Геологическая эволюция

Геологическая эволюция (в дальнейшем геоэволюция) подразделяется на два этапа: первый – формирование планеты Земля, на котором планета наша выступает как формируемый внешними процессами продукт, второй – внутренняя эволюция планеты, когда она формируется сама как автономное космическое тело и формируется в направлении возникновения жизни, т. е. это касается формирования земной коры и атмосферы, т. е. предпосылок формирования биосферы.

Первоначальное формирование планеты связано со столкновением и слипанием кусков и пыли, входящих в исходную планетарную туманность. Качество этой части туманности, как уже отмечалось, состояло в том, что на широте Земли она обладала максимальным природным и химическим разнообразием. Слипание планеты рассматривалось разными мыслителями в альтернативных моделях: холодное и горячее слипание, но так или иначе, после формирования Земли она становится горячей. Внутри планеты горят ядро и мантия, которые представляют собой раскаленное и расплавленное вещество, поэтому процессы, протекающие там, носят характер диффузии и расщепления смесей в расплавленном, жидком и коллоидном состоянии. В ходе этого процесса железо «опускается» к центру Земли, а газы высвобождаются и поднимаются к поверхности. Этот процесс гарантирует постоянное выделение газов из недр планеты. Поэтому гипотеза, что первоначально на Марсе была богатая атмосфера, а потом он из-за слабой гравитации ее утрачивает, лишь подтверждает тот факт, что на Марсе состав газов, выделяемый из недр планеты, должен быть другим. Планета представляет собой предмет, постоянно выделяющий вещество в атмосферу. Вместе с тем эти выделения происходят все медленнее, процессы их переработки в биосфере протекают быстрее, так что можно говорить о нарастающей стабилизации условий планеты.

Одна из загадок этой стадии формирования Земли – формирование материков, точнее гранитных пород, из которых они состоят. Проблема гранитов состоит в том, что в современных условиях магма выделяется в межокеанических хребтах и формирует базальт, который по химическому составу отличается от гранита. Базальт сейчас создается, а гранит? Тут можно вспомнить гипотезу об Икарии. Предполагается, что у Земли был спутник-двойник, т. е. Земля и Икария составляли двойную планету, которая столкнулась. Американские ученые просчитали параметры столкновения и построили его математическую модель. Оказалось, что Икария «догоняла» Землю и столкнулась под углом 18 градусов к орбите. Столкновение было двойным, после чего Икария потеряла внешнюю оболочку и отлетела, став Луной. Остатки оболочки Икарии образовали материк, который и стал Пангеей, которая в дальнейшем раскалывалась на новые и новые материки. Вполне возможно, что привлечение космических гипотез в отношении образования гранита – излишество.

Принцип построения геоэволюции опирается на отождествление структуры и истории, конечно при сохранении главного принципа ноосферной гипотезы, что эволюция приводит к жизни не случайно, а закономерно. Для геоэволюции в этом плане характерным является эволюция круговоротов вещества на Земле.

Проследим два центральных с точки зрения возникновения жизни круговорота: воды и аминокислот.

Круговорот воды в природе

Первоначально все круговороты сходны между собой, из них круговорот воды является самым выразительным и стабильным, поэтому стоит предположить, что этот круговорот является наиболее полноценным в рамках Земли и все прочие первоначально имели тот же характер. Структурная полноценность круговорота воды требует внимания к нему как к системному для планеты Земля явлению.

Наглядность круговорота воды связана с тем, что, во-первых, он максимально сохраняет свою структуру в истории (с учетом специфической тенденции к стабилизации в его структурах), с другой стороны, круговорот воды наиболее широко известен благодаря школьной программе. То есть он самый наглядный и в плане его известности, и в плане развернутости его существования.

Соответствие воды температурным условиям Земли выражается в том, что именно круговорот воды создает климат планеты. Причем у него есть две точки существенной фиксации, или самостабилизации: ледник и испарение. Что касается ледника, то можно привести в качестве примера Гренландию. Известно, что при современных климатических условиях он не смог бы образоваться, он образовался во время последнего ледникового периода, но не тает. Ледник создает в регионе обстановку, которая препятствует потеплению. Аналогичная ситуация в районе Южного полюса: благодаря поясу циркумполярного течения Антарктида как бы защищена от потепления и таяния. Если бы не эти самостабилизации, то ледников на Земле в настоящее время было бы значительно меньше. Ледник, возникнув, порождает несколько эффектов (самый простой – альбедо: отражает солнечное излучение обратно в космос), которые стабилизируют природную ситуацию в состоянии климата прошлого.

