Наука плоского мира IV: Судный день

Если теория, что нефть – это останки растений каменноугольного периода, верна, получается, что и наши автомашины сжигают все тот же углерод, бывший когда-то частью растения. Даже если окажется справедлива набирающая популярность альтернативная теория и нефть – это продукт жизнедеятельности бактерий, проблема все равно никуда не исчезнет. Конечно, сжигание тропических лесов приводит к одноразовому выбросу углекислоты в атмосферу, но это не уменьшает способность Земли производить новый кислород. Если вы хотите уменьшить количество углекислого газа в атмосфере планеты раз и навсегда, а не просто на короткий период, то вам надо собрать у себя дома огромную библиотеку, «заперев» углекислоту в бумаге, или заасфальтировать как можно больше дорог. Не слишком похоже на природоохранную деятельность, да? И тем не менее это так. Можете потом ездить исключительно на велосипеде, если вам так будет спокойнее.

Другим важным компонентом атмосферы является азот. «Подбить бюджет» этого газа намного проще. Живые организмы, в особенности растения, нуждаются в азоте для роста, о чем прекрасно осведомлены все садоводы. Однако они не способны поглощать его непосредственно из воздуха. Для этого он должен быть связан, то есть входить в состав химических соединений, потребляемых организмом. Некоторое количество азота находится в азотной кислоте, выпадающей вместе с дождями во время гроз, но большая его часть фиксируется биотическим путем. Множество простейших форм жизни «фиксируют» азот в качестве компонента для построения своих аминокислот. Последние могут быть использованы для синтеза белков других живых существ.

Земные океаны содержат много воды: около трети миллиарда кубических миль (1,3 миллиарда км^3). Мы не знаем, сколько воды было на ранних стадиях развития планеты и как она распределялась по поверхности, но наличие окаменелостей возрастом около 3,3 миллиарда лет показывает, что вода уже была и, вполне вероятно, в немалых количествах. Как мы уже объясняли, Земля вместе с Солнцем и всей планетной системой сформировалась из обширного газопылевого облака, состоящего в основном из водорода. Водород легко вступает в реакцию с кислородом, образуя воду, но он также может объединяться с углеродом, образовывая метан, и с азотом, образовывая аммиак.

В атмосфере первобытной Земли имелось большое количество водорода и значительное количество водяного пара, но в начале своего существования планета была слишком горяча для жидкой воды. По мере того как Земля остывала, температура ее поверхности опустилась ниже точки кипения воды. Возможно, температура кипения тогда несколько отличалась от нынешней (поскольку она вообще непостоянна, так как зависит от давления и многих других обстоятельств). При этом атмосфера не только остыла, но из-за вулканической деятельности, в результате которой в нее попали подземные газы, она изменила свой химический состав.

Решающим фактором стало воздействие солнечного света, расщепляющего атмосферный водяной пар на кислород и водород. Поскольку магнитное поле Земли было слабым, водород улетучился из атмосферы, соответственно доля кислорода росла, в то время как количество водяного пара уменьшалось. Это привело к росту температуры, при которой происходила конденсация водяного пара. То есть, пока атмосфера медленно остывала, температура конденсации пара соответственно увеличивалась. Наконец атмосфера охладилась ниже точки кипения воды, и водяной пар начал превращаться в жидкую воду. И тогда впервые пошел дождь.

Хотя мы полагаем, он полил как из ведра.

Едва коснувшись раскаленных камней, вода снова стала паром, но при этом она остудила поверхность. Кстати, тепло и температура – это не одно и то же. Тепло является эквивалентом энергии: когда что-то нагревается, оно получает дополнительную энергию. Температура – способ проявления внутренней энергии, то есть движения молекул, и чем быстрее они движутся, тем выше температура. Обычно при нагревании какой-либо субстанции температура поднимается: дополнительное тепло выражается в усилении колебания молекул. Тем не менее при переходе от твердого состояния к жидкому или от жидкого к паро– или газообразному дополнительное тепло идет на изменение состояния нагреваемой субстанции, а не на увеличение температуры. То есть, затратив кучу энергии на нагрев, вы вместо более горячей материи получите изменение ее состояния, так называемый фазовый переход. И наоборот, если в результате фазового перехода материя охлаждается, то тепло из нее высвобождается. Таким образом, в результате охлаждения водяного пара в верхние слои атмосферы вернулось большое количество тепла, которое в дальнейшем могло уйти в космос в виде излучения и пропасть. Горячая поверхность камней не только заново превратила воду в пар, но и сама внезапно остыла. За весьма непродолжительное по геологическим меркам время горные породы охладились ниже точки кипения воды, и теперь дождь, или по крайней мере добрая его часть, больше не превращался в пар. Такой дождь мог идти многие миллионы лет. Поэтому ничего удивительного, что Ринсвинд его заметил.

Благодаря силе тяжести вода падает вниз, так что весь выпавший дождь накапливался в низинах неровной поверхности Земли. Поскольку в атмосфере содержалось большое количество углекислого газа, первобытные океаны были насыщены растворенной углекислотой, и вода в них была немного кисловатой. Возможно, в ней также содержались соляная и серная кислота. Они разъедали горные породы, в результате чего в океан попали минералы. Так морская вода стала соленой.

