Lib.ru : Гринин Леонид Ефимович. Большая История Развития Мира: планеты Солнечной системы. Их история и эволюция. Химическая эволюция в космосе и на Земле

Международный центр образования

и социально-гуманитарных исследований

Л. Е. Гринин

БОЛЬШАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИРА: планеты

Солнечной системы.

Их история и эволюция. Химическая эволюция в космосе и на Земле

Москва

2020

ББК 22.65

Л. Е. Гринин

Большая история развития мира: планеты Солнечной системы. Их ис-тория и эволюция. Химическая эволюция в космосе и на Земле. - М.: Мос-ковская редакция издательства "Учитель", 2020. - 336 с.

ISBN 978-5-7057-5866-1

Настоящая книга является третьей частью задуманной автором большой моногра-фии. В ней предпринимается попытка объединить преимущества Большой истории, то есть истории всего: от возникновения Вселенной до современного состояния человече-ства и эволюционистики. Автор стремился показать, с одной стороны, процесс роста эволюционной сложности мира, а с другой - сходства в эволюционных законах, прин-ципах и механизмах на разных уровнях и этапах эволюции. Такая задача еще не реша-лась никем.

Первая книга была посвящена космической эволюции и истории от Большого взрыва 13,8 млрд лет назад до формирования Солнечной системы (4,57 млрд лет назад). Вторая книга - эволюции и истории ранней Солнечной системы в ее первый миллиард лет (от зарождения до конца поздней тяжелой бомбардировки метеоритами и установ-ления орбит планет).

Третья книга включает довольно подробное описание планет и части спутников Солнечной системы, а также их 4,5-миллиардную историю и эволюцию в сравнении между собой и с эволюцией Земли. Важно отметить, что подобных исследований, кото-рые бы представляли историю и эволюцию планет и спутников Солнечной системы

-- комплексе, с хронологией, сравнением истории планет в синхронных срезах, нет. В этом, а также и в некоторых других отношениях данная книга является уникальной.

Помимо истории планет и планетных тел нашей Солнечной системы, в этой книге также представлена краткая история химической эволюции - от зарождения первых атомов во Вселенной до абиогенеза на Земле, то есть этапа преджизни и формирования предпосылок для появления первых живых организмов. Раздел о химической эволюции очень важен для понимания как истории жизни (поскольку химическая абиогенная эво-люция - это переход от косной к живой материи), так и истории Земли (геологической эволюции).

Книга будет интересна и полезна всем, кто интересуется проблемами космологии, эволюции и философии мироздания, кого волнуют проблемы устройства мира, тем, кто работает на стыке междисциплинарных проблем и хочет быть в курсе современных научных достижений. Она написана в достаточно популярной манере, но в то же время опирается на серьезные научные исследования, то есть рассчитана как на специалистов, так и на широкий круг читателей.

Издательство "Учитель"

400079, Волгоград, ул. Кирова, д. 143.

Формат 60в90/16. Печ. л. 21. Тираж 300 экз. Заказ N

Отпечатано способом ролевой струйной печати в АО "Первая Образцовая типография"

Филиал "Чеховский Печатный Двор"

142300, Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1

Сайт: www.chpd.ru, E-mail: salеs@chpd.ru, т. 8(499) 270-73-59.

ISBN 978-5-7057-5866-1 No Издательство "Учитель", 2020

Введение

В книге "Большая история развития мира: история и эволюция Солнечной системы" (Гринин 2017) мы рассмотрели историю ран-ней Солнечной системы, процесс ее возникновения и формирова-ния в ней современного порядка. В ходе изложения нам удалось обнаружить множество событий и процессов в Солнечной системе, которые можно представить как проявление правил, законов и пат-тернов универсальной эволюции. К этим правилам, паттернам, ме-ханизмам и законам мы будем постоянно обращаться и в данном томе нашей монографии "Большая история развития мира"¹, ко-

торый представляет собой органическое продолжение исследова-ния эволюции Солнечной системы. Данная книга также является логическим переходом к дальнейшему исследованию эволюции Земли, запланированному в следующем томе, поскольку мы будем говорить о развитии планетных тел и планет Солнечной системы, одной из которых и является Земля, а также о развитии химической эволюции на Земле.

Книга "Планеты Солнечной системы. Их история и эволюция. Химическая эволюция в космосе и на Земле", как понятно из ее названия, включает в себя довольно подробное описание планет

-- части спутников Солнечной системы, а также их 4,5-миллиард-ную историю и эволюцию. Надо сказать, что собрать разрозненные астрономические и планетологические факты и идеи в связный хро-нологический нарратив оказалось весьма трудной задачей. К сожа-лению, подобных исследований, которые бы представляли историю

-- эволюцию планет Солнечной системы в комплексе, с хронологи-ей, сравнением истории планет в синхронных срезах, нет. Во вся-ком случае, мне таких найти не удалось. Лучшее из того, что име-лось, - это описание истории отдельных планет (даже скорее от-дельных фаз истории определенных планет), а также некоторые обобщающие срезы (например, в отношении потери некоторыми

планетами атмосфер и изменением климата на них). Не менее

-- Эта монография, по замыслу автора, будет состоять из целого ряда книг. В ней уже вышло два тома: Гринин 2013; 2017.

4 Введение

сложным оказалось сделать эволюционные обобщения для разных этапов развития Солнечной системы. Следует иметь в виду, что ис-тория разных планетных тел исследована весьма неравномерно. Больше всего известна история эволюции Луны и Марса. Почти совсем неизвестна история развития планет-гигантов.

Важнейшим положением книги является то, что планетологи-ческую эволюцию нужно рассматривать как особый уровень эво-люции, переходный между эволюцией космоса и эволюцией Земли.

-- этой идее мы будем обращаться не раз, поскольку чаще всего данный уровень эволюции не рассматривается или рассматривается поверхностно.

Помимо истории планет и планетных тел нашей Солнечной си-стемы, в этой книге также представлена краткая история химиче-ской эволюции - от зарождения первых атомов во Вселенной до абиогенеза на Земле, то есть этапа преджизни и формирования предпосылок для появления первых живых организмов. Раздел о химической эволюции очень важен для понимания как истории жизни (поскольку химическая абиогенная эволюция - это переход от косной к живой материи), так и истории Земли (геологической эволюции).

Задача этой книги - как и предыдущих - триединая, при этом все задачи взаимосвязаны.

- Во-первых, важно представить связное, системное и интерес-ное изложение наиболее значимых характеристик, сведений, фак-тов и гипотез, касающихся планетных тел, прежде всего эволюци-онной истории их формирования и развития.

- Во-вторых, решая первую задачу, показать уникальное в об-щем, а общее - в индивидуальном, то есть представить в разных аспектах сходства и различия в строении и характеристиках планет в настоящее время, а также обозначить эволюцию планет как часть универсальной эволюции в эволюционно-сравнительном ключе.

- В-третьих, дать изложение материала в эволюционно-сравни-тельном ключе. В частности, говоря о сходствах и различиях меж-ду объектами нашей Солнечной системы, делать акцент и на уни-кальности явлений, и на их универсальности (например, вулканы и горы есть на всех силикатных планетах и на ряде крупных спут-ников, но по величине марсианские вулканы абсолютно уникальны в Солнечной системе).

Введение 5

- В-четвертых, в рамках темы и материала книги предполагает-ся провести исследование определенных аспектов (принципов, ли-ний) эволюции, которые имели место как на предшествующих, так

-- на последующих уровнях и являются сквозными характеристи-ками эволюции и существования мира (как симметрия и асиммет-рия, коэволюции и т. д.). Это позволит расширить представление о глубоком единстве нашего мира при невероятном разнообразии, неповторимости и многогранности его проявлений; понять, чем со-здается подобное разнообразие, увидеть преемственность каждой ступени эволюции и бесконечность, но познаваемость связей и ли-ний развития. Все это дает возможность увидеть разнообразнейшие паттерны и правила эволюции, глубже понять строение и функцио-нирование Солнечной системы, а затем сделать переход к анализу уникальной планеты Земля, имеющей, однако, немало сходств с дру-гими небесными телами.

Важной частью книги, как уже было сказано, является изложе-ние истории развития планет (насколько это позволяют современ-ные знания и возможности автора). При этом, с опорой на анализ исторических особенностей или сходств, ставилась задача выявле-ния генезиса многих современных черт и характеристик. За прису-щим только данному объекту разглядеть всеобщее, за общим - огромное конкретное разнообразие, словом, видеть объекты и про-цессы объемными, в самых разных измерениях и перспективах.

На первый взгляд, в эволюции планет мало общего с эволюци-ей более высокого - химического, биологического, социального - уровня, но затем становится ясно, что эволюция в своей звездной, планетной, биологической, общественной стадиях часто использу-ет одни и те же универсальные инструменты: вариативность и раз-нообразие, многолинейность, самоорганизацию и борьбу с энтро-пией, неравновесность процессов и саморегуляцию, концентрацию относительно редких элементов, что ведет к возникновению нового качества, энергетическую эффективность объектов и процессов, индивидуальность и т. д. Также здесь можно обнаружить принцип распределения вещества (в наиболее крупных телах при численном преобладании мелких тел).

Работа состоит из трех частей и 11 глав, Введения, Заключения,

двух Приложений, а также постраничного указателя эволюцион-ных правил, законов и принципов.

6 Введение

Первые три главы, составляющие Часть 1 ("Солнечная система

-- настоящее время. Краткие общие характеристики и эволюци-онные наблюдения"), посвящены описанию, сравнению, анализу характеристик и особенностей Солнца (Глава 2) и современных планет и планетных тел (Главы 1 и 3) с пространными эволюцион-ными экскурсами. Дополнительные сведения о параметрах планет

-- крупных спутников дают две таблицы в Приложении 1 "Краткие сведения о планетах". Главы 4 и 5 связаны с анализом важных ха-рактеристик планет, в частности симметрии и асимметрии, в аспек-те эволюции (Глава 5), а также дискуссии о месте и роли плането-логической эволюции в универсальной и космической эволюции

(Глава 4).

Часть 2 "История планетных тел Солнечной системы", состоя-щая из четырех глав, является центральной, так как именно в ней обсуждаются эволюционно-исторические процессы на различных планетах: прежде всего, конечно, тех, что лучше исследованы, а это планеты земной группы; но и об истории планет-гигантов и их крупных спутников кое-что уже известно.

-- содержании Части 3 "Химическая эволюция в контексте пла-нетной эволюции" выше уже было кое-что сказано. Она состоит из двух глав: "Химическая эволюция до начала абиогенной фазы на Земле" (Глава 10) и "Абиогенная химическая эволюция" (Гла-ва 11). В этих главах уделено много внимания проблемам коэволю-ции как одной из важнейших тем эволюционистики. Показано, что химическая эволюция на всех своих этапах выступала как часть ко-эволюционного тандема: поначалу как часть космической, звездно-галактической эволюции, затем как часть планетологической эво-люции, поскольку именно на планетах (при гораздо более ком-фортных для химических реакций температурных параметрах)

-- наступает новый качественный этап развития химической эволю-ции. Наконец, на Земле шло ее развитие сначала как части геохи-мической эволюции, а затем как части биохимической, причем это развитие продолжается и в настоящее время. В третьей части книги также уделено значительное внимание коэволюции химической

-- минералогической эволюции (в частности, кристаллов, которые составляют поистине удивительный мир, особенно с точки зрения эволюции и схожести функций кристаллов с живыми организма-ми). Обе эти ветви являются составляющими геохимической эво-люции.

Введение 7

-- Заключении обсуждаются некоторые теоретические пробле-мы эволюции, включая ее определения, и подводятся некоторые итоги. Здесь дается схема фаз мегаэволюции, которая позволяет увидеть, что существуют основные и промежуточные фазы, боко-вые и остановившиеся линии, почувствовать некий неповторимый ритм в смене эволюционных этапов. Вместе с вышесказанным по-лучается довольно объемная и диалектическая картина разворачи-вания эволюции вместо примитивной схемы "космическая - био-логическая - социальная эволюция".

Также мы рассматриваем достоинства и ограниченность уни-версального эволюционизма, говорим о том, что такое эволюцио-нистика, какие цели и задачи стоят перед ней, как она может объ-единить специалистов разного профиля.

Приложения состоят из трех таблиц (о двух сказано выше), также для удобства читателя приведен указатель упомянутых в кни-ге эволюционных правил.

-- отличие от двух предыдущих книг, здесь не будет краткого изложения содержания монографии, его заменит составленная нами хронологическая таблица исторических событий Солнечной системы, вынесенная в Приложение 2. Она не только хорошо обобщает исторический нарратив, это уникальная в своем роде таблица. Ведь, насколько нам известно, нигде исторические собы-тия в Солнечной системе не были представлены в полном и систе-матизированном виде.

* * *

Мы надеемся, что, читая эту книгу, вы сможете почувствовать, что эволюция, образно говоря, не где-то далеко, а вокруг нас. Ведь едва ли не каждую характеристику, феномен, структурный эле-мент, формы взаимодействия и многое другое можно описывать, используя примеры каких-либо законов, правил, паттернов и прин-ципов эволюции. А это значит почувствовать себя частью нашей Вселенной, а не только итогом или венцом ее развития, ощутить сопричастность к ее законам и правилам. Язык эволюции способен открыть многое из того, что мы знали, но не прочувствовали, виде-ли, но не разглядели достаточно ясно, не заглянули глубже. Он по-может объемнее, шире и контрастнее увидеть грандиозность за-мысла и исполнения, которые открывают нам природа и эволюция.

Автор выражает благодарность Наталии Витальевне Казановой за большую помощь в подготовке этой книги, особенно ее прило-жений.

Часть I

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

-- НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ. КРАТКИЕ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

-- ЭВОЛЮЦИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

Глава 1. Современная Солнечная система. Общие характеристики¹

-- последние десятилетия представления о Солнечной системе (как

-- о Вселенной в целом) существенно усложнились. Это уже не просто система из восьми планет, вращающихся вокруг Солнца,

-- некоторого количества других тел, а намного более сложная си-стема, включающая триллионы различных тел, находящихся между собой в непростом взаимодействии. Это конгломерат твердого ве-щества, нейтрального газа, плазмы, пыли, активных заряженных частиц и электромагнитных полей (Зеленый и др. 2009: 1121). И несомненно, представления об этой сложности будут расширять-ся по мере того, как перед нами будут открываться новые объекты

-- взаимосвязи. Эта бесконечность познания характерна для всех сфер человеческого интереса, но в области космологии и космого-нии она сейчас так же интригующа и драматична, какой была в гео-графии в период Великих географических открытий XVI-XVIII вв.

-- то время вместе с расширявшимися научными представлениями в ходу еще были идеи о великанах, гипотезы о великом южном ма-терике и антиподах, фантастических морских обитателях и прочем, благодаря чему могли появляться такие книги, как "Путешествия Гулливера" Дж. Свифта, а также вымыслы путешественников и ра-порты капитанов, открывающих несуществующие земли.

Больше всего поражает огромное расширение представлений о Солнечной системе в пространственном плане (особенно про-

-- Эта глава с небольшими изменениями взята из (Гринин 2017). О многом из того, что здесь сказано, мы будем говорить подробнее в следующих главах. Но в качестве вводной данная глава не только уместна и полезна, но даже необходима, так как дает обобщенное пред-ставление о Солнечной системе на современном этапе.

Современная Солнечная система

явившее себя, когда в конце прошлого века началась лавина откры-тий в поясе Койпера)². Если наблюдаемые размеры планетной си-стемы, заканчивая орбитой восьмой планеты - Нептуна, отдалены от Солнца на расстояние 4,5 млрд км (или 30 астрономических единиц [а. е.], то есть расстояний от Земли до Солнца), то уже пояс Койпера, который включает в себя сотни тысяч различных тел, увеличивает это расстояние практически вдвое, до 55 а. е. (Галанин 2012)³. Но это только видимая часть Солнечной системы, а основ-ная ее часть - невидимая. Исследователи (FernАndez 1997; Morbidelli 2005) полагают, что реальные размеры Солнечной системы дости-гают 1,2 светового года, или более 72 тыс. а. е. (вероятно, и более, поскольку гравитационная граница Солнечной системы определя-ется в 2 световых года)⁴. То есть размеры невидимой части более чем в 1000 раз больше видимой! Это своего рода принцип айсберга, часто встречающийся во всех областях сущего.

