Александр Гордон - Диалоги (июнь 2003 г.)

Вторая система жёстко завязанных циклов – это синтез биомассы, потому что для синтеза биомассы нужно соотношение органического углерода и азота – шесть к одному, а для фосфора и органического углерода это соотношение будет больше, чем 116 к одному. Естественно, у растений, имеющих скелет (деревья, например), это соотношение будет гораздо больше, там гораздо меньше фосфора надо. Значит, эта часть жёстко связана с совершенно жёсткими количественными отношениями.

Теперь фокус в том, каким образом может остаться в атмосфере кислород? Для того чтобы он остался, нам нужно убрать углерод. Имеются два, собственно говоря, процесса – автотрофная ассимиляция фотосинтезом (идёт естественная солнечная энергия) и есть второй процесс – разложение этого углерода.

Если дыханием полностью всё сжигается, значит, баланс нулевой, ничего не получите, как в пустыни.

А если создаются какие-то условия, препятствующие микробам разложить это синтезированное органическое вещество, то, естественно, углерод уходит в осадочные породы, там основной его резервуар. Он превращается в устойчивый углерод керогена, и, собственно говоря, на этом начинает крутиться вся биогеохимическая машина планеты.

Постепенно в течение истории Земли за счёт неполного разложения созданного органического углерода… Почему-то все забывают об одной вещи: смотрят на зелёное растение и говорят: «Ах, вот оно нам даёт кислород и убирает углекислоту». Работает, на самом деле, не одно растение, может работать только система из двух компонентов.

Вот для России мы считали такие величины по климату, и получается, что из-за того, что наша страна холодная, из-за того, что у нас много болот, то углерод проваливается в эти резервуары восстановленного углерода. А триста миллиардов тонн углерода (меньше, я округлил цифру) остаются, и это как раз даёт кислород в атмосферу. Не столько фотосинтез, которого в тропических лесах, конечно, больше, сколько невозможность разложить углерод в наших болотах, в нашем сезонном климате.

И такая же штука работала не на уровне одного года или сезона, она работала в течение миллиардов лет, причём, содержание этого керогена осталось примерно одинаково в осадочных породах.

Как это может получиться? Видимо, мы можем сказать, что хлорофильное покрытие Земли было более или менее постоянно, оно менялось в разы, но не на порядки. И с этих камушков, которые я вам показал, оно так вот и работало.

Значит, вся биогеохимическая машина планеты сформировалась с цианобактериального сообщества. Цианобактерии или сине-зелёные водоросли, как их иначе называют, составляют очень узкую по своим физиологическим способностям систему, они накапливают разнообразные органические вещества, и эти вещества начинают использоваться очень разными бактериями. То есть на каждую компоненту этого вещества нужно иметь свой «трофический маршрут», который начинается со сложного вещества, с целлюлозы, например, постепенно деградируются мелкие молекулы, доходит до ацетата уксусной кислоты, водорода и там начинает работать вторая часть цикла.

Итак, вот это нужно чётко запомнить, что система состоит из продуктивной и деструктивной части.

Чтобы кончить с этими цифрами, я должен упомянуть, что сейчас в море ещё работает серный цикл, где разложение идёт в условиях отсутствия кислорода за счёт восстановления сульфатов в сероводород – все морские системы так работают, как только уходят в анаэробные условия.

А в прошлом, примерно два миллиарда лет назад, в дополнении ещё работал железный цикл, тот самый, который создал Курскую магнитную аномалию, Костамукшу, где были накоплены чудовищные запасы кислорода, связанного железом. Считают, что в эти запасы и в сульфаты моря ушло примерно 40 процентов когда-либо образованного кислорода, если считать по углероду, остающемуся в осадочных породах.

Значит, получается такая штука, что вы не можете обходиться одним растением, одним животным, вы обязательно должны брать биосферно-геосферную систему, которая взаимодействует. И без системного подхода вы ничего не можете объяснить. И чем дальше, тем всё больше и больше приходится накручивать и расширять эту систему.

А большие системы изучать можно только одним путём: взять сначала очень большую систему, постепенно рассекать её на части, решать куски и помнить, что когда ты разрезал, выделил какую-то подсистему и начал изучать её, то тут рядом есть ещё одна система, и они взаимодействуют для создания большой системы, например, как климат взаимодействует с биотой.

Теперь ещё о чём можно рассказать? Как раз здесь показан кероген, и вот видите там, на пике, есть подъём в карбонатах в возрасте двух миллиардов лет, это как раз тот камушек, который я показывал.

Почему-то в этот момент произошло утяжеление карбоната. В то же время в органическом углероде держится примерное отношение изотопов около минус 25 промилле. И это служит чётким доказательством того, что в течение всего обозримого периода работала система, аналогичная цианобактериальной, потому что изотопная характеристика – это характеристика типа усвоения зелёным растением. А зелёное растение, кстати, это тоже просто способ вынести цианобактерию, когда-то занесённую внутрь, на поверхность, в воздух, где больше света, и обеспечить её водой.

У нас получается так, что вся история Земли в плане цикла углерода, была более или менее постоянна, всегда источником были фотосинтезирующие организмы, использующие цикл Кальвина или рибулозобисфосфатный цикл, но я не буду нагружать вас терминологией.

Два провала вниз объясняют тем, что, вероятно, в этот момент было большое образование за счёт окисления метана. Потому что у метанокисляющих идёт большее фракционирование, и углерод получается полегче. Но толком в этом нельзя разобраться, потому что тогда к этому же периоду нужно привязать избыток использования кислорода из атмосферы.

Вот на этих картинках показана общая схема.

Мы видим, что работают две взаимодополняющие системы. С одной стороны, наверху, я изобразил эндогенные процессы, происходящие в геологической среде. А внизу нарисовал солнышко, которое светит на биоту, использующую энергию. И у нас получается очень чёткая машина, движущаяся Солнцем. В начале происхождения Земли, примерно четыре миллиарда лет назад, сформировалась атмосфера и гидросфера в результате дегазации, в результате ударов планетезималей. С другой стороны, происходило постоянно обновление поверхности Земли. И для того чтобы остался кислород, нужно провести две вещи – нужно убрать СО2 из атмосферы, чтобы не было парникового эффекта и мы не превратились в Венеру. Для того чтобы убрать её, есть один реальный механизм – это образование известняков, доломитов – карбонатов вообще. Для того чтобы их образовать, нужно вынуть из изверженных пород кальций и магний и засадить их туда. В результате, после того как вы металлы вытащили из пород, у вас останется глина, а глина – это лучший глинистый минерал, естественно, тонко дисперсный материал. Это как раз самая выгодная вещь для того, чтобы захоронить кероген, и значит, вся машина очень жёстко опять-таки завязана друг с другом, и вы не можете выбрать из неё какой-то один элемент. Вот в центре я изобразил эти циклы. Мы их подробно рассмотрели.