Как Жизнь переделывает приютившую ее планету?
Стало уже правилом, что в миниэнциклопедии " Эскизы космоса" статьи рубрики "Косможизнь" пишутся на базе истории зарождения и развития Жизни на Земле. Это естественно. Ибо других вариантов мы не знаем.
В рамках этого правила мы поняли, что простейшие органические молекулы (аминокислоты, азотистые основания, сахара и другие) довольно быстро создаются в воде при температурах в интервале 80-100 °С. Даже при отсутствии солнечного света. Такие условия существовали всегда в глубинах морей в окрестностях "черных курильщиков" и других структур в вулканических провинциях на суше.
Но создание комплексов более сложных и функциональных биомолекул, в том числе, белков, РНК и других, требует не только ощутимого смягчения температурного режима, но и гораздо большего времени. Скорее всего, многих миллионов лет. Эти процессы могли идти уже на заметном удалении от "черных курильщиков" и подобных им структур. В результате через всего лишь 700 млн. лет, как утверждают геологи, моря Земли были заполнены простейшими прокариотными формами Жизни.
Поэтому естественно возникает вопрос об обратном влиянии этой Жизни на приютившую ее планету. Рассмотрим этот вопрос и тогда, может быть, попытаемся понять, почему нет Жизни на Венере и Марсе...
Начнем с наших соседок - Венеры и Марса. В атмосфере Венеры доля углекислого газа СО2 - 96,5%, а в атмосфере Марса - 95,3%. При том, что давление в атмосфере Венеры на два порядка больше земного, а в атмосфере Марса - на два порядка меньше. Причина такого изобилия СО2 в том, что эта молекула самая массивная из атмосферных молекул, ее тепловая скорость меньше, чем у других и потому углекислый газ испаряется из атмосфер планет в последнюю очередь (молекулы водорода убегают первыми). Скорее всего и в первобытной атмосфере Земли доля углекислого газа была не меньше 95 %. Это - первое предположение.
Вторым по концентрации в атмосферах наших соседок является азот. У Венеры его - 3,5 %, у Марса - 2,7 %. В атмосфере первобытной Земли азота вряд ли было больше. Это - второе предположение. Но сейчас азота в атмосфере Земли - 78 %. Молекула азота - самая прочная из атмосферных двухатомных молекул (для ее разрыва на атомы нужна вдвое большая энергия, чем для разрыва молекулы кислорода). На основании этих данных можно сделать грубую оценку плотности атмосферы первобытной Земли. Считая в первом приближении, что масса атмосферного азота в истории Земли оставалась практически неизменной из-за чрезвычайной прочности молекул азота. Эта оценка дает - плотность и давление в первобытной атмосфере Земли были примерно в 25-30 больше, чем сейчас.
Основной процесс генерации органики на поверхности Земли и в тонком поверхностном слое воды - фотосинтез. В котором под воздействием солнечного света из углекислого газа и воды получается простая органика (глюкоза) и молекулярный кислород.
Итак, для зарождения Жизни на Земле кислород не понадобился. Его и не было. О чем свидетельствует вот эта картинка.
Из ней видно, что на протяжении первых почти 1.5 млрд. лет работы фотосинтеза кислорода в атмосфере Земли практически не было (шкала плотности кислорода по вертикали - логарифмическая). Но он же генерировался фотосинтезом! Куда же девался кислород?
Он весь уходил на окисление горных пород, первичной органики и вулканических газов. При этом доля углекислого газа в атмосфере постепенно падала, а доля азота - росла.
Однако, в интервале 3 - 2,5 млрд. лет назад горные породы уже довольно сильно насытились кислородом и он начал прорываться в атмосферу (голубые стрелки на рисунке). А затем (около 2,3 млрд. лет назад) случилась кислородная революция, в результате которой концентрация кислорода в атмосфере Земли почти достигла нынешней. К чему это привело - в одной из следующих статей.
Итак, развитие Жизни на Земле уже в первые 2 млрд. лет не только кардинально переработало состав атмосферы Земли, но и существенно изменило состав горных пород Земли, окислив их. При этом формы Жизни за этот период заметно не изменились - ее представители остались одноклеточными прокариотами (безъядерными клетками).
Теперь вернемся в далекое прошлое всей троицы - Венеры, Земли и Марса. В первые миллионы лет после образования солнечной системы светимость Солнца была порядка 60-65% от нынешней. То есть, каждую секунду на каждый квадратный метр поверхности каждой из этих планет падало примерно в полтора раза меньше энергии, чем сейчас. Но парниковый эффект от углекислой атмосферы работал на каждой из этих планет.
Не исключено, что из-за низкой светимости Солнца и на Венере начала зарождаться Жизнь. Но что-то пошло не так. Возможно, геологическте процессы на Венере шли слишком интенсивно и, насытив ее атмосферу большим объемом вулканических газов, усилили парниковый эффект и, тем самым, буквально сожгли зародившуюся Жизнь. Возможно...
Из-за малой массы Марса (он в 9 раз менее массивен чем Земля) испарение его атмосферы в космос шло довольно интенсивно. В том числе и воды. Так, состав марсианской воды всемеро богаче молекулами полутяжелой воды HDO (D - дейтерий), чем земная вода. Из чего следует вывод о том, что на Марсе осталась лишь седьмая часть первоначальной воды. Которой в начале времен хватило бы покрыть его поверхность почти 150-метровым слоем. Поэтому полностью исключить возможность зарождения Жизни на Марсе в первые сотни миллионов лет его бытия было бы опрометчиво. Но нынешняя атмосфера Марса слишком слаба, чтобы обеспечить минимально необходимый для существования Жизни парниковый эффект. Поэтому вряд ли НАСАвские аппараты там ее обнаружат. Разве что в горных породах на глубинах во многие сотни метров...
