочка характеризуется своими, в значительной мере независимыми и замкнуты­ми системами динамических равновесий - физическими и химическими. Разграничение отдельных оболочек иног­да затруднительно, по-видимому, в связи с крупными про­белами наших знаний.

Более точно можем мы это делать для верхних частей твердой фазы планеты и для нижних газообразных. На глу­бину в 16—20 км от земной поверхности, на высоту в 10 - 20 км от нее к нам доходят или доходили химические со­единения. Изучение геологического строения Земли свидетельствует о том, что не дальше указанных глубин образовались самые глубокие нам известные массивные породы. Мощность в 16 км отвечает толще осадочных и метаморфических пород. Можно думать, что химический состав верхних 16 - 20 км обусловлен теми же геологическими процессами, какие мы сейчас изучаем. Этот состав нам в общих чертах точно известен.

За этими пределами наши знания становятся значи­тельно менее точными не только оттого, что мы не мо­жем сейчас точно установить вещество, к нам оттуда до­ходящее, но и потому, что состояния вещества в этих пре­делах высоких и низких давлений нам, несмотря на большие успехи опытных наук, во многом неясны. Но, несомненно, здесь мы стоим на прочной почве — разви­тие наших знаний идет медленно, но неуклонно. И, оче­видно, наши старые представления о земной коре под­вергаются коренному пересмотру, который только что начинается.

§ 79. С этой точки зрения необходимо отметить неко­торые важные для понимания строения земной коры вы­рисовывающиеся явления.

Во-первых, в высоких слоях газовой оболочки плане­ты вещество находится в состоянии, резко отличном от того, какое мы привыкли видеть вокруг нас. Может быть, мы имеем здесь дело (выше 80 - 100 км) с областью плане­ты, отличной от земной коры. Здесь, в разреженной мате­риальной среде, в форме электронов и ионов сосредоточе­ны огромные запасы свободной энергии, значение кото­рой в истории планеты нам неясно.

Затем представляется сейчас почти несомненным, что сплошное огненно-жидкое состояние внутренних слоев планеты, проявлением которого считали выливающиеся на земную поверхность вулканические породы, не суще­ствует. Необходимо допустить существование больших или малых участков магмы, т. е. переполненного газами вяз­кого жидкого горячего (600 - 1000°) силикатного расплава среди преобладающей твердой или полутвердой вязкой горячей оболочки. Ничто не указывает, чтобы очаги маг­мы проникали всю земную кору и чтобы температура всей коры была столь же высока, как температура этих горя­чих, богатых газами расплавов.

§ 80. Хотя структура глубинной части земной коры таит еще много загадок, все же успехи науки в этой области за последние годы привели к замечательным достижениям.

Земная кора, по-видимому, состоит из кислых и ос­новных пород, которые мы наблюдаем и на поверхности. Кислые породы, граниты и гранодиориты расположены под континентами, толщина их достигает порядка 15 км, иногда немного меньше. Основные породы господствуют на глубинах.

Под гидросферой они приближаются к земной повер­хности. Эти породы беднее свободной энергией, радиоак­тивными химическими элементами.

Нужно принять существование по меньшей мере трех оболочек ниже земной поверхности. Одна из них, верхняя оболочка, отвечает кислым породам (гранитная оболоч­ка). Она кончается на глубине 9 - 15 км ниже поверхности и относительно богата радиоактивными элементами.

Около 34 км ниже поверхности в свойствах материи обнаруживается новое большое изменение (X. Жеффрейс, С. Мохоровичич), которое показывает, вероятно, нижнюю границу существования кристаллического состояния ве­щества. Это вместе с тем верхняя граница стекловатой оболочки Р. Дели (1923). Глубже лежат основные породы, частично кислые породы в состоянии, аналогичном стек­лу, в котором они нам незнакомы.

Второе сильное изменение замечается на глубине в сред­нем около 60 км от земной поверхности; оно, вероятно, явля­ется результатом появления тяжелых пород, влияние которых сказывается на сейсмических явлениях; это, может быть, эклогиты[15], плотность которых не меньше 3,3 - 3,4.

Здесь мы входим в область симы; удельный вес пород все увеличивается, и достигает на ее границе 4,3 - 4,4 (Л. Адамс и Е. Вильямсон, 1925). Эти краткие замечания дают лишь очень общее впечатление о сложности явления.

§ 81. Выяснение существования земных оболочек шло эмпирическим путем в течение долгого времени. Некото­рые из них, например атмосфера, установлены столетия назад, и их существование вошло в обиход текущей жизни.

