1. Атмосфера, или воздушный океан Земли, верхние слои которого сильно отличаются от нижних, ближайших к нам.
2. Гидросфера, водная оболочка Земли. Сюда относятся не только воды морей, озер, рек и болот, но и снега и льды северных стран и высоких гор.
3. Биосфера, совокупность живых существ и вырабатываемых ими химических соединений.
4. Литосфера, каменная оболочка Земли. Совокупность всех горных пород, как входящих в состав гор и подстилающих равнины, так и тех, которые подстилают дно океанов.
5. Пиросфера, огненножидкие массы внутри Земли на глубине около 75 км от поверхности.
Внутреннее ядро Земли до сих пор остается для нас загадкою. Прямых сведений о нем нет, имеются только различные соображения, выработанные на основании удельного веса Земли и других косвенных указаний.
Общая мощность атмосферы превышает 200 км, мощность гидросферы определяется, с одной стороны, глубиной океанов, с другой, высотой верхних облаков; вместе это составит до 25 км; мощность литосферы, как уже было указано, составляет предположительно около 75 км.
Биосфера, в состав которой входит растительный мир, нигде но представляет особенно мощного слоя. Если принять, что некоторые тропические леса имеют среднюю вышину до 100 м, а слой почвы под ними дает жизнь различным почвенным организмам, особенно бактериям, еще на 50 м вглубь от поверхности, то наибольшая мощность достигает всего 150 м. В море слой воды, населенный живыми существами, превышает 2000 м, но на больших глубинах население это сильно разрежено. Впрочем, в атмосфере бактерии попадаются еще на высоте, превышающей 5 км, а в последнее время пурпурные бактерии были извлечены с нефтяными водами из буровых скважин глубиной более 1200 м. Возможно поэтому, что и на суше слой биосферы дает толщу, близкую к тому, что мы только что указали для мирового океана.
Значение биосферы в общем строе происходящих на Земле явлений очень велико, так как растения и животные не только вырабатывают из пищевых веществ свое собственное тело, но и сильно влияют химически на минеральный мир. Используя каждую доступную им частицу углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора, калия, кальция, магния, железа и многих других элементов и по использовании возвращая ее в окружающую их среду, живые существа вызывают грандиозное явление — круговорот веществ в природе.
Дальше мы посвящаем четвертую главу нашей книги круговороту вещества в природе, теперь же укажем лишь на то обстоятельство, что частицы углерода, азота или любого другого из перечисленных только что элементов могут входить в целый ряд сложных реакций, образовывать в соединении с другими элементами большое число сложных тел и снова освобождаться из них. Так, углерод входит в различные углеводороды, углеводы, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты, металлоорганические соединения и протеиновые, или белковые, алкалоиды и пр. Вступая в состав живого организма или выходя из него, каждый элемент проходит через ряд реакций, пока не вернется в свое исходное состояние в составе атмосферы или почвенного раствора.
Прежде чем перейти к вопросу, как возникла жизнь на Земле, остановимся еще ненадолго на работе, которую производит на Земле солнечный луч. Не зная той основной роли, которую играют солнечные лучи в возникновении и бытии жизни, мы не можем судить и о развитии жизни на Земле.
Предположим, что Земля подобна Луне, т. е. лишена наружной газообразной оболочки, лишена также воды и жизни. Какую работу может выполнить Солнце да ее поверхности в этом случае?
На Луне Солнце действует непосредственно на поверхность литосферы. Лунный день равен 14 суткам 18 часам 22 минутам. в течение которых Солнце непрерывно нагревает камни и пески лунной поверхности. Ясно, что температура последних сильно подымается. Ночь сменяет день с поразительной для нас быстротой и продолжается также долго. Температура при этом падает приблизительно до 100° мороза. При таких резких переходах от тепла к холоду и обратно расширение и сжатие отдельных минералов, входящих в состав горных пород Луны, совершается с неодинаковой силой, и связь между ними нарушается. Если уже на Земле морозы немало способствуют разрушению горных пород и образованию в горах каменных развалов и осыпей, то в условиях лунного климата они действуют значительно напряженнее. Получившиеся таким образом отдельные камни и песок сыпятся по закону притяжения к подножию гор и образуют нагромождения мелкого материала. Вот и все, что можно счесть работой Солнца на поверхности Луны или- другого подобного ей тела, лишенного воды и атмосферы или имеющего крайне разреженную атмосферу.
