Огонь и жизнь

Гидросфера Земли, подавляющую часть которой составляет Мировой океан, прошла большой и сложный путь эволюции. С ней связано зарождение жизни на нашей планете. Вспомним аналогию между соленой океанской водой и кровью. Кровь является производной Мирового океана, рожденного в огне и пламени вулканов. Иными словами, в природе прослеживается цепочка: летучие вулканические образования, океанская вода, кровь. Здесь уместно привести интересный пример. Вулканы выбрасывают из недр много меди. Она необходима для обеспечения жизненных процессов. В живом организме переносчик кислорода гемоглобин образуется при обязательном ее участии. Медь присутствует практически во всех органах животных, выполняя важнейшие жизненные функции. Существуют даже ее белковые соединения. Короче говоря, вулканизм является поставщиком необходимого для жизни элемента, и не только одного его. Вулканизм - это источник практически всех нужных для жизни химических элементов, которые часто находятся уже в форме, готовой к усвоению не только низшими, но и высшими организмами. Все это заставило посмотреть на вулканизм с позиций биологии.

Сравнительно недавно был открыт феномен возникновения органических соединений в процессе извержения вулканов. Среди этих соединений оказались аминокислоты и азотсодержащие нуклеотиды, представляющие собой составные части живого вещества. Это открытие натолкнуло ученых на мысль о том, что процесс вулканического извержения есть первый шаг от неживой материн к живой.

Советские ученые интенсивно исследуют роль вулканизма в возникновении жизни на Земле. Они достигли в этом направлении больших успехов. Вулканические извержения рассматриваются ими сейчас как мощные природные химические реакторы, формирующие сложнейшие органические соединения, с которых началась на нашей планете молекулярная эволюция преобразования неживой материи в живую, приведшая со временем к возникновению жизни.

Этому предшествовали опыты по синтезу биологических соединений. В специальный прибор налили воду, заполнили его водородом, метаном и аммиаком. На электродах, вмонтированных в камеру прибора, создали искровой разряд электрического тока очень высокого напряжения. В приборе была система подогрева, охлаждения, изменения давления и ловушка продуктов опытов. В результате удалось в какой-то мере воссоздать условия, похожие на условия вулканического извержения.

Посредством этого прибора были синтезированы аминокислоты и другие соединения, причем разные варианты опытов давали свои продукты синтеза, что зависело от состава исходных веществ, температуры, давления и т. д.

В другом случае пропустили через стеклянную трубку с кварцевым песком, селикагелем, вулканической лавой или глиной смесь газа из метана, аммиака и воды. При этом трубку нагрели до температуры девятьсот - тысяча градусов Цельсия. В результате этого опыта было синтезировано двенадцать аминокислот. Примечательно, что в трубках без наполнителя - песка, лавы, глины, селикагеля - удалось синтезировать под воздействием температуры только несколько простых органических соединений. Этим было выявлено каталитическое влияние материалов, которые по своему составу близки к продуктам извержения, на процесс синтеза органических соединений. В этих опытах применялись различные источники энергии, включая ультрафиолетовое и радиоактивное излучение.

Эти опыты дали возможность наблюдать образование органических соединений из неорганических веществ в процессах, подобных извержениям вулканов. Действительно, во время извержения вулкана присутствуют все компоненты опытов: газовая смесь, температура, давление, резкие перепады температуры и давления, минеральные катализаторы, электрические разряды. Однако процесс извержения несравнимо сложнее и грандиознее, поэтому опираться на результаты опытов без изучения природы самих извержений для каких-либо серьезных выводов нельзя. Натурным исследованиям в этом отношении принадлежит первая роль. Им и посвящено было в последнее время внимание ученых. Благо, вулканизм для этого представил широкие возможности, активизировав свою деятельность.

Посмотрим, что делается в вулканах. При извержениях обычно происходят выбросы пепла и газа, подобные уходящим в высь столбам, содержащие пары воды, водород, метан и другие углеводороды, окись и двуокись углерода, аммиак, азот. Количественные соотношения этих веществ определяются характером извержения. Образование пепло-газового столба происходит при взрыве, когда магма разрывается на мелкие частицы и из нее выделяется газ. В этот момент температура продуктов взрыва составляет примерно тысячу градусов. Вскоре она падает до нескольких десятков градусов за счет охлаждения окружающей воздушной средой. Электрический пробой пепло-газового столба повышает в нем температуру вновь, создавая тем самым резкие ее перепады, что, судя по опытам, крайне благоприятно для реакций синтеза органических соединений.

Электрические явления, происходящие во время извержения вулканов, изучены плохо. Но они имеют очень широкое распространение. Многие исследователи наблюдали частые искровые разряды, пронизывающие пеплогазовые столбы и газовые тучи над вулканами. Им приходилось видеть молнии до нескольких километров длиной. Откуда же при извержении возникает электричество? Пепловые частицы имеют разноименные заряды. Крупные частицы обычно заряжены положительно, а мелкие - отрицательно. Почему так происходит?

Недавно советским специалистом А. А. Комаровым была высказана оригинальная гипотеза, пытающаяся объяснить причины вращения Земли и ряда других не менее значительных феноменов, в том числе интересующих нас электрических явлений вулканизма. А. А. Комаров предположил, что вулканы представляют собой природные электрические печи, работающие на постоянном электрическом токе необычайно большой силы. По мнению автора гипотезы, предшествующие извержениям землетрясения вызываются подземными молниями с потенциалом в несколько миллионов вольт, возникающими в результате накопления зарядов на границах раздела пород. Кратеры вулканов благодаря электрическим зарядам оказываются под напряжением, порождая грозовые разряды. Выдвигая эти положения, автор гипотезы исходил из того, что электрический ток должен индуцироваться при вращении Земли практически во всех токопроводящих прослойках ее геосфер.

Гипотеза А. А. Комарова пока не получила признания, но она имеет под собой достаточно аргументированную физическую основу, которая выдвигает ее в число предположений, заслуживающих самого пристального внимания и дальнейшего развития. Во всяком случае исключить ее при рассмотрении ряда планетарных процессов, в том числе вулканизма, нельзя, поскольку она многое ставит на свои места. Надо надеяться, эта гипотеза скоро перерастет в теорию.

Выбрасываемые из жерла вулканов электрически заряженные пепловые частицы служат, как это было замечено в опытах с трубками, катализаторами. На их поверхности, суммарно исчисляемой миллионами квадратных километров, происходит концентрация водяных паров, способствующих синтезу органических соединений.

Важную роль в процессе образования вулканогенного органического вещества играют перепады давления в пепло-газовых столбах. В их основании, в кратере вулканов, давление пепло-газовой смеси достигает сотен атмосфер. В вершинах столбов оно практически равно давлению окружающей воздушной среды. Благодаря таким перепадам давления раскаленный пепел выбрасывается с огромной скоростью из кратера в небо, где он быстро охлаждается. Этим обеспечивается сохранность сложных органических соединений, синтезированных вулканами.

Ученые подсчитали: за геологическую историю Земли вулканы синтезировали такое количество органического вещества, которое можно выразить лишь цифрой с пятнадцатью нулями.

Итак, мы можем сделать вывод, что вулканизм не только сыграл решающую роль в образовании земной коры и Мирового океана, но и привел к формированию и накоплению органических соединений, послуживших началом молекулярной эволюции преобразования неживой материи в живую, приведшей к появлению и развитию на Земле многообразных форм жизни.