Часть III. Эволюция мертвых.
Глава 12. Когда б вы знали, из какого сора...
Слово "эволюция" в головах людей ассоциируется почему-то со школьным кабинетом биологии, на стене которого висит огромный составной плакат с изображением древа жизни. Эволюция воспринимается гражданами, как нечто, относящееся только к биологии. А зря. Эволюция - общий процесс. Она шла и тогда, когда живых существ на планете не было в помине, а были только мертвые камни. Камни ведь тоже должны были откуда-то появиться...
Солнечная система образовалась 4,5 миллиарда лет тому назад из газо-пылевого облака, и первопланеты представляли собой огромные сгустки пыли. Вопрос: как из этого грязевого хаоса элементов и разных соединений отсепарировались вещества, минералы, возникли океаны, горные породы, руды, реки, самородки? Ответ: в результате геологической эволюции. Это было типичное, самое обыкновенное усложнение структур в открытой системе.
Открытой систему сделало Солнышко, которое зажглось в центре газопылевого облака еще тогда, когда нынешние планеты представляли собой неоформившиеся сгустки пыли. Девяносто девять процентов всего вещества газо-пылевой туманности оказалось сосредоточенным в Солнце, а из одной десятой процента массы Солнечной системы сделались планеты. Когда солнышко зажглось, световым давлением почти все легкие элементы туманности (водород, гелий) были отнесены на край Солнечной системы. Из них получились гигантские водородные пузыри - Сатурн, Юпитер... А тяжелые элементы пошли на производство мелких планеток - Земли, Венеры, Марса, Меркурия. Наличие множества элементов резко повышало разнообразие планетной системы и, стало быть, ее эволюционные шансы.
Поначалу смесь химических элементов в планетарном сгустке была достаточно однородной, то есть хаотичной. Но потом начался процесс сепарации. Прото-Земля притягивала сгустки вещества, подвергаясь непрерывным бомбардировкам. Непрерывная бомбардировка разогревала поверхность планеты, вызывая ее расплавление. В жидком расплаве наиболее тяжелые фракции оседали вниз под действием гравитации, наиболее легкие всплывали, как шлак в доменной печи.
Температура плавления железа чуть ниже температуры плавления минералов. Поэтому железо выплавилось раньше и практически все опустилось к центру планеты. В результате, как написано в учебниках по природоведению, ядро нашей планеты железное, а оболочка - каменная. Это был первый крупный шаг эволюционной сепарации вещества. Произошел сей процесс довольно быстро, всего за несколько десятков миллионов лет, и потому данную фазу в развитии планеты геологи называют железной катастрофой. Эволюция вообще изобилует катастрофами.
Следующие полмилларда лет после возникновения нашей планеты - белое пятно в геологической летописи. Об этой эпохе нам известно очень мало, потому что первые образовавшиеся участки земной коры (4 миллиарда лет назад они уже существовали) подвергались мощной космической бомбардировке - вовсю шел процесс гравитационной конденсации вещества солнечной системы. Метеориты все разбомбили!.. Это первая причина нашей геологической слепоты - уничтожение "улик" метеоритами. Вторая причина - мощные конвекционные потоки из центра планеты, которые уничтожили большую часть первичной коры.
Полужидкая поверхность, отсутствие атмосферы, многочисленные прыщи вулканов - вот неприглядная картина нашей юной планеты. Однако, через сотни миллионов лет пары воды и углекислота постепенно выделялись на поверхность в виде вулканических газов. Так появились атмосфера и первая жидкая вода. Вот вам еще один шаг эволюции...
После атмосферы наступил черед расчищать плацдармы для будущей жизни - начала формироваться континентальная кора. Любопытно, что кора континентов химически очень отличается от остальных частей планеты. Именно кора - источник всех тех полезных ископаемых, которые мы наковыриваем для собственного использования. Если бы не металлические руды, уголь, нефть, облик цивилизации был бы совсем другим! А откуда взялись металлические руды у поверхности, если, как считается, все железо опустилось вниз, образовав ядро, еще на самой ранней стадии эволюции планеты? Металлы из глубин Земли доставляют к материкам расплавы с богатым содержанием воды... Я не буду сейчас подробно описывать этот процесс: геология - такая наука, которая мало кого интересует, боюсь растерять читателей, описывая наслоения осадочных пород, зоны субдукции и движение литосферных плит.
Скажу лишь, что 3,8 млрд лет тому назад уже вовсю существовали океаны и материки, кислорода в атмосфере практически не было, а первые бактерии появились в период от 4 до 2,5 млрд лет от рождества планеты. То есть спустя всего лишь 500-800 млн лет от появления Земли на ней возникли первые одноклеточные.
Если взять какую-нибудь популярную книжку по геологии, например, книгу Макдугала "Краткая история планеты Земля", то мы видим характерные названия глав: "Эволюция атмосферы", "Эволюция континентов"... Эволюция, как я уже неоднократно писал, не есть принадлежность или свойство живого. Это общефизический процесс, происходящий в открытой разнообразной системе, в которую поступает энергия. Вот что вам надо запомнить и детям своим рассказывать.
А забыть нужно то, о чем было написано выше, а именно - про железную катастрофу, солнечный ветер, который выдул на окраины солнечной системы легкие газы и про железное ядро Земли... Все это уже устарело. Устарело с тех пор, как российский геолог Владимир Ларин защитил докторскую диссертацию.
Глава 13. Земля Ларина
В поисках перспективы
Интересно, попаду я в историю, если буду первым писателем, который укажет человечеству новый путь развития? С одной стороны, вроде бы, должен. С другой, я ведь всего лишь гонец, который принес хорошую весть, а послал-то ее совсем другой. С третьей стороны, история знает по меньшей мере один случай, когда товарищ, который благовествовал от чужого Имени, стал основателем новой религии. С четвертой стороны, этот товарищ плохо кончил. Так что я в затруднении. Пусть история меня рассудит...
Мне нужно очень многое вам рассказать в этой главе, а глава - это не книга, поэтому постараюсь быть максимально лаконичным.
