Наука, посвященная химии всех природных вод, -- гидрохимия основана Вернадским, который особо отмечал единство всех вод Земли.
"Любое проявление природы -- глетчерный лед, безмерный океан, река, почвенные растворы, гейзер, минеральный источник -- составляет единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой", -- писал Вернадский, обосновывая выделение особой области знания -- гидрохимии.
Как ни сложно выделить новую область знания, значительно труднее доказать необходимость подобной процедуры. Могут найтись охотники конструировать науки по принципу составления сложных слов. Например, если есть биогеохимия и гидрогеохимия, то почему бы не сконструировать подобным образом термины: биогеофизика или гидрогеофизика? Или еще: атмогеохимия, атмобиохимия, гидробиохимия и т. д.
В принципе вовсе не исключено, что появятся науки о геохимии и геофизике газов Земли, геофизике природных вод и пр. Но обособятся они не потому, что кто-то придумал новый термин. Требуется прежде всего провести научное исследование, а уж как и кем будет найдено точное и благозвучное (это тоже важно!) название для нового учения -- дело второстепенное. Недаром Вернадский был назван основателем гидрогеохимии, тогда как термин такой им не употреблялся (его впервые предложили несколько советских ученых, и в числе их А. М. Овчинников).
Вернадский не ограничивал, как мы знаем, геохимию природных вод конкретными пределами земной коры. Область распространения минерала, имеющего формулу $Н_2О$, -- гидросфера охватывает и каменную оболочку планеты, и низы атмосферы, и, конечно, Мировой океан.
В земной коре существуют очаги расплавленной магмы. Магма может изливаться на поверхность или застывать на глубине. И никто из геологов не станет разграничивать изучение магм, находящихся в расплавненном или твердом состоянии. Просто отмечаются магматические породы и магма, из которой они образуются и в которую временами переходят, находясь на соответствующих глубинах.
Тот же принцип исследования применил Вернадский для воды, Он взглянул на нее как минералог. Ну и что, если в условиях, господствующих близ земной поверхности, минерал находится в жидком (преимущественно) состоянии? От этого он не перестает быть минералом,
"Природные воды, рассматриваемые как минералы, являются сложными динамическими системами равновесия, находящимися в теснейшей связи с окружающей их средой... Все, что происходит с любой водой в одном каком-нибудь месте, отражается в действительности на всей ее земной массе".
Обратим внимание на понятие динамического равновесия, которое часто использовал Вернадский для характеристики состояния сфер Земли. Почему не просто -- равновесие? Ведь за миллионы лет все природные процессы должны как будто сбалансироваться между собой, прийти к полному равновесию. Нередко так и считается: человек, мол, нарушает равновесие природных процессов.
На примере природных вод ясно видно отсутствие каких-либо равновесии (кроме динамических) близ земной поверхности. Вода находится в постоянных круговоротах. Из атмосферы, где она присутствует в форме пара, попадает на поверхность земли, проникает в недра, захватывается минералами, входит в кристаллические решетки. С поверхности вода испаряется, под землей движется, рано или поздно выходя на поверхность. В минералах она сохраняется сравнительно долго, погружаясь вместе с ними в зонах прогибания земной коры на десять-двадцать километров. Там под влиянием высоких давлений и температур минералы преобразуются, изменяясь подчас неузнаваемо и теряя воду.
Кроме того, в приполярных районах вода, замерзая, превращается в лед (а точнее, в разновидности льда, так как лед бывает разный по структуре и физическим свойствам). А лед -- самое настоящее кристаллическое тело, твердый минерал. Правда, он не слишком долговечен на Земле. За тысячелетия (самое большее за миллионы лет) он проходит цикл превращений в воду и водяной пар. Есть еще одно вместилище природных вод -- живые существа. В них (в нас) вода, как известно, составляет более половины всей массы. Но и здесь она не задерживается надолго.