Но лишь в конце XIX - начале XX столетия были улов­лены основания их выделения, и до сих пор понимание их значения в строении земной коры не вошло в общее науч­ное сознание.

Их выделение тесно связано с химией земной коры, и их существование является следствием того, что все хими­ческие процессы земной коры подчиняются одним и тем же механическим законам равновесия.

Благодаря этому в чрезвычайной сложности химичес­кой структуры земной коры все же всюду проявляются и бросаются в глаза общие черты, позволяющие различать в сложных природных явлениях — эмпирическим путем — основные их состояния и классифицировать те сложные системы динамических равновесий, которым в таком уп­рощенном представлении отвечают земные оболочки.

Законы равновесий в общей математической форме были выявлены Ж. Гиббсом (1884 -1887), который свел их к соотношениям, могущим существовать между характе­ризующими химические или физические процессы неза­висимыми переменными, каковыми являются температу­ра, давление, физическое состояние и химический состав принимающих участие в процессах тел.

Все установленные чисто эмпирическим путем зем­ные оболочки (геосферы) могут быть характеризованы не­которыми переменными, которые входят в равновесия, изу­чавшиеся Гиббсом.

Таким образом, можно различить термодинамические оболочки, определяемые величинами температуры и дав­ления, фазовые оболочки, характеризуемые физическим состоянием (твердым, жидким и т. д. ) входящих в их со­став тел, и, наконец, химические оболочки, отличающиеся своим химическим составом.

В стороне осталась только оболочка, выделенная Э. Зюссом, — биосфера. Несомненно, все ее реакции подчиняются законам равновесий, но они заключают новый признак, новое независимое переменное, не принятый во внимание Ж. Гиббсом.

§ 82. Обычно принимаемые во внимание независимые переменные неоднородных равновесий, изучаемых в наших химических лабораториях, - температура, давление, состо­яние и состав вещества — не охватывают всех их форм. Гиббс математически изучал уже электродинамические равнове­сия. Огромное значение имеют в природных земных рав­новесиях разнообразные поверхностные силы. Большое внимание обратили на себя в химии явления фотосинтеза, где независимой переменной является лучистая световая энергия. В явлениях кристаллизации мы учитываем векто­риальные кристаллические энергии: внутреннюю, напри­мер в двойниках, и поверхностную — во всех кристаллах.

Вводя в физико-химические процессы земной коры световую солнечную энергию, живые организмы, однако, по существу и резко отличаются от остальных независи­мых переменных биосферы. Подобно им, живые организ­мы меняют ход ее равновесий, но в отличие от них представляют особые автономные образования, как бы особые вторичные системы динамических равновесий, в первич­ном термодинамическом поле биосферы.

Автономность живых организмов является выражени­ем того факта, что термодинамическое поле, им свойствен­ное, обладает совершенно иными параметрами, чем те, ко­торые наблюдаются в биосфере. В связи с этим организ­мы — многие очень резко — удерживают свою температуру в среде другой температуры, имеют свое внутреннее давле­ние. Они обособлены в биосфере, и ее термодинамическое поле имеет для них значение только в том смысле, что оп­ределяет область существования этих автономных систем, но не внутреннее их поле. С химической точки зрения их автономность резко сказывается в том, что химические со­единения, в них образующиеся, обычно не могут получить­ся вне их в обычных условиях косной среды биосферы. Попадая в условия этой среды, они неизбежно оказывают­ся неустойчивыми, в ней разлагаются, переходят в новые тела и этим путем являются в ней нарушителями ее равно­весия, источником свободной в ней энергии.

Они получаются в живом веществе нередко в условиях, резко отличных от тех, которые мы наблюдаем в биосфере. В последней, например, никогда не может идти и никогда не наблюдается разложение молекул углекислоты и воды — один из основных биохимических процессов. На нашей планете он может идти только в глубоких областях магмосферы, вне биосферы. В наших лабораториях мы его мо­жем производить только при высоких, не существующих в биосфере температурах. Ясно, что термодинамическое поле живого вещества резко отлично от термодинамического поля биосферы, как бы мы это отличие ни объясняли. Эмпири­чески живые организмы могут быть описываемы как осо­бые, чуждые биосфере, в ней отграниченные термодинами­ческие поля ничтожных по сравнению с ней размеров, не­сущие энергию солнечного луча и им в ней создаваемые. Их размеры колеблются в пределах от n • 10^-15 до п •10^-12 см³.

