ХИМИЯ И ЖИЗНЬ ОКЕАНА
Не who would search pearls must dive below.[20]
. Английская пословица
Море выглядит как гигантская биохимическая лаборатория или хемостат.9
. ЗоБелл
Как поддерживается порядок в химической
лаборатории океана?
Океан в представлении разных ученых выглядит по-разному. Физика интересует его динамизм, борьба противоположных тенденций, и он говорит о «.колесах» океанической циркуляции. Химики предпочитают говорить об океане как о «кладовой сокровищ», где хранятся металлы, соли, растворенные газы, взвешенные и растворенные органические вещества, различные химические элементы (в морской воде представлена почти вся таблица Менделеева). Морские химики и заняты в основном инвентаризацией этого гигантокого оклада. Записывая, что и сколько лежит на его стеллажах, они обнаруживают прежде всего строгий порядок и систему, которые наиболее ярко проявляются в постоянстве солевого состава морской воды. Тысячелетиями и миллионами лет во воех районах и на всех глубинах океана соотношение основных компонентов морской воды остается постоянным. И это не кажется удивительным: «колеса» океанической циркуляции крутятся быстро, и океан хорошо перемешивается, усредняется, масштабы его гигантски, и по сравнению с ними все возмущения, которые могут случиться, — ничто. Одним словом, его химическая жизнь безмятежна.
Великий русский геохимик Вернадский даже предлагал принять соотношение основных компонентов морокой воды за константу нашей планеты, аналогично тому, как характерной константой вещества служит точка его плавления.
Поэтому, например, тот хорошо известный факт, что соотношения основных химических компонентов в морской воде и в крови практически одинаковы, не вызывает удивления. Наоборот, он рассматривается как доказательство океанического происхождения жизни и постоянства солевого состава на протяжении миллионов лет. Между тем, именно этот факт должен был бы удивлять и настораживать.
Организмам мы уже никак не могли бы приписать безмятежную жизнь, инерционность во времени: возмущения по сравнению с их масштабами велики, условия новы, различны в разных местах — земного шара и быстропеременны. И тем не менее организмы сохраняют эту «фамильную» черту потомков океана, передавая ее по наследству. Значит, речь должна идти не о постоянстве и неизменности, а об устойчивости, о наличии механизмов, обеспечивающих эту устойчивость химического облика и океана, и крови, причем механизмов одинаковых или принципиально близких. Больше того, приходится предполагать, что химическая жизнь океана вовсе не безмятежна и инерционна, а динамична, иначе не выработались бы механизмы, обеспечивающие эту устойчивость. ,
Расскажем историю подводного вулкана Бану Вуху, расположенного на 3° с. ш., 125° в. д. вблизи индонезийских островов Махевгетан и Сангихе, по книге крупнейшего советского гидровулканолога К. К — Зеленова!.
«В конце 1895 г. жители Махенгетана наблюдали диковинные гейзерообразные струи, бьющие вертикально вверх из «.кипящего» моря. «Гейзеры» сопровождались выходом сернистых газов и маосовой гибелью рыбы. Новый сильный выход сернистых газов произошел 17 апреля 1904 г., после чего сопровождаемый
серией ощутимых толчков из моря поднялся новый остров. Морская вода вокруг острова имела ржавокрасную окраску и неистово бурлила, однако оставалась холодной, имела горько-соленый вкус обычной морской воды и неприятный запах серы. ..18 июля 1918 г. утром из моря поднялся высокий столб воды, вызвавший разрушительное цунами, и все водное пространство, насколько хватало взгляда, покрылось пемзой — Со стороны моря в течение 4 часов подряд доносился сильный гул. 20 августа это явление повторилось в сопровождении интенсивно выделявшегося сернистого газа, в результате чего к берегу прибило большое количество одурманенной рыбы. 2 февраля 1919 г. над морем поднялись две скалы, и остров Махенгетан был засыпан пеплом, однако к вечеру скалы снова погрузились в «кипящее» море. В апреле эруптивная деятельность достигла максимальной силы. Остров Махенгетан был засыпан пеплом и градом вулканических бомб размером больше человеческой головы… По наблюдениям с о. Сангихе, столб «дыма» над Бану Вуху поднимался в это время до высоты 4—5 тыс. м, были слышны сильные взрывы и видно огненное свечение. В результате образовалась обширная, затопляемая в прилив каменистая банка, из которой в конце 1919 г. выдвинулась лавовая игла высотой 20—30 м. К 1935 г. лавовая игла вновь опустилась в море, и от острова осталась лишь каменистая отмель и несколько обнажающихся в отлив невысоких обломков окал».
