Discovery - Читать Статьи

Воздушный океан

Рассказать друзьям

Книга Бытия рассказывает, как Господь сотворил небо и землю, отделил свет от тьмы, населил планету рыбами, птицами и людьми. Лишь об одном Библия не упоминает - как появился воздух. Зато ответ на этот вопрос есть у науки.

Дмитрий Кузнецов

Перенесемся на миллиарды лет назад, когда Земля еще только формировалась из частиц гигантского облака космической пыли. Раскаленный шар новорожденной планеты, словно младенец пеленками, оказался укутан газовой оболочкой - атмосферой. Образно говоря, Земля родилась в «рубашке», которая простирается в космос на 100 километров от уровня моря, до так называемой линии Кáрмана, условно разграничивающей атмосферу Земли и космос. Впрочем, многие ученые передвигают этот невидимый рубеж значительно дальше, до высоты 2000-3000 километров, - поскольку никакой осязаемой границы не существует, принято считать атмосферой ту часть газовой среды вокруг планеты, которая вращается вместе с ней. За миллиарды лет состав и свойства атмосферы неоднократно менялись, и лишь сравнительно недавно («всего» каких-то 50 миллионов лет назад) она относительно стабилизировалась.

СОТВОРЕНИЕ ВОЗДУХА
Атмосфера защищает все живое от солнечного ультрафиолетового излучения, принимает на себя удары метеоритов, регулирует температурные колебания. Не будь атмосферы - этого своеобразного буфера между космосом и поверхностью планеты, - Землю бросало бы то в жар, то в холод: температура в течение суток колебалась бы в пределах нескольких сотен градусов по Цельсию. И конечно, атмосфера - это воздух, стихия, необходимая нам для дыхания.
Ученые сломали немало копий в дискуссиях о происхождении и эволюции атмосферы. Большинство полагает, что изначально земная «рубашка» состояла из легких газов - водорода и гелия, захваченных из межпланетного пространства. Эта так называемая первичная атмосфера окружала Землю около миллиарда лет. Но молодая планета вела себя капризно и непредсказуемо: всюду извергались вулканы, заполняя воздух тучами пепла и газами, вырывавшимися из недр, - аммиаком, метаном, оксидом и диоксидом углерода. Вода, обрушиваясь на раскаленную земную поверхность шквальными ливнями, испарялась. Под воздействием ультрафиолета водяные пары разлагались на водород и кислород. Впрочем, кислорода пока еще было слишком мало. Всю эту пеструю смесь газов, образовавшуюся примерно 3 миллиарда лет назад, ученые назвали вторичной атмосферой.
Неторопливая эволюция воздушной среды продолжалась еще сотни миллионов лет. Накопившийся в атмосфере аммиак разлагался на азот и водород. Водород, как легкий газ, поднимался вверх и улетучивался в космос. Более тяжелый азот «эмигрировать» с нашей планеты не мог. Он постепенно концентрировался в атмосфере, становясь основным ее компонентом. Тем временем в доисторическом океане под действием солнечного ультрафиолета и электрических разрядов происходили химические реакции, благодаря которым появились органические вещества и первые живые обитатели Земли - примитивные одноклеточные организмы. Эти существа были анаэробами: они обходились без кислорода и успешно размножались, питаясь океанической органикой. Но рядом с ними в воде таился грозный враг - газ, не только уничтоживший анаэробов, но и радикально изменивший состав земной атмосферы. А стало быть - всю историю жизни на планете.

РЕВОЛЮЦИЯ О2
Глобальные перемены, начавшиеся около 2,4 миллиарда лет назад, ученые называют «кислородной революцией» или «кислородной катастрофой». Второе определение звучит для нас несколько странно, но не будем забывать, что в те далекие времена кислород, появившийся в атмосфере, оказался не источником жизни, а смертельным ядом для большинства живых существ, населявших Землю.
Движущей силой «революции О2» стали маленькие невзрачные водоросли, содержащие хлорофилл. С их появлением на планете заработал процесс фотосинтеза, сопровождающийся выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Сотни миллионов лет кислород накапливался в океане. Примерно 1,85 миллиарда лет назад, покинув водную стихию, он стал подниматься вверх, постепенно насыщая атмосферу. Начал формироваться озоновый слой, значительно расширивший границы биосферы Земли.

Концентрация кислорода в воздухе и воде достигла нынешнего уровня примерно 540 миллионов лет назад.

Для анаэробов «революция О2» стала настоящей катастрофой. Большая часть организмов не смогла приспособиться к изменившимся условиям и погибла, а те, кому удалось адаптироваться, превратились в аэробов - существ, для которых кислород жизненно необходим. Его появление в атмосфере дало мощный толчок развитию жизни на планете, эволюция пошла вперед семимильными шагами. Именно «кислородной революции» мы обязаны нынешним многообразием видов - ведь к аэробам относится подавляющее большинство животных, все растения и значительная часть микроорганизмов. Не говоря уже о нас, людях. Если революции, организованные людьми, меняют жизнь стран и континентов, то кислородная революция гораздо масштабнее. Можно сказать, что это самое значительное событие в истории нашей планеты, куда более важное, чем ледниковый период или конец эры динозавров.

ФОРМУЛА ВОЗДУХА
Сегодня каждому школьнику известно, что воздух состоит из смеси газов - азота, кислорода, углекислого газа, водорода, аргона, метана, гелия и других. Впрочем, мир узнал об этом сравнительно недавно. Воздух окружал человека всегда, и нельзя сказать, что люди его не замечали, - наоборот, его считали наглядным (если, конечно, так можно сказать о практически невидимой стихии) воплощением духа, страной, населенной светлыми божествами, - однако реальная природа воздуха долго оставалась загадкой. В Новое время, когда молодая европейская наука с поистине юношеским задором взялась за исследование всего окружающего мира, были сделаны и первые шаги в научном осмыслении воздушной среды - в первую очередь ее физических свойств. Итальянец Галилео Галилей в 1632 году вычислил плотность воздуха, а его соотечественник Эванджелиста Торричелли в 1644 году изобрел ртутный барометр для измерения атмосферного давления. При этом до XVIII столетия воздух считался единым веществом, самостоятельным однородным газом. Конец этому заблуждению положил шотландский химик и физик Джозеф Блэк, в 1754 году открывший углекислый газ, благодаря чему и стало ясно, что воздух неоднороден. В 1775 году французский ученый Антуан Лавуазье представил парижской Академии наук работу, в которой сделал первую в истории попытку разложить воздух на составляющие. Он доказал, что мы дышим смесью «чистого» воздуха, который способен усиливать горение и окислять металл, и воздуха «мефитического» (удушливого). Речь шла о кислороде и водороде в смеси с азотом. Спустя некоторое время в атмосфере был найден аргон, и вскоре ученые окончательно определили ее состав.

Ключевых слов нет...

Рассказать друзьям