Вода находится в непрерывном движении, переходя из геосферы в геосферу, из минерала в минерал, из одного физического состояния в другое. Постоянный приток солнечной энергии -- главная движущая сила этого круговорота, как, впрочем, и всех других круговоротов атомов и минералов на Земле. Если говорить о равновесии системы природных вод, то только о равновесии вихрей, круговоротов, движения. Вернадский особо выделил свойство текучести, изменчивости воды. Если взглянуть на Землю в ее сиюминутном состоянии, сделав как бы мгновенный фотоснимок, то отчетливо будут видны моря и океаны, реки и озера, облака и подземные воды. Но глаз геолога должен, кроме того, уходить в глубь миллионолетий. Для Вернадского, создавшего генетическую минералогию -- историю минералов Земли, -- было совершенно логично исследовать историю одной из самых интересных, распространенных и важных минеральных групп нашей планеты -- природных вод.
По его мнению, можно выделить не менее трехсот различных видов (отдельных минералов) природной воды, причем максимальное число этих видов, вероятно, достигает тысячи. Подобного разнообразия не имеют никакие другие группы минералов (если не учитывать виды живых существ, которые в принципе можно тоже относить к особым кристаллическим структурам).
Природные воды имеют одну важную особенность: они сосредоточены преимущественно в гигантском резервуаре -- Мировом океане. Значительно меньше по массе водяных паров, снега и льда, пресных поверхностных вод, а также вод подземных.
Существуют еще более редкие разновидности природных вод. В 1929 году Вернадский отметил, что среди десятков тысяч химических анализов природных вод отсутствуют анализы многих важных разновидностей: морской пены, придонных вод морских и пресноводных бассейнов, капиллярных вод горных пород и т. д. По сравнению с другими редкими минералами некоторые разновидности природных вод изучены чрезвычайно слабо. Это большое упущение.
"В истории нашей планеты и в истории... химических элементов вода занимает совершенно особое, исключительное положение. Если даже в валовом составе планеты вода исчисляется немногими долями процента массы планетного вещества, то в верхних ее геосферах и, в частности, в биосфере она преобладает по весу и определяет всю их химию. Сейчас наши точные химические знания ограничиваются верхними земными оболочками, а потому при временном состоянии геохимии ни одно вещество не имеет для научной работы в этой области такое значение, какое имеют природные воды...
Ввиду не менее исключительного практического значения природных вод в жизни человека, то или иное решение этих вопросов... входит в самую гущу жизни". Действительно в первой половине нашего века со всей очевидностью выявилась верность взглядов Вернадского на большое теоретическое и практическое значение исследований природных вод. После первых его выступлений в нашей стране стали появляться статьи и монографии, посвященные природным водам, а школа советских гидрогеологов быстро выдвинулась на одно из ведущих мест в мире.
Чтобы познать объект, надо найти ему место среди родственных объектов, создать классификацию. Классификация природных вод, как подчеркнул Вернадский, не может быть чисто химической:
"В ней должны получить выражение и геологические и физико-географические признаки, а именно те, которые определяют места, занимаемые данным телом в структуре планеты. Минерал не есть объект, от планеты независимый. Он всегда связан с определенным местом в ее механизме. Мы должны таким образом уже в классификации, если возможно, определять место данного минерала в планете -- в вертикальном разрезе и в географическом положении".
Один из характерных признаков природных вод -- присутствие в них газов, главнейшие из которых кислород, углекислота, азот, метан, сероводород, водород. По их содержанию Вернадский предложил выделить шесть основных классов вод Земли. Кроме того, по концентрации растворенных веществ он разделил воды на пресные, соленые и рассолы. А дальнейшее более дробное деление он основывал на содержании в воде определенных химических элементов, сравнительно немногочисленных (хлор, углерод, азот, натрий, кальций, магний и некоторые другие).
Геохимией природных вод Вернадский глубоко заинтересовался сравнительно поздно, в шестидесятипятилетнем возрасте. Это не помешало ему работать увлеченно и очень продуктивно. Его труды по гидрохимии составляют объемистый том в собрании сочинений. Правда, автор заметил в предисловии к своей "Истории природных вод" (входящей в "Историю минералов земной коры"), что работу он вел долгие годы "в часы досуга". Трудно себе представить такого рода "часы досуга", когда, как бы между делом, составляется целая наука, имеющая важное значение для нескольких отраслей знания: кроме минералогии и геохимии, для биологии, геологии, географии, геофизики.