Пункт первый. В 2002 году произошло знаменательное, но не очень замеченное общественностью событие - президент Буш-младший выделил почти два миллиарда долларов на программу научных исследований по водородному автомобилю.
Пункт второй. Немного ранее, а именно 4,5 миллиарда лет тому назад из протопланетного облака образовалась планета Земля.
Пункт третий. В 1968 году будущий доктор геолого-минерало-гических наук, а тогда простой московский аспирант Владимир Ларин испытал неприятные ощущения в организме, и эти ощущения его не обрадовали...
Теперь я постараюсь свести эти три пункта воедино, а вы внимательно следите за моей мыслью. Обещаю, не пожалеете.
...Чем больше человечество тратит нефти, тем больше беспокоится о том, надолго ли ее хватит. Мы - нефтяная цивилизация. Трудно поверить, но всего сто лет назад нефть продавалась в аптеке в маленьких пузырьках - смазывать горло при ангине, а численность населения земного шара составляла около миллиарда человек. Сейчас нефть добывают миллионами тонн, а численность населения выросла вшестеро. Нефть лежит в основе всего. Сельское хозяйство, благодаря комбайнам, грузовикам и тракторам, которые потребляют нефть в виде солярки и масел, за сто лет подняло производительность настолько, что смогло пропитать невероятно размножившееся население. Не будет нефти - будет голод. На лошадках столько продуктов не напахать. Да и нет уже тех лошадок. Да и крестьян, которые за ними ходят, тоже нет - урбанизированное большинство населения планеты проживает в городах.
Далее. Больше половины всей электроэнергии на планете производится из нефтепродуктов (мазут) и сопутствующего природного газа. Не будет нефти - в мегаполисах случатся тьма и холод. Остановятся автомобили, пароходы, тепловозы, самолеты. Обветшают и разрушатся дороги, потому что асфальт - это тяжелые фракции нефти. Все замрет и опустеет.
По пессимистическим прогнозам нефти в российских недрах осталось на 20 лет. По оптимистическим - на 50. Саудовская Аравия продержится дольше, лет 70. Ну, пускай даже нефти хватит нам не на 20-50, а на 100 лет, все равно - что дальше?
Уран для АЭС тоже исчерпаемый ресурс. Уголь? Этого добра много. Этого лет на 200 хватит. Но производить электричество из угля - себя не жалеть. Наши города станут похожими на Лондон XIX века - весь покрытый черной сажей. К тому же - мало кто это знает! - при сгорании угля в атмосферу выбрасывается в небольшом количестве радиоактивный изотоп -углерод-14. Так что угольные электростанции мира загрязняют планету радиоактивностью больше, чем все атомные станции, вместе взятые... И вопрос все равно не снимается - что делать "после угля"?
Термояд? Заманчивая перспектива. Но предполагаемая периферия термоядерных станций настолько дорога (гигантские вакуумные камеры высотой с пятиэтажный дом, жидкий гелий для охлаждения кабелей, обогатительные фабрики и рудники на Луне для добычи там гелия-3, доставка произведенного на этих фабриках топлива для термоядерных станций с Луны), что пока не ясно - будет ли вообще такая электроэнергия рентабельной. Да и нету еще в мире ни одной термоядерной станции. Только проекты. Вернее, один проект - ИТЭР. Который уже стоил человечеству несколько миллиардов долларов.
Ветроэнергия, приливная энергия дают мизер. А солнечная энергия, которую простодушные экологи считают самой чистой, предполагает такое количество грязных заводов по производству солнечных батарей, что и говорить об этом грустно (поинтересуйтесь как-нибудь на досуге, из чего делаются фотоэлементы).
Но даже если человечеству удастся удешевить киловатт пред-полагаемой термоядерной электроэнергии до приемлемых сумм, что дальше с ней делать? Электричество - штука крайне неудобная для мелкой расфасовки. Это вам не бензин. В автомобиль не зальешь... Вы сказали "аккумуляторы"? О-о! Электромобиль -еще один миф экологов - такая же неосуществимая мечта, как построение коммунизма в одной, отдельно взятой стране. И дело тут не в несовершенстве аккумуляторов. А в том, что все автомобили мира потребляют в два раза больше энергии, чем вырабатывают все электростанции мира. Реально ли утроить количество
электростанций на планете, чтобы сохранить автопарк? Нереально. Вспомните, как строилась какая-нибудь Братская ГЭС - всей страной, с комсомольцами и газетными передовицами... И это одна электростанция.
К тому же экологическая чистота электромобиля - тоже миф. Если перевести все автомобили мира на аккумуляторную тягу, придется понастроить столько вредных предприятий для производства миллиардов аккумуляторов, что выбросы от этих заводов перекроют все автомобильные выхлопы.
Поэтому Буш и выделил деньги именно на водородный автомобиль. Во-первых, водородный автомобиль не потребует перестройки мировой двигательной промышленности. Просто вместо бензина в цилиндрах ДВС будет сгорать водород. Во-вторых, это действительно чистый автомобиль - из его выхлопной трубы вылетает только вода, точнее, водяной пар. Самая простейшая реакция из учебника химии, знакомая даже двоечникам: 2Н
2 + 0
2 = 2Н
2О. Что может быть экологичнее дистиллированной воды? Идеальное решение! Тем более, что водород - самое распространенное во Вселенной вещество. Есть только одна закавыка - где его взять?..
Вообще-то, водород давно и успешно получают из воды с помощью электролитической диссоциации. Но если при горении водорода получается вода и энергия (на которой поедет наш водородный автомобиль), то для того, чтобы обратно разорвать молекулу воды, энергию к ней нужно приложить. Причем, приложить придется в полтора-два раза больше, чем потом получится при горении водорода. Добывать водород из воды энергетически не выгодно! Для того, чтобы перевести все автомобили мира на водород, потребуется уже не в два раза больше электростанций, чем сейчас существует, а в три-четыре!
