14. Постоянство температуры земной поверхности

В этой главе мы должны рассмотреть еще один вопрос. Речь идет об устойчивости температуры земной поверхности вот уже примерно в течение 3 млрд. лет. Этот вопрос не так уж важен в к связи с проблемой происхождения жизни, но такое постоянство температуры сделало возможным сохранение и дальнейшее развитие жизни.

Ведь если в геологической истории был период, когда вся жизнь на Земле подверглась истреблению и перестал производиться биогенный кислород, то свободный кислород, накопившийся к тому времени в атмосфере, должен был быстро израсходоваться на окисление минералов горных пород. Атмосфера вернулась бы в свое примитивное состояние, и потребовалось бы повторение всех ранних процессов неорганического фотосинтеза и биопоэза. Но ведь результат разнообразных процессов отбора, действовавших на протяжении стадии биопоэза и дальнейшей эволюции жизни, зависит от множества не связанных между собой факторов, например от мутаций и факторов среды, так что наверняка повторение всех этих процессов привело бы уже к другому результату. Даже если бы развился похожий тип химизма жизни, то морфология представителей второго цикла жизни на Земле наверняка отличалась бы от "первой попытки". Поскольку до сих пор мы не находим свидетельств такого повторения, можно утверждать, что в течение последних 3 млрд. лет или около того температура поверхности Земли оставалась благоприятной для жизни.

Примерно 3 млрд. лет жизнь имеет в своей основе белок, а мы знаем, что это "деликатное" соединение. Белок не вынес бы геологически длительных периодов замерзания или нагрева. Значит, за все эти 3 млрд. лет температура Земли могла отклоняться от среднего значения не более чем на несколько десятков градусов в ту или другую сторону. Иными словами, на протяжении всей геологической истории эта температура сохраняла удивительное постоянство.

Тут, видимо, требуется сделать оговорку для читателя-неспециалиста, который знает по обычной геологической литературе, что в прошлом отмечены значительные вариации температуры, приводившие, например, к ледниковым периодам. Действительно, "оледенения бывали в геологической истории. Последнее из них случалось, по геологическим меркам, совсем недавно - примерно 50000 лет назад. Более того, мы с вами, вероятно, живем не в послеледниковый период, а в межледниковье, хотя, кстати говоря, человек может вольно или невольно предотвратить наступление очередного ледникового периода, влияя на климат своей технической деятельностью. Известны и более ранние ледниковые периоды, например в позднем каменноугольном периоде и в перми, 250-200 млн. лет назад, а также в позднем докембрии, около 600 млн. лет назад. Кроме ледниковых периодов, имелись, по-видимому, и теплые периоды, но их свидетельства труднее обнаружить. Вероятно, один из таких теплых периодов был в перми, когда после очередного оледенения на всем земном шаре образовалось много эвапоритовых отложений.

Итак, на протяжении геологической истории ледниковые и теплые периоды сменяли друг друга. Конечно, они были связаны со значительными колебаниями климата, но ведь эти колебания никогда не распространялись на всю Землю, а затрагивали лишь определенные зоны. Так, во время последнего оледенения не исчез ни тропический влажный лес, ни коралловые рифы - просто сдвинулись их южные и северные границы. Но ни в один геологический период поверхность всей Земли не подвергалась замораживанию или чрезмерному нагреву. Таким образом, несмотря на то что в истории Земли случались ледниковые и, по-видимому, теплые периоды, никогда не бывало так, чтобы вся Земля стала непригодной для жизни.

Такое поразительное постоянство температуры земной поверхности объясняется, вероятно, в основном парниковым эффектом, обусловленным современной атмосферой. Этот эффект "амортизирует" колебания независимых факторов, совместно определяющих температуру поверхности Земли. Наиболее важные из этих переменных - солнечная радиация, тепловой поток из недр и аккумуляция тепла атмосферой.

Солнечная радиация - главный источник тепла для земной поверхности. По современным представлениям, за последние несколько миллиардов лет ее интенсивность не менялась. По-видимому, мы достаточно хорошо понимаем простые ядерные реакции, разогревающие Солнце, и можем довольно уверенно экстраполировать их назад, в геологическое прошлое. Если не принимать во внимание небольшие колебания активности типа цикла солнечных пятен и т. п., то вряд ли можно сомневаться в том, что за несколько миллиардов лет геологической истории температура Солнца не менялась^*.

^* (Более подробное обсуждение этого вопроса читатель найдет в гл. XVII, Разд. 6, где рассматривается возможность жизни на других планетах.)

Тепловой поток из недр еще мало изучен. Многие считают, что в ранние периоды геологической истории он мог быть гораздо сильнее, так как в то время на Земле было больше радиоактивных элементов, которые с тех пор распались. Но вряд ли этот приток тепла был настолько велик, что мог препятствовать существованию белковой жизни.

Аккумуляция тепла атмосферой - крайне сложный процесс со множеством обратных связей, препятствующих остыванию или нагреву при изменениях в поступлении тепла. Например, любое повышение температуры земной поверхности в результате усиления солнечной радиации или потока тепла из недр вызовет усиленное испарение, а значит, и усиленное образование облаков. При этом увеличится отражательная способность атмосферы, так называемое альбедо Земли, и уменьшится поступление тепла от Солнца на земную поверхность. При этом отмечаются также более сложные явления, такие, как сдвиг тропопаузы, т. е. границы между нижней частью атмосферы - тропосферой и вышележащим слоем - стратосферой. Все эти процессы будут сглаживать эффект увеличения притока тепла от Солнца или из недр Земли.

Итак, механизм аккумуляции тепла атмосферой с его разнообразными обратными связями может эффективно сглаживать довольно значительные колебания притока тепла. Поэтому наша Земля с ее атмосферой - очень хорошая оранжерея, и это обстоятельство, конечно, сыграло важную роль в возникновении и дальнейшем развитии жизни на Земле. Поскольку свойства атмосферы, играющие важную роль в определении парникового эффекта, обусловлены главным образом присутствием в ней водяных паров, которые, конечно, имелись и в первичной атмосфере, можно считать, что этот эффект проявлялся уже на заре геологической истории.