Еще одна оговорка, сделанная Вернадским в том же предисловии. "Автор, уже когда первая часть была написана и частично напечатана, встретился (1934) с небольшой работой этнолога и гидролога В. Мак Ги в Вашингтоне... который дал в 1908 г. яркое изложение своих представлений о водном строе Земли, во многом совпадающее с основными идеями, мною в научную работу вводимыми. Но, насколько знаю, он дал только общее программное изложение своих взглядов. Реально минералогия вод в охвате Земли, как целого, дается в этой книге впервые".
Далее следует изложение минералогии земных вод, по объему превышающее пятьсот страниц. По содержанию труд этот действительно не имеет себе равных в гидрогеологии и минералогии. Он интересен, пожалуй, для всякого образованного человека. Конечно, отдельные разделы могут всерьез заинтересовать только специалистов, и все-таки читать ее легко, а круг затронутых в ней вопросов имеет непосредственное отношение к жизни приповерхностных областей нашей планеты. Ведь именно здесь находится, можно сказать, царство воды, а значит, и жизни (хотя область распространения природных вод -- включая льды и подземные воды -- значительно обширнее биосферы).
Итак, любознательный читатель может обратиться непосредственно к произведению Вернадского.
Еще одно направление гидрогеологических исследований привлекло внимание ученых в значительной степени благодаря трудам Вернадского. Оно получило название гидрогеотермия -- наука о закономерностях теплового режима подземных вод, его изменениях и взаимосвязях с геотермальной энергией недр и тепловыми особенностями земной коры.
"Огромное значение в энергетике земной коры, -- писал Вернадский, -- имеют переносы водами тепловой энергии из глубоких слоев земной коры в стратисферу и в биосферу. Должен быть учтен и обратный процесс -- перенос холодных масс водных растворов и твердых... их фаз. Это процесс планетного xapaктepa..."
По свидетельству советского ученого Н. М. Фролова, автора наиболее полного труда по гидрогеотермии, полученные им выводы являются "...по существу развитием весьма плодотворных и опередивших на многие годы свое время идей В. И. Вернадского...". Вот главные из этих выводов: термический режим земной коры нельзя изучать без учета той колоссальной роли, которую играют в нем подземные воды в силу своих исключительных свойств -- высокой теплоемкости и подвижности. Эта роль выражается в переносах огромных масс тепла и вещества по разрезу и в плане, что прежде всего приводит к пересмотру существовавших ранее представлений о масштабах влияния инсоляции на термический режим недр Земли, о мощности развития слоев переменных температур, сложившихся под влиянием теории молекулярного теплообмена; благодаря наличию методов расчета зависимости между скоростью фильтрации подземных вод и температурой системы "порода -- вода" гидрогеотермические методы исследований могут быть основой при решении многих задач теории и практики в области геологических наук.
Глубинному теплу Земли -- геотермальной энергии -- до сих пор посвящается немало более или менее фантастических гипотез и домыслов. Каковы источники этой энергии? На каких глубинах располагаются ее "генераторы"? Убедительных ответов на эти вопросы нет. Да и к разряду каких ресурсов относить геотермальную энергию! Как-то непривычно именовать ее полезным ископаемым.
Действительно, с одной стороны, энергию, тепло -- хотя бы и подземное -- вряд ли сочтешь ископаемым. С другой стороны, однако, носителями геотермальной энергии являются, скажем, горячие (термальные) воды и пар -- своеобразная продукция недр, извлекать которую обычно приходится так же, как и другие жидкие или газообразные полезные ископаемые.
Гидрогеотермия -- наука очень перспективная как с теоретической, так и с практической точек зрения. Она позволяет исследовать геотермальную энергию в ее конкретном проявлениии -- в связи с динамикой термальных вод.
До сих пор это обстоятельство недостаточно учитывается теоретиками и практиками. А ведь для народного хозяйства "даровая" гидрогеотермальная энергия может приносить огромную пользу, особенно в нашей стране, где на обширнейших пространствах Сибири и Заполярья климатические "ресурсы тепла" весьма ограничены.
Вот, например, зона, примыкающая к трассе Байкало-Амурской магистрали. Известно, что она на значительном протяжении проходит в области сплошного или островного развития вечной мерзлоты. Казалось бы, здесь суровые климатические условия усугубляются вековым холодом недр. Однако такое мнение требует существенного уточнения.