Если мы теперь мысленно перенесемся на такую планету, которая, кроме литосферы, имеет еще атмосферу, состоящую из смеси различных газов, но лишена воды, то здесь работа Солнца проявится много разнообразнее и сильнее. Разрушение поверхностных частей литосферы, как результат нагревания и охлаждения, будет идти своим чередом, но, кроме того, нагревание и охлаждение атмосферы вызовет перемещение газовых масс от нагретой части к охлажденной. Произойдет явление ветра, которое, в зависимости от густоты или разреженности атмосферы или от степени ее нагревания и охлаждения, будет более или менее грандиозным. Ветер примет участие и в разрушении гор и в перемещении продуктов их разрушения. Произойдет целый ряд явлений, которые в земных условиях получили название сухой эрозии и которые можно наблюдать в пустынях.
Еще более сложна будет работа Солнца там, где имеется вода, образующая на границе атмосферы и литосферы прерывистый промежуточный слой гидросферы [9]. Нагревая воду, Солнце вызовет образование водяных паров, которые на некоторой высоте над морем сгущаются в облака. Облака передвигаются ветром и при дальнейшем охлаждении дают дождь. Дождь, падая, размывает склоны гор, образует потоки и реки, которые перемывают продукты размыва горных склонов, вырывают подчас глубокие долины и сильно изменяют поверхность литосферы. Вода с растворенными в ней газами атмосферы является не только механическим, но и химическим деятелем и способствует разнообразным превращениям веществ на поверхности литосферы. Наконец, при более сильном охлаждении вода замерзает и, расширяясь, производит немалую механическую работу.
Наполняя собою все понижения и углубления литосферы, вода образует океаны и другие, меньшие водоемы. Здесь солнечные лучи, нагревая воду, особенно сильно в определенных частях океана, вызывают морские течения, передвигая массы воды на большое расстояние.
Вообще солнечные лучи и в атмосфере и в гидросфере играют сходную роль, вызывая передвижение и даже перемешивание воздушных и водных масс и способствуя энергичному их действию на литосферу.
Вместе с тем нельзя не отметить, что во всех перечисленных случаях работа солнечного луча непродолжительна. Как бы энергично ни палил землю солнечный луч, но день всегда сменяется ночью. А ночью сильно лучеиспускание и накопленная за день землею лучистая энергия теряется.
Потеря тепла нижними слоями атмосферы весьма, велика. Мы видели, что Солнце совершает также значительную механическую работу, но всякая механическая работа в конечном итоге превращается в тепло и в виде тепловых лучей излучается Землей в мировое пространство, которое от этого не становится, однако, теплее, так как оно чрезвычайно велико и все излучения Земли и других планет теряются в нем, как капля в море.
Таким образом, вся работа солнечного луча, там где нет жизни, нет биосферы, сводится к перемещению газообразных, жидких и твердых тел и временному их нагреванию. Присутствие воды может дать солнечным лучам еще и возможность вызвать в некоторых случаях химическую работу, и тогда деятельность их на Земле становится и более сложною и более продолжительною.
Дело совершенно меняется с появлением биосферы и, особенно, с появлением зеленых растений. Способность последних удерживать солнечные лучи и превращать их энергию в скрытую химическую энергию углеводов, жиров и белков создает на Земле такое разнообразие химических превращений, такое воздействие органического мира на неорганический, что мир земных явлений делается необыкновенно разнообразным, необыкновенно богатым. Но мало этого: теперь работа солнечного луча на Земле становится длительной. Превращенный в тот запас энергии, который связан с каменным углем, с торфом, с нефтью, он миллионы лет покоится в осадочных пластах земной коры, чтобы затем питать собою нашу индустрию.
9
Так, по предположению астрономов, планета Венера окружена плотным слоем облаков, причем в спектре этой планеты есть линии, указывающие на присутствие паров воды.