И тем не менее совокупное ("расфасовочно-технологично-экологичное") удобство водорода таково, что часть мирового автопарка все-таки планируется перевести на водород. На момент написания этой книги германская фирма "Линде" (не сочтите за рекламу) уже разработала и сертифицировала новые баллоны, позволяющие хранить водород под давлением в 700 атмосфер. Это вдвое больше, чем было. Соответственно, на 70 % возрос пробег автомобиля с таким запасом водорода, теперь он сопоставим с пробегом "от бензобака" - 400 км. Чтобы закачать водород под таким большим давлением, нужны специальные АЗС. Одна из них уже строится в городке Оффенбахе. Экспериментальный водородный "Опель" с таким баллоном будет заправляться на такой бензоколонке 3,5 минуты - время также вполне сопоставимое с бензозаправкой.
Островная страна Исландия, где горячие гейзеры, добывает за счет дармового подземного тепла крайне дешевую электроэнергию. Исландцы мечтают использовать это свое природное преимущество и стать водородным Кувейтом - производить за счет дешевого электричества дешевый водород и поставлять его всему миру, поскольку уже сейчас ведущим технократам мира понятно, что водород - топливо будущего, "вторая нефть". Через пять-десять лет его потребуется много, через двадцать - очень много.
"Вторая нефть" - это фигура речи. Водород действительно стал бы второй нефтью, если бы не дороговизна его производства. Ведь действительно потребуется построить огромное число новых электростанций, которые будут работать только на диссоциацию воды. А на чем будут работать эти станции? Уж не на мазуте ли?..
Эх, вот если бы можно было добывать этот чертов водород, как газ или нефть - из земли! Если бы появился человек, который бы сказал: граждане, да можно же!.. Это был бы не просто переворот в энергетике. Это была бы новая эра. Грязная нефтяная цивилизация уступила бы место чистой водородной. Даже сегодняшние мазутные и газовые электростанции можно было бы постепенно перевести на водород - не все ли равно, что в топках жечь, а водород меньше загрязняет.
И такой человек появился. И появился он на моем горизонте. Я ли не молодец?..
У меня нюх на сумасшедших. После многих лет работы в разных редакциях я их за версту чую. Поэтому сразу скажу: Ларин не сумасшедший. И не гений. Просто талантливый и очень наблюдательный человек с развитой интуицией. Геолог от бога. И еще ему просто повезло. Кто-то из геологов должен был рано или поздно сделать то, что сделал он - посмотреть на Землю из космоса. Сопоставить данные о составе Солнца, пояса астероидов, больших и малых планет солнечной системы. И защитить докторскую диссертацию на тему, которую никто из широкой публики даже не заметил ввиду ее сугубой теоретичности - о строении земного ядра. Ну в самом деле, не все ли вам равно, читатель, из чего "сделано" земное ядро - из железа или из металлогидридов? Да хоть из картона! Вам все равно - вон у вас даже лицо стало скучное на слове "металлогидриды "...
А между тем диссертация Ларина переворачивала теоретическую геологию и сотрясала фундаменты. Во всех учебниках, в том числе и школьных, по сию пору написано, что ядро планеты Земля - железное. Никто это ядро не ковырял, конечно, и то, что оно железное - просто давнее устоявшееся предположение, сделанное ровно сто лет назад. Проверить его все равно невозможно, да и смысла особого не было проверять-то: какой практический выход от этой затеи? Это же чистая теория. Но не зря говорят: нет ничего практичнее хорошей теории! Впрочем, не будем забегать вперед...
Итак, во всякой науке есть свои догмы, свои священные коровы. Главная догма геологии - железное ядро Земли. Откуда эта догма взялась?
Из астрономических наблюдений ученые-механики давно поняли, что масса распределяется внутри нашей планеты неравномерно - в центре Земли есть какое-то плотное ядро. Это стало ясно из расчетов уже в середине XIX века. Позже ядро было обнаружено экспериментально - к 1918 году земной шар был покрыт довольно густой сетью сейсмических станций, с помощью которых нашли так называемую сейсмическую тень от некоего очень плотного земного ядра. Задумались, из чего это ядро может состоять? Какое есть плотное и при этом достаточно широко распространенное вещество во Вселенной? Железо!
Нужно еще вспомнить, что начало XX века - время бурного становления металлургии, доменного процесса, который был тогда настолько моден, что к домнам ходили многочисленные экскурсии. Домна была вершиной научного и технического прогресса того времени. Школьники, аристократы, дамы с лорнетами ходили наблюдать работу домны. Это очень впечатляло. Домна тогда была, наверное, самым сложным сооружением на планете. В домне шлаки всплывали вверх, а жидкое железо оседало вниз... А если учесть, что у истоков геохимии стояли люди с металлургическим образованием, то нет ничего удивительного в том, что родилась аналогия планеты с домной: мол, когда Земля была еще горячая, расплавленное железо, как самое тяжелое, под действием гравитации стекло вниз, а легкие силикатные шлаки всплыли вверх... Именно эту гипотезу я честно описал в первой главке. Эта идея прочно утвердилась во всех учебниках по геологии, но никаких доказательств ее в специальной литературе нет. Напротив! Внимательное изучение астрономических данных второй половины XX века привело Ларина к совсем другим выводам...
Ныне пока считается, как уже было сказано, что когда из газопылевого облака образовывалась наша солнечная система, солнечный ветер выдул все легкие элементы типа водорода на окраину, из них сформировались огромные газовые пузыри - Юпитер, Сатурн... А все тяжелые элементы, в частности металлы, остались поблизости - из них получились мелкие тяжелые планетки - Марс, Венера, Земля, Меркурий. Но последние научные данные противоречат этой гипотезе.