По данным сибирских гидрогеологов, северо-западнее Байкала, по обе стороны строящейся магистрали, прерывистыми цепочками тянутся горячие источники. От берегов Байкала они переходят в долины рек Верхняя Ангара, Муя, Куанда, Чара, Олекма и др. Еще более значительные запасы геотермальной энергии в виде термальных вод приурочены к глубоким частям межгорных впадин -- Кичерской, Верхнезейской. По прогнозам гидрогеологов, здесь расположены крупные водоносные горизонты с температурой воды около ста градусов. Выходит, сибирская природа щедра не только на лютые зимние морозы и вечную мерзлоту, но и на круглогодичное тепло подземных вод. А вот используется геотермальная энергия в Сибири пока еще плохо.
Однако очень важно, что мы начали обращать внимание на гидрогеотермальную энергию, стали изучать ее, картировать. И нет сомнения: в ближайшем будущем "водяное отопление" сибирских недр будет подключено к жилым домам, хозяйственным и промышленным предприятиям, теплицам, бассейнам...
Таков путь теоретической идеи до практической ее реализации. И надо ли напоминать, что в гидрогеотермии первые, наиболее плодотворные теоретические идеи были высказаны полвека назад В. И. Вернадским.
... Раз уж речь у нас зашла о Центральной Сибири и вечной мерзлоте, в толще которой, подобно горячей крови, постоянно движутся термальные воды, то следует упомянуть еще одну группу идей Вернадского, связанную не с подземным теплом, а с вековым холодом земных недр.
Имеются разные определения гидросферы -- водной оболочки Земли. С учетом единства природных вод гидросферой следует считать не только Мировой океан, но всю область вод атмосферных, наземных и подземных.
Еще в 1763 году М. В. Ломоносов справедливо и образно отметил очень важную географическую закономерность: "Знатная обширность поверхности земной занята льдами и снегами. Включая плавающие по морям, склоняющимся к полюсам, густые льдов паромы и у берегов торосы, должно принять в рассуждение по всему свету седые вершины гор высоких, вечною зимой обладаемых, и некоторые ровные места, с которых никогда снег не сходит, какие примечены между Леною и берегами Охотского моря... На Южной половине света бывает стужа сильнее, нежели на нашей полуночной".
К чести Ломоносова, он не остановился на перечислении фактов существования обширных областей, где господствует стужа. Он обобщил эти сведения и написал о "морозном слое атмосферы" -- слое "вечной зимы", господствующей над нашими головами. Этот слой "около полярных поясов, то есть на 66 1/2 градуса, лежит уже на Земле".
В последующие десятилетия географы достаточно подробно "учили районы, где господствуют снега и льды. Однако забылась мысль о единстве на планете слоя вечной зимы, который охватывает часть атмосферы, а к полюсам опускается на земную поверхность, сковывая льдами воды и проникая в земные недра. Идея Ломоносова оставалась в забвении до 1923 года, когда польский ученый А. Добровольский предложил выделить ледяную оболочку планеты -- криосферу. Впрочем, и после этого понятие криосферы не закрепилось в науке. Ученые продолжали все более детально и полнее исследовать различные природные льды порознь. В частности, советские мерзлотоведы достигли немалых успехов в изучении подземных льдов.
В 1931 году на заседании Академии наук СССР Вернадский сделал доклад об областях охлаждения в земной коре, упомянув о криосфере А. Добровольского. И хотя доклад был, судя по названию, посвящен подземным льдам (ведь речь шла о земной коре), Вернадский остался верен себе: он говорил о всех основных видах природных льдов, об их единстве, о криосфере. Позже ученый не раз возвращался к этой теме, разрабатывая ее отдельные аспекты.
Советские мерзлотоведы связывают обычно начало своей науки с именем М. И. Сумгина. Вернадского называют основателем учения о криосфере, природных льдах, о зоне охлаждения планеты.
Вернадского интересовала не только география и строение криосферы. Взгляд геолога устремлялся в далекое прошлое, как бы ускоряя попятное движение времени: за минуты пролетают тысячелетия. Воображение ученого стремилось воссоздать историю природных льдов.