В рамках этого правила мы поняли, что простейшие органические молекулы (аминокислоты, азотистые основания, сахара и другие) довольно быстро создаются в воде при температурах в интервале 80-100 °С. Даже при отсутствии солнечного света. Такие условия существовали всегда в глубинах морей в окрестностях "черных курильщиков" и других структур в вулканических провинциях на суше.
Но создание комплексов более сложных и функциональных биомолекул, в том числе, белков, РНК и других, требует не только ощутимого смягчения температурного режима, но и гораздо большего времени. Скорее всего, многих миллионов лет. Эти процессы могли идти уже на заметном удалении от "черных курильщиков" и подобных им структур. В результате через всего лишь 700 млн. лет, как утверждают геологи, моря Земли были заполнены простейшими прокариотными формами Жизни.
Поэтому естественно возникает вопрос об обратном влиянии этой Жизни на приютившую ее планету. Рассмотрим этот вопрос и тогда, может быть, попытаемся понять, почему нет Жизни на Венере и Марсе...
Начнем с наших соседок - Венеры и Марса. В атмосфере Венеры доля углекислого газа СО2 - 96,5%, а в атмосфере Марса - 95,3%. При том, что давление в атмосфере Венеры на два порядка больше земного, а в атмосфере Марса - на два порядка меньше. Причина такого изобилия СО2 в том, что эта молекула самая массивная из атмосферных молекул, ее тепловая скорость меньше, чем у других и потому углекислый газ испаряется из атмосфер планет в последнюю очередь (молекулы водорода убегают первыми). Скорее всего и в первобытной атмосфере Земли доля углекислого газа была не меньше 95 %. Это - первое предположение.
Вторым по концентрации в атмосферах наших соседок является азот. У Венеры его - 3,5 %, у Марса - 2,7 %. В атмосфере первобытной Земли азота вряд ли было больше. Это - второе предположение. Но сейчас азота в атмосфере Земли - 78 %. Молекула азота - самая прочная из атмосферных двухатомных молекул (для ее разрыва на атомы нужна вдвое большая энергия, чем для разрыва молекулы кислорода). На основании этих данных можно сделать грубую оценку плотности атмосферы первобытной Земли. Считая в первом приближении, что масса атмосферного азота в истории Земли оставалась практически неизменной из-за чрезвычайной прочности молекул азота. Эта оценка дает - плотность и давление в первобытной атмосфере Земли были примерно в 25-30 больше, чем сейчас.
Основной процесс генерации органики на поверхности Земли и в тонком поверхностном слое воды - фотосинтез. В котором под воздействием солнечного света из углекислого газа и воды получается простая органика (глюкоза) и молекулярный кислород.
Итак, для зарождения Жизни на Земле кислород не понадобился. Его и не было. О чем свидетельствует вот эта картинка.
Из ней видно, что на протяжении первых почти 1.5 млрд. лет работы фотосинтеза кислорода в атмосфере Земли практически не было (шкала плотности кислорода по вертикали - логарифмическая). Но он же генерировался фотосинтезом! Куда же девался кислород?
Он весь уходил на окисление горных пород, первичной органики и вулканических газов. При этом доля углекислого газа в атмосфере постепенно падала, а доля азота - росла.
Однако, в интервале 3 - 2,5 млрд. лет назад горные породы уже довольно сильно насытились кислородом и он начал прорываться в атмосферу (голубые стрелки на рисунке). А затем (около 2,3 млрд. лет назад) случилась кислородная революция, в результате которой концентрация кислорода в атмосфере Земли почти достигла нынешней. К чему это привело - в одной из следующих статей.
Итак, развитие Жизни на Земле уже в первые 2 млрд. лет не только кардинально переработало состав атмосферы Земли, но и существенно изменило состав горных пород Земли, окислив их. При этом формы Жизни за этот период заметно не изменились - ее представители остались одноклеточными прокариотами (безъядерными клетками).
Теперь вернемся в далекое прошлое всей троицы - Венеры, Земли и Марса. В первые миллионы лет после образования солнечной системы светимость Солнца была порядка 60-65% от нынешней. То есть, каждую секунду на каждый квадратный метр поверхности каждой из этих планет падало примерно в полтора раза меньше энергии, чем сейчас. Но парниковый эффект от углекислой атмосферы работал на каждой из этих планет.
Не исключено, что из-за низкой светимости Солнца и на Венере начала зарождаться Жизнь. Но что-то пошло не так. Возможно, геологическте процессы на Венере шли слишком интенсивно и, насытив ее атмосферу большим объемом вулканических газов, усилили парниковый эффект и, тем самым, буквально сожгли зародившуюся Жизнь. Возможно...
Из-за малой массы Марса (он в 9 раз менее массивен чем Земля) испарение его атмосферы в космос шло довольно интенсивно. В том числе и воды. Так, состав марсианской воды всемеро богаче молекулами полутяжелой воды HDO (D - дейтерий), чем земная вода. Из чего следует вывод о том, что на Марсе осталась лишь седьмая часть первоначальной воды. Которой в начале времен хватило бы покрыть его поверхность почти 150-метровым слоем. Поэтому полностью исключить возможность зарождения Жизни на Марсе в первые сотни миллионов лет его бытия было бы опрометчиво. Но нынешняя атмосфера Марса слишком слаба, чтобы обеспечить минимально необходимый для существования Жизни парниковый эффект. Поэтому вряд ли НАСАвские аппараты там ее обнаружат. Разве что в горных породах на глубинах во многие сотни метров...