11. Кислород и двуокись углерода

Пока мы почти исключительно занимались кислородом, сравнивая его содержание в древней и современной атмосфере. Мы пришли к выводу, что весь кислород, содержащийся в нашей атмосфере, имеет биогенную природу, т. е. создан живыми организмами в процессе органического фотосинтеза. Теперь пора взглянуть на обратную сторону медали и заняться атмосферной двуокисью углерода.

Кислород и двуокись углерода сильно различаются по своим геохимическим свойствам. Полезно будет кратко повторить то, что мы уже знаем об этих веществах. Прежде всего большая часть свободного кислорода находится в атмосфере, тогда как двуокись углерода в основном присутствует в гидросфере, растворенная в морской воде. Кроме того, кислород, входящий в состав атмосферы, сравнительно независим от других атмосферных газов. Разумеется, он влияет на живые существа, на экзогенные геологические процессы, но изменения в содержании атмосферного кислорода не могут иметь значительных последствий для других составляющих атмосферы. Взаимоотношения двуокиси углерода с другими веществами более сложны. Снижение содержания СО₂ в атмосфере будет сначала компенсироваться высвобождением ее из океанов.

Эти равновесные реакции между атмосферой и океаном идут, с нашей точки зрения, вяло, занимая промежутки времени порядка тысячи лет. Но с точки зрения геологической истории эти реакции заканчиваются практически мгновенно. В океанских водах растворено во много раз больше двуокиси углерода, чем ее содержится в атмосфере, поэтому кратковременное снижение уровня СО₂ в атмосфере не может иметь крупных геологических последствий. Оно будет восполнено СО₂, поступающей из океанов, и при такой незначительной потере океанский резервуар ничуть не оскудеет.

Содержание двуокиси углерода в океане может заметно измениться только при продолжительном снижении или повышении уровня этого газа в атмосфере. Тут проявится другое отличие геохимических свойств СО₂ от свойств кислорода, а именно: двуокись углерода, растворенная в океанской воде, участвует в сложной системе реакций, в которой важную роль играют и другие соединения (гл. XIV, разд. 7). Сейчас на Земле так много свободного и связанного в окислах серы кислорода и так много углерода в ископаемых каустобиолитах (гл. XIV, разд. 4 и 5), что эти вещества не могли образоваться за счет СО₂, высвободившейся в результате геохимических реакций. Остается предположить, что в течение всей геологической истории происходило более или менее постоянное поступление СО₂ в атмосферу и гидросферу из какого-то другого источника. Данные геохимии говорят, что содержание двуокиси углерода в океане никогда не могло более чем в 10 раз превышать современное, а некоторые геохимики считают, что и эта цифра преувеличена. В общем мы не вправе предположить, что в первичном океане и в примитивной атмосфере было чрезвычайно много двуокиси углерода, которая за геологическое время израсходовалась в процессе органического фотосинтеза, образовав, наконец, современную кислородную атмосферу.

Нетрудно понять, откуда поступает двуокись углерода: этот газ представляет собой один из самых важных компонентов вулканических эксгаляций [8]. Таким образом, источником СО₂ на протяжении миллиардов лет служило обезгаживание Земли. Но скорость производства СО₂, видимо, менялась со временем. Об этом пойдет речь в следующем разделе.