Как известно, за последний миллион лет в приполярных областях не раз начинались нашествия ледников. Поначалу снег и лед накапливались в горах, прилегающих к берегам Ледовитого океана. Отсюда ледяные реки начинали свой путь к югу. Лед становится текучим, когда скапливается в больших объемах. Ледники -- ледяные потоки -- действительно напоминают реки, текущие чрезвычайно медленно. Как и река, ледник наиболее мощен на стрежне, в центральной полосе. При движении он увлекает с собой камни, песок, пыль, глину. Обломки, передвигаемые ледником, бывают огромны, иногда больше многоэтажного дома. И понятно: помимо вязкости льда, надо учитывать масштабы ледяных рек, ширина которых нередко достигает десяти, а "глубина" - двух километров.
В горных и приполярных странах ледники-обычное явление. Но только в современную эпоху. Десять, сто миллионов лет назад в Заполярье не было постоянного снежного или ледового покрова. Следовательно (и это отметил Вернадский), мы живем в особенную, нечасто повторяющуюся эпоху в истории Земли, когда криосфера приближается к поверхности планеты. В масштабе миллионолетий криосфера представляется пульсирующей оболочкой: она то отступает от земной поверхности, касаясь ее лишь на вершинах высоких гор, то опускается вниз, точнее сжимается, стягивая Землю и проникая в областях вечной мерзлоты на сотни метров ниже поверхности.
Учение о криосфере в изложении Вернадского объединило несколько наук, изучающих льды Земли, с палеогеографией, которая восстанавливает природные условия прежних эпох, и с четвертичной геологией -- отделом палеогеографии, изучающим природные условия четвертичного периода (называемого еще ледниковым, а также антропогеновым и плейстоценовым).
Вернадский рассматривал криосферу не саму по себе, а в сочетании с другими оболочками планеты, главным образом с биосферой, атмосферой, с земной корой и природными водами. Криосфера интересовала его прежде всего в связи со строением и развитием Земли, а также живых существ.
"В общем, с учетом тропосферы и стратосферы, криосфера занимает оболочку в несколько десятков километров мощностью. Ее образование представляет проблему, которая раньше не ставилась: криосфера лежит на нашей планете между двумя оболочками высокой температуры -- между высокой атмосферой и базальтической геосферой, в которой начинающееся повышение температуры -- на суше уже в биосфере, а в гидросфере ниже -- достигает максимума. Объяснения климатического характера для их существования представляются недостаточными. К криосфере надо прибавить область охлажденных вод, каковой является вся гидросфера и которой отвечают пластовые (только верховодка?) воды суши. Вероятно, в современной картине сказывается недавний ледниковый период, еще не закончившийся в своем замирании...
Но чем вызваны ледниковые периоды, периоды расширения криосферы? Этого мы пока не знаем".
И вновь, как часто мы встречаем у Вернадского, он заканчивает описание криосферы вопросом, на который наука еще не нашла ответа.
Читаешь иные научные работы, учебники, научно-популярные произведения и начинаешь испытывать удовлетворение с некоторым оттенком самодовольства. Еще бы: все ясно, все объяснено и понятно, на все есть утвердительный (а то и повелительный!) ответ. Нечего искать, незачем сомневаться -- достаточно лишь запомнить некоторые факты, формулы, мысли. Духовная пища приготовлена полностью, а то и разжевана.
Вспоминается картина Брейгеля Старшего -- страна лентяев: лежат пухлые сытые люди, а вокруг изобилие, и жизнерадостно бегают недоеденные поросята... Нечто подобное представляется для умственной пищи, где пирующим достаточно только пальцем поманить, и жареный цыпленок, посыпанный перцем, сам прискачет к столу. В действительности все совсем иначе. Наука предоставляет искателю бесконечные ряды нерешенных проблем. Эту перспективу и старался показать Вернадский.
О геологическом времени до сих пор пишут главным образом специалисты по геохронологии. Согласно названию эта наука исследует именно геологическое время. Таков перевод термина. Сущность науки несколько иная. Геохронологи заняты определением продолжительности геологических эпох, определением возраста горных пород, минералов, окаменелостей, очень редко касаясь проблем, относящихся к познанию сущности времени.
Что такое время вообще и геологическое в частности? Абсолютная геохронология исчисляет продолжительность прошлых эпох в годах: а существует ли действительно абсолютное время, напоминающее равномерный всемирный поток Ньютона? Допустимо ли говорить о предельном геологическом возрасте нашей планеты и жизни на Земле? Подобные вопросы ставил перед учеными Вернадский. Окончательных ответов нет до сих пор. Имеет ли время какую-то структуру? Как проявляется оно в минимальных порциях энергии -- квантах? Если имеются античастицы, то нет ли антивремени (частиц, для которых время течет вспять)?..
