Эти космогонические идеи, эти представления a priori, должны быть оставлены в стороне, хотя бы потому, что мы знаем сейчас, чего не знали в эпоху, когда они слагались, что газовое состояние на Земле имеет узкие пределы своего существования. Эти пределы на нашей планете для ее атмосферы очень ограничены. Прежде чем рассуждать a priori, надо точно, что возможно только эмпирически, выявить, где на Земле возможно бытие обычных для нас трех состояний материи. Уже за пределами стратосферы, к ее верхним границам, мы встречаемся с пустотой физической, в которой нельзя говорить о состояниях материи. Это еще не пустота космического пространства, но это и не есть газовая атмосфера, хотя такой и называется. Молекулы и атомы проходят значительные расстояния не сталкиваясь и не встречаясь. Газа в обычном понимании здесь очевидно быть не может. С другой стороны, на нижней границе земной коры, как я указывал, на глубине 60 км от уровня геоида основные различия между жидким, газообразным и твердым состоянием стираются – мы подходим к пластическому, упругому состоянию материи, представить конкретно которое нам трудно. Но газа в этих просторах тоже быть не может.

Таким образом, в вертикальном разрезе планеты о газовом состоянии вещества можно говорить только в пределах 140 км, то есть примерно в пределах 0,02 земного радиуса, для тонкой оболочки, занимающей ¹/⁵⁰ объема планеты. Кверху она ограничена физической пустотой, книзу твердо-пластически-упругой однородной планетной материальной массой.

Нельзя, следовательно, рассматривать газовую атмосферу Земли: в аспекте всей планеты – надо судить о ней в аспекте земной коры, которой как раз отвечает эта тонкая верхняя оболочка.

Газовая атмосфера Земли едва ли поэтому является созданием фазовых равновесий планетного вещества, но есть выявление химических и биогеохимических процессов земной коры. Можно и должно говорить о последних, так как тропосфера целиком входит в одну из оболочек земной коры, в биосферу.

Какова же роль этих двух химических и биогеохимических явлений в процессе ее создания?

41. Вопрос давно решен для свободного кислорода, но это решение недостаточно учитывается в текущей научной мысли.

Мы можем здесь стоять на точной почве фактов, так как знаем количественно точно порядок явлений.

Точные, хотя и приближенные, подсчеты показывают[125], что количество свободного кислорода, извлекаемое из биосферы, как жизнью, так и растворением его в водных массах Океана одного порядка с тем количеством кислорода, которое находится в свободном состоянии в земной атмосфере, то есть порядка 10²¹ грамм.

Кислород в водных растворах весь находится в непрерывном движении под влиянием жизнедеятельности водных организмов. Это ярко проявляется в его химии даже во Всемирном Океане.

Через живое вещество реально проходят – благодаря дыханию, метаболизму и умиранию, количества свободного кислорода, которые в год равны или близкого порядка с количеством кислорода в воздушном океане, то есть того же порядка 10²¹ грамма[126].

При этих условиях биогенное происхождение свободного кислорода – в главной его массе – не вызывает никаких затруднений с точки зрения тех масс живых организмов, которые могут вызывать его образование.

Насколько можно судить, масса свободного кислорода в биосфере остается постоянной, геологически вечной, несмотря на то что существуют тысячи непрерывно действующих реакций, жадно переводящих свободный кислород в связанное состояние, его потребляющих.

Они все могут уравновешиваться единой реакцией фотосинтеза зеленых растений.

Если бы этот процесс прекратился, в относительно короткое время кислород исчез бы из нашей атмосферы и в то же время масса газовой атмосферы уменьшилась бы, так как кислород, в конце концов, перешел бы в жидкие и твердые соединения.

Атмосфера стала бы более редкой и сохранилась бы только в том случае, если бы прекращение жизни не вызвало бы прекращения поступления в нее других газов, которые, как мы сейчас увидим, тоже в главной своей части биогенного происхождения.

42. По-видимому, сейчас вскрываются факты, которые должны внести поправку в это утверждение, однако эта поправка не так велика, чтобы порядок явлений изменился.

Во-первых, возможно, что образование свободного кислорода в стратосфере разложением молекул воды под влиянием ультрафиолетовых излучений более значительно, чем это предполагалось раньше. Однако даже все количество вещества – и особенно молекул воды – в этих просторах несравнимо с теми массами кислорода, которые создаются фотосинтезом живых зеленых растений и с массой этих растений.

Затем необходимо принять во внимание кислород, создаваемый в областях ниже уровня геоида разложением тех же молекул воды радиоактивным распадом. Массы распадающихся молекул воды могут быть здесь несравнимо больше, радиоактивные излучения их всецело проникают, но значительные концентрации радиоактивных веществ наблюдаются, по-видимому, для сравнительно небольших водных масс. Для Всемирного Океана почти ¹/² всей массы воды при наибольших допущениях 1 г радия дает около 5 куб. см свободного кислорода в год. В общей массе это ничтожная доля биогенного годового его синтеза. Биогенный синтез кислорода воздуха в подавляющей ее части может считаться научно установленным, но мы знаем, как важно в науке выражать количественно ее утверждения с максимальной точностью. Только так можно подойти к научному объяснению. Поэтому сейчас является одной из самых основных задач биогеохимии точное количественное определение поправки, которую надо внести в утверждение о биогенном происхождении кислорода воздуха.

43. То же биогенное происхождение приходится допустить и для наиболее важного по весу и объему газа воздуха – для азота. Нижеследующая схема дает понятие о состоянии наших знаний о свободном азоте тропосферы.

Роль жизни бросается в глаза в этой схеме и вполне отвечает тому значению, какое в природной химии азота имеют органогенные соединения и той огромной роли, какую сам азот играет в бесчисленных биохимических процессах.

Кислород, азот, углерод, водород, кальций – господствующие по массе и значению элементы живого вещества. Вот схема баланса свободного азота тропосферы:

44. Всматриваясь в эту схему, мы не находим здесь ни одного несомненного случая синтеза свободного азота путем реакций, не связанных с жизнью. Есть только один процесс, где серьезно может идти речь о химическом синтезе азота – это процесс восьмой, очень мощный, но это процесс биогеохимический.

Для всех без исключения процессов, здесь указанных, ясен только один источник азота – свободный азот тропосферы. Независимо от него и от жизни, синтеза свободного азота в земной коре с несомненностью мы не знаем.

Значительная часть свободного азота, постоянно поступающего в тропосферу, вне видимой связи с явлениями жизни, есть азот, уже бывший раньше в тропосфере и туда вновь поступивший. Таково происхождение большей части азота, выделяющегося из газовых растворов природных вод.

Сомнение все же может быть для части этого азота. Очень трудно учесть, какое количество такого азота есть азот, не прошедший когда-либо раньше через тропосферу и в нее не возвращающийся вновь.

Следующие соображения заставляют думать, что таким независимым от тропосферы азотом может быть лишь значительно меньшая его часть. Огромное количество свободного азота растворено в поверхностных водах биосферы; этот азот находится в непосредственной связи с тропосферой и следовательно должен быть исключен из нашего рассмотрения.

То же самое должно быть принято и для подземных вод – пластовых вод, прежде всего – растворенный азот которых в более сложной форме, но непрерывно связан с азотом наземных вод и с тропосферой.