По составу метеоритов мы можем судить о составе пояса астероидов, который находится в три раза дальше от Солнца, чем 3емля (метеориты прилетают на Землю именно оттуда). И этот состав полностью опровергает теорию солнечного ветра. Скажем, легкий бериллий присутствует в астероидах наряду с тяжелыми платиной, иридием. Почему? Откуда в поясе астероидов тяжелые металлы? Каким таким солнечным ветром их надуло? Иридия там десятки раз больше, чем на Земле. А должно быть в десятки раз меньше, потому что дальше от Солнца!.. А дело все в том, что не столько солнечный ветер распределял вещество от центра к периферии газо-пылевого облака, сколько магнитное поле молодого Солнца. Именно оно сыграло роль сепаратора химических элементов. Ларин понял это, когда взял таблицу ионизации химических элементов и сопоставил с содержанием элементов в планетах и в самом Солнце. И все сразу встало на свои места. Впрочем, до таблицы ионизации была другая таблица - свойств металлогидридов...
Ларин понял, как и из чего сделана наша планета. Оказалось, у нее чисто железное ядро, а кремний-магний-железное, насыщенное водородом. И тонкая силикатная оболочка... Чуть позже я расскажу, какие невероятные выводы для русских, евреев и исландцев проистекают из всей этой скучной науки, а пока, думаю, вам будет крайне интересно узнать, как и при каких обстоятельствах идея убить священную корову геологии пришла в ларинскую голову.
- Знаете, я неплохой геолог. Вот, бывает, приезжаешь на какую-то новую территорию, а там все незнакомое - породы, местность... Начинаешь все это изучать. Информация в голове накапливается, накапливается, а потом вдруг случается с тобой какое-то депрессивное, сонное состояние, начинает корежить тебя, а после неожиданно приходит озарение - ясно понимаешь, как тут все устроено, как и почему расположены породы на местности. И дальше ты уже просто посылаешь геологов по маршруту, говоришь им, что они там должны увидеть, что нужно искать, на что обратить внимание. Они идут и находят, а потом удивляются: Николаич, откуда ты узнал, ты разве там был?.. Вот это ощущение, когда тебя корежит и, значит, в голову придет что-то важное... я его уже узнаю.
В 1968 году перед защитой кандидатской диссертации я решил посмотреть свойства гидридов. Как сейчас помню - стою я в читальном зале, смотрю на табличку с плотностью гидридов, вижу, что металл поглощает сотни объемов водорода на один свой объем и при этом не разбухает, а просто уплотняется вдвое при обычном давлении. Стою и смотрю. Стою и смотрю. Обычные справочные данные. И вдруг меня начинает корежить. И так сильно! Буквально всего изломало, аж мурашки по спине бегали. Я понял, что какая-то мысль вот-вот придет и, судя по тому, что корежило меня изрядно, мысль огромная. Я испугался: у меня на носу защита, неужели я в расчетах ошибся?
И вдруг приходит эта идея. Совершенно незваная. И такая простая! Я даже удивился: почему никто до меня не обратил на это внимание?!. Наверное, просто потому, что геология занимается тонкой корочкой земли, прикладными вещами, ископаемыми, а в центр планеты залезть все равно невозможно и потому интереса особого нет. Никто же не предполагал, что...
И, главное, идея эта не нужна мне была! У меня была прекрасная работа, защита кандидатской на носу, через три года я бы и докторскую защитил по тому же направлению... Я защищался по прогнозированию скрытых редкометалльных месторождений. Прекрасные результаты, по моей методике до сих пор ищут и находят. А тут эта идея. Голая. Но я уже понял, что я ее не брошу. А брошу свою прежнюю работу. И что мне предстоят годы, чтобы по-настоящему дорасти до этой идеи...
...Сейчас я для особо продвинутых и интересующихся наукой граждан попробую подробнее рассказать о ларинской идее. Это будет подглавка для необязательного чтения. Фригидным девушкам рекомендую ее пропустить...
Некоторые интимные подробности зарождения Солнечной системы
В середине XX века астрофизик и нобелевский лауреат Фред Хойл понял, что у протосолнечного диска на определенном этапе развития должно было существовать мощное магнитное поле, а часть вещества пылевой туманности было ионизированным. Механизм временного возникновения магнитного поля в дозвездной туманности довольно остроумен, но разбирать его сейчас мы не станем, чтобы не отвлекаться от еще более остроумной гипотезы Ларина, которая базируется на теории Хойла.
В общем, ионизированные частицы пересекать силовые линии магнитного поля не могут, они попадают в силовые линии поля как в силки. Но разные вещества имеют разную склонность к ионизации. Скажем, цезий легко теряет внешний электрон - ему достаточно света керосиновой лампы. А гелий практически не ионизируется. Элементы, которые легко ионизируются, остаются в силках магнитного поля протосолнечного диска, а нейтральные и трудно ионизируемые уносятся солнечным ветром на окраину.
Благодаря спектральному анализу нам известен состав фотосферы Солнца. Нам известен состав внешней геосферы Земли, состав лунного грунта (спутники привезли). По коллекциям метеоритов известен состав пояса астероидов. Если теперь по оси ординат отложить относительную распространенность элементов, а по оси абсцисс потенциал ионизации, то мы увидим, что в Солнечной системе распределение элементов действительно зависит от потенциала ионизации. Гипотеза Хойла таким образом блестяще подтвердилась. А с ней и теория Ларина.
Почему относительное содержание углерода на Земле в тысячи раз мень-ше, чем на Солнце? И почему углерода больше в поясе астероидов, чем на Земле? Потому что атомы углерода, будучи в основном нейтральными, проскочили "прутья" магнитного поля протосолнечного диска и улетели к окраинам будущей Солнечной системы. (На Солнце углерода много, потому что состав Солнца - это средний состав протосолнечного газо-пылевого сгущения).
В поясе астероидов также много ртути, серы, золота, серебра, платины - у всех этих элементов высокий потенциал ионизации, их трудно ионизировать и, соответственно, удержать магнитным полем вблизи центрального светила..
А вот цезия, урана, калия, рубидия, напротив, больше на Земле, чем в ас-тероидах. Потому что у этих элементов низкий потенциал ионизации... Поэлементный состав Луны и Земли одинаков, потому что они находятся на одном расстоянии от Солнца...
