Взрывы первых звезд создали тяжелые элементы и рассеяли их в космосе. Из новых скоплений атомов образовались звезды второго поколения, в том числе и наше Солнце (об этом читатели могут подробно узнать в книге «Взрыв мироздания». СПб., «Страта», 2016). Облака рассеянных частиц, не вошедших в состав центральной звезды, вращались вокруг нее и постепенно разделялись на отдельные сгустки – будущие планеты. Именно на этом этапе мог начаться синтез первых органических молекул, и на далеком горизонте космической эволюции возник призрак живой материи. Таким образом, молодая Земля могла иметь в своем составе большое количество органики уже с самого начала своего существования.
Около 5 млрд лет на месте нашего вселенского дома или, как поэтично сказал выдающийся американский астроном и популяризатор науки Карл Саган, космического зáмка с усадьбой из шлейфа планет, их спутников, астероидов и метеоров вращался колоссальный диск из пыли, газа, собравшегося в гигантские комки на месте будущих небесных тел. Через это газопылевое облако протопланетной туманности тускло светился диск новорожденного Солнца, лучи которого переливались на мириадах кристалликов льда. Именно эти мельчайшие частички застывшей воды и вошли в ядра формирующихся планет, в том числе Земли.
Возможность органического синтеза в протопланетном облаке предполагалась давно, но для этого опять-таки необходимо твердо доказать наличие водных кристалликов льда. При помощи сложных расчетов и компьютерного моделирования ученые показали, что в газово-пылевых протопланетных облаках имеются необходимые условия для синтеза разнообразной органики из водорода, азота, угарного газа, цианистого водорода и других простых молекул, обычных в космосе. Непременным условием при этом является присутствие в жидкой среде мелкодисперсных водных капелек твердых частиц-катализаторов, содержащих железо, никель и кремний.
Протопланетное облако
По мере уплотнения первичного планетарного облака его температура медленно повышалась, и постепенно в формирующемся ядре Земли запускались глубинные физико-химические процессы. На фоне радиоактивного распада и уплотнения исходного вещества там развивались колоссальные давления и температуры, приводящие к сложным превращениям ядерной сердцевины. Все это сопровождалось интенсивной генерацией парогазовых соединений, в своем абсолютном большинстве состоящих из воды или отдельных ее элементов.
В конечном итоге земная кора приняла вид тонкой оболочки, напоминающей некий кислородный каркас из окисленных пород. При этом в ядре планеты стали скапливаться металлогидриды с карбидом железа, из зон высокотемпературного давления начался интенсивный дрейф водорода и углеводородов. Приближаясь к поверхности, эти вещества принялись интенсивно реагировать с приповерхностными окислами, бурно выделяя углекислый газ и водяной пар.
Вместе с Землей возник и круговорот химических веществ в природе. Одни элементы поступали из сдавленных разогревшихся недр Земли, формируя первичную атмосферу и океаны. Другие приходили из космоса в виде звездопада осколков протопланетного облака – астероидов, метеоритов и комет. В атмосфере, на поверхности суши и в водоемах все эти вещества смешивались, вступая друг с другом в химические реакции, и превращались в новые соединения, которые, в свою очередь, тоже вступали в реакции друг с другом.
Гидрогеологи и геофизики утверждают, что подобным образом через жерла вулканов, трещины в разломах коры и гейзеры за всю историю существования твердой оболочки Земли на ее поверхность попало несколько млрд км3 воды с растворенными в ней минеральными веществами. Причем компьютерные модели показывают, что не менее трети выбросов составил водяной пар, значительная часть которого впоследствии распалась под лучами Солнца на водород и кислород.
Оставшееся количество водных соединений путем постоянного накопления составило водную оболочку Земли – гидросферу. С самого начала вместе с парами воды и оксидом углерода выделялось много соединений азота, фосфора, серы, которые были вовлечены в кругооборот нарождающейся живой материи.