Можно выделить не менее пяти основных подсистем Солнеч-ной системы по мере их удаления от центра: 1) Солнце; 2) внут-реннюю часть, где расположены четыре планеты земной группы, включая три их спутника и пояс астероидов за орбитой Марса. По-яс состоит из большого количества различных тел, часть из кото-рых получили название малых планет; 3) внешнюю часть, где рас-положены четыре планеты-гиганта (все имеют кольца) вместе с бо-лее чем 160 их спутниками; 4) пояс Койпера с несколькими карли-ковыми планетами, или плутоноидами (Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида), и сотнями тысяч тел диаметром более 50 км; 5) облако (об-лака) Оорта с огромным количеством (триллионами) комет. Кроме того, в Солнечной системе присутствуют астероиды, их осколки, космическая пыль, межпланетная среда (Данилова, Кожевников 2008; см. также: Постнов, Засов 2005; Засов, Постнов 2011; Mor-bidelli 2011; Кусков и др. 2009).

-- Впрочем, это совпало (и неслучайно) с революционной идеей о том, что собственно материя, которую мы представляли светлой, барионной, являет собой только небольшую часть всей материи Вселенной. А остальная ее часть - темная материя и темная энергия, нечто пока совершенно загадочное (см. об этом: Гринин 2013; см. также: Вибе 2003).

-- Открытый в 1930 г. Плутон, который ранее считался девятой планетой, имеет орбиту 40 а. е. и даже больше, поскольку она у него особая; указывают на его орбиту до 50 а. е. (Витязев, Печерникова 2010: 161; Галанин 2012).

-- Некоторые даже считают, что границы солнечных владений удалены от Солнца по мень-шей мере на 135 000 а. е., или на 20 трлн км (Баринова 2015).

10 Глава 1

Словом, перед нами весьма сложная система, причем ее слож-ность в нашем представлении будет только возрастать (об этом мы еще скажем в Главе 3). Не так давно, например, была предложена основанная на моделировании гипотеза о девятой планете Солнеч-ной системы (помимо Плутона; см.: Batygin, Brown 2016; Лемоник 2016; Одинцова 2017). Самое любопытное, что теоретически она может оказаться планетой, образованной "вовне", которая, однако, "зацепилась" на удаленной орбите у Солнца (Одинцова 2017) либо Солнце ее захватило (Лемоник 2016). В последние десятилетия идея захвата каких-либо космических тел (небольших галактик, скоплений звезд, планет, спутников и т. д.) стала достаточно попу-лярной. Мы ее обсуждали (Гринин 2017: 168) в отношении закона борьбы за ресурсы и жизненное пространство, но этот очень ин-тересный паттерн может быть рассмотрен и в целом ряде других аспектов.

Мы также можем представить структуру Солнечной системы как центр (Солнце) - ближняя полупериферия (небольшие планеты земной группы) - дальняя полупериферия (планеты-гиганты) - ближняя периферия (пояс Койпера) - дальняя периферия (облака Оорта), переходящая в вовсе неизвестные районы (сверхдальняя периферия). Ближняя периферия отделена от дальней так называе-мой гелиопаузой - областью, в которой солнечный ветер смешива-ется с межзвездным веществом; она считается началом межзвезд-ной среды (расположена на расстоянии около 110-120 а. е. от Солнца; см. ниже). Далее (на расстоянии около 150 а. е.) находится так называемый рассеянный диск (о нем см. далее).

Такая концентрическая структура систем (центр - полупери-ферия - периферия) не редкость, ее можно наблюдать, например,

-- географическом распространении биологических видов⁵ или крупных политических образованиях, особенно в древних и сред-невековых империях, где из-за слабости коммуникации отдаленные территории были действительно дальней периферией. Еще не так

-- У ареалов многих видов различают его экологический центр (см., например: Шумилова

1979: 27) и соответственно полупериферию, а ближе к границам ареала - периферию. При этом из-за изменения климатических условий у границ ареала вид может удерживаться только в отдельных местах, проявляя большую избирательность (Там же). Дальняя периферия в отдельных случаях может быть расположена и за пределами основного ареала.

Современная Солнечная система

давно (в XVIII в.) от Петербурга до Камчатки можно было добрать-ся по суше не быстрее, чем за три года.

Обратим внимание, что Солнечная система имеет ближнюю полупериферию в виде небольших планет, а дальнюю - в виде крупных планет. И, согласно современным данным, это нетипично для планетных систем . Дело в том, что среди экзопланет (то есть планет вне Солнечной системы) тела размером с Землю и тем более

-- Меркурий встречаются нечасто, а большинство экзопланет - это тела в несколько раз больше Земли. Мало того, у некоторых звезд ученые обнаружили так называемые "горячие юпитеры". Это огромные газовые гиганты, расположившиеся близко к своим звез-дам (Батыгин и др. 2016; Хауэлл 2015; см. также: Гринин 2017:

гл. 7).

Расширение представления о размерах Солнечной системы еще более наглядно показывает, что планеты занимают ничтожную в пространственном отношении ее часть, примерно такую же, как редкие животные на бескрайних просторах полупустынь и пу-стынь. И все же они (как и представители фауны) являются наибо-лее интересными объектами.

Из восьми больших планет четыре образуют земную группу. Это самые близкие к Солнцу планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они имеют твердую оболочку и медленно вращаются вокруг своей оси (а, например, громадный Юпитер совершает оборот во-круг своей оси меньше чем за 10 часов)⁶. Правда, в ранние периоды скорость вращения Земли вокруг своей оси была гораздо быстрее, но приливное трение Луны постепенно тормозило ее и будет тор-мозить в дальнейшем. Все меняется даже в мире планет и звезд.

Наибольшая из четырех планет земной группы - Земля. Эти планеты выделяют в отдельную группу, во-первых, по причине их размеров и массы (так как они в десятки раз меньше, чем планеты-гиганты), во-вторых, поскольку они имеют в основном минераль-ный, а не газовый состав. Они образованы преимущественно тяже-лыми элементами, такими как кислород, кремний, железо, никель и др. В-третьих, эти планеты имеют сходство во внутреннем строе-

-- Но различия в этом плане огромные. Земля и Марс обращаются вокруг своей оси со-ответственно за 24 земных часа и 24 часа 37 минут, Меркурий - за 88 земных суток, тогда как Венера - и вовсе за 243 суток. То есть никакой ясной закономерности здесь нет, все очень индивидуально.

12 Глава 1

нии: у них есть железное (железоникелевое) ядро, нагретая пла-стичная мантия, состоящая из силикатных элементов, и твердый поверхностный слой - кора, образовавшаяся в результате выделе-ния из мантии легких элементов. У всех, кроме Меркурия, есть от-носительно тонкая газовая атмосфера (наибольшая по плотности -

-- Венеры), которая удерживается притяжением планеты и вращает-ся вместе с ней как единое целое. У планет земной группы нет ко-лец и лишь немного (по сравнению с десятками у планет-гигантов) обращающихся вокруг них спутников (у Меркурия и Венеры спут-ников нет совсем, у Земли - один, у Марса - два, и то довольно странных [см. ниже]). Таким образом, закон неравномерного рас-пределения вещества в процессе формирования планет Солнечной системы проявился исключительно ярко. Планеты-гиганты не только сами забрали львиную долю вещества, но и создали себе многочисленную свиту в виде десятков спутников и множества колец.

Планеты земной группы образуют внутреннюю область Сол-нечной системы. За орбитой Марса в дальней части внутренней об-ласти Солнечной системы (между 2,3 и 3,3 а. е. от Солнца) распо-ложен Главный пояс астероидов - большая концентрация астерои-дов в сравнительно узком пространстве межпланетной среды меж-ду орбитами Марса и Юпитера. Существуют различные гипотезы относительно происхождения и судьбы этого пояса. Имеется кра-сивая версия (сегодня малопопулярная), что это остатки разрушен-ной протопланеты (Маракушев и др. 2013: 135; Язев 2011: 175), ко-торой автор данной гипотезы Генрих Ольберс дал поэтичное название - Фаэтон. Другие считают, что астероиды никогда не бы-ли частью планеты. Это либо целая группа относительно крупных планетезималей (тел, из которых, как предполагают, складывались планеты), так сказать, оказавшихся лишними (Язев 2011: 175)⁷, ли-бо несложившаяся планета, которой помешало гравитационное влияние Юпитера (Абрамова, Пшеничнер 2014: 16; Язев 2011: 174).

-- Есть мнения, что массы астероидов не хватило бы на полноценную планету. Общая масса всех астероидов, открытых и неоткрытых, по разным оценкам, не превышает величины от 0,01 до 0,1 массы Земли (Язев 2011: 165). Но при максимальной величине 0,1 массы Земли массы астероидов все же хватило бы на планету массой с Меркурий. Однако полагают, что большие различия в химическом составе астероидов также не позволяют считать их осколками одного небесного тела (Там же: 176).

Современная Солнечная система

Базовая на сегодня версия сводится к тому, что здесь планета так и не сформировалась, а многочисленные астероиды в большинстве своем сохранились с древних времен, когда вся Солнечная система напоминала нынешний Главный пояс астероидов (Язев 2011: 175).

Сосуществование архаичных объектов с объектами, которые уже далеко продвинулись по пути эволюции, - характерная черта всех уровней последней. Во-первых, это показывает, что не все объекты способны к эволюции либо для нее не сложились необхо-димые условия (например, не произошло радикального изменения внешней среды). Во-вторых, увеличивается разнообразие объектов. В-третьих, могут складываться прочные взаимосвязи или даже симбиозы архаических и эволюционно продвинутых объектов. Наиболее распространены такие симбиозы в биологическом мире (например, в виде пищевых цепочек, системы "хозяин - паразит" или взаимодействия крупного организма и бактерий, подобных бифидо- и лактобактериям в пищеварительной системе), но могут наблюдаться и в космосе. Так, спутники Марса - Фобос и Дей-мос, - в отличие от Луны или крупных спутников Юпитера, не ша-рообразной, а неправильной формы. Они представляют собой, по сути, астероиды, захваченные гравитацией Марса, и должны либо упасть на эту планету в астрономически относительно короткое время, либо их разорвет гравитация Марса.

Но, конечно, полагать, что архаичный объект можно рассмат-ривать как полностью подобный древнему объекту, не всегда вер-но. Во всяком случае, в социальных явлениях это вело к ряду оши-бок⁸. В данном случае астероиды не во всем походят на древние планетезимали, из которых складывались планеты Солнечной си-стемы, в них уже произошли некоторые процессы. Кроме того, са-мо движение астероидов существенно упорядочилось под влияни-ем гравитации Юпитера и Марса.

Так или иначе, в поясе астероидов находится намного более 500 000 небесных тел (Там же: 158), включая и карликовую плане-ту Цереру. Но оценки этого числа постоянно увеличиваются, при-чем очень быстро. Столь большое число объектов демонстрирует паттерн распределения, то, насколько количество мелких объек-

⁸ В частности, в отношении трактовки половых обычаев, родственных отношений, общинных коллективов и т. д.

14 Глава 1

тов превосходит количество крупных, и подтверждает предполо-жение, что по распределению во Вселенной и на всех уровнях эво-люции основную часть объектов составляют мелкие объекты, а крупные - лишь небольшую часть.

Пояс астероидов отделяет орбиту Марса от орбиты Юпитера и, соответственно, внутреннюю область Солнечной системы от ее внешней области, где расположены остальные планеты, сильно от-личающиеся от планет земной группы по многим параметрам: от размеров до химического состава, от структуры до числа спутников и наличия колец.

Группу планет-гигантов также составляют четыре планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Это огромные газовые шары не-высокой плотности, состоящие преимущественно из водорода и ге-лия (Кусков и др. 2009: 34), которые не имеют твердой поверхно-сти, какая есть у планет земной группы. Они недаром называются гигантами, так как в совокупности охватывают более 99 % всей массы вещества, обращающегося вокруг Солнца, то есть каждая из них во много раз больше планет земной группы (Там же: 30). Са-мый маленький из гигантов, Уран, больше Земли почти в 15 раз,

-- самый большой, Юпитер, - в 300 раз. И при этом необходимо учесть, что Земля - самая крупная планета земной группы. Такое распределение (более 99 % массы Солнечной системы в Солнце,

-- 99 % оставшейся массы - в планетах-гигантах), возможно, неслу-

чайно. В целом концентрация основного количества вещества и энергии в немногих объектах - очень распространенный случай, хотя при этом возможность перехода к новым уровням обычно не реализуется в самых крупных объектах.

Планеты-гиганты (особенно Юпитер и Сатурн) смогли удер-жать основную часть водорода и гелия первичного протосолнечно-го облака и протопланетного диска (см. об этом: Гринин 2017: гл. 6). Это произошло, возможно, благодаря их удаленности от Солнца и собственным большим массам, а возможно, действовали и другие причины. Так или иначе, они обладают необычайно мощ-ными водородно-гелиевыми атмосферами. Недра этих планет очень горячи (до 20 и даже более тысяч градусов). Предполагается, что у них есть твердые ядра, состоящие из металлизированного во-дорода, но они составляют лишь малую часть массы каждой плане-ты (см. Главу 3). Среди планет-гигантов наиболее изучены состав

Современная Солнечная система

-- строение Юпитера и Сатурна и их крупных спутников (Kuskov, Kronrod 2001; 2005; Sohl et al. 2003; Grasset, Pargamin 2005)⁹. Стро-

ение Урана и Нептуна существенно отличается от строения Юпи-тера и Сатурна, что связано с большей удаленностью первой пары планет от Солнца и обстоятельствами их формирования (о послед-нем см.: Гринин 2017: гл. 6). Уран и Нептун имеют в своем составе

-- в своих атмосферах такие элементы, как аммиак, метан, углекис-лота и др.¹⁰, правда, в основном в виде льдов. Их даже порой назы-вают "ледяными гигантами" (см., например: Guillot 1999: 74). Так, на долю ледяной мантии Нептуна приходится 70 % всей массы планеты, причем основная ее часть - вода (Ксанфомалити 2012д: 262). Но, конечно, говоря о составе планет-гигантов, следует иметь

-- виду, что химический их состав, особенно ядер, все еще известен слишком мало, чтобы делать какие-то определенные выводы

(RamМrez et al. 2011).

-- планет-гигантов обнаружено множество спутников разных размеров (от 13 до 63 у каждой, всего более 160) и системы колец из пыли и льда. Самое крупное из колец - у Сатурна, его легко можно увидеть с Земли.

За орбитой последней планеты внешней области Солнечной си-стемы - Нептуна - расположен, как уже было сказано выше, пояс Койпера (или Эджворта - Койпера) - большое скопление малых тел (транснептуновые объекты и так называемые кентавры, по принятому названию в международной классификации). Пояс,

-- свою очередь, делится на два пояса: "внутренний" (в пределах 36-40 а. е.) и "классический" (в пределах 43-60 а. е.). При этом ес-ли внутренний край транснептунового пояса определен орбитой Нептуна (30 а. е.), то внешний его край неизвестен. Внешняя гра-ница определяется по сравнительно резкому уменьшению числа небесных тел на более удаленных от Солнца орбитах.

Таким образом, занептуновое пространство превышает пояс астероидов по протяженности в 20 раз. Суммарная масса его объ-ектов также значительно превышает массу пояса астероидов, но оценки этого превышения сильно расходятся. Во всяком случае,

-- Помимо основных компонентов водорода и гелия в состав атмосфер планет-гигантов в малых количествах входят метан и аммиак, углеводороды (этан, ацетилен), а также другие соединения, в том числе содержащие фосфор и серу.