Достижение Вернадского не в том, что он решил эти вопросы: он поставил их, привлекая к ним внимание ученых. Однако до сих пор теория геохронологии (определение сущности, особенностей, закономерностей геологического времени) остается неразработанной.
Вряд ли разумно возвращаться к абсолютному времени (а ведь геологи неявно предполагают реальность абсолютной геохронолоии). И время Эйнштейна (теория относительности), связанное с движением объектов, для Земли не имеет существенного значения. Согласно Эйнштейну, оно замедляется при скоростях, приближающихся к скорости света, или в сильных полях тяготения. На Земле нет ни того, ни другого. Геологическое время требует особого подхода, иных теорий. Вернадский не раз писал о принципе единства пространства-времени: каждый вид пространства обладает своим временем. Другими словами, каждый геологический объект существует в своем масштабе времени.
И вот опять: мы употребляем слово "время", не определив его сути. Для геолога время -- показатель скорости изменений, превращений из одних форм в другие. Если бы существовал объект, неизменный вовсе, то для него отсутствовало бы время. Как отделить и чем измерить отрезок времени, на протяжении которого ничего не происходит? Может, прошел миг, а может быть, вечность, как узнать?
Имеет смысл сравнивать между собой объекты, существующие приблизительно в одинаковых масштабах времени. Горные породы в масштабах жизни человека (сто лет) безусловно твердые. В масштабе тысячелетий некоторые из них обладают свойством текучести и могут быть уподоблены вязким жидкостям, в особенности если они находятся под давлением. Так текут льды, пластичные глины.
В масштабах миллионолетий (мы вынуждены пользоваться условной общей единицей времени -- астрономическим годом, так как иначе потеряется всякая возможность для сравнения объектов, изменяющихся с разными скоростями), то есть за длительные интервалы (с нашей точки зрения), любые горные породы обладают свойством пластичности. Следы течения встречаются в прочных мраморах и в еще более прочных гранитах даже в тех случаях, когда эти породы не находились в расплавленном состоянии.
Если время -- показатель изменчивости, то надо учитывать, что изменяются геологические объекты по-разному. Радиоактивные элементы разрушаются равномерно. Осадочные горные породы создаются на земной поверхности и проходят цикл подземных превращений, заметно преображаясь. Живые существа постоянно изменяются. В отличие от распада радиоактивных элементов и минералов формы жизни, в общем, постоянно усложняются.
Возможно, имеет смысл разделять геологические объекты по направлению их изменений: для одних время показывает скорость разрушения, для других -- созидания.
Для отдельного организма существует старение и смерть (с силами разрушения живое существо активно борется -- этим оно тоже отличается от неживого). "Время не только проявляется в старении и в смерти отдельного индивидуума и в смене поколений, но в течение геологического времени оно проявляется в эволюционном процессе... в переходе старых видов и родов в новые виды и роды".
Направленное изменение живых существ -- необычайно интересный и важный процесс. Наиболее ярко он проявился в феномене цефализации. Можно сказать, что цефализация -- своеобразные геологические часы, отмечающие необратимые изменения, усложнение организации живого вещества.
Цефало -- голова. Смысл термина "цефализация" -- увеличение объема головного мозга, числа нервных клеток, усложнение и централизация нервной системы. Вернадский, ссылаясь на идею американского биолога и геолога Д. Дана, высказанную в 1851 году и не получившую должного отзвука в науке, писал: "... В эволюционном процессе мы имеем в ходе геологического времени направленность. В течение всего эволюционного процесса, начиная с кембрия, то есть в течение пятисот миллионов лет... идет увеличение сложности и совершенства строения центральной нервной системы, т. е. центрального мозга".
В масштабе миллионолетий развитие нервной системы животных происходило с удивительным постоянством, как бы целенаправленно. Сначала появились отдельные нервные клетки, сравнительно быстро реагирующие на раздражение и проводящие сигналы. Затем они стали соединяться, образуя подобие сети, пронизывающей организм. В узлах этой сети скапливалось все больше нервных клеток, образуя нервные узлы (ганглии). Наконец, из узлов обособились два главных. Один из них со временем превратился в головной мозг, а другой -- в спинной.