Аналогичное явление существует благодаря муссонам, когда ночью суша остывает быстрее и с океана дует теплый ветер, а утром, наоборот. Другая точка стабилизации возникает в условиях жаркого климата, когда испарение воды приводит систему в стабилизацию тем, что нагревание касается не отдельных частей, а всей системы в целом. Система подобных равновесных состояний, связанная с водой, наглядна на примере климата Земли потому, что вода, составляющая океаны, действительно существенно влияет на перераспределение тепла на планете. Климат на Земле носит стабильный характер не только в отношении температуры, стабильны и процессы, которые способствуют нейтрализации. Круговорот воды в целом является существенным фактором возникновения на Земле стабильных условий.

Система самостабилизации климата на основе свойств воды и ее круговорота порождает эффект, известный в физике как петля гистерезиса. То есть охлаждение идет медленнее, чем это происходило бы в отсутствии воды, и потепление происходит медленнее, чем в ее отсутствие. Вода формирует инерцию климата. Инерция климата способствует тому, что если и есть изменения в масштабе длительного периода, то они становятся меньше и глаже в более мелких масштабах. То же проявляется и в пределах суток, сезонов года, это мы имеем в виду, когда говорим о континентальном и морском климате. Морской климат, благодаря водному круговороту, смягчает переходы температуры.

К этому следует прибавить химические свойства воды. Она прекрасный растворитель, но не в состоянии растворять аминокислоты. Тут явно прослеживается приспособление углеродного круговорота к круговороту воды, которая таким образом создает среду для химического типа углеродного круговорота. Химическая эволюция аминокислот возможна только в условиях водного круговорота.

Подобного рода настраивание круговоротов выглядит как разумное поведение в ноосферной телеологической концепции и связывается с телеологичностью системы. Псевдоразумность системы связана не с ее индивидуальным, подобно человеку, поведением, а с направленностью эволюции к каким-то закономерным состояниям.

Круговорот аминокислот (углерода)

Отсев углерода в осадочные пласты говорит о том, что при его обилии наступает относительный дефицит углерода, и это порождает своеобразную конкуренцию, углерод сохраняется в формах, которые образуют системы воспроизводства, т. е. не выпадают из круговорота жизни, а до ее возникновения не выпадают из круговорота аминокислот. Это означает, что в круговороте углерода от выпадения в осадок гарантирован только углерод, который участвует в обмене веществ и «постоянно функционирует». Это «функционирование» – гарантия сохранения его в круговоротах. Стабильная связь углерода с кислородом и прочими соединениями тут же становится угрозой потери его из круговорота. Углерод для формирования жизни нужен и в том, и в другом качестве.

Эволюция круговорота углерода на примере состава осадочных пород очень наглядна. Нефть – останки первоначальных форм жизни, уголь и торф – остатки растений, гниющих при недостатке кислорода. Известняк – останки морского планктона и скелеты организмов. Все это состав осадков, который подтверждает, что углерод имеет парадоксальную форму круговорота: с одной стороны, он является центральным во всех цепях живой материи элементом, который по сути функционирует постоянно, не выпадая из организмов, с другой стороны, он в массовом количестве выпадает в те самые осадки.

Отсюда следует обилие углерода в первичной атмосфере и выделениях Земли. В частности в форме наиболее стабильной на других планетах – углекислого газа атмосферы. Вспомним, что на первых этапах эволюции планеты атмосфера была «восстановительной», т. е. отсутствовал свободный кислород. Формирование осадков отражает эту историю. В нефти кислород практически отсутствует, он есть в незначительном количестве в угле и торфе, и его очень много в известняке.

Круговорот углерода имеет две составляющие, которые несут в геоэволюции различные функции. Круговорот углерода, подобный круговороту воды, играет роль теплового (парникового) эффекта. Присутствие углекислого газа в атмосфере приводит к ее разогреву. Пример Венеры подтверждает это. Причем динамика разогрева на Венере при отсутствии кислорода и воды приводит к существенно более теплому, чем при отсутствии углерода, климату.

