12. Производство и потребление кислорода и двуокиси углерода на протяжении сменяющих друг друга орогенических циклов

Из предыдущего раздела мы узнали, насколько различна роль кислорода и двуокиси углерода в истории атмосферы, в происхождении и эволюции жизни. В принципе атмосферный кислород образовался при потреблении организмами двуокиси углерода, так что история этих двух газов более или менее связана. Уровень содержания газа в атмосфере в любой данный момент - это результат равновесия между его поступлением и потреблением. Кислород появляется почти исключительно в результате органического фотосинтеза. Потребляется он в основном в двух процессах: один из них органический - дыхание, другой неорганический - окисление минералов, залегающих на поверхности. Двуокись углерода вносится в атмосферу главным образом за счет неорганического процесса - обезгаживания Земли, тогда как основной процесс потребления этого газа - органический фотосинтез.

Один из факторов, влияющих на скорость всех этих процессов, - изменения в скорости движений коры в различные периоды каждого орогенического цикла (гл. X, разд. 2). Хотя из-за недостатка данных нам приходится ограничиться чисто качественным подходом к вопросу, проблема эта заслуживает особого рассмотрения.

Займемся сначала кислородом. В геосинклинальный период любого орогенического цикла расход кислорода на окисление поверхности земной коры должен быть сравнительно невелик. Медленные движения коры выносят наверх лишь сравнительно небольшое количество веществ коры, к тому же большая часть этих веществ - горные породы верхних слоев коры, т. е. в основном осадочные породы, материал которых уже окислился во время цикла выветривание - перенос - осадкообразование. В орогенный и посторогенный периоды дело обстоит иначе. Вулканическая активность и усилившиеся движения коры выносят на поверхность гораздо более значительные массы вещества коры, причем часть этого материала поднята из глубоких, неокисленных слоев.

Значит, в геосинклинальный период потребляется меньше кислорода, чем в орогенный и посторогенный периоды. Недостаток данных мешает сказать, достаточно ли эти различия велики, чтобы повлиять на общий кислородный баланс, но если это так, то можно думать, что в каждый геосинклинальный период содержание кислорода в атмосфере постепенно растет, а в орогенный и посторогенный периоды резко падает. График этих изменений количества кислорода в атмосфере в зависимости от скорости движений коры дан на фиг. 98. Возможно, конечно, что эти колебания гасятся за счет буферных механизмов вроде того, который вступает в действие вблизи точки Пастера (разд. 7 этой главы).

Фиг. 98. Теоретическая схема влияния орогенического цикла на скорости продукции и потребления атмосферного кислорода и двуокиси углерода. Здесь принято, что производство О₂ в каждом геосинклинальном периоде возрастает как следствие экспоненционального роста массы живых организмов. Но в орогенный и посторогенный периоды потребление кислорода должно быть очень интенсивным, перевешивая его производство; в результате его содержание в атмосфере снижается. Однако мы не знаем длительности орогенного и посторогенного периодов; поэтому на графике спад содержания О₂ изображен вертикальной линией. Ведь наш график имеет теоретический и схематический характер. Двуокись углерода регулярно потребляется в процессе органического фотосинтеза. Но в орогенный и посторогенный периоды поступление СО₂ сильно возрастает, так как усиливается вулканическая активность. Однако из-за недостатка данных все изменения в содержании СО₂ также изображены прямыми линиями. В схеме не учтены другие возможные факторы, влияющие на производство и потребление атмосферных газов. Эти факторы на протяжении какой-то части истории атмосферы могли полностью изменять картину потребления и накопления газов

На содержание двуокиси углерода изменения скорости движения коры влияют обратным образом.

Мы можем предположить, что развитие жизни (если не было каких-то иных возмущающих воздействий) шло размеренным шагом вне зависимости от циклов горообразования. Ведь даже "более мощные движения коры" в орогенные периоды настолько медленны, что незаметны для живых организмов. И даже так называемые "большие вымирания" (гл. XIV, разд. 13), по-видимому, никак не сказывались на глобальной биомассе. Значит, изменения скорости движений коры не могли непосредственно влиять на скорость развития жизни. Следовательно, потребление СО₂ в органическом фотосинтезе - устойчивый процесс, не подверженный влиянию орогенических циклов.

В то же время поступление СО₂ из недр Земли тесно связано с процессами горообразования. В орогенный и посторогенный периоды вулканическая активность значительно усиливается, хотя количественно оценить это усиление мы также не можем. Но качественные данные, полученные из геологической летописи, позволяют предполагать, что оно очень велико. Видимо, верно будет считать, что обезгаживание Земли, при котором выделяется СО₂, приурочено главным образом к сравнительно коротким орогенному и посторогенному периодам каждого орогенического цикла.

Если предположить, что эти колебания объема выделяющейся двуокиси углерода были достаточно сильными, то получится график, подобный тому, что изображен на фиг. 98. Содержание двуокиси углерода в атмосфере должно падать в геосинклинальный период и резко возрастать в орогенный и посторогенный периоды каждого орогенического цикла.