С тропосферой же, хотя местами с затрудненным обменом, связан (в вертикальном разрезе) непрерывно азот подземных атмосфер, которые могут быть прослежены в области суши на несколько километров вглубь, едва ли много глубже 3–4 км от уровня геоида.
И этот азот не может считаться новым азотом, образовавшимся независимо от тропосферы в течение геологического времени. Тем более что нигде мы не видим здесь на глубинах какого-нибудь нового источника свободного азота, который бы сказался в резком увеличении содержания азота в растворе в природных водах, выходящих из областей, где они находятся в соприкосновении с подземными атмосферами.
45. Таким образом, из форм свободного азота, поступающих в тропосферу из более глубоких земных оболочек, чем биосфера, мы можем считаться только с газовыми струями, с минеральными источниками и с вулканическими извержениями. Часть этого азота, какая, мы не знаем, несомненно, в конце концов, связана с азотом тропосферы и, может быть, этим объясняется то постоянство отношения «благодаря» газовому азоту, которое вытекало из измерений Мурэ и Лепапа[127].
И другие явления на это указывают. Так, несомненным может считаться, что на некоторой, уже небольшой, глубине от земной поверхности газы, растворенные в водах, должны были бы быть обогащены свободным азотом, благодаря тому, что свободный кислород быстро исчезает на небольшой глубине от земной поверхности. Свободный кислород исчезает или чрезвычайно уменьшается благодаря, во‑первых, тому, что этот газ должен жадно поглощаться химическими реакциями и живыми организмами, населяющими биосферу, и во‑вторых, потому, что он будет диффундировать в подземную атмосферу, лишенную свободного кислорода.
Но такое обогащение наблюдается далеко не всегда. Для ряда глубоких вод наблюдается уменьшение его количества по сравнению с обычным его содержанием в водах; есть воды, которые содержат по весу 10–5 % азота; такое содержание азота отсутствует для поверхностных вод, где всегда держится его количество порядка 10–30 %. Снизу как будто притока свободного азота нет[128].
46. Должна быть учтена и другая возможность – связь глубинного азота с явлениями жизни.
При повышении температуры в стратосфере и в метаморфической геосфере в восстановительной здесь царящей среде все подземные атмосферы лишены или почти лишены свободного кислорода; проникающие эти области азотсодержащие органические вещества, поскольку можно сейчас судить, в подавляющей массе биогенные, должны разлагаться; возможно, такое происхождение части свободного азота слоев ниже биосферы.
Сколько остается на долю свободного азота, независимого от тропосферы (прямо или через жизнь), мы не знаем, но нигде не видим указаний на такое его образование.
Конечно, отрицательные факты имеют всегда меньшее значение, но, однако, мы наряду с этим имеем положительные факты биогенного образований азота, количественно вполне достаточные для объяснения явлений во всем его масштабе.
Одно время, занимаясь давно уже историей свободного азота в земной коре, я допускал возможность выделения части его из очень глубоких частей планеты[129], но новый пересмотр фактов заставляет меня оставить это предположение.
К тому же в геохимии азота на этих глубинах, не глубже 3–4 км ниже уровня геоида – есть многочисленные указания на его химическую неустойчивость – на образование аммиачных соединений, на «связывание» азота. В глубоких водах в связи с уменьшением свободного азота замечается появление или увеличение аммиачных соединений – результат идущего здесь метаморфического процесса[130].
47. Таким образом, мы можем только допускать, что некоторая часть азота поступает в биосферу из более глубоких частей земной коры независимо от тропосферы и жизни. Но ни одного несомненного случая такого процесса нам неизвестно.
Но зато в биосфере идет мощный процесс выделения свободного азота и его фиксации организмами.
Биогенный свободный азот непрерывно выделяется в тропосферу и переходит в проникающие биосферу воды благодаря деятельности разнообразных бактерий, разлагающих все азотные соединения, как кислородные и аммиачные, так и сложные азотсодержащие соединения, строящие тела организмов.
Процесс этот в водных растворах идет местами с чрезвычайной интенсивностью, так что образуются «пересыщенные» азотом воды, содержащие его в большем количестве, чем сколько это отвечает законам растворимости азота в водных растворах. Я указываю в другом месте[131], что здесь мы имеем дело со своеобразными эмульсионными образованиями.
Деятельность этих бактерий достигает в морях и океанах такой интенсивности, что моря могут быть бедны другою жизнью за исключением этих бактерий, так как бактерии не оставляют для других организмов нужных им азотных соединений, всегда в водах находящихся к ограниченном количестве. Эти явления наблюдаются для тропических областей морей и океанов – первый указал на это К. Бранд, но наблюдается и для наших широт, например для Адриатического моря[132].
Эти бактерии разлагают (то есть ими питаются) не только азотистые соединения организмов, но и нитраты или аммиаки другого происхождения – независимые в своем происхождении от жизни.
48. В тесной связи с этим вся история азота тропосферы проникнута влиянием жизни.
Азот в условиях тропосферы и водных растворов биосферы есть инертное тело. Лишь при исключительных условиях он может давать соединения – кислородные и водородные.
Эти соединения совершенно необходимы для жизни.
Во всех случаях, когда благодаря электрическим разрядам гроз или тихим разрядам в высоких частях тропосферы идет образование из свободного азота кислородных соединений азота, они немедленно используются организмами и поступают в биохимические реакции.
Но больше того ряд организмов, впервые открытых С. Н. Виноградским – частью автотрофных бактерий, используют свободный азот, его окисляют, дают начало тем соединениям, из которых высший хлорофильный растительный мир, в конце концов, строит свободный кислород силой солнечной энергии[133]. Эти процессы создают плодородие почвы.
Но одновременно идут и другие процессы, позволяющие использовать свободный азот – таковы клубеньковые бактерии мотыльковых.
Эти процессы биогенного связывания свободного азота, по-видимому, близки к равновесию с его биогенным выделением. Еще далеко не все ясно в этой области азотных биохимических и биогеохимических процессов.
Но ясно одно: жизнь охватывает всю геохимию азота в тропосфере и в водных растворах, в том числе и в почвенных, биосферы. Эти соединения, если они выходят из круга живых организмов, при смерти и метаболизме, почти нацело в форме свободного азота возвращаются в тропосферу.
49. В конце концов, перед нами для азота начинает выявляться картина, аналогичная выделению свободного кислорода атмосферы. В известной нам, наибольшей по массе, части его количества он есть биогенный продукт, создание биогеохимических реакций. Так же как для свободного кислорода здесь другие реакции его образования далеко отходят на второй план. Таким образом, для подавляющей части земного воздуха, для 98,5 % его объема – биогенное образование, биогеохимический процесс достаточен для объяснения его существования.
Изучение других газов, остальных 1,5 %, подтверждает этот, вывод. Для воды и для углекислоты роль жизни очень велика.
Конечно, огромное количество водяных паров идет из наземных водных водоемов, прежде всего с поверхности Океана, но общеизвестно огромное значение растительности суши на распределение влажности всей тропосферы. Еще больше роль и значение жизни в распределении в воздухе углекислоты; биогенная углекислота является господствующей в тропосфере и роль жизни здесь сейчас выяснена с достаточной степенью достоверности[134].