Как бы мы ни объясняли их существование и их обра­зование в биосфере, несомненным фактом является изме­нение всех химических равновесии в биосфере в их при­сутствии, причем общие законы равновесий не наруша­ются, и живые существа, взятые в совокупности, т. е. живое вещество, им отвечающее, могут быть рассматриваемы как особая форма независимых переменных энергетического поля планеты.

§ 83. Это влияние живых существ теснейшим образом связано с их питанием, дыханием, с их разрушением и умиранием, т. е. с теми процессами жизни, при которых химические элементы в них входят и из них выходят.

Эмпирически несомненно, что химические элементы, вступая в живой организм, попадают в такую среду, ана­логичной которой они не находят нигде в другом месте на нашей планете.

Мы выражаем это явление, говоря, что, вступая в орга­низмы, химические элементы попадают в новую форму нахождения.

Вся их история в этой форме нахождения чрезвычай­но резко отличается от их истории в других частях нашей планеты. Ясно, что это отличие связано с глубоким изме­нением атомных систем в живом веществе. Есть веские основания думать, что в нем химические элементы не дают смесей изотопов. Это должен решить опыт.

Одно время — многие и до сих пор — приводили в связь особенность истории химических элементов в жи­вом веществе с огромным преобладанием в нем дисперс­ного состояния соединений элементов, их коллоидальных систем, но такие же коллоидальные системы наблюдают­ся и в других случаях в биосфере и явно не связаны с живыми организмами. По нашим современным представ­лениям, дисперсные системы (коллоиды) всегда связаны с молекулами, но не с атомами. Одного этого факта уже до­статочно, чтобы искать объяснения различных форм на­хождения химических элементов не в коллоидальном со­стоянии, так как формы нахождения как раз характеризу­ются состоянием атомов.

§ 84. Понятие формы нахождения химических элемен­тов было введено мною (1921) как эмпирическое обобще­ние. Под этим понятием я подразумеваю такие особые участки термодинамических полей нахождения атомов, в которых наблюдаются резко различные их проявления, сводимые, по нашим современным представлениям, к раз­личным особым комплексам атомов, иным для каждой из форм их нахождения.

Очевидно, что форм нахождения химических элемен­тов может быть очень много и что далеко не все из них могут наблюдаться в термодинамических полях нашей планеты.

Так, несомненно, атомы звездных систем должны на­блюдаться в особых состояниях, невозможных на Земле, и мы видим, что им придают такие особые состояния, напри­мер, для объяснения их спектров (ионизированные атомы, по М. Сага) или для полученных наблюдением огромных масс некоторых звезд. Для объяснения этих последних необходимо допустить сосредоточение в их кубическом сантиметре ты­сяч и даже десятков тысяч граммов вещества (А. Эддингтон)[16]. Эти звездные состояния атомов, очевидно, представляют формы их нахождения, отсутствующие в земной коре. Дру­гие у нас отсутствующие формы их нахождения могут и дол­жны наблюдаться на Солнце, в солнечной короне (газ из электронов), в туманностях, кометах, в земном ядре...

§ 85. Мы выделяем живые вещества как особые фор­мы нахождений атомов чисто эмпирически, не имея пока возможности точно представить себе, какие изменения испытывают вступающие в них атомы.

Однако полное соответствие этой формы нахождения атомов в земной коре с другими, несомненно, особыми формами нахождения заставляет думать, что дальнейшие исследования выявят те изменения, какие воспринимают атомные системы, входя в живое вещество.

Различные формы нахождения атомов в земной коре вы­деляются эмпирически. Они отличаются одновременно: 1) ха­рактерным для каждой формы особым термодинамическим полем; 2) особым атомным проявлением; 3) резко отличной геохимической историей элемента и 4) определенным, часто свойственным только данной форме отношением атомов раз­ных элементов друг к другу (их парагенезисом).

§ 86. В земной коре можно отличить четыре разные фор­мы нахождения химических элементов, через которые они проходят в течение хода времени и которые определяют их историю.

