Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого

Вопрос о роли жизни в формировании аллитов и солей остается более дискуссионным.

Аллитами, или глиноземистыми породами, называют горные породы, богатые свободным окислом алюминия (глиноземом). К их числу относится алюминиевое сырье — бокситы, горная порода, состоящая в основном из минералов гидроокиси алюминия. Как и фосфориты, бокситы очень разнообразны по своему внешнему виду. Известны бокситы черного, белого, желтого, красного и вишневого цветов, пористые и плотные, глинистые и песчаные. На первом курсе вуза на практических занятиях по общей геологии студентам в составе учебной коллекции иногда подсовывают битый кирпич — и неофиты от геологии дружно определяют его как боксит. Когда-то такой грех случился и со мной…

Название «бокситы» связано отнюдь не с популярным видом спорта, а с местечком Бо на юге Франции, где бокситы впервые были найдены в 1821 г. Согласно господствующей точке зрения бокситы представляют собой ископаемую кору выветривания пород алюмосиликатного состава или продукты ее переотложения. Первые сведения о том, что расщепление алюмосиликатов может осуществляться биогенно за счет деятельности диатомовых водорослей, были получены экспериментально английскими учеными Дж. Мерреем и Р. Ирвином еще в конце прошлого века. Впоследствии В. И. Вернадский [76] и его ученики А. П. Виноградов и Е. А. Бойченко повторили эти эксперименты. Их результаты не оставляли места для сомнений: диатомовые водоросли действительно расщепляют алюмосиликаты и используют кремнезем для построения своих панцирей; глинозем же остается в водной среде в виде коллоидного раствора. Еще в самом начале нашего века В. И. Вернадский сделал вывод о большом, порообразующем значении этого процесса [77] .

76

См.: Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 118—120.

77

См.: Вернадский В. И. Минералогия (3 изд.). Вып. I. М, 1910, с. 315.

Бокситы, как известно, содержат значительное количество окиси железа. Поэтому в 1903 г. Т. Холландом было высказано предположение, что процесс формирования бокситов может быть связан с деятельностью железобактерий. Однако это было только предположением, не подтвержденным фактическим материалом — до тех пор, пока А. Г. Вологдин не обратил внимание на то, что остатки железобактерий, помимо железистых пород, имеют широкое распространение и в аллитах, где они составляют до 40—45% объема породы.

Прошло еще несколько десятилетий, и во Всесоюзном геологическом институте им. А. П. Карпинского стали проводиться эксперименты по биогенному разложению вулканических пород бактериями. На основании этих опытов Л. Е. Крамаренко и О. Ф. Сафонова сделали вывод: в присутствии микроорганизмов полное превращение габбро-лабрадорита в глинозем в аэробной среде происходит за один год, а в анаэробной — за 7 лет. В анаэробной среде отложения глинозема без участия микроорганизмов вообще не происходит. Итак, один из возможных путей образования бокситов — разложение абиогенного вещества непосредственно микроорганизмами.

Однако выветривание первичных пород живое вещество регулирует и опосредствованно — продуктами своего опада (необиогенным органическим веществом). Исследования почвоведов показали, что в современном выветривании в зоне муссонного климата органическое вещество гниющей подстилки тропического леса играет огромную роль. На этом основании известный советский геолог, вице-президент АН СССР, академик Александр Леонидович Яншин делает вывод, что «главная эпоха бокситообразования, эпоха разрушения горных пород, при котором кремнезем выносится, а глинозем остается в коре выветривания, образуя крупные месторождения алюминиевых руд — бокситов, могла наступить только после появления покрытосеменной растительности, примерно 100 млн. лет назад. С появлением покрытосеменных и образованием формации тропического леса почва в низких широтах стала получать кислоты, которых раньше в ней не было. Поэтому поиски бокситов в более древних корах выветривания, очевидно, будут малорезультативными».

Так учение в роли жизни в геологических процессах помогает геологам искать рудные залежи в отложениях определенного возраста.

Помимо деструктивной, при формировании бокситов проявляется и концентрационная функция живого вещества: известно, что некоторые растения накапливают алюминий (например, зола плаунов содержит его до 30%). Геологический аспект этой проблемы первым осознал академик Лев Семенович Берг (1876—1950), человек, чью специальность определить нелегко. Он был географом и ихтиологом, биологом-теоретиком и историком науки. Геологом Л. С. Берга обычно не считают, но среди его работ есть и такие: «О предполагаемой периодичности в образовании осадочных пород (1944), «Жизнь и почвообразование на докембрийских материках» (1944), «О происхождении уральских бокситов» (1945), «Почвы и водные осадочные породы» (1945), «О происхождении железных руд типа криворожских» (1947), «Солнечная активность в геологическом прошлом» (1947)… Этими работами Л. С. Берг вписал свое имя и в анналы геологической науки.

Лев Семенович предполагал, что бокситы могли образоваться путем минерализации и переотложения остатков высших растений, содержащих значительное количество глинозема. Отложение бокситов, по мнению Берга, происходило на суше, в болотах или в мелких заболоченных пресноводных водоемах. Эти соображения у геологов долго не находили понимания.