Зная состав протосолнечного диска (по составу сегодняшнего Солнца), зная потенциалы ионизации, Ларин взял и выписал на бумажке состав изначальной Земли. И его список вошел в противоречие с основной догмой геологии о железном ядре. Для планеты с железным ядром и силикатно-шлаковой оболочкой нужно, чтобы в составе прото-Земли было 30% кислорода и 40% железа. Однако магнитная сепарация ограничила среднюю концентрацию кислорода в Земле в пределах 1-2%, а железа - примерно 12 весовых процентов (кстати, именно такая концентрация железа действительно наблюдается в глубинных мантийных породах). Исходная же концентрация водорода составляла 60 атомных (а не весовых) процентов. Это много. Водород поэтому оказался везде - при формировании планеты все остальные элементы были в виде водородных соединений (гидридов).
Отсюда вытекает, что силикатно-оксидная оболочка планеты под континентами имеет толщину 250-300 км, под океанами же несколько тоньше. Ниже, до самого ядра идет мантия, сложенная из бескислородных металлогидридов - кремния, магния и железа с добавками кальция, алюминия, натрия... Ну а ядро сохранило исходный состав протопланетного облака.
Теория металлогидридной планеты была проверена в лабораторных условиях - Ларин изучал свойства разных гидридов в условиях разных давлений и температур. Выяснились любопытные вещи. Скажем, теория Ларина предсказывала, что во внешней зоне ядра водород присутствует в виде раствора. Так вот, различные методы геофизики показывают, что внешние обо-лочки ядра действительно находятся в жидком состоянии. Раньше предполагалось, что это следствие высоких температур, царящих внутри планеты. Но тогда не совсем ясно, почему само ядро не жидкое при таких температурах, а жидкими являются только внешние его слои. Ларинская теория отвечает на этот вопрос так: "Жидкое состояние внешней зоны ядра обусловлено присутствием в металлах водорода в растворенном виде. Это явление обнаружено экспериментально. Металлы, содержащие растворенный водород, при увеличений давления сначала становятся пластичными, как пластилин, а затем начинают течь, как будто они расплавлены. Причем, происходит это при комнатной температуре".
…Срединные океанские хребты активно "газят" водородом. Традиционная теория этого объяснить не может. Только ларинская.
...Геофизики обнаружили три скачка в плотности мантии на глубинах в 400, 670 и 1050 км. Эти ступени можно объяснить опять-таки только ларинской теорией. Здесь, по Ларину, должен быть кремний. А гидридный кремний как раз имеет три скачка плотности при соответствующих данным глубинам давлениях (проверено в лаборатории).
...Года три-четыре назад по СМИ проскочила сенсация - на Марсе обнаружено очень много серы, гораздо больше, чем на Земле. Откуда? Непонятно. А из ларинской теории это прямо и естественно вытекает.
Или вот взять, скажем; траппы, - рассказывал мне Ларин. - Это базальты, которые заливают обширные территории. У нас вся Восточная Сибирь залита траппами. Когда я рассматривал происхождение траппов в рамках своей теории, то пришел к выводу, что в траппах должны быть включения самородных металлов, таких, как алюминий, магний, железо... Традиционная геология этого предсказать и объяснить не может. Помню, едем мы куда-то с приятелем-геологом на машине, и я его спрашиваю: "Ты не знаешь, кто у нас траппами вплотную занимается, у меня получается, что там должны встречаться самородные металлы. Друг отвечает: - Не знаю, но сейчас подхватим по пути парня из Якутска, он, кажется, занимается траппами. Садится в машину парень и сразу после "здравствуй" говорит моему приятелю: "У нас какая-то непонятка - мы в траппах самородные металлы обнаружили. Не знаешь, отчего бы это? Нас за это все бьют, это против теории, а у нас факты. Хоть обратно зарывай!"
...Опять-таки в полном соответствии с ларинской теорией в Исландии водород в некоторых местах из-под земли просто со свистом вырывается. Оставляя традиционную геологию в полнейшем недоумении по поводу этого необычного явления.
Водородная эра
Вот теперь, читатель, настал наконец черед рассказать, что же замечательного для всех нас в этой ларинской идее. А замечательно то, что если полить воду на магний, в результате реакции получится оксид магния, много дармового тепла и... газообразный водород. А внутри Земли, по Ларину, полным-полно магния.
У вас, наверное, уже возник вопрос - а глубоко ли залегают в Земле эти самые металлогидриды? К сожалению, глубоко - сотни километров. (Напомню, самая глубокая скважина, пробуренная человечеством - 15 километров). Но! В так называемых зонах рифтогенеза, где земная кора тоньше, кремний-магний-железистые слои подходят довольно близко к поверхности планеты - километров на 30-40. Уже лучше, но тоже слишком глубоко для добычи... Наконец, в этих зонах рифтогенеза есть места, в которых металлы отдельными языками дотягиваются почти до самой поверхности и залегают на глубинах всего 4-6 км. Туда можно пробуриться, сделав несколько скважин - по одной скважине подавать воду, из других качать водород. Можно даже не бурить, а сделать шурф - прорыть наклонный туннель. Самое главное, для этого не нужна техника завтрашнего дня, достаточно вчерашнего.
Сразу скажу: таких удачных зон на Земле немного. И большая часть из них находится, к сожалению, в океане. Тем не менее, существуют несколько считанных мест и на суше. Это и есть будущие Кувейты. Будущие мировые источники главного сырья завтрашнего дня - водорода. Чувствую звенящий вопрос читателя - где?! Где они? Кто эти счастливцы? И есть ли среди них Россия?
Есть! В Байкальской области рифтогенеза, в Тункинской впадине на глубине 5-6 км электромагнитное зондирование выявило огромную зону с аномально высокой проводимостью. Опять-таки, традиционная геология сей феномен объяснить не может - только ларинская...
Кстати, об Исландии, которую мы тут уже дважды упоминали, быть ей все-таки водородным Кувейтом! Одна из зон близкого залегания ларинских слоев именно там. Еще одна зона в Израиле (на зависть арабам). И еще одна на западе Канады, и в США, штат Невада...