И в другом месте: «При этом следует подчеркнуть, что океан постоянно стремился разрушить это сооружение, что ему частично удавалось в периоды затишья, и новая фаза извержения начиналась либо под водой, либо в затопленном кратере. Этапы этой борьбы…»1
Остается дать лишь несколько пояснений к картине этой «безмятежной» жизни. В подавляющем большинстве случаев такая борьба ведется скрытно, под многокилометровой толщей воды, где из-за высокого гидростатического давления извержение проявляется не взрывом, а сравнительно спокойным излиянием лавы и концентрированного водного раствора смеси кислот НС1, H2S, H2S03, Н3РО4, С02, хлоридов металлов и др., который, взаимодействуя с горячей лавой, дает продукты: натрий, кальций, магний, железо, марганец, кремнезем и др. Над такими районами количество взвесей в воде увеличивается более чем в 10 раз, они содержат много железа, меди и других металлов, изменяется даже цвет воды. В океанологии существует соответствующий специальный термин — «обесцвеченная вода». Извержения некоторых наземных вулканов превышают годовой вынос материала всеми реками мира. Подводные вулканы не слабее наземных и их больше: на дне только Тихогоокеана насчитывается не менее 10 ООО вулканических сооружений высотой более 1 км.
’ По подсчетам геологов, вода в океане должна быть в основном «вулканического» происхождения, продуктом дегазации мантии. Однако французский ученый де Турвилль[21] подсчитал, что для образования всей массы океанской воды достаточно одного только так называемого «солнечного ветра» — потока от Солнца протонов, ядер водорода. Солнечный ветер дует постоянно. Почему же не растет количество водорода в океане? Другой непрерывный источник веществ — речной. сток. Хотя общий годовой вынос веществ речным стоком значительно меньше массы океанской воды, но он, учитывая время, тоже существен, а главное — неравномерно распределен: 60% всех растворенных веществ континентального стока приходится на одну область— северную часть Атлантического океана. Кроме того, в океане есть свои химические «дожди», «снежные бури», «течения», над ними дуют химические «ветры» и «ураганы». Обилие и масштабы таких возмущений ставят в тупик.
Несмотря на все эти и многие другие внешние воздействия, океан надежно сохраняет устойчивость своего химического облика — такой напрашивается вывод из всего рассказанного. И можно ожидать, что этот вывод окажется неверным. .
Может быть, аналогично велосипедисту, который держится устойчиво против силы тяжести и одновре-
менно благодаря ей, но лишь пока крутит педали, океан тоже устойчив не только вопреки, но и благодаря внешним воздействиям, пока крутятся колеса его циркуляций— физических, химических и биологических? Отложим пока окончательный ответ на этот вопрос и, вернувшись к сопоставлению океана и организма, сделаем предварительный вывод, в котором больше уверены: не из-за постоянства химического состава, а именно из-за устойчивости, т. е. способности при всех возмущениях поддерживать его постоямным, в океане могла зародиться и развиться жизнь. Именно из-за этого позднее организмы могли выбраться на сушу и проги — вопоставить себя, фактически маленький кусочек океана, морскую воду со всеми ее компонентами и химическими реакциями, заключенную в оболочку, быстропеременным условиям новой среды. И устойчивость химического облика океана оказалась столь велика, что, даже будучи изолированными от океана, неузнаваемо меняясь внешне и внутренне в новой обстановке на протяжении миллионов лет, живые организмы не утратили химических особенностей морской воды. Именно поэтому до сих пар обнаруживается не только удивительное сходство в соотношении основных химических компонентов В морской воде и в крови, но и в способе регулирования концентрации водородных ионов; в процессах осаждения солей из них и даже в функциональной роли комплекса органических веществ в крови и в морокой воде.
Эта устойчивость не только поражает, но и ставит перед нами массу интересных, принципиально важных вопросов и прежде всего: в чем же заключается химическая и физико-химичеокая особенность морской воды и почему от морской воды до живого, как оказалось,— один шаг? По-видимому, раз вода. дала жизнь, она чем-то отличается от обычных «неживых» образований— камня, горы, воздуха и т. д., а может быть даже — и от «просто воды»? Какова природа и основа этой устойчивости? Безгранична ли она? Не могут ли ее нарушить природные катаклизмы? Если могут, то что случится? Не может ли, наконец, ее нарушить вмешательство человека?
Даже само перечисление этих вопросов, которые задает нам химия океана, показывает, что ответ не прост.
Всегда, когда ученые пытаются разобраться в сложных объектах, они выбирают тот или иной путь исследования. Например, чтобы разобраться в такой сложной системе, как человеческое общество или государство, надо изучить его историю, состав, основные элементы и их взаимодействие (экономику, политику и т. д.). Но можно пойти другим, более простым путем: изучить
судьбу одного человека и его семьи, в ней тоже отразится история общества, состав, основные элементы, их взаимодействие и т. д. Выберем второй путь. В качестве «меченого», объекта, наблюдения лучше всего выбрать «элемент жизни» — углерод и его «семью» — его неорганические и органические соединения. Начнем с описания «дома», в котором живет эта «семья». Расскажем, из чего и как он построен, как он выглядит и почему он такой, а не иной. Одним словом, почему вода — вода?