Вторая составляющая круговорота углерода – это круговорот аминокислот, который состоит в приспособленном к круговороту воды, химическом круговороте. Химическая эволюция на Земле протекает в пределах аминокислотного круговорота и состоит в процессе усложнения структур этого круговорота. Уже по результатам этого круговорота можно сказать, что первоначально он сливается с круговоротом углекислого газа, но постепенно его заменяет, однако он происходит не в пространстве климата, т. е. во всеобщем пространстве Земли, а каждый раз в индивидуальном пространстве отдельной клетки. Круговорот обладает свойствами самовоспроизводства, самоусложнения как по объему (количественно) и расширению функционирования (качественно), так и по внутренней структуре и содержанию. Аминокислотный цикл – это процесс саморазвития форм и содержания, которые, приспосабливаясь к внешним, и прежде всего водным круговоротам и ресурсам, меняют ситуацию на планете в направлении формирования все более универсальных по функции и стабильных по процессу усложнения систем, переходящих из состояния химического равновесия и круговорота к биологическому и к жизни. Можно сказать, что аминокислотный круговорот есть локализованный в живой организм круговорот углерода.

Суть концепции ноосферы прослеживается в том, что полагается в геоэволюции стадия, когда аминокислотные круговороты были разными и имели размеры геологического, а не клеточного масштаба. Геоэволюция порождает геологические процессы как прототипы живых процессов. А превращение их в круговорот жизни или обмен веществ – это уже предмет биоэволюции.

Итак, геоэволюция стоит на двух «китах»: круговорот воды, который наиболее полноценен в условиях Земли и охватывает управление ее климатом в направлении стабилизации, и двойной круговорот углерода, важнейшим из которых является круговорот аминокислот, означающий стабилизацию химической эволюции в рамках все более замыкающегося пространства клетки.

Особенность круговорота аминокислот состоит в том, что они могут усложнять свою структуру, стремясь к воспроизводству и усложнению, подобно живому веществу, включая все расширяющийся перечень других химических элементов и веществ, доступных в условиях геоэволюции.

Сохранение структуры круговорота воды с позиции тождества структуры и истории означает, что круговорот жизни существенным образом использовал и стабилизировал круговорот воды. Тут важно отметить, что есть круговороты, которые поглощаются и затухают, и круговороты, которые сохраняются. Но среди сохраняющихся круговоротов есть два типа: воды и углерода, один развертывается, и все к нему приспосабливается, он становится внешним законом живого вещества; второй уходит внутрь живого вещества, становится его внутренним законом. Отсюда в частности следует то, что круговорот воды более древнее, чем круговорот углерода в рамках живого вещества, явление. Если климатические условия – следствие максимальной реализации свойств воды, то вода является по физическим параметрам адекватной средой для этих условий, что же касается углерода, то его круговорот распадается на два: с одной стороны, он не подпадает по условиям климата в ситуацию восстановления посредством температуры и прочих условий, т. е. относится к разряду затухающих, с другой стороны, его свойство внутреннего усложнения и воспроизводства самого себя позволяет говорить о жизни как продолжении геоэволюции в направлении стабилизации второго типа круговорота углерода, благодаря созданию условий, идеальных для подобного явления. Так что круговорот углерода двойственен: с одной стороны, он затухает, с другой – он имеет способность воспроизводить себя в условиях, которые сам формирует как идеальные для этого самостановления. Это существенное свойство жизни с точки зрения геоэволюции.

Системы стабилизации структур круговоротов воды и углерода различные, их сопоставление показывает, в чем структуры и история тождественны. Анализ структур этих круговоротов с позиции логики тождества структуры и истории позволяет реконструировать модель эволюции самих круговоротов. Возможен и анализ круговоротов других веществ и элементов. Исходной их формой является круговорот по сценарию воды, затем они исчезают, оставляя в геологической истории следы, которые можно расшифровывать в контексте характера эволюции тех эпох.

Отметим также, что в условиях геоэволюции круговороты воды и углерода имеют различный эволюционный характер. Круговорот воды продолжается и сохраняется, а круговороты углерода изменяются, и эти изменения необратимы и неотвратимо ведут к живому веществу.