Когда покойный академик Моисеев ознакомился с теорией Ларина, он безмерно удивился, что она еще не является общепринятой. Потому как базируется на эмпирических космологических данных, истолковать которые иначе, чем это сделал Ларин, нельзя. В противном случае, не дали бы коллеги-геологи Ларину защитить докторскую, накидали бы черных шаров: не любят в науке убийц священных коров. Но тут крыть было просто нечем.
Любопытно, что Советская власть чуть не подошла к использованию водородной энергетики первой в мире. В октябре 1989 года академическое совещание в Геологическом институте, заслушав доклад Ларина, постановило: "Рекомендовать сверхглубокое бурение (до 10-12 км) в области современного рифтогенеза... Предложить в качестве объекта Тункинскую впадину, где бурение может иметь исключительно большое значение для энергетики и экологии, так как позволит оценить и проверить научно обоснованную возможность обнаружения принципиально нового и экологически чистого энергоресурса, могущего составить конкуренцию традиционным энергетическим источникам..." Однако, бурно расцветшая перестройка, а затем крушение империи помешали этому начинанию. А жаль - в Сибирском отделении АН СССР даже успели сделать предварительную технико-экономическую оценку проекта. Получалось, что с 10 квадратных километров можно будет легко получать 100-200 миллионов тонн условного топлива в год. И гнать его трубопроводами за границу. В Европу, Азию... Этого ископаемого хватит человечеству на сотни тысяч, если не миллионы лет. А нефть побережем для лекарств, производства пластмассы и моторных масел.
Сейчас, на момент написания этой книги, в мире надвигается экономический кризис. Есть мнение, что это обычный долгопериодический технологический спад, связанный с исчерпанием технологий (завершение так называемого цикла Кондратьева). Спад должен смениться многолетним подъемом. Только для этого подъема нужны новые технологические прорывы. Кто знает, быть может водородная энергетика станет для мировой экономики тем, чем когда-то стала для нее нефть - новым технологическим прорывом.
Глава 14. Химия и жизнь
Вот это, между прочим, очень тонкий нервный вопрос - зарождение жизни на Земле. Бесчисленные боговеры проводят многомудрые подсчеты, в которых "доказывают": жизнь на Земле самопроизвольно-де зародиться не могла, потому что вероятность этого события столь ничтожна, что для этого не хватит всего времени существования Вселенной, скорее тайфун, пронесшийся по автомобильному кладбищу, соберет целый автомобиль из обломков, нежели в результате случайного смешения молекул, появится жизнь... ну и прочий бред.
Конечно, в результате случайного смешения молекул живая клетка не построится, ясный пень. Но природе и не нужно было сразу строить такую сложную вещь, как клетка или даже ее часть - митохондрия, например. Шла эволюция, то есть постепенное усложнение с закреплением результата. Если данная органическая молекула устойчивее в данной среде, нежели другая, то она и "выживает". Если молекула настолько сложна, что у нее уже есть намеки на обратную связь, то есть какое-то первичное реагирование на среду - это уже новая ступень в усложнении.
Жизнь поначалу развивалась очень неспеша. Эволюция живого шла по экспоненте, то есть с постоянным нарастанием темпа. Стало быть, самый сложный, самый первый ее участок - молекулярная эволюция, когда природа буквально "тыкалась вслепую" - должен был занять самый длинный этап на временной оси. Дарвин удивлялся, что эволюции потребовалось так много времени для создания жизни. А мне удивительно, что первые - самые при-митивные - одноклеточные организмы появились на Земле так быстро - всего через несколько сотен миллионов лет после рождения планеты. Это должно было занять гораздо больше времени!
Для иллюстрации нарастающих темпов эволюции обычно приводят следующую временную шкалу - сравнивают время существования нашей планеты с одним годом и на этом масштабе становится ясно, что такое эволюционный взрыв.
Итак, допустим, формирование планеты Земля завершилось 1 января. Тогда первые клетки появились в конце марта - начале апреля.
Черви возникли в начале ноября.
Первые позвоночные - в начале декабря.
Динозавры появились 20 декабря.
Первые приматы - 28 декабря.
Обезьяны появились 31 декабря.
Неандертальцы появились к вечеру 31 декабря.
Гомо сапиенс возник на исторической арене 31 декабря в 23 часа 57 минут.
Древний Египет, Древний Шумер появились в 23 часа 59 минут 10 секунд.
Иисус Христос родился в 23 часа 59 минут 50 секунд.
Промышленная революция началась в 23 часа 59 минут 59 секунд. За "секунду" до сегодняшнего момента!
Впечатляет? Настоящий взрыв! Вот каких мощных темпов ускорения эволюции добилась природа, "придумав" смерть, половое размножение, мутации, естественный отбор и психическое отражение реальности.
Но если с эволюцией живой материи биологам уже все более-менее ясно, то с эволюцией высшего химизма - сплошные вопросы. Условия молодой Земли еще не выяснены окончательно, поэтому делать окончательные выводы о том, как именно зарождалась жизнь, пока рано. Вопрос о том, на каком этапе высший химизм постепенно перетек в жизнь, пока висит. Но некоторые догадки строить уже можно.
Я не очень хорошо разбираюсь в молекулярной биологии и биохимии, поэтому пришел к биофизику Александру Кушелеву с вопросом о том, как это природе удалось так быстро организовать химическую эволюцию, ведь, исходя из экспоненциальности эволюционного процесса, на это должно было потребоваться гораздо больше времени. И почему в расчетах некоторых специалистов, времени жизни всей Вселенной не хватило бы на то, чтобы пройти этап от химической эволюции до первой клетки.
- Не учитывается одна тонкая штука, - ответил мне Кушелев, - Химическая эволюция шла... 50 триллионов лет!