-- Метан в составе Урана может составлять почти 2,5 % (Ксанфомалити 2012г: 253).

16 Глава 1

эта масса сопоставима с массой Земли или несколько превосходит

-- (см., например: Язев 2011: 298). Не исключено, что разнообраз-ные объекты пояса Койпера или, по крайней мере, их часть - это остатки протопланетной туманности, из которой образовалась Солнечная система (Абрамова, Пшеничнер 2014: 16).

Таким образом, каждую группу сложившихся систем - планет - окружают остатки архаической материи, которая не смогла эволю-ционировать. Так в древности и Средние века сложившиеся госу-дарства и империи окружали племена, находящиеся еще на догосу-дарственном уровне, и аналоговые государству, но недостаточно централизованные образования (см. об этом: Гринин 2010; 2011а). А наряду с новыми биологическими видами сохраняются древние архаические виды. Также, если говорить о правиле вариативной трансформации вещества, отмечалось, что при структурировании систем в процессе самоорганизации не вся материя может соби-раться в более упорядоченные системы, часть материала остается неоформленной, неорганизованной.

Разделение областей Солнечной системы связано и с распреде-лением вещества по его составу. Более твердые элементы харак-терны для планет внутренней части Солнечной системы, легкие - для внешней. При этом в связи с низкими температурами за поясом астероидов, особенно за пределами Юпитера и Сатурна, - царство льдов. Поэтому водяной и другие виды льдов (метановый, аммиач-ный, углекислый и др.) оказываются главными составляющими внешних планет (Уран, Нептун; см. выше), спутников планет-гигантов: Европы, Ганимеда, Каллисто, Титана, Тритона и др. (Кусков и др. 2009: 20).

Стоит отметить, что число ледяных объектов в поясе Эджвор-та - Койпера возрастает, при этом карликовые планеты и астерои-ды почти целиком состоят изо льдов и скальных обломков (кометы также состоят в основном изо льдов). Но льды здесь разной приро-ды: это замерзшие вода, аммиак, метан и другие летучие вещества

(подробнее см.: Delsanti, Jewitt 2006).

Таким образом, каждая область Солнечной системы отличает-ся и по составу тел. За поясом Койпера располагается удаленный регион Солнечной системы - рассеянный диск. Малых тел там немного, но их орбиты могут простираться до 150 а. е. от Солнца. Предполагают, что в рассеянном диске формируются короткопе-

Современная Солнечная система

риодические (с периодом обращения в десятки лет) кометы¹¹. Именно в рассеянном диске на расстоянии около 120 а. е. от Солн-ца (в четыре раза дальше Нептуна) находится уже упоминавшаяся гелиопауза - область, где солнечный ветер смешивается с меж-звездным веществом. Эта область считается началом межзвездной среды. Но это еще не граница Солнечной системы, а только намек на нее.

Гелиопауза - это предел так называемой гелиосферы. Гелиосфера - огромный пузырь в пространстве, заполненный солнечным ветром - по-током заряженных частиц, постоянно выбрасываемых Солнцем во все стороны, скорость которых ослабевает с удалением от Солнца за счет встречного давления межзвездного газа. На определенном расстоянии скорость солнечного ветра резко падает и перестает быть сверхзвуковой. Область (практически поверхность), в которой это происходит, называ-ется границей ударной волны. Далее идет область гелиосферы, в которой солнечный ветер движется с дозвуковой скоростью. Она заканчивается, когда ионы солнечного ветра тормозятся еще больше и практически останавливаются. Граница, на которой это осуществляется, называется гелиопаузой. Это окончательная граница гелиосферы, за которой начи-нается межзвездное пространство (Данилова, Кожевников 2008: 96-97).

-- декабре 2004 г. по показаниям магнитометра было зафиксировано пе-ресечение "Вояджером-1" гелиосферной ударной волны на расстоянии 94 а. е. В 2007 г. "Вояджер-2" пересек (что зафиксировано) расстояние в 84 а. е. Объяснить разницу в 10 а. е. ученые пока не могут (Измоденов

2016: 16-19; см. подробнее: Он же 2007; Баранов и др. 2009). В 2012 г. "Вояджер-1", а в 2018 г. "Вояджер-2" вышли за пределы гелиопаузы, но чтобы реально выйти за пределы Солнечной системы, им потребуется много времени. Согласно данным НАСА, никто из нас не доживет до то-го момента, когда это бесспорно станет реальностью (Романова 2017).

Наконец, объект, о котором выше было сказано, - гипотетиче-ское облако Оорта (Oort 1950) . Разброс мнений по поводу его гра-ниц очень велик: от 2000-5000 а. е. до 50 000 а. е., 100 000 а. е. и да-же больше - до 150 000 а. е. (Dones et al. 2004; Morbidelli 2011; Wil-liams 2016; Кусков и др. 2009: 40). Считается, что облако Оорта яв-ляется остатком исходного протопланетного диска (Абрамова, Пшеничнер 2014: 17; Dones et al. 2004). Предполагается, что объек-ты в этом облаке распределены в виде сферы вокруг Солнечной си-

-- Источником короткопериодических комет с периодом вращения от нескольких лет до нескольких десятков лет, вероятно, является также транснептуновый пояс.

18 Глава 1

стемы (Данилова, Кожевников 2008: 96). Эта сферическая область предположительно является местом скопления астероидов с длин-ным периодом обращения, а также резервуаром, откуда к нам при-летают долгопериодические кометы. При этом число называемых комет выглядит фантастическим: по некоторым предположениям,

-- облаке Оорта содержатся несколько триллионов ядер комет (Кус-ков и др. 2009: 40), размеры которых превышают 1,3 км (Абрамова, Пшеничнер 2014: 17).

Таким образом, гипотетическое облако Оорта рассматривается большинством исследователей как древний резервуар ледяных ко-метных ядер, сформировавшихся на ранних стадиях образования Солнечной системы, который и в наше время продолжает постав-лять кометы в ее внутренние области (Язев 2011: 332).

Очевидно, что основная часть Солнечной системы еще вовсе не исследована. Поэтому о ее границах можно говорить только весьма предположительно. Предельной границей Солнечной системы вы-ступает линия, где гравитационное влияние Солнца перестает пре-обладать над гравитацией соседних звезд. Это расстояние порядка 125 000 а. е., то есть 2 световых года. И если до ближайшей к нам звезды Альфа Центавра 1,295 пк, или немногим более 4,2 светового года, или примерно 268 000 а. е., то гравитационная граница Сол-нечной системы лежит почти на полпути к Альфе Центавра. Но, конечно, провести границы звездных систем не так просто. Соб-ственно, проведение границ везде оказывается крайне сложным. Небезынтересно, однако, что сама граница Солнечной системы имеет шарообразную форму. Это внешний край облака Оорта, ко-торое также шарообразно. Граница эта весьма обширна. Таким об-разом, шарообразность как наиболее оптимальная форма далеко выходит за пределы только твердых крупных тел.

Глава 2. Солнце и его характеристики

-- этой главе мы поговорим о некоторых характеристиках цен-трального тела Солнечной системы - Солнца, к которому с Земли уже отправился первый искусственный спутник, чтобы найти ответ на вопрос: почему демонстрируется противоречие с законом со-хранения энергии, то есть почему поверхность Солнца холоднее, чем его корона?

Солнце как представитель звезд. Как известно, Солнце - звезда типа желтый карлик. Это огромный светящийся шар, состо-ящий преимущественно из водорода и гелия, диаметром около 1,4 млн км. Это в 109 раз больше диаметра Земли (и это означает, что в него можно поместить 1,3 млн шаров размером с Землю). Масса Солнца в 745 раз больше, чем масса всех планет вместе взя-тых, и в 333 тыс. раз больше массы Земли (Ридпат 2004: 292; Гро-мов 2012). Солнце является основным системообразующим объек-том Солнечной системы, содержащим более 99,8 % входящего в нее вещества (Уиппл 1984: 13; Язев 2018: 9). Естественно, что сила его притяжения в огромной степени определяет движение планет.

Каждую секунду термоядерные реакции в ядре Солнца пре-вращают 4 млн т водорода в электромагнитное излучение (Язев 2018: 292). Как и в других звездах, эта энергия проникает на по-верхность не сразу, а с очень долгим лагом, в среднем в один мил-лион лет. И это неудивительно, так как только один протон на миллиард в каждый момент способен вступить в протон-протон-ную реакцию, которая и дает термоядерную энергию в звездах. Та-ким образом, до излучения доходит не вся энергия, поскольку каж-дый слой задерживает ее часть, поглощая кванты внутренней энер-гии и выделяя уже менее мощные кванты. Так что КПД Солнца, как и любой системы, не 100 %, но это продлевает его жизнь (пра-

вило вариативной трансформации вещества). Несмотря на то что Солнце ежесекундно сжигает миллионы тонн водорода, все же его способность к энергосбережению не может не изумлять. Здесь мы наблюдаем Солнце как один из множества представителей звезд, как саморегулируемую систему.

20 Глава 2

-- настоящее время Солнце находится на так называемой главной последовательности (на которую звезда выходит примерно через 50-100 млн первых лет существования). Это основная часть жизни звезды. В это время звезда существует

-- светит потому, что в ней в результате термоядерных реак-ций выгорает водород. Поэтому время жизни на стадии главной последовательности зависит в основном от массы звезды: чем она больше, тем быстрее идут процессы сгора-ния топлива, тем короче стадия главной последовательности. Поскольку масса Солнца в сравнении с другими звездами не столь велика, оно может провести на главной последова-тельности еще порядка 4-5 млрд лет. При этом звезда сохра-няет свои размеры и форму благодаря взаимной борьбе двух сил: гравитации, которая пытается сжать звезду, и газового давления, образующегося в результате термоядерных реак-ций и мощного разогрева. Важно отметить, что существует динамическое равновесие между температурой и давлением газа. При повышении температуры газ расширяется и совер-шает работу против сил гравитации, что ведет к его охла-ждению. Таким образом, поддерживается температурный баланс. В жизни звезд, как и галактик, а также на всех остальных уровнях эволюции мы можем многократно и в разных видах наблюдать результирующую двух противопо-ложных процессов, взаимодействие которых позволяет су-ществовать "индивидам". Процессы ассимиляции и дисси-миляции поддерживают жизнедеятельность в биологических организмах, процесс размножения животных и уничтожения их хищниками поддерживает в нормальном виде баланс по-пуляции, процессы производства и потребления есть основа существования обществ и т. д. (Гринин 2013: 128). Это взаи-модействие противоположных процессов можно определить как пример универсального гегелевского закона единства и борьбы противоположностей, но также и двоичность, пар-ность, бинарность основных процессов (можно сформули-ровать как паттерн двоичности, бинарности основных процессов; см. об этом также в Главе 5).

Напомним также, что Солнечная система располагается в звездном комплексе, а такие комплексы - в спиральных рукавах. Но что ка-сается "нашего" звездного комплекса, в котором находится Солн-це, то нельзя не отметить важную особенность: он (и соответствен-

Солнце и его характеристики

но Солнце) размещается не в рукаве, а между основными спираль-ными рукавами Галактики, в одном из ответвлений, получившем название местного рукава Ориона - Лебедя. Другая особенность Солнечной системы связана с особым углом наклона рукава - он намного больше, чем у двух соседних рукавов (Гринин 2017: 28-29).

Средняя плотность Солнца меньше полутора граммов на куби-ческий сантиметр (1,409 г/см³), тогда как плотность газа в ядре - 140-180 г/см³ (Громов 2012). То есть плотность вещества в ядре и средняя плотность различаются на два порядка.

-- центре Солнца температура достигает 14-15 млн градусов.

-- на поверхности, как мы увидим ниже, всего 5-6 тыс. граду-сов. То есть перепад температур составляет больше трех порядков! Но и на Земле (а равно и на некоторых других планетах, например, Юпитере, Сатурне) имеется нечто похожее. Ядро Земли отличается по температуре от поверхности также примерно на три порядка. Ядро раскалено до температуры несколько выше 6 тыс. градусов (Абрамова, Пшеничнер 2014: 22), то есть его температура прибли-зительно такая же, как на поверхности Солнца, а поверхность Зем-ли холодная, во многих местах имеет температуру в несколько гра-дусов.

Структура. Структура Солнца весьма сложная, и даже видимая и наблюдаемая его часть довольно быстро усложняется в наших представлениях благодаря новым открытиям.

Давно замечено, что звезды и другие небесные тела имеют схожую структуру. Солнце и планеты Солнечной системы - не исключение. Солнце условно можно разделить на три вложенные друг в друга части, примерно равные по радиусу. Эти зоны отличаются и функционально, и по энергетическим механизмам, но

-- итоге возникает целостный системный результат. И в этом отно-шении Солнце имеет системное сходство с другими сложными системами, в которых есть функциональное разделение между частями, например, с биологическими организмами. Для этих случаев можно говорить о принципе или паттерне функционального разделения в рамках сложной системы. В этом и состоит, собст-

венно, системность: части целого образуют не конгломерат одно-родных элементов, а некоторую специализацию частей, каковая и обеспечивает целостность системы. Части взаимозависимы, они нуждаются друг в друге. Конечно, для биологических организмов

22 Глава 2

такой принцип кажется очевидным, а его формулирование - вроде бы банальным. Но если его распространить на звезды, то смысл становится более глубоким: мы видим менее сложные, но все-таки достаточно выраженные черты этого принципа в космических объектах. Можно найти функциональное разделение даже в таких универсальных системах, как атом или молекула, и это делает данный принцип поистине универсальным. В еще более сложных, чем биологические, то есть в социальных, системах он перерастает в разделение труда.

Итак, внутренняя треть Солнца - это зона энерговыделения, здесь идут ядерные реакции на водороде. Общеизвестно, что огромная масса Солнца благодаря силе тяжести создает сильный нагрев вещества в чрезвычайно плотных недрах Солнца (см. выше).

-- при высоких давлениях и температурах в ядре звезды начина-ются реакции термоядерного синтеза. В процессе этих реакций при объединении ядер атомов водорода образуются ядра атомов гелия и некоторых других элементов. При этом, как известно, вы-деляется энергия в виде интенсивного электромагнитного излуче-ния, которое выходит из недр звезды и распространяется в окру-жающем пространстве. Именно это обеспечивает нагрев обращаю-щихся вокруг Солнца тел и всего, что на них находится (Громов 2012; Язев 2011: 9-10). Промежуточная зона, можно сказать, вы-полняет функцию посредника. Это область лучистого переноса энергии. Вещество Солнца здесь уже недостаточно нагрето для ядерных реакций, но еще имеет довольно высокую температуру, обеспечивающую газу прозрачность. Это не значит, что здесь во-обще не происходит перемешивания вещества, однако за транспор-тировку энергии отвечает главным образом лучистый перенос. И, наконец, третья, внешняя зона - это зона конвекции. Вещество в ней уже достаточно холодное, оно становится непрозрачным. В ре-зультате энергия задерживается в веществе, оно оказывается в со-стоянии тепловой неустойчивости. Поэтому перенос энергии из более глубоких слоев к поверхности осуществляется с помощью конвекции (Громов 2012). Последняя является очень важным меха-низмом не только для звезд, но и для планет, в частности для тех, которые имеют жидкое ядро или другие жидкие слои, а также для газовых планет. Конвекция проявляет себя также в атмосферах, гидросферах и т. д.

Солнце и его характеристики

Таким образом, Солнце имеет три больших части/зоны: внут-реннюю, где идут ядерные реакции, промежуточную - это зона пе-реноса энергии, и внешнюю - зону конвекции. Троичное строение имеет место также на Земле и других планетах. Так, на Земле есть внутреннее ядро, внешнее ядро и мантия. В газовых планетах есть ядро, жидкая мантия и атмосфера, которая является частью планет. Троичная структура есть и в других системах, в частности в биологических (например, многие насекомые состоят из трех оче-видных частей: голова, грудь и брюшко), в общественных, в Мир-Системе (ядро/центр - полупериферия - периферия), в биологиче-ской клетке также можно выделить ядрышко, ядро, цитоплазму.

Определенное сходство в строении между планетами (и спут-никами планет) и Солнцем, конечно, во многом задается гравита-цией. Последняя определяет и шарообразную форму¹², и то, что бо-лее тяжелые элементы опускаются к центру, в котором образуется соответственно более тяжелое и плотное ядро. В такой похожести чувствуется и некий эволюционный паттерн матрицы или повто-рения (отбирающий наиболее экономные формы и структуры), ко-торый может повторяться или "копироваться" у менее крупных ча-стей системы, у менее крупных тел. Это прослеживается и на дру-гих уровнях, особенно общественном, где структура центра так или иначе копируется провинциями.

Оболочки, пятна и другие формы солнечной активности. Об оболочках, которые формируют структуру небесных тел и ее взаимодействие с окружающей средой, ранее уже шла речь (Гри-нин 2013: 149; 2017: 50, 94). Мы также формулировали своего рода эволюционную идею: наличие оболочек - важнейший способ (паттерн) отделения системы от внешней среды. Эта идея явля-ется иллюстрацией правил формообразующего влияния среды на организм и правила роста устойчивости и приспособляемости си-стем (см.: Гринин и др. 2008). Внешняя оболочка, наружная часть - практически обязательный элемент всех достаточно сложных си-стем, хотя эти оболочки могут быть самыми разными (кожа, грани-цы государства и т. д.). В любом случае, без нее нет саморегулиру-емой системы. Это, несомненно, важнейший паттерн, с которым мы не раз еще столкнемся, в частности в исследовании абиогенной

-- Гравитация притягивает вещество к центру одинаково во всех направлениях, а давление точно так же одинаково отталкивает вещество во всех направлениях от центра.

24 Глава 2

химической эволюции в процессах создания предбиологических организмов (Глава 11). В данном же случае, несомненно, налицо структурная и частично функциональная схожесть Солнца с плане-тами и спутниками в строении оболочек и их роли.

Кстати, не исключено, что наружная часть Солнца в опреде-ленной мере более сложная (о ее сложности см. далее) или, по крайней мере, более разнородная, чем внутренняя. Более опреде-ленно, что внешняя оболочка Земли, то есть кора, пропорциональ-но гораздо более сложная и неоднородная. В самом деле, мы знаем, что на Земле неоднородность земной коры создается за счет релье-фа, гидросферы, ледников, атмосферы, которая имеет целый ряд собственных структурных элементов, а также их постоянного взаимодействия. Конечно, кажущаяся бо?льшая разнообразность и структурная сложность внешних оболочек Солнца и Земли может быть просто следствием нашего незнания, поскольку не только

-- глубинах Солнца, но и о глубинах Земли мы знаем не так много. Но все же мы полагаем, что в отношении тех или иных типов объ-ектов можно говорить о некоей закономерности. Последняя связана с тем, что пограничные с другой средой части (поверхности, гра-ницы) в целом более сложны (на единицу площади, массы и т. д.), чем внутренние. В этом случае можно было бы говорить о правиле относительного усложнения пограничных зон (частей), а также их повышенной эволюционности.

Поверхность Солнца называется фотосферой ("сфера света"). Она состоит из бурлящих газов температурой 5500® С (температура намного холоднее по сравнению не только с ядром, но даже с ко-роной). На этой поверхности видны постоянные изменения в виде крапчатого явления, похожих на рисовые зерна гранул; данный феномен называется грануляцией (диаметр гранул от 300 до 1500 км)¹³. Оно вызвано присутствием ячеек горячего газа, буль-кающего в фотосфере подобно воде, закипающей в кастрюле. Край солнечного диска выглядит темнее, чем его центр. Это явление называется потемнением к краю и обусловлено тем, что газ в фото-сфере в какой-то мере прозрачен, в результате чего в центре видны более глубокие области Солнца. В фотосфере различаются более

-- В начале 2020 г. пришло сообщение, что американские астрономы с помощью телескопа DKIST (Daniel K. Inouye Solar Telescope), расположенного на острове Мауи Гавайского архипелага, получили наиболее подробные на сегодняшний день снимки Солнца, которые показывают детали поверхности этой звезды с разрешением "всего" в 30 км, то есть в несколько раз больше, чем можно было наблюдать ранее.

Солнце и его характеристики

горячие участки (так называемые факелы), которые выглядят более ярко, чем остальная часть поверхности, и более холодные. Послед-ние - это всем известные солнечные пятна, которые выглядят тем-нее остальных областей поверхности Солнца. Их размеры могут равняться величине вышеупомянутых гранул, но могут превосхо-дить во много раз размеры Земли (Ридпат, Тирион 2001: 293-294). Последние видны невооруженным глазом. Пятна - это временные образования. Предполагают, что они возникают там, где силовые линии магнитного поля выходят из глубин Солнца на поверхность фотосферы. Возможно, присутствие сильного магнитного поля препятствует выносу теплового потока из Солнца, и в результате возникает холодное пятно. Вероятно, это один из способов регуля-ции температуры и расхода энергии, фактически - форма саморе-гуляции (см. о ней: Гринин 2013; 2017). У пятна есть темная центральная область, называемая тенью, с температурой около 4000 ®С, окруженная более светлой полутенью с температурой около 5000 ®С.

Крупное пятно непостоянно, оно сначала растет, достигая при-мерно за неделю своего максимального размера, а потом сокраща-ется, но более медленно, исчезая примерно за две недели. Интерес-но отметить, что пятна не являются особенностью только Солнца. Ниже мы увидим, что они есть и на планетах-гигантах, правда,

-- отличие от Солнца, эти пятна (по крайней мере, красное пятно на Юпитере и коричневое на Сатурне) присутствуют на них постоян-но. Менее долговечным оказалось Большое темное пятно Урана.

Пятна Солнца образуют группы, размер групп наиболее круп-ных пятен достигает сотен тысяч километров (иными словами, это-го достаточно, чтобы охватить большую часть расстояния от Земли до Луны). В максимуме цикла пятна расположены вблизи солнеч-ного экватора, а поскольку наклон плоскости земной орбиты к сол-нечному экватору составляет чуть больше 7®, то выбросы оттуда могут задеть Землю, что время от времени и происходит (Громов 2012). Группа пятен может существовать на протяжении одного-двух оборотов Солнца (один-два месяца).

-- размерах пятен и последовательности их поведения проявля-ется уже какая-то протоструктура, обусловленная силой магнитно-го поля и другими силами.

26 Глава 2

Дело в том, что обычно "группа пятен содержит два ос-новных компонента, которые расположены в направлении восток - запад. Пятно, которое лидирует при движении по диску из-за вращения Солнца (p -пятно), обычно имеет боль-ший размер, чем следующее за ним f-пятно. Предшествую-щие и последующие пятна имеют противоположные заряды, подобно концам подковообразного магнита. При этом пятна соединяются петлеобразными силовыми линиями (Ридпат, Тирион 2001: 293). Это тоже довольно частый паттерн, точ-нее, несколько паттернов: первый связан с тем, что какие-то феномены (регулярно или закономерно появляющиеся) не-редко появляются группами¹⁴; второе - что эти групповые феномены имеют какую-то, обычно не очень сложную структуру. Но уже и она существенно их оформляет и харак-теризует. Как часто бывает в динамической системе, она не-стабильна, в ней происходят сильные напряжения. Так, если силовые линии магнитного поля в сложной группе пятен за-путываются, это приводит к так называемым вспышкам, то есть сильному и внезапному выделению энергии. Вспышка длится от нескольких минут до часа (на Земле это может быть заметно как северное сияние). Другой причиной север-ного сияния, даже более мощной, чем вспышки, являются так называемые корональные выбросы массы, то есть огром-ные пузыри горячего газа, извергаемые Солнцем.

Некоторые структурные компоненты внешней части Солнца

-- Земли видны только во время полного солнечного затмения, ко-гда сверкающая фотосфера скрывается и не мешает видеть более слабое свечение (примерно так, как мы видим ночью звезды). Это хромосфера, солнечная корона и протуберанцы. Подобно осталь-ным образованиям на поверхности Солнца, они контролируются магнитным полем (Там же: 296).

Хромосфера - это тонкий слой газа, находящийся над фотосфе-рой, глубина хромосферы - около 10 000 км. Во время затмения хромосфера видна как розоватый серп над Солнцем, за что она и по-лучила свое название, которое переводится как "цветная сфера".

-- Мы описали это явление как распространенный случай в эволюции: появление (образо-вание, рождение) либо одиночных, либо парных (групповых) объектов - в данном случае при появлении новых объектов, но здесь речь идет о повторяющихся процессах.

Солнце и его характеристики

Розовый цвет обусловлен свечением водорода. Огромные выбросы газа, тянущиеся из хромосферы в космическое пространство и так-же имеющие розовый цвет, называются протуберанцами. Они мо-гут простираться от Солнца на огромные по земным меркам рас-стояния - 100 тыс. км и даже более, и порой видны в течение не-скольких месяцев. Это так называемые спокойные протуберанцы, но есть те, что живут несколько часов (эруптивные протуберанцы). Они видны как вспышки на краю Солнца, выбрасывающие веще-ство в пространство со скоростью около 1000 км/с (Ридпат, Тирион 2001: 296).

Корона - это слабо светящееся газовое гало (гало обычно есть

-- любой звезды), которое представляет собой как бы венчающий Солнце ореол.

Очертания короны меняются на протяжении солнечного цикла. Лучи коронального газа (они похожи на лепестки) выходят из экваториальной области Солнца, а короткие пе-рья - из полярных областей. Корона состоит из очень разре-женного газа температурой от 1 до 2 млн ®С. Тот факт, что более далекая от Солнца корона в десятки раз горячее по-верхности Солнца, является загадкой. Каким-то образом это связано с саморегуляцией нашей звезды. В следующей главе мы увидим, что нечто подобное происходит и в атмосфере Земли, где после так называемой мезопаузы температура от -68 ®С вновь начинает расти и вырастает в ионосфере до +700-1500 ®С, то есть становится намного горячее поверх-ности Земли.

Многие внешние для нас проявления активности Солнца имеют общий механизм. И не случайно все формы солнечной активно-сти - пятна, вспышки и протуберанцы - имеют 11-летний цикл (Там же: 296). Это позволяет говорить о том, что, во-первых, име-ется какая-то общая причина такой цикличности, пока науке неиз-вестная. Налицо наиболее распространенный паттерн эволюции

-- вообще существования мира: одни и те же причины внешне обычно проявляются вариативно, иногда с очень широкими вариа-

циями. Вновь мы видим, что один и тот же феномен весьма разно-образен, можем наблюдать огромный спектр проявлений в прин-

28 Глава 2

ципе единого процесса в самых разных характеристиках. Это мно-гообразие в единстве всегда поражает, и очень трудно добраться до причины возникновения этого единства, которую раньше филосо-фы любили называть сущностью. Ну и, конечно, цикличность - также очень распространенный на всех уровнях эволюции и жизни, на всех линиях паттерн.

Газ из короны выбрасывается в Солнечную систему непрерыв-но. Он образует солнечный ветер, который играет определенную роль и в геологии планет, особенно безатмосферных. Заряженные частицы солнечного ветра, которые фиксируются на Земле, имеют скорость около 400 км/с. Интересным и наиболее заметным его проявлением является отклонение кометных хвостов от Солнца. Солнечный ветер простирается далеко за пределы орбиты самой удаленной планеты, в конечном счете смешиваясь с разреженным межзвездным газом. В этом смысле можно считать, что все плане-ты Солнечной системы находятся внутри короны Солнца (Ридпат, Тирион 2001: 296). Таким образом, дальнодействие Солнца осо-бенно заметно в связи не только с гравитацией, но также с солнеч-ным ветром и переносом энергии. Здесь мы видим удаленное влия-ние, которое выходит за рамки границ Солнечной системы. Это по-казывает, что полностью закрытых систем не бывает.

Солнце вращается вокруг своей оси. Вращение по оси занимает примерно 25 земных суток. Его можно наблюдать по движению солнечных пятен по поверхности, что является частью общего движения звезды вокруг своей оси. Наблюдения показывают, что скорость вращения пятен уменьшается по мере приближения к по-люсам, где период вращения вокруг оси может достигать 38 дней. Таким образом, Солнце вращается не как твердое тело, а диффе-ренцированно, то есть оно движется быстрее на экваторе и медлен-нее на полюсах. Это связано с тем, что Солнце не является твердым телом. Газовые гиганты, которые, как и Солнце, не являются твер-дыми телами, тоже имеют дифференциальное вращение. Как из-вестно, Солнце и вся Солнечная система также вращаются вокруг центра галактики Млечный Путь. Один оборот занимает около 230 млн лет.

Солнце и его характеристики

Загадка вращательного момента в Солнечной системе. Медленность вращения Солнца вокруг своей оси связана с переда-чей его вращательного момента орбитальному моменту планет (Холщевников 2012а: 64). Это одно из наиболее странных явлений, о котором мы уже писали (Гринин 2017: 132-133).

Существует загадка момента количества движения, который почти весь сосредоточен почему-то в планетах и других малых те-лах (98 % количества движения Солнечной системы)¹⁵. А на Солн-це приходится всего 2 % этой величины, хотя его масса составляет более 99 % всей массы Солнечной системы (Язев 2011: 347-348).

Если момент вращения отнести к единице массы, введя, таким образом, удельный угловой момент, то различие полу-чится в 50 тыс. раз: обладая малой суммарной массой, плане-ты и другие малые тела обладают огромным угловым мо-ментом. Этот факт требует объяснения (Там же).

И. С. Шкловский (1987: гл. 10) дает весьма любопытный комментарий к проблеме момента количества движения. Он предлагает рассмотреть следующий мысленный экспери-мент. Что было бы, если бы все планеты Солнечной системы слились с Солнцем? Так как в изолированной системе мо-мент количества движения должен сохраниться, а масса всех планет ничтожно мала по сравнению с массой Солнца, то последнее с необходимостью должно было бы вращаться

-- экваториальной скоростью, в 50 раз большей, чем сейчас (так как его вращательный момент должен был бы увели-читься с 2 до 100 % полного момента количества движения Солнечной системы, поскольку существует закон сохране-

ния количества движения). Следовательно, экваториальная скорость вращения Солнца стала бы близкой к 100 км/с. Но это как раз нормальная скорость вращения звезд, более массивных и горячих, чем оно. Напрашивается важный вы-вод: скорость вращения Солнца, которая когда-то была довольно высокой, резко уменьшается (в 50 раз) благодаря тому, что основная часть момента количества движения бы-ла передана планетам.

-- Момент количества движения может быть определен как "запас вращения" системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг своих осей Солнца и планет (Шкловский 1987).

30 Глава 2

-- связи со сказанным заметим: одна из особенностей космиче-ских сил заключается в том, что здесь почти всегда получается (как

-- должно быть в математике), используя социологический термин, нулевая сумма, то есть если у кого-то прибавилось, следовательно,

-- кого-то убавилось. Это жесткая система, которая явно ограничи-вает возможности накопления изменений и эволюции. На более высоких уровнях эволюции это смягчается, поскольку приобрете-ние одних не всегда становится потерей для других, во всяком слу-чае, в биогеоценозах мы видим сложную систему взаимовыгодного использования ресурсов. Еще больше это смягчается в социальной сфере. Словом, чем дальше развитие отходит от системы с нуле-вой суммой, тем быстрее происходит накопление изменений и раз-витие.

Глава 3. Планеты Солнечной системы. Некоторые общие характеристики

-- сравнения

-- этой главе мы рассмотрим планеты Солнечной системы с точки зрения некоторых важных аспектов. Глава посвящена современным характеристикам планет, их историческим особенностям в ней уде-лено небольшое внимание (истории планет посвящена вторая часть книги). Будут представлены различные сведения о планетах. Они, с одной стороны, дадут читателю представление о телах Солнечной системы, а с другой - составят основу для рассуждений об эволю-ционных правилах и особенностях тех или иных небесных тел, позволят нам произвести сравнения, высказать различные идеи и дать комментарии. Словом, как и во всей данной книге, здесь мы ставим перед собой двуединую задачу: 1) дать читателю общее представление о планетах Солнечной системы; 2) показать состоя-ние данных планет в эволюционном аспекте.

Несмотря на то что белых пятен в изучении планет очень мно-го, в настоящее время о них накоплено огромное количество сведе-ний, поэтому в настоящей работе нет возможности представить сколько-нибудь системное описание всех планет (но часть сведе-ний помещена в таблицах в Приложении 1). Невозможно система-тично сравнивать все планеты друг с другом, тем более что имею-щиеся сведения распределены очень неравномерно: об одних телах их относительно много, о других - чрезвычайно мало. Таким обра-зом, мы сможем коснуться только некоторых, на наш взгляд, наиболее важных фактов и характеристик.

-- данном случае важно, что мы исходим из следующего: все планеты являются элементами одной системы, имеют единое про-исхождение и общий субстрат вещества, из которого они образова-лись (но элементы этого вещества распределились крайне нерав-номерно). Одно из фундаментальных свойств природы - способ-ность формировать группы из объектов близкого масштаба с опре-деленным родственным набором качеств (Павлов 2006: 50). Плане-ты Солнечной системы являются одной из таких групп, одновре-

32 Глава 3

менно имеющих и генетическое родство, и структурно-функци-ональное сходство. То, что у каждого из тел имеются индивиду-альные признаки, легко объясняется их местом в Солнечной систе-ме, историческими особенностями формирования (сочетанием осо-бенностей места, времени, условий и случайностей) и другими об-стоятельствами (речь об этом пойдет во второй части книги). Это тоже очевидная закономерность: среди одновременно возникших (или родственных) объектов заметны бо?льшие или меньшие разли-чия. Природа и эволюция одновременно стандартизируют объекты, однако не терпят полного единообразия. Всегда имеются индиви-дуальные особенности, которые соответствуют только уникально-му объекту и индивиду. Это характерно для всех миров - от мик-ромира до гигантских звезд и галактик. Даже в рамках однотипных атомов и молекул между мириадами этих частиц есть различия, по-скольку в природе нет веществ, у которых все частицы имеют оди-наковые свойства, а приток энергии в систему неизбежно делает ее неоднородной (Мелихов 2018: 9-11). На первый взгляд, это неко-торое расточительство. Почему бы, скажем, близнецам не иметь полностью совпадающие рисунки папиллярных линий (по которым различают отпечатки пальцев) или радужную оболочку глаз? Зачем эти различия? Но в действительности это один из мощнейших ме-ханизмов разнообразия, создающий некий континуум вариаций, по сути, бесконечную вариативность. Можно было бы говорить о пра-виле единства стандартизации и индивидуализации (которое пред-ставляет одну из реализаций закона единства и борьбы противопо-ложностей). Кроме того, это создает возможности для структури-рования, конкуренции и отбора в данных процессах.

Например, в нанопроцессах в насыщенных средах в про-цессе образования зародышей кристаллов и т. д. при зарож-дении имеет место молекулярный отбор. Между молекулами среды действуют силы притяжения, под воздействием кото-рых в среде образуются группировки сближенных молекул (кластеры). При этом молекулы конкурируют за возмож-ность присоединить к себе другие молекулы. Конкуренция же между группами приводит к тому, что в среде формиру-ется множество кластеров, каждый из которых "собирает" молекулы из своего ближайшего окружения. При столкнове-

Планеты Cолнечной системы

нии кластеров с молекулами среды и друг с другом часть из них укрупняется, а часть распадается, причем вероятность укрупнения кластеров возрастает, а вероятность распада уменьшается по мере увеличения их размера. Вызвано это тем, что у крупных кластеров больше "посадочных мест", где могут закрепиться новые молекулы, а для отрыва моле-кулы от крупного кластера ей нужно преодолеть силу при-тяжения к большему числу атомов, чем при отрыве от мел-кого. В результате этого в коллективе кластеров, где каждый то присоединяет молекулы среды, то отдает их среде, посте-пенно накапливаются укрупненные частицы, у которых ве-роятность присоединения молекул оказывается намного боль-ше вероятности распада. Такие частицы, с учетом того, что каждая из них превратится в кристалл, можно считать заро-дышами твердого вещества (Мелихов 2018: 24). Процесс по-разительно напоминает не только начальные фазы образова-ния планетезималей, о которых мы подробно говорили (Гри-нин 2017), но и процесс образования коллективов (стай, стад

-- т. д.) животных и птиц, а также процессы формирования политических организмов в истории. И отдельным индиви-дам становится очень сложно обособиться от этих образова-ний. Таким образом, перед нами паттерн кластеризации в ре-

зультате разнообразия, конкуренции и отбора.

Но характерно, что это, казалось бы, беспорядочное движение взаимной борьбы в итоге приводит к самооргани-зации и порядку.

"При этом если сила действия молекул среды на части-цы агрегатов соизмерима с силой их взаимного притяжения, то в системе происходит накопление упорядоченных форм с минимальным зазором и разрушение неупорядоченных форм, у которых зазор больше, а следовательно, сила притя-жения меньше" (Мелихов 2018: 28). Похожие процессы про-исходят в процессе формирования планет из планетезималей или создания государств из мелких политий. Таким образом,

порядок оказывается энергетически выгодным вопреки идее, что энтропия всегда доминирует.

34 Глава 3

3.1. Общие сведения о планетах и планетных группах

Общие сведения о планетах Солнечной системы. В настоящей работе мы нередко для удобства изложения будем называть плане-тами не только восемь больших планет и так называемые карлико-вые, которых в настоящее время насчитывается пять вместе с Плу-тоном (Церера, Хаумеа, Макемаке, Эрида), но также крупные спут-ники больших планет. Крупнейших спутников семь: Луна, четыре спутника Юпитера (называемые галилеевыми, так как они были открыты Г. Галилеем), два - у Сатурна. Стоит отметить, что наши знания о карликовых планетах существенно более скудны, чем све-дения о крупных спутниках.

Карликовая планета, согласно определению XXVI Ассам-блеи Международного астрономического союза в 2006 г., - это небесное тело, которое: вращается по орбите вокруг Солнца; имеет достаточную массу для того, чтобы, в отличие от малых тел Солнечной системы, под действием сил гравитации поддерживать близкую к сферической форму; не является спутником планеты; не может, в отличие от планет, расчистить район своей орбиты от других объектов¹⁶. Четыре из пяти карликовых планет находятся в транснептуновой зоне (то есть за орбитой Нептуна). Там располагается много других объектов, но из-за удаленности большинство из них очень плохо изучены, размеры их неизвестны, орбиты тоже. Вот почему ведутся разговоры о том, что, возможно, по меньшей мере еще 40 из известных объектов в Солнечной системе принадлежат к этой категории. Также есть пред-положения, что в поясе Койпера и за его пределами могут быть обнаружены сотни, а то и тысячи карликовых планет.

-- Солнечной системе существуют сотни тысяч так называемых малых планет (тел) самой разной формы. Малые планеты - это тела естественного происхождения, враща-ющиеся вокруг Солнца по собственным орбитам; они имеют

-- Все карликовые планеты, кроме Хаумеа, имеют близкую к сферической форму. Точная форма Хаумеа неизвестна, но она, скорее всего, эллипсоид, похожий на вытянутое яйцо. Очевидно, что из-за формы она не полностью подходит под указанные критерии карликовой планеты. Это самое быстро вращающееся тело диаметром больше 100 км, которое оборачивается вокруг своей оси меньше чем за четыре часа. Несмотря на относительно малые размеры (диаметр немногим больше 1000 км), эта планета обладает всем набором, характерным для планет-гигантов: двумя спутниками и системой колец.

Планеты Cолнечной системы

размер более 50 метров и не относятся к планетам и кар-ликовым планетам. Кроме того, они не должны быть коме-тами. Это в основном астероиды из пояса астероидов и пояса Койпера. Наиболее крупные из них находятся в поясе асте-роидов: это Паллада (диаметр 490 км; имеет форму, прибли-жающуюся к сфере) и Веста (диаметр 385 км; имеет непра-вильную форму).

Спутник - небесное тело, обращающееся по определен-ной траектории (орбите) вокруг другого объекта в космиче-ском пространстве под действием гравитации. Стоит обра-тить внимание, что спутники есть у некоторых карликовых и малых планет, но у спутников свои спутники не обнаруже-ны, поскольку в большинстве случаев приливные силы глав-ного тела сделали бы такую систему неустойчивой (однако полностью такая вероятность не исключена). Количество спутников за пределами земной группы, то есть вокруг пла-нет-гигантов, велико. Получается, что чем крупнее планета, тем больше у нее спутников (по принципу концентрации ве-щества вокруг более крупных центров, который, как мы только что видели, действует и в микро-, и в макромирах).

-- земной группе планет, повторим, ситуация со спутниками загадочная, так как крупный спутник имеет только Земля, а спутники Марса небольшие (скорее всего, захваченные из пояса астероидов). Венера и Меркурий спутников не имеют.

Крупнейшие спутники Солнечной системы, такие как Ганимед (спутник Юпитера, диаметр 5268 км) и Титан (спутник Сатурна, диаметр 5152 км), намного превосходят крупнейшую карликовую планету Плутон и по размерам, и по массе (по массе даже Луна превосходит Плутон, в ос-новном состоящий изо льда). Но несмотря на вышесказан-ное, по своему статусу Плутон и данные тела существенно отличаются. Главное различие состоит в наличии у Плутона собственной орбиты вокруг Солнца. Однако даже крошеч-ные малые планеты имеют собственную орбиту. Таким обра-зом, различия становятся системными. Спутник - это часть более сложной системы, центром которой является планета, вокруг которой он вращается; а планета (любая: большая, карликовая или малая) - это тело, которое вращается вокруг Солнца.

По размеру восемь крупных планет делятся, как мы видели

-- Главе 1, на две группы по четыре планеты в каждой: небольшие планеты земной группы и планеты-гиганты. Но по своему составу

36 Глава 3

они делятся на три группы. Причем в последние входят не только большие, но и карликовые планеты и спутники (об этом подробнее будет сказано во втором подразделе данной главы).

-- К силикатным (или каменным) относятся планеты земной группы, Луна, а также некоторые галилеевы спутники Юпитера (Ио, Европа) и некоторые карликовые планеты, такие как Церера¹⁷.

-- К газовым (состоящим из водорода и гелия) относят Юпитер

-- Сатурн. Но вернее говорить, что они газово-жидкие, так как в ре-зультате давления на определенной глубине газ превращается в жид-кость.

-- К ледяным относят Уран и Нептун (хотя в составе этих пла-нет-гигантов также много водорода и гелия), их спутники, многие из спутников Юпитера, в том числе такие крупные, как Ганимед, Каллисто (Бусарев 2015); многие спутники Сатурна, а также Плу-тон, его спутник Харон и другие транснептуновые малые планеты. Отметим, что на ледяных планетах есть не только водяной, но

-- иного состава лед (в том числе из аммиака, углекислого газа). Основные вещества, из которых состоят тела Солнечной систе-

мы, также можно условно разделить на три группы. Во-первых, это твердые вещества, минералы, в целом похожие на земное вещество (с той, однако, разницей, что количество минералов на Земле во много раз больше такового на Луне и других планетах и телах). Тем не менее практически на всех телах с похожим на Землю со-ставом основными минералообразующими элементами являются кремний, железо, алюминий, магний и титан в окисленном состоя-нии, то есть при значительном включении кислорода в химические соединения (соответственно, эти вещества и минералы можно от-нести к группе "земного вещества")¹⁸. Во-вторых, это летучие ве-щества, главными из которых являются углерод, азот, кислород

-- в меньшем количестве - водород, входящий в некоторые химиче-ские соединения. В виде газов эти элементы образуют атмосферы отдельных планет или крупных спутников. Но чаще летучие ком-поненты вещества Солнечной системы существуют в виде льда

-- Но Церера, по-видимому, состоит на 20-30 % из водяного льда, вероятно, у нее каменное ядро и ледяная мантия (McCord, Sotin 2005). Таким образом, при отнесении того или иного объекта к определенной группе часто возникают проблемы пограничных состояний.

-- В составе земной коры кислород составляет почти половину массы (47 %), кремний - 27,5 % (подробнее см. в Главе 10).

Планеты Cолнечной системы

(соответственно, их можно отнести к группе льдов). В-третьих, это такие газы, как водород и гелий, наиболее обильно встречающиеся на Солнце, с небольшими примесями неона, аргона и некоторых других элементов (Шевченко 2014). Приведем также полезную ги-стограмму (см. Рис. 1), которая примерно показывает относитель-ное содержание перечисленных групп вещества в химическом со-ставе основных тел Солнечной системы. Группа 1 ("земное веще-ство") на 99 % и более образует планеты земного типа, астероиды

-- отдельные спутники (например, Луну). Большая часть спутников, относящихся к системам планет-гигантов, состоит в основном из "льдов" (группа 2) с некоторой примесью "земного вещества". Те же составляющие, но в другой пропорции, характерны для ко-мет. Юпитер и Сатурн в основном состоят из "солнечного веще-ства" (группа 3) с примесями "льдов" и "земного вещества". Для Урана и Нептуна основным веществом, их образующим, явля-ются "льды"¹⁹.

Рис. 1. Относительное содержание различных типов веще-ства в телах Солнечной системы

Источник: Шевченко 2014: рис. 6.

-- Это условные "льды", поскольку если рассматривать их в недрах планет, то там они находятся в жидком и горячем состоянии. "Льдами" принято называть метан, аммиак и воду, то есть три соединения четырех широко распространенных в космосе элементов (водорода, кислорода, углерода, азота). "Льдами" эти соединения называются потому, что на уровне видимого облачного слоя большинства планет-гигантов все они превращаются в реальные льды (см.: Ксанфомалити 1997: 195-196).

38 Глава 3

Некоторые общие характеристики всех планет. Каждая пла-нета имеет шарообразную форму, однако особенности вращения вокруг своей оси и некоторые другие вещи так или иначе искажают эту форму²⁰. Каждая планета имеет собственную орбиту, которая

-- крупных планет благодаря мощной гравитации расчищена от дру-гих объектов. Спутники имеют собственную орбиту вокруг плане-ты. Все крупные и карликовые планеты вращаются вокруг своей оси. В отношении спутников ситуация несколько иная, так как они находятся в соответствии со своими планетами, к которым обычно обращены одной стороной. Строение большинства (но не всех) планет имеет общие черты. У них есть ядро - металлическое, ка-менное или иное (например, металлосиликатное). Мантия может быть силикатной, газово-жидкой, ледяной, состоящей из воды и др. Что касается коры, то в отношении газовых гигантов и даже ледя-ных планет о коре говорить трудно (но у некоторых ледяных пла-нет ее подобием является их ледяная оболочка). Поскольку с глу-биной повышается давление, ядро обычно тяжелее (плотнее) ман-

тии, но размер ядер весьма значительно варьирует (например,

-- Луны это 2-3 % от общей массы, у Земли - более 30 %). Недра ряда планет и некоторых крупных спутников, как предполагается, горячие (см. ниже).

Жидкое металлическое ядро, как правило, является источником магнитного поля планеты, которое также зависит от угловой скоро-сти вращения. Но не у всех планет ядра металлические, у некото-рых ядро твердое, застывшее, поэтому не все из них имеют замет-ное магнитное поле. У планет земной группы, кроме Земли, маг-нитные поля слабые или почти отсутствуют. Но у планет-гигантов и отдельных их спутников (например, у Ганимеда) сильные маг-нитные поля.

Здесь уместно заметить, что в отношении характеристик планет почти всегда можно говорить о едва ли не непрерывном континуу-

-- Чем медленнее вращается планета, тем больше ее форма приближается к шару, тем меньше у нее выражено сжатие, под которым понимается отношение разности экваториального и полярного радиусов планеты к экваториальному радиусу. У очень медленно вращающихся планет - Меркурия и Венеры - объемную форму приближенно можно считать шарообразной, а не эллипсоидной, как у других планет.

Планеты Cолнечной системы

ме (большом вариативном ряде²¹). Так, можно сказать, что Луна не имеет атмосферы, а можно сказать, что имеет, но ее атмосфера на четырнадцать порядков более разреженная, чем у Земли. Ясно, что такая атмосфера практически равна ее отсутствию, но все же сле-дует иметь в виду, что никогда качество не отсутствует полностью. То же касается и магнитных полей.

Некоторые общие характеристики планет земной группы и силикатных спутников. Планеты земной группы представляют собой твердые шары, состоящие в основном из минералов, наибо-лее распространенными среди которых являются силикаты (соеди-нения кремния). Поэтому планеты земной группы часто называют силикатными, или каменными²². У всех четырех предполагается присутствие железного или железно-никелевого ядра того или ино-го размера. По ряду характеристик (например, наличию минералов) близки к планетам земной группы не только Луна (что естествен-но), но и ряд крупнейших спутников Юпитера (Ио, Европа) и Са-турна (например, Энцелад), а также некоторые карликовые плане-ты, такие как Церера²³. Правда, у указанных спутников силикатны-ми являются только ядра, а мантии ледяные или водно-ледяные. Однако некоторые спутники планет-гигантов могут иметь весьма схожую структуру с планетами земной группы. Так, Европа состо-ит в основном из силикатных пород, а в центре содержится желез-ное ядро. Металлическое ядро имеет и Ганимед.

-- Земли ядро подразделяется на внешнее (жидкое) и внутрен-нее (твердое). Жидкое ядро, вероятно, есть также у Меркурия,

-- Марса оно, возможно, частично жидкое. Ядро - наиболее плотная часть планетных недр (12,5 г/см³ в центре Земли), кора - наименее плотная (для Земли 2,8 г/см³), плотность мантии - промежуточная. Мантия Земли делится на три слоя, причем в нижней мантии тем-пература близка к точке плавления.

-- В какой-то мере в отношении континуума объектов можно использовать правило конти-

нуума эволюционных состояний и характеристик. Оно гласит, что резких переходов между эволюционными уровнями нет. Между крайними формами число переходных велико, порой огромно. В то же время всегда существует и некоторая дискретность (как проявление закона перехода количества в качество).

-- Дело в том, что силикаты образуют мощные залежи в виде гранитов, гнейсов, базальтов, то есть каменных горных пород.

-- Силикатными являются и многие астероиды, в том числе крупнейшие из них, такие как Веста.

40 Глава 3

Силикатные планеты так или иначе имеют какую-либо кору, состоящую из различных пород (в некоторых случаях изо льда; ли-бо представляющую вечную мерзлоту, как на Марсе, то есть грунт, смешанный со льдом). Некоторые планеты земной группы имеют силикатный состав своих наружных оболочек, которые частично могут быть перекрыты водой в жидкой или твердой фазе (это Земля

-- Марс). На некоторых спутниках имеется поверхностная жид-кость, но вместо воды там что-то другое. Например, в случае с Ио это сера и лед SO₂ (Евсюков 1997: 46), в других случаях - жидкий метан. Так, на Титане обнаружены сотни озер из метана. Толщина коры варьируется в зависимости от места на планете и возраста са-мой коры. У планет земной группы она варьируется как между планетами, так и на самих планетах от 10 до 100 км (Тебиева 2015: 92). Интересно, что у Луны кора существенно толще земной. Тол-щина мантии и у планет земной группы варьируется от 1000 до

3000 км (Там же).

-- планет земной группы, кроме Меркурия, и у спутника Сатур-на Титана есть относительно тонкие газовые атмосферы, но они значительно различаются по плотности и составу. Однако интерес-но, что основу атмосфер Земли и далекого Титана составляет азот.

Стоит добавить, что существуют сходства в разных аспектах

-- между отдельными планетами (о чем будет сказано далее). Часто говорят о схожести пейзажей поверхностей Меркурия и Луны, ис-пещренных кратерами и покрытых так называемым реголитом²⁴.

Общие черты планет-гигантов. Помимо того что эти плане-

ты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - во много раз больше по объему и массе, чем планеты земной группы, они имеют и харак-терные особенности в строении и составе. Ведь они представляют собой огромные газовые шары и состоят в основном из газообраз-ных, жидких компонентов, то есть не имеют твердой поверхности, которая есть у планет земной группы. В отличие от последних у га-зовых планет мантия не твердая, а газово-жидкая, так как газ на определенной глубине под давлением начинает превращаться в жид-

-- Это особый минерал, сформированный в результате взрыхления поверхности планет мелкими метеоритами и влиянием солнечного ветра. Характерно, что на Земле реголит отсутствует. Дело в том, что он представляет собой смесь собственного материала и ма-териала падавших планетезималей и астероидов, чего нет на планетах с атмосферой (Язев

2018: 48-49).

Планеты Cолнечной системы

кость. Но, как мы увидим, у Юпитера и Сатурна, с одной стороны,

-- Урана и Нептуна - с другой, есть различия в составе и строении как мантии, так и ядра. У планет первой группы в связи с тем, что в них намного больше водорода и гелия, мантия, как уже было ска-зано, газово-жидкая, у вторых - включает большое количество льда. Соответственно, у всех ядра, по предположениям, твердые. У Юпитера и Сатурна они составляют небольшую часть каждой планеты по массе, однако в абсолютных величинах они огромны, превосходят Землю в несколько раз. У Урана и Нептуна ядра про-порционально больше (см. ниже). У первой группы планет они, скорее всего, состоят из металлизированного водорода и силикат-ных материалов, у второй - частично из металлов, но большей ча-стью каменно-ледяные. Но в целом ядра планет-гигантов по соста-ву отличаются от таковых у планет земной группы.

-- всех планет-гигантов есть и атмосферы, однако это не тонкие

атмосферы планет земной группы, а необычайно мощные, состоя-щие в основном из водорода и гелия. Кроме того, роль атмосфер отличается и в структурном плане. Дело в том, что атмосфера газо-во-жидких планет одновременно является и частью структуры пла-неты, то есть верхним слоем, заменяющим твердые оболочки

-- планет земного типа, и собственно атмосферой, поскольку в ней происходят многие явления, характерные именно для атмосфер планет земной группы: вихри, перемещения, ветра и т. п. Соответ-ственно, граница между тем, что можно считать аналогом атмо-сфер планет земного типа, и атмосферой - газовой оболочкой пла-неты практически неразличима. У всех планет-гигантов, как мы упоминали, сильные магнитные поля.

Ледяные планеты. К ледяным планетам относятся, как уже было сказано, спутники Нептуна и Урана, многие из спутников Юпитера (но такие, как Европа и Ганимед, могут быть отнесены также и к силикатным планетам) и Сатурна, а также Плутон, Ха-рон²⁵, другие транснептуновые карликовые планеты и крупные объекты (например, Эрида, Квавар, Седна и др.). Многие из них со-

-- Харон - необычный спутник. Он вдвое меньше Плутона, поэтому есть точка зрения (но не принятая официально), что это не карликовая планета со спутником, а двойная карликовая планета (см.: Язев 2018: 3). Впрочем, сейчас у Плутона обнаружены уже не один, а три спутника, поэтому система выглядит гораздо более сложной.

42 Глава 3

стоят из водяного льда с небольшими примесями (Язев 2018: 15). Но возможно, что внутри них есть и скальные породы, как на от-крытой в 2005 г. Санте (Объекты... 2005). Для ледяных планет (их также называют ганимедовой группой) характерен ледяной состав их наружных оболочек, иногда загрязненных вблизи поверхности метеоритным или органическим веществом (Евсюков 1997: 46).

-- ледяным планетам в некоторых аспектах можно отнести и плане-ты-гиганты Уран, Нептун (хотя в них есть также водород и гелий).

Влияние параметров планет на их особенности. Очень важ-

ными характеристиками планет, которые позволяют их индивидуа-лизировать и сравнивать, являются: объем, масса, плотность, рас-стояние от Солнца; величина, геометрические характеристики ор-биты вокруг Солнца и временная длительность орбитального пути; скорость вращения вокруг своей оси; наклон оси и ряд других. В настоящей главе мы в основном их касаться не будем, кроме не-которых сравнений, которые показывают огромное разнообразие условий на планетах, но все же и сходство между ними. О некото-рых характеристиках (например, внутренних источниках энергии) мы еще будем говорить в Главах 7 и 8 (см. также Приложение 1).

Различия в этих параметрах между планетами разнообразны и велики. Они влияют на геометрические характеристики формы планет, количество энергии, получаемой планетой от Солнца (как в целом, так и различными ее частями), климат планеты, смену времен года на ней и на ее полушариях, возможность иметь атмо-сферу и гидросферу, многие другие важные моменты. В частности, поскольку планеты обращаются вокруг Солнца не по круговым ор-битам, а по эллиптическим, расстояние от них до Солнца все время меняется. Соответственно, в течение года изменяется и величина солнечной энергии, которую получает планета. И чем больше экс-центриситет орбиты у планеты²⁶, тем бо?льшие колебания в этом плане происходят, соответственно, это влияет на колебания клима-та. Большое значение для колебаний климата и температурного режима поверхности планет имеет величина наклона оси вращения к орбитальной плоскости. У некоторых планет, таких как Мерку-рий или Юпитер, ось почти перпендикулярна к орбитальной плос-

-- Числовая характеристика орбиты небесного тела, которая характеризует "сжатость" орбиты.

Планеты Cолнечной системы

кости. Соответственно, колебания температур и погодных условий

-- этом случае небольшие и на планете отсутствуют сезоны в тече-ние года. Зато у планет с большим наклоном оси вращения сезоны года выражены резко. У Земли наклон оси вращения составляет

23,5®.

Понятно, что чем дальше планета от Солнца, тем дольше длит-ся ее год (так как орбитальный путь становится длиннее), тем меньше солнечной энергии она получает. Однако есть и менее оче-видные взаимосвязи. В частности, расстояние от Солнца и нали-чие/отсутствие атмосферы сильно влияет на перепады температу-ры, а это отражается, например, на химическом составе грунта. Так, на Луне температура днем повышается до +130® С. Соответ-ственно, все летучие вещества в лунном грунте давно испарились. В то же время на полюсах Меркурия довольно много льда, прине-сенного кометами. А на спутниках Юпитера и Сатурна водяной лед и оксид серы испаряются довольно медленно, поэтому они лежат там на поверхности. У дальних планет (например, спутников Нептуна и Плутона) лед (водяной, метановый и из молекулярного азота) вообще стабилен.

-- то же время нередко не прослеживается взаимосвязь между теми или иными параметрами. Так, нет связи между величиной планеты и скоростью ее вращения вокруг своей оси.

Например, у Юпитера экваториальная скорость наиболь-шая, она составляет 43 000 км/час. Если такую экваториаль-ную скорость придать Земле, то наша планета делала бы полный оборот вокруг оси не за 24 часа, а всего за 56 минут.

У планет внутренней группы - Меркурия, Венеры, Земли, Марса и Луны - скорость вращения значительно меньше,

-- установить какую-либо закономерность в их вращении не удается. Правда, Земля - самое крупное тело из внутренних планет - по сравнению с Юпитером вращается с меньшей скоростью (более чем в 25 раз медленнее), но значительно быстрее других планет внутренней группы. Почти равная Земле по величине планета Венера, наоборот, имеет мини-мальную скорость вращения. Полный оборот вокруг оси она совершает за 247 земных суток, в то время как на облет Солнца ей требуется около 225 суток. Это означает, что ее год длится меньше ее же суток. Марс во много раз меньше Венеры, но вращается вокруг оси в 100 раз быстрее. Мерку-

44 Глава 3

рий почти в два раза меньше Марса, а вращается более чем

-- 50 раз медленнее. На полный оборот вокруг оси Меркурий затрачивает 58,65 земных суток, а год у него продолжается

88 суток (Тебиева 2015: 201-202).

Зато со скоростью вращения планеты связана ее объемная фор-ма (см. выше). Чем медленнее вращается планета, тем больше ее форма приближается к шару, тем меньше выражено у нее сжатие, под которым понимается отношение разности экваториального и по-лярного радиусов планеты к экваториальному радиусу. У очень медленно вращающихся планет - Меркурия и Венеры - объемную форму приближенно можно считать шарообразной, а не эллипсо-идной, как у других планет. Рекорд сжатия принадлежит Сатурну, для которого эта величина представлена отношением 1:10; у Земли сжатие в 30 раз меньше - 1:298,2. С формой планеты связана спе-цифика распределения по ее поверхности поступающей солнечной радиации (Там же: 201).

3.2. Подробнее о структуре планет

Как уже было сказано, у всех планет имеется похожая структура, которая состоит из ядра, мантии и коры, но пропорции и характе-ристики каждого элемента структуры значительно различаются. Однако нам удастся сказать только об отдельных особенностях не-которых планет.

Меркурий и Луна. Наиболее пропорционально крупное ядро

-- самой маленькой планеты Солнечной системы - Меркурия. Счи-тается, что его железное ядро имеет радиус 1800 км, что составляет 3/4 радиуса планеты! Толщина коры может составлять 50-100 км, а остальное (700 км) приходится на мантию. Эта картина резко от-личается от Земли, где большую часть радиуса занимает мантия. Соответственно, масса ядра Меркурия предположительно состав-ляет около 62 % массы этой планеты, а его объем занимает около половины ее объема (Язев 2011: 47). Для сравнения, далеко не ма-ленькое ядро Земли составляет только 16 % от ее объема. Мерку-рий объединяет в себе некоторые черты разных планет (Ксанфома-лити 2012б: 107), в частности Земли (крупное ядро и высокая плот-ность), Луны (отсутствие атмосферы, схожесть поверхности за счет влияния астероидов; см. ниже) и даже Марса (имеется лед на по-люсах; см. далее).

Планеты Cолнечной системы

Ядро Луны составляет только 4 % ее объема (Шевченко 2014). Существует целый ряд гипотез (некоторые из них см.: Гринин 2017), объясняющих различия в составе Земли и Луны. Одна из них предполагает, что Луна образовалась из выбитых частей земной мантии, соответственно, поэтому она обеднена железом.

Венера. Считается, что внутреннее строение Венеры должно быть похожим на строение Земли. Толщина ее коры - около 60 км (Сиротин 2009). Силикатная мантия простирается на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром (Там же; Галанин 2012). Ее ядро составляет в радиусе приблизительно 3000 км и за-нимает 12 % объема, тогда как у Земли - 16 % объема; соответ-ственно, 25 % и 34 % массы планет (Сиротин 2009; Ксанфомалити 2012а; Галанин 2012). Однако у Венеры отсутствует магнитное по-ле, что существенно отличает ее не только от Земли, но и от Марса. Как уже было сказано, его сила зависит от скорости вращения пла-неты. Последняя у Венеры низкая, и это объясняет слабость маг-нитного поля, однако не полностью. Показатели его силы, полу-ченные измерениями, оказались в 10 раз меньше расчетных. То есть фактически магнитного поля нет, что непременно требует объясне-ний (Ксанфомалити 2012а).

Юпитер. У Юпитера за атмосферой, толщина которой принята

-- 1500 км, находится слой газово-жидкого водорода толщиной око-ло 7000 км (это его мантия). Ядро этой самой крупной планеты

-- процентном отношении к его объему небольшое. Однако в абсо-лютных размерах на него приходится не менее 5 масс Земли, и по диаметру оно вдвое больше Земли, диаметр которой составля-ет почти 13 тыс. км (то есть ядро Юпитера - 25 тыс. км). По соста-ву ядро металло-силикатное, но вместо реальных металлов в нем жидкий металлизированный водород. Ядро может также включать

-- себя воду, аммиак и метан. Предполагается, что внутреннее ядро может быть окружено слоем гелия или слоем растворов гелия (Ксанфомалити 1997: 151; 2012в: 223). Температура внутри Юпите-ра достигает 20 тыс. градусов (Там же; Савченко, Смагин 2013: 11).

Сатурн, Нептун, Уран. Похожее строение и у Сатурна, но температура в его ядре (как и давление) ниже - 17 тыс. градусов (Ксанфомалити 1997: 151; 2012в: 223). В любом случае за счет огромного давления в недрах планет-гигантов происходят весьма

46 Глава 3

активные процессы. Как говорилось выше, планеты-гиганты до-вольно четко делятся на две группы: Юпитер - Сатурн и Уран - Нептун. У последних ядра большие. Так, у Урана оно составляет 30 % объема, а у Нептуна на долю ядра приходится 25 % всей мас-сы планеты (Ксанфомалити 2012г: 253; 2012д: 262). Это сближает их с планетами земной группы. Ядра, как сказано, металлосили-катные с заметным добавлением метана, аммиака и воды.

Представления о внутреннем строении планет - это результат моделирования, в котором должны найти объяснение их основные параметры. Согласно этим расчетам, Уран имеет довольно большое ядро (около 0,3 радиуса планеты), состоящее из тяжелых элемен-тов - металлов и силикатов, а также так называемых "льдов". Ядро окружено толстой оболочкой из водорода и гелия с условной внешней границей около 0,7 радиуса планеты. Глубина водородно-гелиевой атмосферы Нептуна от 3 до 5 тыс. км. Ниже слоя атмо-сферы находится жидкий океан из так называемых "льдов" аммиа-ка, воды и метана (как видим, если у Урана "льды" находятся в яд-ре, то у Нептуна - в мантии). Глубина этого внутреннего океана может составлять от 1 тыс. до 15 тыс. км. Под увеличенным давле-нием и повышенной температурой жидкий "лед" способен перехо-дить в твердое состояние. На долю такой горячей "ледяной" ман-тии может приходиться до 70 % массы. Ядро твердое, в нем долж-ны присутствовать оксиды кремния, магния и железа, а также сульфиды последнего (Язев 2018: 244).

Таким образом, индивидуальных особенностей у планет-гиган-тов много (и по мере более глубокого изучения становится боль-ше). Есть и загадки. Например, Нептун излучает в пространство

-- 2,7 раза больше тепла, чем получает от Солнца, что свидетель-ствует о какой-то его мощной внутренней энергии (Там же; Алек-сеев 2019: 224). Но источник этой внутренней энергии неясен. И вообще, если вдуматься в приведенные здесь и ниже цифры, сравнить их с известными нам по Земле, не устаешь поражаться масштабам. Внутренний океан составляет от 1000 до 15 000 км, тогда как глубина известных нам земных океанов - максимум 8-11 км²⁷. Толщина наружного слоя льда - 450 км (см. ниже), тогда

-- Правда, существует пока ничем не подтвержденная гипотеза о внутреннем водном океане на Земле.

Планеты Cолнечной системы

как ледники в Антарктиде или Гренландии толщиной в 2-3 км по-ражают воображение. Вот уж поистине космические масштабы!

Спутники и ледяные планеты. Некоторые спутники имеют весьма интересное, сложное и необычное (тем более для спутни-ков) строение. Например, у Титана, крупнейшего спутника Сатур-на, оно таково: есть силикатное ядро (радиус примерно 1750 км), покрытое слоем льда высокого давления (толщиной примерно 450 км). А надо льдом находится океан воды толщиной до 300 км. Причем недавние исследования космического аппарата "Кассини" показали, что вода может быть не пресной, а соленой. Океан по-крыт ледяной корой до 70 км, а надо льдом находится атмосфера протяженностью до 400 км (Язев 2018: 220-221).

-- Тритона, крупнейшего спутника Нептуна, тоже есть интерес-ные особенности. У него возможно существование силикатного яд-ра, причем оно должно быть самым мощным, самым массивным среди всех спутников планет-гигантов каменным ядром, до 70 % от полной массы, а более легкие вещества тела составляют только 30 % (пропорция даже больше, чем у Меркурия). На начальном этапе формирования за счет ударных явлений спутник имел больше энергии, что усиливало нагрев вещества. Соответственно, Тритон сформировал мощное ядро (за счет дифференциации, что усилива-ло нагрев), покрытое жидкой мантией (океаном растворенных со-лей с примесями аммиака и метана). По мере остывания океан по-крылся ледяной корой, панцирем, до 180 км, а глубина океана до-стигает 190 км (Там же: 250-251).

Хотя строение карликового Плутона выглядит достаточно ти-пичным, интересно, что лед разной природы входит во все части этой планеты. Предполагается, что у Плутона есть ядро, состоящее из силикатов с водяным льдом. Далее идет мантия из водяного льда, покрытая оболочкой из замерзших азота и метана (Ксанфома-

лити 1997: 195-6).

3.3. Рельеф и вулканическая деятельность

Факторы, влияющие на рельеф внешней оболочки. Очевидно, что о рельефе можно говорить, имея в виду только планеты с твер-дой поверхностью. При этом ледяные планеты тоже имеют опреде-ленный рельеф, но лед все-таки существенно сглаживает его. На рельеф влияет множество факторов: проявление деятельности

48 Глава 3

атмосферы и гидросферы, приливные силы, ударные силы астерои-дов и метеоритов, солнечный ветер и др. Существенное влияние оказывают и внутренние факторы, такие как гравитационные сжа-тия планет и особенно вулканическая деятельность, связанная с из-вержением магматических пород из поверхностных слоев мантии²⁸. При этом там, где подобная деятельность активна, налицо новый рельеф планеты (от старого порой не остается никаких следов). По-этому для Земли, Венеры, некоторых районов Марса, где вулкани-ческая деятельность имела место относительно недавно, речь идет о новом рельефе.

Ударные кратеры и бассейны. С другой стороны, там, где вулканическая деятельность давно прекратилась (например, на Луне, Меркурии и в ряде районов Марса, а также на некоторых спутниках), хорошо виден старый рельеф, возрастом вплоть до начала - последней трети 5-го миллиарда л. н. (то есть не осталось явных следов рельефа только за первые 200-400 млн лет существо-вания планет). Соответственно, там наблюдается много ударных кратеров²⁹.

Отсутствие атмосферы особенно сильно влияет на число таких кратеров и их величину. Совпадение этих двух условий сделало поверхности Меркурия и Луны наиболее кратерированными. Од-нако внешний вид меркурианских кратеров несколько отличается от лунных, что объясняется разным составом пород и силой тяже-сти. Для сравнения планет используется подсчет плотности крате-ров величиной более 10 кв. км каждый на 1 млн кв. км. По этому показателю лидирует Луна - на ней 392 таких кратера на каждый миллион кв. км, на Меркурии их чуть меньше - 360, на Марсе -

-- На Венере же с ее сверхплотной атмосферой всего 2 крупных кратера на 1 млн кв. км. Тем не менее и на Венере в целом сохра-нилось достаточно много кратеров ударного происхождения диа-метром от 10 до 300 км. Яркий пример - импактный кратер Клео-

-- Вероятно, оказывала влияние также сейсмическая деятельность, но ее следы обнаружить сложнее. Тем не менее в 2019 г. французский сейсмограф впервые зафиксировал земле-трясение на Марсе в виде очень слабых толчков.

-- В целом метеоритные кратеры - наиболее распространенная форма рельефа на поверхно-сти спутников Марса - Фобоса и Деймоса, спутников Юпитера - Ганимеда, Каллисто, Ев-ропы, спутников Сатурна - Дионы, Мимаса, Тефии, Реи и, вероятно, почти всех тел Сол-нечной системы, имеющих достаточно разреженную атмосферу и твердую поверхность

(Тебиева 2015: 95).

Планеты Cолнечной системы

патра с диаметром внешнего вала 100 км, находящийся в 300 км от самой высокой вершины гор Максвелла. Следы достаточно круп-ных ударных кратеров находят и на Земле³⁰.

Безатмосферная Луна вся испещрена ударными кратерами. Только на ее видимой стороне их 15 тыс. На Луне расположены 300 тыс. кратеров размером более 1 км (Язев 2018: 156), здесь же находится и крупнейшее во всей Солнечной системе ударное обра-зование - кратер Южный полюс - Эйткен (ЮПЭ). Он имеет фанта-стические размеры - 2400в2050 км.

Природа и происхождение этого уникального образования остаются одной из наиболее важных проблем в современных ис-следованиях Луны. Общий перепад высот в бассейне ЮПЭ дости-гает значительной величины - более 16 км (Шевченко 2015: 64), при этом некоторые детали рельефа продолжают меняться в тече-ние значительного периода времени после момента образования ударного кратера.

Очень крупные области столкновений с планетезималями

-- астероидами на планетах образуют бассейны - приблизительно круглые низменности, заполненные застывшей лавой. Они имеют диаметр от нескольких сотен до тысячи и более километров. Наиболее четко бассейны выражены на Луне, но имеются также на Марсе и Меркурии. Многие из них образовались в результате па-дения крупных планетезималей около 4 млрд л. н. При таких паде-ниях кора растрескивалась, гигантские кратеры заполнялись лавой. Лунные моря являются типичным примером таких бассейнов (Те-

биева 2015: 95-96).

Океанические впадины и горы. Несмотря на отсутствие воды на планетах земной группы, их внешняя кора, как и на Земле, де-лится на литосферную (материковую) и "океаническую". Этому очень интересному феномену, связанному с наиболее крупномас-штабными элементами рельефа, мы еще уделим значительное вни-

-- На Земле настоящих метеоритных кратеров почти не обнаружено, однако имеются коль-цевые структуры - астроблемы, - слабо выраженные следы древних метеоритных крате-ров. За все геологическое время на Земле сохранилось до настоящего момента около 150 следов таких импактных кратеров. Они распространены чрезвычайно неравномерно, большая их часть приходится на Северную Америку, Европу и Австралию. Самый молодой кратер Земли находится в штате Аризона (США). Возраст его оценивается в 50 000 лет, его диаметр - около 1,2 км, а глубина - около 200 м (Сиротин 2013: 1081).

50 Глава 3

мание в Главах 4 и 5. Литосферная кора на планетах намного или даже многократно толще океанической (на Земле толщина океани-ческой коры 5-10 км, литосферной - 30-60 км, под горами - до

-- км). На Луне уже очень давно стали открывать "моря". И хотя реальных морей там нет, поверхность под этими "морями" отлича-ется от "неморской". На Марсе же, возможно, когда-то действи-тельно были моря или даже океан (рельеф повсюду имеет следы древнего присутствия воды; об этом мы подробнее расскажем в Главе 9).

На всех планетах есть горы или плоскогорья, расселины и вы-ступы, крупные возвышенности и низменности (то, что на Земле называется грабенами и горстами)³¹. Но везде много своих особен-ностей. Так, на Марсе есть горы, но нет горных хребтов (Язев 2018: 118). Горные цепи, то есть складчатые пояса тектонического про-исхождения, хорошо выражены только на Земле. На Марсе имеют-ся области так называемого хаотического рельефа, испещренные провалами, сформировавшимися, вероятно, в результате подсыха-ния грунтового льда. Сложными образованиями являются поляр-ные шапки Марса, в которых выделяют сезонную и постоянную части (Тебиева 2015: 96). Долины тектонического происхождения ("разломы") имеются на Земле, Венере и Марсе (Там же: 95).

-- коре всех планет и Луны установлены системы разломов. От-четливо видны трещины растяжения, приведшие к образованию на Земле, Марсе и Венере рифтовых систем. Только на Земле и Мер-курии пока установлены структуры сжатия, и только на Земле вы-деляются гигантские сдвиги и шарьяжи (Кац и др. 1984).

На Меркурии есть так называемые эскарпы, которые, вероятно, возникли в результате небольшого гравитационного сжатия плане-ты. Это выступы высотой 2-3 км, которые разделяют два района

-- Гра?бен (нем. Graben - ров, канава) - участок земной коры, опущенный относительно окружающей местности по крутым или вертикальным тектоническим разломам. Длина грабенов достигает сотен километров при ширине в десятки и сотни километров. Горст (от нем. Horst - гнездо) - участок земной коры, резко приподнятый над окружающей местностью по вертикальным или крутонаклонным тектоническим разломам (сбросам

-- взбросам) до нескольких сотен и тысяч метров в высоту, длиною в десятки сотен километров при ширине в десятки километров с крутыми склонами, ограниченный

-- образовавшийся вследствие тектонических движений.

Планеты Cолнечной системы

поверхности, в своем роде уникальные образования в Солнечной системе. На Меркурии больше скал, чем на Луне.

Полушария планет дихотомичны, то есть имеются асимметрии полушарий, связанные с большими различиями в их рельефе. Об этом мы расскажем в следующей главе.

Горы и вулканы Марса. Наиболее выдающиеся горы нахо-дятся на Марсе, ландшафт которого является очень разнообразным по выделяемым типам рельефа. Основные типы рельефа поверхно-сти - это кратеры вулканического и ударного происхождения, вул-каны, равнины, покрытые лавовыми потоками, материал вулкани-ческих выбросов, а также глубокие протяженные каньоны и русла некогда текущих рек (Пугачева, Шевченко 2015: 196). Но особенно впечатляет, что на Марсе находятся высочайшие горы в Солнечной системе, а также и перепады высот на этой планете просто выдаю-щиеся - они достигают 35 км (Язев 2018: 119), что намного боль-ше, чем на Земле³².

-- то же время возвышенные плато на Марсе по своим размерам близки к земным континентам и высятся на 4-6 км над средним уровнем (средним радиусом) планеты. Если бы на Марсе суще-ствовала гидросфера, подобная океанам Земли, эти области оказа-лись бы выше уровня моря, превратившись в материки. В западном полушарии Марса, вблизи западной оконечности каньона Марине-ра, расположено поднятие Фарсида высотой 5...7 км. Оно имеет огромную протяженность - 3000 км в широтном направлении и 4000 км в меридиональном. Здесь расположены три гигантских вулкана (гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия). К северо-западу от них, вне Фарсиды, находится гигантский вулкан Олимп. Оценки высоты этих гор существенно различаются (в зависимости от уровня нулевой точки). Однако, как ни измеряй, это самые вы-

-- Впрочем, не исключено, что в Солнечной системе могут встретиться и еще бо?льшие перепады высот. Например, на небольшом спутнике Урана Миранде (диаметр 480 км) на фотографиях интересного образования, получившего условное название "шеврон" (трапеция в районе кратерного рельефа), обнаружен разлом глубиной 20 (!) км, а по-скольку высота кратеров порядочная (на фото видны детали от 4,6 км и выше), то и пере-пад высот получается огромный. Вообще Миранда, несмотря на ее небольшие размеры, по образному выражению одного из геологов, представила коллекцию всех геологических форм, какие встречаются в Солнечной системе (Ксанфомалити 1997: 205-206).

52 Глава 3

сокие горы не только на Марсе, но и, по-видимому, в Солнечной системе.

Крупнейшая гора, а также и крупнейший вулкан Марса и всей Солнечной системы - Олимп. Диаметр ее основания - 550...600 км, максимальная высота - 22 км. Поскольку к западу от Олимпа нахо-дится протяженная равнина Амазония с отрицательными относи-тельно нулевого уровня высотами, то по сравнению с ее уровнем Олимп возвышается на 26 км. То есть в зависимости от точки от-счета Олимп выше высочайшей точки Земли Эвереста в 2,5-3 раза!