Сегодня гидрогеологи оценивают суммарный объем гидросферы приблизительно в 1,5 млрд км3 воды, покрывающей три четверти поверхности нашей планеты. Именно поэтому из космоса Земля выглядит как голубая планета, покрытая проседью облаков с небольшими вкраплениями суши. Если распределить всю воду по поверхности, то она покроет ее трехкилометровым слоем! Правда, лишь чуть больше 2 процентов гидросферы составляет живительная пресная вода – все остальное соленая морская. При этом половина всей пресной воды заморожена в ледниках и полярных шапках, а еще почти столько же воды скрыто в земных недрах. И лишь несколько процентов живительной «сладкой» влаги накоплено в пресноводных озерах, реках и болотах, и еще 13 тысяч тонн воды находится в ближайших слоях атмосферы – тропосфере.
Состав гидросферы
Водный покров Земли надежно скрывает то, что творится в океанской пучине. Этот мир еще ждет своих исследователей, которым предстоит изучить тысячи квадратных километров загадочного ледяного царства мрака и колоссального давления. Надо признать, что пока еще путешествия в морские глубины не менее трудны, чем полеты в космос. Действительно: сравните количество сообщений прессы о стартах пассажирских ракет на орбиту Земли и глубоководных многокилометровых погружений батисфер с батискафами! Открытия на морском дне вполне могут сравниться с космическими сенсациями – так, к примеру, придонные микровулканы, или геотермальные гейзеры, «черные курильщики», способны перевернуть наши представления о зарождении жизни на Земле.
Даже полная и точная карта океанического дна всех морей и океанов появилась только в конце прошлого века, основываясь на данных дистанционного зондирования искусственными спутниками Земли. Но и сейчас, в отличие от картографии суши, детали подводного рельефа все равно имеют погрешность в несколько километров! То, что удалось узнать, показывает: на морском дне скрыты далеко не только однообразные песчаные равнины мелководья. Оно изобилует ложбинами, ущельями, горными хребтами и вершинами, вздымающимися ввысь вплоть до поверхности. А сколько еще там таится завораживающих тайн! Даже поверхности Луны и планет земной группы – Меркурия, Венеры и Марса – изучены гораздо лучше, чем дно Мирового океана.
Довольно долго ученые считали, что уже на глубине нескольких сотен метров начинается безжизненная пустыня, однако в 90-х годах прошлого века было надежно установлено, что глубоководные области морей и океанов изобилуют жизнью. Перед завороженными морскими биологами и ихтиологами предстают мириады червей, копошащихся в придонном иле, рядом с ними кособоко взбираются на подводные гряды миллионы слепых рачков и моллюсков. Сообщество ракообразных дополняют глубоководные угри и гигантские медузы, состоящие на 90 % из воды (водный состав этих желеобразных созданий отлично помогает им выдержать гигантское давление, и популяции медуз составляют до половины всей животной биомассы, населяющей глубины океана).
Тайны глубин гидросферы всегда привлекали ученых, но рассказывать о них долгое время приходилось писателям-фантастам, вспомним хотя бы «Двадцать тысяч лье под водой» Жюля Верна, «Марракотову бездну» Конан Дойла и «Тайну двух океанов» Григория Адамова. При крайней бедности морской флоры фауна глубин поражает воображение необычными формами и исполинскими размерами. Надо заметить, что суровые условия существования накладывают свой отпечаток на глубоководное сообщество рыб, морских животных и ракообразных, все они связаны незримыми нитями питательных цепочек и чем-то напоминают части единого универсального обитателя глубин. Можно вообразить, как это неисчислимое количество (среди которых на 80 % незнакомые виды) бактерий, медуз, червей и рачков общими усилиями преобразует мертвенную пустыню придонного ила в некое подобие цветущего сада. Открывающиеся перспективы исследования глубоководной жизни приводят морских биологов в ажиотаж, ведь только количество неизвестных пока видов глубоководных червей может превысить миллионную отметку!
Получается, что вода не только вырастила семена жизни на эволюционном древе, но и скрывает большую часть его плодов в своей океанской пучине, оставляя над поверхностью лишь краешек кроны.
Впрочем, десятки сотен миллионолетий водная среда нашей планеты оставалась единственной биосферой – сферой первичной жизни, и лишь в последние несколько сот миллионов лет живые организмы начали освоение суши. Но многие из них возвратились назад, так что ныне большинство видов животных все же составляют именно морские обитатели.