И пояснил свою мысль... Все расчеты о том, сколько времени нужно химической эволюции для формирования первичных жизненных структур, ведутся исходя из так называемых н.у. - нормальных условий (атмосферное давление, температура, примерно равная 22°С). Но химические реакции могут протекать в сотни тысяч раз быстрее, если повысить температуру на несколько сотен градусов и давление, скажем, до 250 атмосфер. Вот тогда-то, на что в нормальных условиях действительно потребовалось бы много-много триллионов лет, удастся уложить всего в полмиллиарда. Химики знают, что повышение температуры на 10 градусов повышает скорость реакции окисления вдвое. Повышение температуры на 20 градусов, соответственно, повышает скорость реакции (количество прореагировавших молекул) вчетверо. И так далее. Вот такая геометрическая прогрессия.
- 50 триллионов лет - вот сколько лет должна была бы идти эволюция в нормальных условиях, чтобы дойти до первой клетки, - говорит Кушелев. - Но повышение температуры и давления позволили этому процессу сократиться до 500 миллионов лет. Впрочем, если быть строгим, в нормальных условиях эволюция пройти не смогла бы. Некоторые специфические реакции достижимы только в "ненормальных" условиях. Например, в черных курильщиках...
Черные курильщики - это подводные гейзеры. Они расположены на дне океана, где из разломов земной коры бьет фонтан перегретой воды температурой 250-300 градусов С под давлением в 250 атмосфер.
Дальше я просто приведу рассуждения специалиста в полной неприкосновенности. Если вы в химии и молекулярной биологии профан, можете этот кусок безболезненно пропустить, я привожу его только из-за Валеры Чумакова, чтобы он больше не приставал ко мне с идиотскими подсчетами о том, что самозарождение жизни невозможно, потому что... Валера! Читай и делай выписки, только для тебя я перегружаю книгу такой умственностью. Итак..
- Как это ни парадоксально на первый взгляд, но при таких условиях (300 градусов и 250 атмосфер - А.Н.) клетки хемосинтезирующих бактерий могут размножаться в 30 раз быстрее, чем при атмосферном давлении и комнатной температуре. Митохондрии таких клеток могут размножаться еще быстрее, а снятие информационных копий с ДНК осуществляется на несколько порядков быстрее, чем при нормальных условиях. А главное, самоё начало химической эволюции - подбор материала для строительства РНК, ДНК и белков - становится принципиально возможным, т. к. комплементарная пара только в таких условиях может дождаться своей половины. При н.у. это просто нереально. Здесь имеет смысл обратить внимание на химический состав горячего "супа". В него в больших количествах входят кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор и в малых количествах все остальные элементы таблицы Менделеева.
Самое интересное, что из недр Земли, кроме атомов и простых молекул, "выплывают" готовые блоки ДНК и РНК - азотистые основания и фосфолипиды, которые, взаимодействуя между собой, время от времени образуют нуклеотиды, т.е. комплементарные пары ДНК и реже - РНК. Комплементарные пары (половинки одной ступени ДНК) находят друг друга при температуре 250-300 градусов в десятки тысяч раз быстрее, чем при комнатной. Удачная стыковка сопровождается синхронным соединением перил (фосфатных групп) между собой. Образуется поперечная диэфирная связь - ключ, помогающий разгадать многие повадки живых молекул.
Как только образовалась поперечная диэфирная связь, возникает.особая, "живая" молекула. Ее особенность заключается в способности восстанавливать свою структуру при случайном разрушении водородных связей между половинками ступени ДНК. Дело в том, что разрыв водородных связей не разрывает, а всего лишь раздвигает или, как принято говорить, расплавляет ступень ДНК, половинки которой остаются связанными через фосфатные группы. Кстати, случайно раздвинуть ступень ДНК не так просто, т.к. половинки ступени достаточно массивны и раздвигаются только в одном направлении, поворачиваясь вокруг центра атома кислорода, заключенного между двумя атомами фосфора.
Что же происходит дальше? Раздвинутая ступень ДНК ловит своими половинками комплементарные пары, выходящие из недр Земли или образующиеся в "топке" "черного курильщика". Захватив себе пару, ступень превращается в две одинаковые ступени, т.е. удваивается. Дальше эволюция может пойти по двум различным путям. Либо две ступени, связанные по фосфатным группам, разойдутся в стороны (размножение), либо образуется вторая, теперь уже продолыная диэфирная связь (первой продольной связью становится в этом случае материнская поперечная связь, с которой все началось). В этом случае мы наблюдаем рост молекулы ДНК. Оба эти процесса полезны, однако, в начале эволюции, живые системы больше размножаются, чем растут. Достигая некоторого уровня развития (в данном случае концентрации одноступенчатых ДНК), молекулы начинают больше расти, чем размножаться.
Если температура в недрах "черного курильщика" понижается, то доля размножающихся молекул падает, в то время как доля растущих возрастает. Растущие молекулы начинают различаться по своему составу, образуя первые виды одномолекулярных живых организмов. Прародителем таких организмов можно считать аденозинмонофосфат, который в современных организмах выполняет энергетическую и информационную функции одновременно.
Число видов быстро возрастает, однако выясняется, что некоторые одно-молекулярные оказываются способными ускорять образование нуклеотидов из азотистых оснований и фосфолипидов, а другие - пожирать менее приспособленных одномолекулярных. В дальнейшем аналогичное различие функций ярко проявится у растений и животных.
Хитрость механизма одномолекулярных заключается в том, что одноцепочечная спираль ДНК, состоящая из нуклеотидов, может образовывать комплементарные пары внутри себя (вспомните внутренние связи т-РНК). Если эти комплементарные пары сшивают одноцепочечную ДНК, образуя механизм нападения, то новоявленный хищник начинает охотиться на других одномолекулярных, подрастая и размножаясь за их счет, т.е. используя готовые блоки, на которые он разобрал своих конкурентов.
Господствующий вид одномолекулярных начинает и "внутривидовую" борьбу, в которой выживает наиболее приспособленный, который сохраняет свою структуру в виде последовательности нуклеотидов, передавая ее по наследству. Многие виды не выдерживают конкуренции и надолго (если не навсегда) исчезают с лица "черного курильщика". Удачные виды начинают лакомиться не только выходящими из жерла "черного курильщика" нуклеотидами, но и отдельными азотистыми основаниями, самостоятельно доделывая их до нуклеотидов. Для этого к захваченному азотистому основанию нужно приделать фосфолипид с нужной стороны, а если он слишком длинный, то обрезать ему лишнюю часть "хвоста". С этого момента рост и размножение "полиглота" резко усиливается. Дело в том, что вероятность найти фосфолипид произвольной длины гораздо выше, а точное место присоединения к азотистому основанию отсекает неподходящие изомеры нуклеотидов.
Через некоторое время появляются "суперполиглоты", которые способны синтезировать фосфолипиды из произвольных углеродных цепочек и фосфорной кислоты. Дальнейшая "всеядность" требует изготовления самих азотистых оснований, которые в современных клетках синтезируются из углекислого газа, соединений азота и других простых молекул.
Каждое такое усовершенствование вызывает своеобразный демографи- ческий взрыв в недрах "черного курильщика". Но нет предела совершенству. Став всеядными одномолекулярными организмами, они начинают образовывать новые и новые виды, одни из которых могут быть полезны другим. Появляются катализаторы эволюции или одномолекулярные симбионты. Одни из них способны строить жилища, защищающие их самих и их друзей от невзгод и назойливых собратьев. Жилища, похожие на коммунальные квартиры, способствуют подбору уживчивых жильцов, способных разделить между собой обязанности. Появляются молекулы-профессионалы. Профессионализм в создании всевозможных белковых механизмов характеризует сложную молекулу рибосомальной РНК, которая впоследствии войдёт в состав митохондрии под именем рибосомы.
Отличительной чертой митохондрии является способность совмещать в себе коллектив молекул-профессионалов, которому для жизни требуются лишь простые молекулы в качестве сырья и электронный градиент, преобразуемый ею в универсальный энергоноситель аденозинтрифосфат (АТФ), используемый всеми земными организмами. Эволюция митохондрий в десятки раз быстрее протекает в утробе черного курильщика, чем на поверхности океана. Однако митохондрии уже способны путешествовать из тела одного "курильщика" в тело другого. Внутри общих предков современных клеток и митохондрий эволюция продолжает набирать темп. Совершенствование рибосом и других органелл древней клетки приводит к появлению нового уровня организации: "клетка в клетке", где более крупная и совершенная клетка содержит в себе микроклетки-митохондрии Новые рибосомы в макро-клетке уже не просто присоединяют одну аминокислоту к другой, как в митохондриях, а ориентируют их, согласно третьей букве генетического кода. Это делает клетку более жизнеспособной за счет ускорения процесса образования вторичной структуры белка, который теперь при нормальной температуре идет почти так же быстро, как самосборка при высокой температуре.
Следующий серьезный шаг, позволяющий покинуть родину, это освоение порфиринового кольца, в частности магнийсодержащего, с помощью которого появилась возможность использовать в качестве источника энергии солнечный свет.
Возвращаясь к скорости размножения ДНК, отметим, что изменение дав-ления или температуры может приводить к задвиганию и раздвиганию комплементарных пар ступени ДНК.
Образование сложных клеточных структур, подобных аппарату Гольджи, клеточному ядру и пр. мы рассматривать не будем ввиду их чрезвычайной сложности. А эволюция "от амебы до гориллы" хорошо изложена в популярной книге с одноименным названием, а также во всех учебниках биологии.
Упомянем лишь некоторые любопытные особенности этого процесса. Скажем, в ступени развития хордовых была забавная развилка эволюции. Существует животное минога, у которой мозг имеет уже все разделы человеческого, а на месте, где у грудного ребенка расположено темечко, у миноги - третий (теменной) глаз. Когда человек рождается, на этом месте прочные кости черепа отсутствуют, а вместо них - пульсирующая область кожи, которая на первом году жизни зарастает костной тканью. Эволюция могла пойти и другим путем, и тогда третий (теменной) глаз стал бы или остался бы таким же, как и два других.
Любопытно также, что, однажды сформировавшись, многие виды стабилизируются, и их эволюция начинает протекать согласованно с другими видами, причем между видами часто выдерживается дистанция. Это немного похоже на формирование линейчатого спектра, характерного для излучения и поглощения света газами. Давление, оказываемое на вид экологической нишей, может вызвать его конденсацию, что (как и в случае конденсации газа) приводит к появлению полосатого спектра (расы).
Собственно говоря, пассаж про расы и линейчатые спектры не имеет прямого отношения к биохимической эволюции, но он любопытен и прекрасно иллюстрирует общность проявления физических законов для неживых и живых систем, состоящих из массы сходных элементов.
Из научных предположений упомяну разве что еще гипотезу о влиянии поверхностных явлений. Возможно, что кристаллические поверхности природных минералов могли играть роль шаблонов, с помощью которых происходила организация или даже воспроизведение сложных молекулярных соединений на первом этапе эволюции.
Появление мембран - тонких полимерных соединений позволило скопищу из органических молекул накапливаться в ячейках, состав которых чуть отличался от состава окружающей среды. Это было шагом обособления, выделенности от среды.
В архейскую эру существовали простейшие одноклеточные, не имевшие ни ядра, ни других сложных внутриклеточных структур. Их называют протокариотами. Аж до середины протерозоя протокариоты были единственными обитателями морей. А потом, 1,5 миллиарда лет назад, появились эутокариоты - клетки, имеющие разные внутриклеточные структуры. Как это произошло? Большинство ученых ныне полагает, что сие знаменательное событие случилось в результате либо пожирания, либо случайного проникновения одной безъядерной клетки в другую. Съеденная клетка, благодаря случайности, не растворилась, а продолжила жить внутри другой клетки, приспособившись к такому существованию. Такое симбиотическое существование закрепилось эволюционно.
Если посмотреть на хлоропласты, существующие в клетках растений, то можно увидеть, что они очень напоминают слегка измененные цианобактерии - одноклеточные синезеленые водоросли.