Вначале доля кислорода в атмосфере росла медленно, так как влияние солнечного света было невелико. Но потом в дело вступила жизнь, выдавая на-гора кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза. Он начал вступать в реакцию с водородом, оставшимся в атмосфере как в виде свободного элемента, так и в виде метана, образовывая воду, и ее количество возрастало. Она, в свою очередь, выпадала в виде дождей. Уровень океана рос, росло количество бактерий, а вместе с ними и объем кислорода. Так продолжалось до тех пор, пока не закончился весь доступный водород.

Раньше считалось, что океаны растворяли прибрежные породы, накапливая минеральные соли и становясь все более солеными, пока концентрация солей не достигла современного значения в 3,5 %. Доказательством этому служит тот факт, что процент содержания соли в крови рыб и млекопитающих составляет величину, близкую к 1 %. По сути, считалось, что кровь рыб и млекопитающих – это не что иное, как «внутренний» океан. И сейчас еще можно услышать выражение, что в нашей крови течет древний океан. Скорее всего, это неправда, однако спор до сих пор не разрешен. Да, наша кровь солона, как и морская вода, но биологии известно немало способов откорректировать содержание солей. Этот самый 1 % может быть всего лишь уровнем соли, наиболее подходящим для того или иного организма. Соль, или, точнее, ионы натрия и хлора, на которые она распадается, выполняют кучу биологических функций: например, наша нервная система не может без них функционировать. Таким образом, вопреки правдоподобной версии, что эволюция воспользовалась наличием солей в море, совершенно не обязательно, что уровень соли в крови должен сохраняться неизменным. С другой стороны, есть веские основания предполагать, что первые живые клетки представляли собой крошечные организмы, привольно плававшие в океане. На первых порах они не были достаточно развитыми, чтобы компенсировать разницу между внутренним и внешним содержанием солей, поэтому остановились примерно на том же самом уровне, что и морская вода. Но единожды сделав это, сохранили его.

Можно ли понять что-нибудь еще, если взглянуть на океаны вооруженным взглядом? Оказывается, океаны могут как терять соль, так и накапливать ее. Моря могут пересыхать, вспомните, к примеру, Мертвое море в Израиле, или соляные месторождения, являющиеся остатками древних пересохших морей. Живые существа, бактерии, могут не только превращать углекислый газ в кислород и сахар, но и извлекать из морской воды растворенные в ней минералы. В состав раковин, накапливающихся на океанском дне после безвременной кончины своих хозяев, входят кальций, углерод и кислород. Просто всему свое время. Считается, что химический состав океанов, в том числе содержание соли, сформировался примерно от 2 до 1,5 миллиарда лет назад. Доказательством этому служит химический состав осадочных пород, представляющих собой отложения тех самых раковин и других твердых останков организмов, который, как выяснилось, не слишком-то изменился за все это время. (Хотя в 1998 году Пол Кнаут представил доказательства того, что первый океан мог быть куда солонее, чем сейчас: где-то в 1,5–2 раза. Его расчеты показывают, что соль не могла начать откладываться раньше 2,5 миллиарда лет назад.) Простые вычисления, основанные на количестве химических веществ, растворенных в речной воде, и скорости течения, показывают, что существующий объем океанской соли мог быть получен из растворенных материковых пород всего за период в 12 миллионов лет, – буквально глазом не успеешь моргнуть с точки зрения геологии. Если бы соль продолжала накапливаться с той же скоростью, сейчас океаны сплошь состояли бы из соли, а не из воды. Таким образом, океаны – это не просто бассейны, куда стекаются растворенные минералы, не улица с односторонним движением, откуда несчастным минералам уже нет возврата. Они своего рода горно-обогатительный комбинат. Сходство между древними и современными осадочными породами доказывает, что входящий и исходящий потоки в значительной степени уравновешивают друг друга.

И все же, сохранилась ли в нашей крови капля древнего океана? В каком-то смысле – да. Соотношение магния, кальция, калия и натрия в точности такое же, как в древних морях, из которых, вполне возможно, и возникла наша кровь. Однако живым клеткам, похоже, больше пришлась по душе концентрация соли в 1 %, а не в 3.

Глава 19 И был прилив…

– А ВЕДЬ ОН НЕ ВРЕТ НАСЧЕТ ДОЖДЯ, – сказал Главный Философ, глядя в вездескоп. – Там снова облака собираются. А вулканов-то, вулканов!

– Сейчас я его чуток передвину… Упс! Теперь Ринсвинд говорит, что сейчас ему темно, холодно и голова заболела…

– Прямо скажем, так себе описание, – сказал Декан.

– Он утверждает, что голова просто раскалывается.

ГЕКС выдал очередной листок.

– Ой! Он у нас под воду попал, – сообщил Думминг. – Прошу прощения, боюсь, я немного промахнулся с позиционированием. Никак не удается вычислить, какого же размера он там должен быть. А если так?

Из слуховой трубки донеслось бульканье.