Неожиданная поддержка пришла со стороны микробиологов.

Алюминий, как известно, образует в теле растений комплексные алюмоорганические соединения. Т. В. Аристовская и Л. В. Зыкина экспериментально изучили разложение соединений такого рода под действием железобактерии Metallogenium и установили, что в этом случае происходит осаждение гидроокиси алюминия. «Рождающая металл» бактерия оказалась способной производить руды не только железа и марганца, но и алюминия. С полным основанием авторы заключили: «Мы полагаем, что обнаруженные нами явления могут послужить ключом к разгадке бокситообразования».

Для проверки этой гипотезы Т. В. Аристовская изучила образцы современных и древних бокситов. Из современных латеритных бокситов Гавайских островов была выделена культура Metallogenium, развивающаяся в симбиозе с пенициллиновым грибком. Изученные образцы древних бокситов жизнеспособных микробных клеток не содержали, однако в массовых количествах в них были обнаружены фоссилизированные клетки, морфологически сходные с бактериальными.

Эти факты могут служить серьезными аргументами возможности биогенного образования бокситов. Ярлык «хемогенная порода» с бокситов, видимо, придется снимать.

К чисто хемогенным образованиям обычно относят соли — осадочные породы, состоящие из легко растворимых в воде минералов. Бесспорно, что процесс выпаривания насыщенных растворов и кристаллизации солей — этот эффектный процесс, который мы помним со школьных лет, — происходит абиогенно. Однако откуда берутся соли в природном растворе?

В аридных районах, где происходит соленакопление, растения характеризуются высоким содержанием золы (до 40—55%) и необычным ее составом. Содержание натрия в золе иногда составляет 65%, хлора — до 48, SO₄^2- — до 36, магния — до 4,5%. Сбрасывая листву, растения засоляют почву. При разложении отмершей органики NaCl, Na₂SO₄, MgCl₂ выщелачиваются, мигрируют с водами поверхностного и подземного стока и собираются в бессточных впадинах или в Мировом океане. По подсчетам В. А. Ковды (1944), 16 млн. т солей (половина всего солевого привноса) в Аральское море поступает ежегодно из необиогенного вещества. Жизнь сбрасывает туда ненужный ей избыток солей — хлоридов и сульфатов. Эти соли выпадают абиогенно из пересыщенных растворов в соленых озерах или в отшнурованных от моря лагунах. Таким же путем образуются и отложения соды — с той лишь разницей, что натрий в этом случае в процессе миграции связывается с углекислотой воздуха. Что же касается калия, то он в процессе миграции быстро перехватывается живым веществом. Поэтому при наличии развитого растительного покрова крупные месторождения калийных солей таким путем формироваться не могут. Приуроченность крупнейшего в Союзе месторождения калийных солей — Непского — к кембрийским отложениям обусловлено, по мнению А. Л. Яншина, именно отсутствием в то время наземной растительности.

Мы рассмотрели последовательно восемь групп осадочных пород и везде находили в той или иной форме проявления деятельности живого вещества. Из всех существующих групп остались только две — обломочные и глинистые. Эти группы, как известно, образуются в результате выветривания и переотложения первичных вулканических, а также осадочных пород. Какую роль играет в этих процессах живое вещество, мы рассмотрели в предыдущей главе.

Могут ли обломочные и глинистые породы образоваться при отсутствии живого вещества? Вряд ли. Для глин это практически исключено: они слишком дисперсны, чтобы какой-либо другой механизм, помимо живого вещества, мог обеспечить столь мелкий размер слагающих их частиц («Мы не имеем на земле более могучего дробителя материи, чем живое вещество» — эти слова Вернадского хорошо известны). Они слишком дисперсны и для того, чтобы выпадать в осадок без участия живого вещества: накопление глинистых пород в биосфере происходит путем биоседиментации. При этом каждая глинистая частица неоднократно проходила через «кишечную тюрьму» многоклеточных животных. В поэтической форме эту особенность глинистых пород выразил еще Омар Хайям:

Я к гончару зашел: он за комком комок Клал глину влажную на круглый свой станок. Лепил он горлышки и ручки для сосудов Из царских черепов и из пастушьих ног.

Что касается обломочных пород, то возможно, что какая-то их часть и могла образоваться абиогенно — однако, видимо, лишь наиболее грубообломочные породы.

Итак, осадочная оболочка Земли сложена горными породами, в формировании которых в той или иной форме участвовало живое вещество. Часть горных пород сложена остатками когда-то живших на Земле организмов. Это карбонатные, кремнистые породы и каустобиолиты, а частично — и фосфатные породы. Продуктами метаболизма живых организмов образованы другие горные породы — железистые и марганцевые. Наконец, для третьих роль живого вещества осуществлялась главным образом в форме деструктивной функции на стадии гипергенеза. Таковы аллиты, соли, обломочные и глинистые породы.