Эти четыре формы суть следующие: 1) горные породы и минералы, где преобладают стойкие и неподвижные моле­кулы и кристаллы комбинаций элементов; 2) магмы — вяз­кие смеси газов и жидкостей, находящиеся в состоянии подвижной смеси диссоциационных атомных систем, в которой отсутствуют и кристаллы, и молекулы нашей химии[17]; 3) рассеяния элементов, когда отдельные элементы нахо­дятся в свободном состоянии, отделенными друг от друга. Очень возможно, что элементы при этом являются в не­которых случаях ионизированными или потерявшими часть своих электронов[18]; это особое состояние атомов, отвеча­ющее лучистой материи М. Фарадея и У. Крукса; и, нако­нец, 4) живое вещество, состояние атомов в котором неяс­но; мы обычно представляем себе эти атомы в состоянии молекул, диссоциационных систем ионов, рассеянных на­хождений. Такие представления кажутся мне явно эмпи­рически недостаточными. Очень вероятно, что в живом организме, помимо изотопов (§ 83), играет известную, не принимаемую нами во внимание роль симметрия атомов (симметрия атомных полей).

§ 87. Формы нахождения атомов (элементов) играют в неоднородных равновесиях ту же самую роль, как и другие независимые переменные — температура, давление, хими­ческий состав, физические состояния вещества (фазы). По­добно им, формы нахождения атомов характеризуют меня­ющиеся с глубиной концентрические оболочки земной коры.

К указанным (§81) термодинамическим фазовым и хи­мическим оболочкам мы должны прибавить благодаря это­му особые оболочки по форме нахождения химических эле­ментов. Можно назвать их парагенетическими оболочками, так как в широких чертах они главным образом определя­ют парагенезис элементов, т. е. законы их совместного на­хождения. Биосфера и является одной из таких парагенетических оболочек, наиболее нам доступной и известной.

§ 88. Представление о строении земной коры из опре­деленных термодинамических, химических, фазовых и парагенетических оболочек является одним из типичных эм­пирических обобщений. Оно сейчас не имеет объяснения, т. е. не связано ни с одной теорией образования Земли и ни с какими моделями наших представлений о мире.

Из всего ранее сказанного несомненным, однако, пред­ставляется, что такое строение является результатом взаи­модействия космических сил, с одной стороны, вещества и энергии нашей планеты — с другой, причем и характер вещества — количественные соотношения элементов например, — не случайное явление и не связано только с геологическими причинами.

Это эмпирическое обобщение, схематически представ­ленное в таблице 1, мы положим в основу всего дальней­шего рассмотрения.

Эта таблица, как всякое эмпирическое обобщение, дол­жна была бы рассматриваться как первое приближение к изложению реальности, подлежащее дальнейшим измене­ниям и дополнениям. Ее значение тем больше, чем боль­ше тот фактический эмпирический материал, на котором она строится.

В этом отношении значение ее очень неравномерно.

Для значительной части первой, верхней, термодина­мической оболочки (и соответствующих ей, связанных с другими независимыми переменными оболочек), а также для пятой термодинамической и ниже наши знания осно­ваны на очень малом числе фактов и связаны с нарушаю­щими эмпирическое обобщение конъюнктурами и экст­раполяциями.

Поэтому в данной области явлений наши знания очень ненадежны и быстро меняются с ходом научного разви­тия. Мы можем здесь ждать, в связи с ростом физических наук в ближайшие годы, больших новых достижений и изменений господствующих воззрений.

Точная граница между оболочками не может быть в большинстве случаев указана. Все указывает, что поверх­ности, разделяющие оболочки, меняются с ходом време­ни; иногда эти изменения идут быстро.

Форма их очень сложная и неустойчивая[19].

Таблица I

ЗЕМНЫЕ ОБОЛОЧКИ

Для тех вопросов, какие затрагиваются в этих очерках, такой характер наших знаний в этих частях схемы не имеет большого значения, так как биосфера всецело лежит вне этих оболочек земной коры, в той части таблицы, которая основана на огромном эмпирическом материале и свобод­на от гипотез, угадок, конъюнктур и экстраполяций.

§89. Из всех факторов, определяющих химические равновесия, температура и давление и отвечающие им термодинамические оболочки имеют особое значение. Ибо они всегда существуют для всех форм нахождения веще­ства, для всех его состояний и химических комбинаций. Наше построение космоса — его модель — всегда термо­динамическое. Поэтому в истории земной коры важно различать происхождение вещества и связанные с ним явления, исходящие из разных термодинамических обо­лочек.

Во всем дальнейшем изложении я буду называть вадозными явлениями тела, связанные со второй термодина­мической оболочкой (поверхностной), фреатическими — связанные с третьей и четвертой (метаморфическими) и ювенильными — связанные с пятой.

Вещество из первой и шестой термодинамических обо­лочек не попадает в биосферу или не замечено в ней.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: