Файл: Войткевич, Г. В. Происхождение и химическая эволюция Земли.pdf

чество освобождаемого кислорода стало равным коли­ честву поглощаемого. В атмосфере установилось относи­ тельно постоянное содержание кислорода. По оценке Г. Холленда, общий баланс продукции и потребления кис­ лорода у поверхности Земли может быть охарактеризован следующими величинами:

тии эти газы выделялись на поверхность планеты в боль­ шом количестве. Однако концентрация метана (СН4 ) была, вероятно, относительно невысокой и не превышала его пропорцию в вулканических газах . Со времени действия

чески полностью окислился . Вся деятельность фотосинтезирующих организмов стала направленной на полное

сфере, образуя в гидросфере сложную карбонатную си­ стему. По мере выщелачивания ионов С а 2 + и M g 2 + из

125

в дальнейшем различные превращения, включая образо­ вание в захороненном состоянии рассеянной органики, углей разного типа и нефти.

В процессе круговорота углерода в биосфере Земли происходило разделение (фракционирование) его ста­ бильных изотопов С 1 2 и С 1 3 . Так, в карбонатной системе гидросферы устанавливался обмен изотопов при следую­ щих реакциях:

При этих реакциях изотопные равновесия сдвигаются впрг.во, в результате чего морские карбонаты приобретают

фотосинтеза происходит понижение относительного со­ держания С 1 3 из-за того, что скорость поглощения молекул С 1 2 0 2 выше, чем С 1 3 0 2 . В растениях и их производных мы видим повышенное отношение С 1 2 : С 1 3 порядка 90—91 и выше.

Т а к и м образом, в результате векового геохимического круговорота углекислоты в разных частях биосферы Земли сосредоточился углерод разного изотопного состава.

Однако изотопный состав углерода дает нам кое-какие сведения о химической природе мантии, о степени ее одно­ родности и о распределении в ней углерода. В результате измерений изотопного состава углерода мантийного ма­ териала оказалось, что в данном случае наблюдаются раз ­ личия в изотопном составе двух категорий. Э. Галимов (1968), обстоятельно изучивший этот вопрос, выдвинул гипотезу о существовании двух линий эволюции углерода. Т а к , он допустил, что углерод мантии представляет собой далеко не однородное вещество, обладающее некоторым единым изотопным составом, а находится в двух различ-

126

ных формах, или фазах. Изотопный состав углерода этих фаз различен, различна и химическая форма нахождения . Аналитические данные показали, что имеется полная ана­ логия с состоянием углерода в метеоритах. Так, углерод, присутствующий в рассеянном состоянии в каменных метео­ ритах, легкий по своему изотопному составу. Но углерод, находящийся в концентрированном состоянии, в виде графита и углистого вещества, тяжелый . Такой углерод со­ средоточен главным образом в углистых хондритах. При об­ разовании Земли эти две формы углерода и были унасле­ дованы мантией при а к к у м у л я ц и и метеоритного вещества протопланетой. Э. Галимов отметил, что изотопный состав не только углерода, но и некоторых других элементов в земной коре обнаруживает поразительное сходство с изо- • тонным составом этих элементов в составе углистых метео­ ритов при весьма отдаленном сходстве с обычными камен­ ными метеоритами.

Аргон земной атмосферы большей частью радиоактив­ ного происхождения . Н а 99,6% он состоит из изотопа A r 4 0 ,

тронного захвата и выделялся в атмосферу при общей дегазации планеты. Аналогичную историю прошли и дру­

менную эпоху преимущественно накапливаются в земной коре и в сравнительно малых количествах поступают в атмосферу. Скорость поступления обоих радиогенных газов настолько незначительна, что она не могла обеспе­ чить наблюдаемое их содержание в атмосфере в течение 4,55 +0,05 млрд. лет. Поэтому следует допустить, что большая часть аргона атмосферы поступила из глубинных частей Земли иа ранних этапах ее истории и значительно меньше добавилось впоследствии нри выветривании гор­ ных пород и вулканизме .

Появление свободного кислорода как продукта фото­ синтеза в истории Земли вызвало изменение также в океане. В морской воде изменилось соотношение между

127

дов фотосинтезирующих организмов в Южной Африке. Учитывая общую способность организмов к быстрому раз­ множению и экспансии как следствие напряженности фото­ синтеза, можно допустить, что крутой перелом в составе земной атмосферы произошел относительно быстро в мас­ штабе геологического времени.

Естественно, дегазация Земли в самом начале ее разви­ тия, учитывая радиогенный нагрев и нагрев от эффекта формирования земного ядра, происходила наиболее ин­

в горных поясах в периоды горообразования. В значитель­ ной мере состав атмосферы Земли регулировался темпе­ ратурой ее поверхности.

Таким образом, геохимические данные, к сожалению, весьма неполные, позволяют сейчас говорить о медленном вековом изменении химического состава атмосферы под влиянием различных физических, химических и биологи­ ческих факторов. А. П. Виноградов выделил три основных этапа в истории земной атмосферы: первый — древний — характеризовался обилием паров воды, второй — переход­ ной — с ведущим значением азота (азотная атмосфера) и последний этап — азотно-кислородный, дошедший до нашего времени (табл. 18).

Таблица 18

Схема основных этапов эволюции атмосферы (по А. П. Виноградову)

О С Н О В Н ЫЕ ОСОБЕННОСТИ Х И М И Ч Е С К И Х И З М Е Н Е Н И Й В З Е М Н О Й К О Р Е

Земная кора к а к верхний слой твердого тела Земли первоначально возникла в результате выплавления ма­ териала мантии и в дальнейшем оказалась существенно переработанной в биосфере под влиянием атмосферы, воды и деятельности живых организмов. В настоящее

перерабатывался и химически изменялся у поверхности.

малась к поверхности и, теряя газы, превращалась в ба­ зальтовую лаву, которая растекалась по первичной по­ верхности. П р и остывании она затвердевала, формируя первичную кору океанического типа. Однако процесс выплавления алюмосиликатных масс, обогащенных кремнекислотой, по-видимому, был асимметричным, и на од­ ном полушарии планеты их сосредоточилось больше, чем на другом. В областях будущих континентов моло­ дая земная кора была динамически неустойчивой и пере­ мещалась вверх и вниз под влиянием внутренних причин, о природе которых мы знаем еще очень мало. П р и общих колебательных движениях (вверх и вниз) части первич­ ной коры временами поднимались выше уровня океана и подвергались разрушению под влиянием химически активных газов первичной атмосферы и воды. Продукты разрушения сносились в водоемы и пониженные участки

129