У гигантских рептилий преобладал спинной мозг, а головной был совсем крошечным. У млекопитающих это соотношение стало изменяться в пользу головного мозга. Для человека цефализация стала ведущим процессом: за миллион лет (малый интервал в геологической истории) объем черепной коробки увеличился почти вчетверо, а количество нервных клеток и усложнение мозга -- в десятки раз.
Как ни странно, столь необычайное явление до сих пор остается слабо изученным. Если согласиться, что эволюция живых существ шла только путем отбора наиболее приспособленных из числа случайно появившихся разновидностей, то цефализация совершенно необъяснима. Усложнение нервной системы шло неуклонно, закономерно (несколькими этапами), с ускорением (наиболее быстро у предков человека). Случайность тут исключена. Случайно нельзя соорудить космическую ракету или счетно-решающую "умную" машину. А ведь наш мозг устроен сложнее, чем любая космическая ракета или машина.
С точки зрения биолога можно было бы предположить, что если миллионы лет шла неуклонная цефализация, то мозговитые твари отбирались из общего числа, имели некоторые преимущества (были наиболее приспособленными).
И это не совсем так. "Биогеохимический эффект живого вещества на нашей планете наиболее велик... для одноклеточных микроскопических организмов... -- справедливо отметил Вернадский. -- Они создают планетную атмосферу, играют первостепенную роль в других геологических процессах планетарного характера, резко меняя всю химию биосферы, а через нее и химию планеты... Только в ноосфере многоклеточный организм человека начинает входить как заметная геологическая сила..." Простейшие организмы, бактерии наиболее приспособлены к земным условиям, существуя несколько миллиардов лет почти без изменений.
Почему животные встали на путь цефализации? Что заставило их после долгих превращений образовать сложнейшее и упорядоченное переплетение нервных клеток -- мозг человека? Ведь именно цефализация позволила нам осмысливать мир, познавать его тайны и перестраивать его.
На эти вопросы Вернадский и не пытался ответить. Лишь в самой общей форме ответ вытекает из ряда его произведений. Правда, сам ученый не свел эти ответы воедино и не счел нужным посвящать особую работу или даже главу в книге проблеме причин цефализации.
Вернадский писал, что люди по справедливости считаются с древности детьми Солнца. Солнечные излучения поставляют на Землю значительно больше энергии, чем все остальные источники, вместе взятые.
"По существу, биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию -- электрическую, химическую, механическую, тепловую и т. д. "Жизнь является, таким образом, не внешним, случайным явлением на земной поверхности. Она теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции..."
Следовательно, можно предположить (исходя из идей Вернадского), что загадка цефализации может быть решена только с учетом особенностей развития всей Земли и области жизни (биосферы), где действует особый механизм геосфер -- трансформатор солнечной энергии.
Оценивать творческое наследие Вернадского очень сложно: кому-то покажутся важными одни идеи ученого, кому-то -- другие. Например, замечания Вернадского о механизме геосфер не популярны, но очень возможно, что они еще будут оценены по достоинству.
"Земная кора, -- писал Вернадский в 1924 году, -- для нас есть область нашей планеты, чрезвычайно сложная по своему строению... Ее происхождение нам неясно. По-видимому, она в своей основе сильно переработана постоянно в нее проникающими космическими излучениями. Она представляет не случайную группу явлений, но совершенно закономерное явление в истории планеты, своеобразный планетный механизм".
Несколько позже в своей работе "Биосфера" Вернадский пояснил, что солнечные излучения проникают в земную кору из живого вещества. Жизнь -- есть форма накопления солнечной энергии. Остатки жизни погружаются на километровые глубины, перенося сюда накопленную энергию Солнца.
"Как мог образоваться этот своеобразный механизм земной коры, каким является охваченное жизнью вещество биосферы, непрерывно действующий в течение сотен миллионов лет геологического времени, -- мы не знаем. Это является загадкой, так же как загадкой в общей схеме наших знаний является и сама жизнь".
В механизме биосферы очень важную роль играет взаимодействие трех геосфер: газовой, водной и каменной. Первые две подвижны. Они воздействуют на поверхность земной коры, видоизменяют минералы и горные породы, разрушают береговые уступы, возвышенности, способствуют накоплению горных пород. Живые существа как бы ускоряют и совершенствуют работу механизма геосфер. Идет постоянная переработка каменной оболочки. Постоянно усложняется ее строение и состав слагающих ее образований, а также увеличивается их разнообразие.
