Взаимодействие материи и энергии биосферы с внутренней энергией и веществом земли

В глинистых минералах, наиболее тонкодисперсных и широко распространенных на поверхности Земли осадочных образованиях, содержится большое количество поверхностной энергии (энергии дезинтеграции). Можно предполагать, что энергия, заключенная в глинистых минералах, выделялась при погружении их на значительные глубины в земную кору и при превращении глинистых пород в магму (С. П. Горшков, 2006; Н. Н. Верзилин, Н. С. Окнова, 2016).

Весьма образно представляется процесс взаимодействия вещества и энергии биосферы с глубинными слоями литосферы (Н. Н. Верзилин и др., 1976). Земная кора океанов, как лента конвейера, движется от океанических хребтов к материкам. При погружении земной коры под материки осадочный слои нагревается, теряет воду и различные летучие вещества, испытывает метаморфизм, переплавление и выделяет ту энергию, которую накопил благодаря жизни и Солнцу. Эта выделяющаяся энергия создает повышенную сейсмичность, активный вулканизм на периферии материков (Кордильеры, Камчатка, Курильские, Японские, Алеутские острова). Переработанное до расплавления вещество внедряется в континентальную кору или изливается на поверхность, вновь включаясь в процесс осадкообразования (Н. Н. Верзилин и др., 1976).

В создании континентального типа земной коры также участвует вещество, обогащенное биогенной энергией. Предположим, что какой-то достаточно обширный участок земной поверхности начинает погружаться. На территории его возникает устойчивый морской бассейн, на дне которого собирается осадочный материал. Мощность осадков растет, а глубина опускания их нижних слоев все увеличивается. На глубине около 10—12 км в земной коре под действием температуры и давления энергия химических связей превращается в тепловую. Процессы метаморфизма и частичного расплавления вещества сопровождаются увеличением его объема. Общее расширение громадных масс пород происходит внутри земной коры вверх за счет перекрывающих их осадочных пород. При таком выжимании породы сминаются в складки, нарушаются разрывами и трещинами, по которым происходит смещение одних блоков по отношению к другим и проникновение вплоть до выхода на поверхность расплавленного вещества. Таким образом возникают горные сооружения. Постепенное разрушение гор облегчает участки земной коры, но вновь образовавшиеся осадочные толщи утяжеляют соседние области, благоприятствуя их погружению. Так возникает новый геологический круговорот. Основная причина погружения-поднятия участков земной коры — энергия живого вещества (Н. Н. Верзилин и др., 1976).

А. И. Перельман (1989) считает, что эволюция систем земной коры направлена в сторону увеличения сложности и разнообразия. В более ранние эпохи, в докембрии, формировались преимущественно метаморфогенные и собственно магматические месторождения, в фанерозое — разнообразные мезо-, телеи эпитермальные месторождения с телескопированными рудами. Известны месторождения солей, известняков, железных руд и других полезных ископаемых, сформировавшихся ранее 200 млн лет. Развитие земной коры в сторону увеличения сложности и разнообразия не происходит самопроизвольно, для этого необходим непрерывный приток энергии — солнечной, радиоактивной и др. Главный механизм, с помощью которого солнечная энергия превращается в химическую, — это биологический круговорот атомов.

Связь между глубокими частями земной коры и биосферой ранее считалась прямой: полагали, что магматизм и вулканизм, складчатость, горообразование влияют на выветривание, осадконакопление, деятельность подземных вод. Однако связи между этими процессами имеют и обратный характер: биосфера влияет на состав гидротермальных растворов, магматизм и т. д. Многие граниты образовались при переплавлении осадочных пород, сера части гидротермальных сульфидов имеет осадочное происхождение, причиной газового дыхания земной коры служат биогенные органические соединения и др.

Земная кора и мантия развиваются на основе как положительных, так и отрицательных связей с биосферой. Например, вулканизм поставляет С0₂ в атмосферу и гидросферу, а фотосинтез и карбонатообразование изымают С0₂, связывают углерод в карбонатах и органических соединениях, которые частично попадают в земную кору. В результате содержание С0₂ в атмосфере и гидросфере уменьшается, система саморегулируется и стабилизируется.

Материя и энергия биосферы тем или иным путем взаимодействуют с внутренней энергией Земли. Осадконакопление в биосфере подвергается влиянию жизни. Биогенным путем концентрируются многие вещества. Затем в процессе метаморфизации осадочных толщ они становятся потенциально рудоносными. В ходе геологического времени росла дифференциация биосферы и осадочных пород, перерабатывались отложения, все более богатые энергией; а это должно было усиливать энергию тектонических процессов, рудообразования, увеличивать высоту горных систем. Следовательно, первопричины увеличения сложности и разнообразия состоят в развитии биосферы, прогрессивном накоплении в ней солнечной энергии. Объяснить прогрессивное развитие эндогенных процессов за счет глубинных источников энергии трудно, так как количество радиогенного тепла со временем не увеличилось, а уменьшилось. Биосфера в течение нескольких миллиардов лет поглощает солнечную энергию и в процессе биологического круговорота и других кругооборотов превращает ее в энергию геохимических процессов.

Следует отметить, что до настоящего времени сомнению подвергается идея влияния жизни на процессы изменения даже таких осадочных пород, как органические, карбонатные и кремнистые. Ряд ученых отводит живому веществу в литогенезе второстепенную роль.

Однако основные положения по проблеме эволюции литогенеза достаточно обоснованы:

• • живые организмы и продукты их жизнедеятельности с возникновением биосферы активно участвовали во всех процессах литогенеза, нередко меняя ход и характер осадконакопления и породообразования;
• • влияние живого вещества на ход геологических процессов неуклонно возрастало в ходе развития биосферы;
• • эволюция угленакопления, образования карбонатных и кремниевых пород наиболее тесно связана с историческим преобразованием живого вещества.