Дифференциация и самоорганизация первичного космического барионного вещества

По мнению В.И. Вернадского, большая часть химических элементов, составляющих общую массу живого вещества, раз попав в него, практически в нем и остается все время, переходя из одних организмов в другие, включая человека. Однако следует отметить, что существует постоянный отток элементов из живого вещества в окружающую среду в виде газов, водных растворов и минеральных соединений. Например, при бактериальном разложении многих органических соединений образуются газы (преимущественно СО₂) и вода. Часть отмерших организмов (в первую очередь скелетные образования, раковины, еще в теле живого организма состоявшие из минеральных соединений) переходит в значительной мере в косное минеральное вещество.

Многие химические элементы, ранее входившие в состав косного вещества биосферы, постепенно переходят в живое вещество. К ним относятся не только О, N, Н, С, Са, Мg, но и те, которые составляют менее 0,001 % их массы, в том числе металлы. Их количество в результате разнообразных процессов, в том числе и процессов жизнедеятельности людей значительно возросло во всех частях биосферы. В отдельных случаях их концентрация достигла значений, нарушающих саму безопасность этой жизнедеятельности. Многие данные о поглощении металлов организмами (в первую очередь растительными) были получены в процессе поисков месторождений полезных ископаемых при помощи опробования растений (биогеохимическими методами) (Кист, А.А., 1967-1987).

Оказалось, что при аномально высокой концентрации отдельных химических элементов в среде, окружающей и питающей организмы, последние в своем подавляющем большинстве не могут противостоять вхождению в них этих химических элементов. При этом существенно повышенная концентрация в организмах одних химических элементов может вызвать повышение или же понижение концентраций в этих же организмах других химических элементов, независимо от концентрации последних в окружающей среде (Алексеенко, В.А., 1969; 2000; 2003; Биосфера и жизнедеятельность; http://bibl.tikva.ru/base/B1334/B1334Chapter3-2.php). Иными словами, аномально высокое содержание в окружающей среде даже одного химического элемента может привести к дисбалансу многих химических элементов в организме. Избыток или недостаток химических элементов в окружающей среде отрицательно сказываются на состоянии живых организмов, а при определенных дозах могут вызвать их смерть (Биосфера и жизнедеятельность; http://bibl.tikva.ru/base/B1334/B1334Chapter3-2.php).

Изучение соотношения и последовательности формирования химического элементарного состава из нелетучей фракции барионной материи Солнечной системы, геосфер планеты Земля (земная кора, океаническая вода), живого вещества, человека…, привело к выводу – на планете происходит закономерное накопление в общей массе живого вещества редких химических элементов, с общей распространенностью менее 1 %.

Итак, значительная часть химических элементов, раз попав в живую материю, практически в ней и остается навсегда, переходя из одних организмов в другие, включая человека. Это определяется Главной последовательностью самоорганизации материи (Соков, Л.А., 2008), эволюцией самой барионной материи, основным гетеротрофным (а не автотрофным) механизмом существования живого (…позвоночных, млекопитающих) и усовершенствованием этого механизма (по эволюционной «стреле времени»), с усложнением аппаратов обмена веществ за счет дополнительного привлечения в метаболические цепи живых систем d- и f-металлов, p-элементов металлов. Эти химические элементы обладают способностью образовывать прочные комплексные соединения и часто период биологического полувыведения их из живого соизмерим (часто превосходит) с продолжительностью жизни этих биологических систем, что способствует естественному кумулятивному накоплению этих химических элементов в животных организмах. А ведь они поступают в живое ежедневно. Итак, мы состоим из изотопов химических элементов, большая часть которых уже побывала в живом (в том числе и человеке). Изменяются ли вследствие этого качественные, информационные характеристики изотопов химических элементов? Обладают ли эти химические элементы, сотни и тысячи лет «существующие» в живом, какими-либо добавочными свойствами? Влияют ли аккумулированные в живое вещество изотопы химических элементов, «исключенные» из геохимического оборота, на эволюционные процессы живого? Планеты?

4.3 Гипотеза периодического возникновения жизни на планетах земной группы и не только
Планеты земной группы характеризуются слоистым строением. Это указывает на общность механизмов, участвующих в самоорганизации планет. У них выделяются ядро, мантия и кора, размеры и соотношения которых индивидуальны для каждой планеты (Iznedr.ru). Самоорганизация белково-нуклеиновых форм жизни, если есть для этого условия, должна происходить в процессе динамического геоморфологического формирования планеты. В этот этап на планете Земля появляются, со временем, газовая оболочка (экзосфера, термосфера, мезосфера, тропосфера), океаны – земная кора, верхняя мантия, мантия, внешнее ядро, внутреннее ядро (Ферхуген, Дж., и другие, 1974; Iznedr.ru) и биосфера.

Цель работы – изучить основные процессы, определяющие условия самоорганизации суперматрицы (Щукарев, С.А., 1970) в нелетучем барионном веществе Солнечной системы на примере планеты Земля.

В самоорганизации необходимы условия, инструменты, процессы – механизмы и единицы порядка, обладающие первичными активными матричными механизмами (кодом, программой самоорганизации), определяющие качественные промежуточные этапы самоорганизации (Соков, Л.А., 2010). Есть базовые первичные основополагающие законы, без которых процесс самоорганизации невозможен: стрела времени, необратимость, нелинейность, дивергенция (конвергенция), диссипация, энтропия, …. В рамках этих базовых законов проходит любой вид, тип самоорганизации барионного вещества.

И вторичные процессы, определяющие условия, являющиеся инструментами, направляющие самоорганизацию. Они могут иметь различную природу: физическую, химическую, биологическую, социальную.…

Физические – это механические, тепловые, радиационные, оптические, электрические, волновые – звуковые, гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия… законы и т.д.

Физика и химия взаимопроникающие науки, часто изучающие свойства, явления, превращения вещества различными способами и с разных сторон. В какой-то мере это разделение искусственно, сделано для удобства познания.

А.Л. Бучаченко (1999) считает: «все объекты химии – атомы, молекулы, ионы и т.д. – являются квантовыми объектами. Главное в химии – химическая реакция, то есть перегруппировка атомных ядер и преобразование электронных оболочек, электронных одежд молекул-реагентов в молекулы продуктов – это тоже квантовое событие. … Фундаментальность физических проблем химии и самостоятельность физики химических процессов ясно осознавал великий физик Р. Фейнман, выразив это одной фразой: «Химия - это самая сложная физика...; физики отдали ее химикам...»».

Самоорганизация определяется физико-химической кооперацией – когерентностью: синхронизированным, согласованным, коррелированным поведением и пространственным упорядочением барионного вещества и взаимодействием химических реакций и физических процессов, свойств, явлений. Естественные химические «технологии»: цепи и циклы реакций определяются как продуктами, так и условиями их протеканий. И наоборот.

«Когерентность вносит в химию такие понятия, как волновой пакет, фаза, потеря когерентности (дефазирование), интерференция, бифуркации и бифуркационные диаграммы, фазовый портрет, странный аттрактор, фазовая турбулентность. … В когерентной химии случайное, статистическое поведение молекул заменяется организованным, упорядоченным и синхронным: хаос становится порядком» (Бучаченко, А.Л., 1999).

Метаболические и геоморфохимические процессы на планетах определяются не только свойствами мульти мультиматрицы (Соков, Л.А., 2010), но и энергией космоса, солнечной энергией, энергией гравитационных взаимодействий, энергией радиоактивного превращения внутри планет (Russell, M.J., Hall, A.J., Mellersh, A.R., 2003). Без энергии невозможна эволюция земли (Фокс, Р., 1992). Химические процессы в условиях достаточно низких температур протекают медленно, скорость химических реакций возрастает с увеличением температур (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с. 402).

Дж. Ферхуген и соавторы (1974, с. 713-714) считают, источниками тепла могут быть: охлаждение Земли от первоначального горячего состояния, сепарация вещества ядра, приливное трение, радиоактивность.… Вероятно, подавляющая часть ее находится в условиях температур, достигающих нескольких тысяч градусов и давлений вплоть до ~ 3 млн. бар. Геотермический градиент обычно колеблется между 8 и 40 ºK/км на суше и несколько выше в глубоководных впадинах. Тепло должно переноситься в толще Земли снизу вверх (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с. 27; 709).

«Под конвекцией понимается перемещение масс жидкости (газа, вещества), возникающее при гравитационной дифференциации вещества с различной плотностью, обусловленной неравенством температур. … При этом горячие массы при движении переносят тепло» (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с. 722).

Для конвекции нужна энергия. При конвекции возникает конвертация – изменяется агрегатное и фазовое состояние барионного вещества.

Гравитационная дифференцировка – еще один механизм, участвующий в самоорганизации барионного вещества. «Гравитационное поле Земли обусловливает распределение в ее недрах элементов по плотности, способствуя вытеснению тяжелых элементов (таких, как железо) из внешних геосфер к центру Земли и концентрации легких (таких, как кислород) у ее поверхности» (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с. 799-800).

Итак, планеты снабжены конвекце-конвертерными механизмами, в функции которых входит перенос, доставка (конвекция от лат. conecto – принесение, доставка) электрических зарядов, то есть перемещение заряженных микрочастиц: электронов, ионов и др. (конвекционный ток, перенос), перемещение теплоты в движущихся текучих средах (жидкостях, газах), которое обусловлено действием двух механизмов переноса тепла – собственно конвективного переноса и теплопроводности (конвективный теплообмен), с изменением и превращением этого газа, жидкости, вещества (конвертер от лат. converto – изменяю, превращаю) в другое фазовое и агрегатное состояние, в том числе органическое и далее живое вещество. Планета – это многофункциональный реактор.

«Идея конвективного струйного перемещения разноплотностных растворов была использована М.Г. Валяшко и др. для объяснения формирования в соленосных формациях высококонцентрированных рассолов хлоридного кальциевого состава» (Шварцев, С.Л., 1996, с.124).

Согласно гипотезе доктора технических наук С. Григорьева (лауреата Государственной премии), в глубинах Земли обязательно должны быть слои с температурой 374,15 °C. Это критическая температура, выше которой вода превращается в пар, какой бы величины при этом ни достигало давление. Вода, опускаясь вниз, насыщается солями и превращается в пар не на том уровне, где господствует температура 314,15 °C, а ниже – там, где температура достигает 425-450 °C. … Растворы минуют рубеж в 374,13 °C и у температурного рубежа в 425-450 °C переходят в парообразное состояние. Для пара существуют свои – газовые законы. Пар стремится расшириться, подняться вверх. Переступив верхнюю границу – 374,15 °C, пар вновь превращается в воду, кремнезем выпадает в осадок, а вода, образуя растворы, вновь начинает движение вниз. В круговорот воды вовлекается целый ряд химических элементов. Прежде всего, это относится к соединениям магния, железа и кальция – наиболее легко растворимых элементов. Вода на пути вниз прихватывает их с собой. Попадая в зону критических температур, она от них освобождается. Происходит выпадение минералов, содержащих магний, железо и кальций и многих других химических элементов (Григорьев, С.М., 1971; Григорьев, С., Емцев, М., 1977; Флоренский, П.,1972; Ананьев, Г.С., и соавторы, 1992, с. 23-24; Шварцев, С.Л., 1996, с. 125; Попов, Л., 2005).

Это единая водная сложно организованная структура, представляет собой систему сообщающихся сосудов. Соленая вода, заполняющая и проходящая транзитом через оболочку С. Григорьева, по объему не уступает Мировому океану. Часть солей пробивается из оболочки С. Григорьева в океаническую толщу, через базальтовый фильтр, обогащает воды его всем спектром изотопов химических элементов, их солей, органических соединений, насыщает углекислотой, выпадает в осадок (Fe, Ti, Mg, Ca…). Итак, соединения магния, кальция, железа, легко растворяясь в жидких растворах, транспортируются к нижней границе, кремнезем доставляется к верхней. Словно гигантская расческа прочесывает недра. Это и есть сепаратор, сортирующий вещество на границе между земной корой и верхней мантией. Сортировка происходит повсеместно, в особой оболочке земного шара. С.М. Григорьев назвал ее дренажной (рисунок 4.3.1). С помощью дренажной оболочки можно объяснить, как происходит обмен веществ между земной корой и верхней мантией. Континенты окружены потоками горячих растворов. Континенты выжимают их к окраинам, в прибрежную часть. Континенты находятся как бы в «мешке», скроенном из слоев, в которых горячие растворы взаимодействуют с окружающими породами. «Оболочка Григорьева», судя по всему, играет важнейшую роль в жизни планет (Григорьев, С.М., 1971; Григорьев, С., Емцев, М., 1977; Флоренский, П.,1972; Шварцев, С.Л., 1996; Попов, Л., 2005; http://www.technicamolodezhi.ru/archive/element.php? DataBase=&PATH =01_1972_0028; http://fuckart.ru/tragicheskie/64-samyj-glavnyj-stroitel-zemnoj-kory.html ).

В самоорганизации живого могут участвовать конвекционные потоки, связанные с перераспределением энергии на планете, а вечная циркуляция паров и рассолов в дренажной системе С. Григорьева должна формировать как поверхность А. Мохоровичича и раздел Конрада, так и насыщать земную кору и воды планеты неорганическим и органическим веществом, способствовать возникновению живого вещества (Григорьев, С.М., 1971; Григорьев, С., Емцев, М., 1977; Russell, M.J., et al., 1988-2006; Huber, C., Wächtershäuser, G., 2006; http://tmarh.bizland.com/ SENS/98/05.html ).

Можно расширить границы применимости предлагаемой выше гипотезы и говорить о формировании «предбиотического первичного супа», как в океанической воде, так и в дренажной системе С.М. Григорьева, в горячих солевых рассолах которой образуются органические соединения (Соков, Л.А., 2009).

Вулканы – дети дренажной оболочки. Разлом может связать ее с поверхностью и превратиться в канал, по которому выплеснутся наверх высокотемпературный пар и водные растворы. Они находятся под высоким давлением.

В результате выброса давление и температура в дренажной оболочке уменьшаются, снижается и растворимость, происходит выпадение веществ. В устье канала и в нем самом появляются густые массы. При последующем выбросе они поднимаются наверх и выходят на поверхность в виде лавы, песка и пеплов.

На суше насчитывается до полутысячи вулканов, проявляющих активность. Более трехсот из них составляют «огненное кольцо» – они расположены на берегах Тихого океана. Подводных вулканов – несравненно больше. Известный советский исследователь Г. Удинцев писал, что на дне Тихого океана их столько, сколько можно отразить на карте в соответствии с ее масштабом. «По оценке Менарда, в Тихоокеанском бассейне существуют около 10⁴ вулканов высотой свыше 1 км». … В геотермальных районах «тепло поступает на поверхность в результате циркуляции воды (горячие источники, выходы пара, гейзеры, фумаролы и т.п.) в таких количествах, что оно может использоваться как энергия для промышленных нужд» (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с.711-712).

Материки выжимают из дренажной оболочки под океаны горячие растворы. Области под океанами начинают напоминать земные слои, из которых бьют артезианские скважины. … Когда давление достигает полутысяч и – тысячи атмосфер, тонкая океаническая кора кое-где поддается. По наиболее слабому месту ложится трещина – пары и растворы вырываются наверх. Срабатывает своего рода предохранительный клапан. На дне вырастает вулканический конус. Район наибольшей активности дренажной оболочки – вблизи побережий. Видимо, «огненное кольцо» появилось неслучайно. Это целая предохранительная система разгрузки. После понижения давления вулканы могут затихать, потом пробуждаться, когда давление в дренажной оболочке поднимается. Новые порции пара и растворов прорываются через канал, закупоренный выпавшим в осадок веществом (http://fuckart.ru/tragicheskie/64-samyj-glavnyj-stroitel-zemnoj-kory.html).

...Откуда берутся огромные количества воды, выходящей в виде паров во время извержений? В процессах метаморфоза следует отводить важную роль воде. Метаморфические реакции сопровождаются гидратацией и дегидратацией: вода часто свободно диффундирует в реагирующую систему и из нее. Существуют три очевидных возможных источника воды, участвующей в метаморфизме: нисходящая метеорная, ювенильная, поднимающаяся из мантии или глубинных частей земной коры и захороненная в исходных породах до метаморфизма (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с. 658). В океанах хребты или поднятия объединяются во взаимосвязанную планетарную систему срединно-океанических хребтов общей протяженностью свыше 40 000 км (Ферхуген, Дж., и соавторы, 1974, с. 217). По другим данным протяженность океанических хребтов и плато достигает 60 000 км (БСЭ; Григорьев, С., Емцев, М., 1977).

В 70-х годах было совершено открытие, которое перевернуло многие представления ученых о строении дна океанов и планеты и подтвердившие в той или иной степени гипотезу С.М. Григорьева. На дне возле Галапагосских островов на глубине от двух до четырех тысяч метров были обнаружены маленькие вулканы – гидротермы.

Морская вода, попадая в разломы земной коры, испарялась вместе с различными полезными ископаемыми через небольшие вулканы высотой до 40-60 и более метров. Эти вулканы назвали «черными курильщиками» из-за того, что вода выходила из них черного цвета. В такой воде, наполненной сероводородом, тяжелыми металлами и различными ядовитыми веществами, процветает бурная жизнь. Температура воды, выходящей из черных курильщиков, достигает 300 °C. Солнечные лучи не проникают на глубину четыре тысячи метров, и, следовательно, тут не может быть богатой жизни. На поверхностях черных курильщиков были найдены хемоавтотрофные бактерии, которые расщепляют соединения серы, извергаемые из недр планеты. Бактерии покрывают сплошным слоем поверхность дна и живут в агрессивных условиях (Короновский, Н.В., 1999).

Склоны черных курильщиков почти до самых вершин покрыты толстым слоем бактерий (сплетения миллиардов бактериальных клеток образуют так называемые маты). Биомасса живых существ на единицу площади возле «черных курильщиков» рекордна: она достигает 52 кг на 1 м², что в 100 тысяч раз больше, чем на аналогичных глубинах в других местах. «Черные курильщики» считаются возможным местом зарождения жизни на Земле (http://www.megabook. ru/Article.asp?AID=644609).

Были открыты и «белые курильщики». Открытие «черных и белых курильщиков» в разных частях Мирового Океана и даже на дне озера Байкал стало самым значимым событием в естествознании. Количество и разнообразие синтезируемых органических веществ оказалось более высоким в белых курильщиках, чем черных. В настоящее время обнаружены разнообразные подводные источники. Гидротермальные подводные источники кислые, щелочные, вулканические, невулканические, черные, белые, холодные, горячие являются обитателями экзотических экосистем, что объясняется присутствием в них обильного количества абиогенного органического вещества. От подводных источников взвесь, содержащая рудные компоненты, разносится течениями на большие расстояния, осаждаясь, образует металлоносные осадки (Короновский, Н.В., 1999; Попов, Л., 2005).

Источник богатых этими элементами руд – горячие подводные «вентили» или «гейзеры» – «черные и белые курильщики». В них морская вода сначала просачивается по трещинам на большую глубину, там нагревается до нескольких сотен градусов, обогащается минералами и вырывается наверх, вынося густую взвесь, богатую минералами, которая разносится течением и оседает в окрестностях. Это и есть «краники», поставляющие на дно океана кальций, калий, литий, ванадий, хром, марганец, железо, золото, медь, цинк, серебро, свинец, редкоземельные металлы и многие другие химические элементы. Гидротермальные источники формируют рудные месторождения, пригодные для промышленного использования.