По странному совпадению, в головном мозгу выделяется область коры, смятая в складки. У человека этих складок много, у предков его -- все меньше и меньше (по мере удаления в прошлое).
Складки земной коры -- тоже очень характерное явление. И, как считается, в далеком прошлом складок этих было меньше, чем ныне.
Подобная аналогия развития коры головного мозга и земной коры, быть может, свидетельствует о связи эволюции мозга (цефализации) с развитием окружающей геологической среды, с увеличением количества энергии (а также сложности) в биосфере под действием механизма геосфер, аккумулирующего лучистую энергию Солнца.
Этапы цефалиэации, биологической эволюции, накопления продуктов жизни в геологической истории входят частью более общих геохимических циклов, круговоротов вещества. Эти планетные геологические вихри атомов приводит в движение солнечная энергия и энергия распада радиоактивных элементов. Геохимические циклы, круговороты земного вещества и есть реальное проявление деятельности механизма геосфер.
Механизм геосфер, подобно всякому механизму, работает циклично, проходя определенные повторяющиеся этапы.
Вернадский одним из первых начал составлять схемы превращения тех или иных атомов (молекул) в атмосфере, гидросфере, земной коре. За последние десятилетия подобные схемы стали общепринятыми: ученые дополняют и уточняют их на основе количественных данных, расчета масс и энергий, входящих в круговороты. Все осадочные горные породы -- это продукция механизма геосфер и отчасти -- жизнедеятельности. Если механизм геосфер работает циклично, то на каждом этапе должны им вырабатывагься приблизительно одинаковые горные породы,
В нашем веке стало известно (и доказано; об этом писал и Вернадский), что слои горных пород обычно образуют закономерные серии, группы. От слоя к слою закономерно меняется состав, химические свойства. Для всей земной коры за всю ее историю тоже выделяются определенные циклы. Начинаются они с преимущественно грубообломочных, плохо обработанных пород. Затем степень переработки пород увеличивается, появляются продукты отмирания коллоидов и, наконец, биогенные (созданные жизнью) образования.
Попытки объяснить это явление основаны на признании эпох усиленных движений земной коры, горообразования. За ними начинается полоса более спокойного развития (до следующей активизации). Убедительных доказательств подобных "катастроф" нет. Непонятно, почему бы в период горообразования не расцветать жизни и не накапливаться обильным биогенным осадкам (предгорные районы обычно благоприятны для жизни).
А может быть, решение загадки геохимических циклов связано с познанием закономерностей взаимодействия атмосферы, природных вод и земной коры, а также живых организмов? Нельзя ли предположить, что и движения земной коры (образование гор и впадин, перемещения континентов, вулканизм, землетрясения) в немалой степени определяются работой механизма геосфер?
Следовало бы как следует изучить механизм геосфер и его работу на протяжении геологической истории. Это очень важно для понимания строения земных недр и разумного использования подземных богатств. И еще: "Этот механизм, по-видимому, не вечен. Деятельность человечества и, быть может, всего живого вещества производит на земной поверхности изменения, последствия которых во времени от нас ускользают..."
Да, к сожалению, нам нелегко выяснить последствия своей геологической деятельности. Но сделать это необходимо: от точности наших знаний зависит будущее человечества.
Так тема геохимических циклов, механизма геосфер, развития биосферы, цефализации смыкается с нашей действительностью, с поисками полезных ископаемых, с геологической деятельностью человечества и судьбой современной цивилизации. "Человек всюду увеличивает количество атомов, выходящих из старинных циклов -- геохимических "вечных циклов". Он усугубляет нарушение этих процессов, вводит туда новые, расстраивает старые. С человеком несомненно появилась новая огромная геологическая сила на поверхности нашей планеты".
Как известно, геологическую деятельность человека Вернадский начал исследовать с первых лет нашего века. За год до смерти он написал статью "Несколько слов о ноосфере". Она прошла почти незамеченной (ее по достоинству оценил, пожалуй, только Б. Л. Личков). Четверть века спустя к высказанным в ней идеям обратились сразу многие специалисты. Тема геологической деятельн