Схема 4.3.1 Обогащение морской воды различными веществами (иллюстрация с сайта oceanexplorer.noaa.gov, цит. по Попов, Л., 6 декабря 2005, http://www.membrana.ru/particle/490)
Но насколько выгодно подобное предприятие? Вот что пишет Nautilus Minerals про изученные ею участки у Новой Гвинеи: золото – 13 граммов на тонну (в иных местах – до 21 грамма), серебро – 167 граммов на тонну, медь – до 5 %, а цинк – до 22 % породы. На поверхности земли 3-4 грамма золота на тонну – «промышленная» концентрация (Попов, Л. 6 декабря 2005, http://www.membrana.ru/particle/490).

Возможность самоорганизации сложных органических веществ из первичного барионного вещества ни у кого не вызывает сомнений. «В тлеющем разряде альдегиды и глицин были синтезированы в опытах, проделанных Лёбом (1906), еще на заре ушедшего века. Возможен синтез органических соединений в ударных процессах (Macrie et al., 1990; McKay & Borucki, 1997; Chyba & Sagan, 1992; Blank et al., 2001), в вулканических газах (Мухин, 1986; Basiuk & Navarro-Gonzalez, 1996), при космическом облучении в примитивной атмосфере Земли (Kobayashi et al., 1990; 1995). Предполагается первичный синтез и зарождение жизни в подводных гидротермах (Russell et al., 1988; Shock, 1990; Компаниченко, 1996), а также в порах горных пород под влиянием радиоактивного распада (Garzon & Garzon, 2001). Однако синтез отдельных органических соединений это совсем не то же самое, что возникновение эволюционно-способной системы» (Галимов, Э.М., 2009, с. 87).

Идеи о возможности и роли гидротермальных источников в возникновении живого, живых систем впервые была озвучена в серии публикаций М.Дж. Рассела с соавторами в 1988-2006 годах (Russell, M.J., et al., 1988-2006). Несколько позже В.Н. Компаниченко (1996); C. Huber, G. Wächtershäuser (2006) и другими. Черные и белые курильщики являются местами обитания экзотических экосистем, основу которых составляют хемотрофы. Необычайно важным является факт нахождения в гидротермах органики абиотического происхождения (Proskurowski, G., et all, 2008), которая служит источником питания автотрофов. Гидротермальные источники – термохимические реакторы, в которых возможен первичный автотрофный метаболизм и самоорганизация живого.

Все что здесь изложено, невозможно рассматривать изолировано, в отрыве от центральной звезды, от процессов самоорганизации, происходящих в нашей галактике и Вселенной. Вероятно, необходимо ставить вопрос шире. Все, что произошло на планете, в Солнечной системе, возможно и на любой другой планете, звездной системе. Лишь бы были сходными условия и тот же набор и соотношение первичных информационных единиц (изотопов химических элементов).

В настоящее время создана необходимая база для тесного сближения геологической и космической областей знаний. В нашей Галактике всего может быть около 50 миллиардов планет, а 500 миллионов из них могут быть потенциально пригодны для жизни, сообщил на конференции Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) американский ученый Уильям Боруцки – руководитель группы, работающей с космическим телескопом Kepler. Kepler наблюдает за относительно небольшим участком звездного неба – это сектор, составляющий 1/400 долю небесной сферы. Телескоп наведен на созвездие Лебедя, где находится около 150 тысяч звезд. На данный момент телескоп обнаружил 1235 планет-кандидатов, 54 из них находятся в «зоне жизни», то есть на таком расстоянии от звезды, которое позволяет воде на поверхности планет оставаться в жидком состоянии, а это является главным условием для существования жизни. У. Боруцки отметил, что из общего числа исследованных телескопом Kepler планет 10,5 % имеют размеры, близкие к земным, 7,3 % относятся к классу «суперземель» (от 125 % до 200 % массы Земли), 20,8 % имеют размеры Нептуна (от двух до шести раз больше размера Земли), и 5,2 % относятся к классу «юпитеров» – более чем в шесть раз больше Земли.