-- по периметру основания вулкана Олимп прослеживается крутой уступ высотой в несколько (до 7...8) километров. То есть только высота уступа в основании Олимпа сопоставима с высочайшими вершинами на Земле. Для сравнения, крупнейший щитовой вулкан (то есть вулкан пологой формы с широким и довольно глубоким кратером, или кальдерой, в центре) на Земле - гора Мауна-Лоа на Гавайских островах - имеет диаметр основания на дне океана око-ло 200 км и высоту 9 км. Его объем составляет лишь около 10 % от объема грандиозного марсианского вулкана.

Олимп относится к типу щитовых вулканов. Подобные образования на Земле извергают лаву жидкой консистенции, которая растекается на огромные расстояния и застывает.

-- результате склоны щитовых вулканов обычно пологие. Это характерно и для склонов Олимпа (крутизна в среднем около 5®), на которых видны следы многочисленных извер-жений - лавовых потоков (Язев 2018: 122).

Три вышеуказанных вулканических конуса Фарсиды несколько меньше, но и они потрясающе велики и высоки. Высота горы Ас-крийской - 18 км; Арсии - 18,2 км; гора Павлина меньше высотой, "всего" 14 км. Зато у нее наиболее глубокая кальдера (то есть кот-ловина кратера) - 4,5 км при диаметре 45 км.

Примерно в 80® к западу от Олимпа, в восточном полушарии, на той же широте, посередине огромной равнины Элизий находит-ся еще одна исполинская гора. Это вулкан Элизиум, сопоставимый по габаритам с конусами Фарсиды: диаметр основания - 500 км, высота - 14 км, диаметр кальдеры - 14 км. Это пятая в ряду самых высоких вершин в Солнечной системе (Там же: 122-124).

Стена Япета. Масштабы и высоты гор Марса потрясают, одна-ко чудеса рельефа есть во многих местах Солнечной системы. Так,

Планеты Cолнечной системы

на снимках третьего по величине спутника Сатурна Япета был об-наружен уникальный горный хребет, кольцом опоясывающий эква-тор спутника. Его высота достигает 13 км (в полтора раза выше, чем Эверест), ширина - 20 км, протяженность - около 1300 км. То есть это очень солидный горный хребет, получивший неофици-альное название "стена Япета" (тогда как на Марсе хребтов нет). Из-за этого хребта Япет напоминает грецкий орех или целлулоид-ный мячик, склеенный из двух одинаковых половинок (хребет, напомним, проходит по экватору). Плотность спутника такая низ-кая, что он, согласно модели, должен весь состоять изо льда. По-этому происхождение хребта - настоящая загадка. Ученые счита-ют, что он мог появиться в результате сжатия пород или прорыва материала из глубин спутника на его поверхность. В любом случае это должен был быть очень необычный процесс, возможно, как-то связанный с неоднородной окраской Япета.

Венера. Общее число вулканических объектов на этой планете больше 1600, при этом много очень крупных вулканов. Размеры более 150 таких объектов превышают 100 км в поперечнике. Вулканы на Венере не похожи на земные, поэтому для них введена специальная классификация. В числе вулканических объектов Венеры находятся так называемые венцы, или короны (концент-рические валы в виде зубчатых овалов), арахноиды (от "арахнос" - паук; паутинные сети, включающие в себя радиальные структуры

-- концентрические валы), извилистые лавовые каналы протяжен-ностью до 1000 км, тессеры и др.³³ Больше всего на Венере вулканов в форме конусов и куполов.

Значительная часть поверхности планеты геологически сравни-тельно молода (порядка 500 млн лет), около 90 % ее поверхности покрыто базальтовой лавой. Это свидетельствует об огромном ко-личестве щитовых вулканов, которые изливались не мощными вы-бросами, а в виде растекающихся вулканических потоков длиной до сотен километров (Шкодзинский 2017: 12). Хотя на Венере очень заметны проявления вулканической деятельности, чего-либо похожего на признаки крупномасштабной тектоники плит (как на

-- Возникновение арахноидов может объясняться опусканием литосферы на место излив-шейся лавы. Растрескивание застывавших верхних частей текущих лавовых потоков и над-вигание друг на друга возникавших плитчатых обломков могли приводить к образованию тессеров - поверхностей, словно покрытых черепицей (Шкодзинский 2017: 12).

54 Глава 3

Земле) не обнаружено (сравнение тектонической эволюции планет земной группы см.: Head, Solomon 1981). Иными словами, кора Ве-неры более стабильна, чем кора Земли (Язев 2018: 66). Вообще важно отметить, что плиты с их тектоникой являются уникальной чертой земной литосферы (во всяком случае, на современном уровне знаний).

Вулканическая деятельность создала весьма необычный рельеф на Венере: русла лавовых "рек" и потоков и вышеупомянутых венцов.

-- равнины, и тессеры рассекаются протяженными на тысячи километров желобами, образованными роями текто-нических разломов. По топографии и морфологии они похо-жи на так называемые рифтовые зоны Земли и, видимо, имеют ту же природу. На снимках обнаружены загадочные "русла" длиной от нескольких сотен до нескольких тысяч километров и шириной от 2-3 до 10-15 км. Они имеют ти-пичные признаки долин, прорезанных течением какой-то жидкости, меандровидные извилины, расхождение и схож-дение отдельных "проток", а в редких случаях - нечто вроде дельты. В начале самого длинного русла, названного доли-ной Балтис, протяженностью около 7 000 км при очень вы-держанной (2-3 км) ширине, находится базальтовый вулкан поперечником около 100 км. Сначала считали, что по этим "руслам" течет горячая, долго не застывающая лава. Hо рас-четы показывают, что на пути длиной 7 000 км у потока ба-зальтовой лавы не хватило бы запаса тепла, чтобы безоста-новочно течь и подплавлять вещество базальтовой же равни-ны, прорезая в ней русло. Возможно, потоки - это сильно перегретые коматиитовые лавы или еще более экзотические жидкости вроде расплавленных карбонатов или расплавлен-ной серы. Можно предположить, что это глубокий тектони-ческий разлом, заполненный горячей жидкой лавой, посто-янно подогреваемой эндогенным теплом планеты.

Небольшие лавовые русла известны и у некоторых зем-ных базальтовых вулканов. На Земле эти русла короткие - до нескольких десятков километров в длину. Они, видимо, род-ственны потокам на Венере. Есть такие русла и на Луне. Од-нако лавовые русла Земли и Луны существенно меньше ру-сел Венеры, так что загадка происхождения последних оста-ется пока нерешенной.

Планеты Cолнечной системы

Кольцевое обрамление структур с поперечником от 150 до 1000 км состоит из систем трещин, широких или узких гряд с концентрическим или радиально-концентрическим рисунком. Часть этих структурных элементов моложе окру-жающих равнин, часть - древнее, что говорит о многоактном характере образования этих структур. Явные аналоги венцов Венеры на других планетах земной группы неизвестны. Ока-залось, что часть выбросов из многих кратеров ведет себя как жидкотекучая субстанция, образуя направленные обычно

-- одну сторону от кратера обширные потоки длиной в десят-ки километров, а иногда и больше (Галанин 2012).

Вулканическая деятельность. Вулканическая деятельность на Луне и Меркурии прекратилась давно. В то же время на Марсе из-вержения Олимпа, возможно, были еще сравнительно недавно, только 2 млн лет назад. На Венере пик вулканической деятельности прошел где-то 300 или более миллионов лет назад. Но даже сегодня вулканическая активность Венеры, вероятно, не символическая. Обнаруженные сильные изменения концентрации сернистого газа SO₂ в 2006-2007 гг. и наблюдения с борта "Венера-экспресс" четы-рех "горячих пятен" с температурой 830 ®С, по-видимому, являют-ся прямым подтверждением современной вулканической активно-сти Венеры. Все это указывает на наличие гигантских резервуаров жидкой лавы под поверхностью планеты. Если на Земле вулканизм развит в основном вдоль границ плит, то на Венере он распростра-нен практически повсеместно. Тем не менее, по некоторым оцен-кам, в настоящее время общий объем извергаемого в вулканиче-ских процессах материала сопоставим с таковым для Земли (Язев 2018: 66-67).

Однако если не принимать во внимание возможное наличие действующих вулканов на Венере, то таковые в настоящее время имеются только на Земле и спутнике Юпитера Ио. На последнем идет непрерывная вулканическая деятельность. У крупных планет энергия для вулканизма создается за счет конвекции или других ис-точников. Но у Ио источником разогрева недр являются другие си-лы. Наиболее распространенная гипотеза о возможных источниках энергии для этого - мощные приливы, вызванные гравитационным полем Юпитера. Ио испытывает мощные колебания (либрации), что приводит к очень сильным приливным деформациям литосфе-ры из-за огромного притяжения близко расположенного Юпитера.

56 Глава 3

-- результате в недрах Ио выделяется много тепла, что приводит к мощной вулканической активности. Но есть и предположение, что энергию дают электрические токи, возникающие при движении Ио в магнитном поле Юпитера (Тебиева 2015: 95). По силе вулка-нической активности Ио существенно превосходит Землю и, веро-ятно, является наиболее активным в плане вулканизма телом в со-ставе Солнечной системы.

Весьма любопытно, что, помимо обычного вулканизма, когда результатом извержения является горячая лава (магма), есть и осо-бого рода вулканизм на ледяных планетах, где господствуют очень низкие температуры. Это явление называется криовулканизмом, и в широком смысле к нему относится вулканическая деятельность, происходящая при так называемых криогенных температурах, то есть при температуре кипения жидкого азота (-196 ®С) и ниже. При этом извергается не расплавленная горная порода, а вода, аммиак, смеси метана с углеводородами, азот и другие вещества как в жид-ком, так и в газообразном состоянии. Впервые явление криовулка-низма обнаружено на спутнике Нептуна Тритоне, где он предпо-ложительно определяется солнечной энергией и в меньшей степени приливным воздействием гравитационного поля Нептуна. Есть за-метные следы криовулканизма на Плутоне. О криовулканизме мы еще будем говорить в следующей главе.

3.4. Некоторые сведения об отдельных оболочках и особенностях планет

3.4.1. Атмосферы

Общие сведения. Безатмосферные планеты. Атмосферы есть не

-- всех планет и только у некоторых спутников. Состав атмосфер весьма различается, так же как их плотность и другие характери-стики. В некоторых атмосферах есть водяной пар, в других его нет. Атмосферы планет-гигантов состоят большей частью из водорода и гелия. Чудовищно разряженная атмосфера Меркурия, кстати, то-же состоит из гелия, поставляемого солнечным ветром. У Марса и Венеры преобладающим компонентом (свыше 95 %) атмосферы является углекислый газ (Савченко, Смагин 2013: 10). Есть плане-ты, где в атмосфере господствует азот (Земля, Титан). Метан при-сутствует в атмосфере ряда планет, например Урана. Как правило, атмосферы, с одной стороны, ослабляют поток солнечной радиа-

Планеты Cолнечной системы

ции, поступающей на поверхность планеты, а с другой - оказывают так называемый парниковый эффект, задерживая тепло, в результа-те чего климат на атмосферных планетах делается теплее. Сила та-кого влияния, конечно, зависит от химического состава, плотности и других параметров атмосфер. Об этом мы поговорим далее.

Все планеты можно разделить на две группы: там, где атмосфе-ры играют реальную роль в жизни планеты (в ее защите от астеро-идов и метеоритов, солнечного ветра; в формировании климата

-- т. п.; среди планет земной группы это Венера и Земля); и там, где разряженные атмосферы не играют существенной роли в жизни планеты. Среди планет земной группы такими являются Меркурий

-- Луна (строго говоря, у первого атмосфера примерно на 10 поряд-ков менее плотная, чем земная, у второй - на 14 порядков [Шев-ченко 2015: 44])³⁴. Считается, что сразу после образования они имели какую-либо реальную атмосферу, но затем ее потеряли. Две основные причины могут повлиять на потерю атмосферы: близость к Солнцу и малая масса. Близость к Солнцу затрудняет удержание атмосферы из-за влияния солнечного ветра. А чем дальше от Солн-ца, тем меньше тепловая скорость молекул, поэтому меньшему те-лу легче удерживать атмосферу. Малая масса не позволяет держать молекулы газов за счет гравитации (эти причины оказали влияние на ситуацию на Марсе и большинстве спутников). Но полностью это, конечно, не объясняет наличия или отсутствия атмосферы, ее мощности и многого другого. Вариативность в характеристиках атмосфер существенно больше, чем в структуре планет. Почему? Вероятно, по причине того, что структура формируется более жесткими влияниями (гравитацией), а атмосфера не является столь важной для планеты (иное дело - для жизни).

Марс занимает промежуточное положение, атмосфера у него есть, но сильно разреженная, ее плотность в 160 раз меньше, чем у Земли. В свою очередь, плотность атмосферы Венеры, напротив,

-- Основной состав газовых частиц, насыщающих окололунное пространство, образуется атомами и ионами водорода, гелия, неона и аргона (Там же: 47). Данные прибора КА "Сервейер-7" показали, что каждым местным лунным утром огромное количество частиц перемещается в основном с запада на восток либо с востока на запад, а не сверху вниз или снизу вверх. Кроме того, их скорость была значительно ниже, чем должна была быть у частиц, выброшенных вследствие падения микрометеоритов. Этот экзотический "ветер" может вызываться электростатическими свойствами лунной поверхности. Дневная часть Луны заряжена положительно, ночная - отрицательно (Там же).

58 Глава 3

-- 90 раз больше земной (Язев 2018: 80; Савченко, Смагин 2013: 10). Разреженные атмосферы обнаружены у галилеевых спутников Юпитера и у Тритона. Зато у Титана, самого крупного спутника Сатурна, есть плотная атмосфера. Пожалуй, это единственный спутник с мощной атмосферой высотой до 400 км, сквозь которую не видна его поверхность (так же, как и на Венере). Причем давле-ние в атмосфере Титана выше, а масса атмосферы больше, чем на Земле. Благодаря этой атмосфере имеют место довольно сильные ветры (Язев 2018: 221). В атмосфере Титана отмечено несколько слоев неплотных облаков, в том числе на очень больших высотах.

Атмосферы планет земной группы наиболее исследованы.

У планет, у которых они есть, атмосферы (подобно одежде) в зна-чительной мере создают климат благодаря парниковому эффекту. При отсутствии атмосферы средняя температура поверхности Зем-ли (так называемая равновесная) составляла бы -23 ®С, а фактиче-ски за счет парникового эффекта она на 38 ®С выше, то есть равня-ется +15 ®С. Оранжерейный эффект разреженной атмосферы Мар-са, естественно, намного меньше. Он повышает его температуру всего на 4 ®С при равновесной температуре -57 ®С. Фактическая же средняя температура марсианской поверхности -53 ®С. Но самый большой оранжерейный эффект у Венеры. Ее плотная атмосфера и густой облачный покров обусловливают перегрев нижних слоев воздуха и поверхности литосферы на 524 ®С. Вместо равновесной

-- +44 ®С действительная средняя температура поверхности Венеры

+480 ®С (Тебиева 2015: 204).

Земля. Атмосфера Земли делится на несколько оболочек. Если говорить кратко, ее нижний слой - тропосфера - пролегает от Зем-ли до высоты от 8 до 18 км в зависимости от широты и времени го-да. Она вмещает в себя более 80 % всего воздуха, причем основная часть этих 80 % располагается в нижних слоях тропосферы. Далее идет стратосфера (от 15 до 55 км). Между тропосферой и страто-сферой располагается так называемая тропопауза. За стратосферой идет мезосфера (от 55 до 80 км), а между ними располагается так называемая мезопауза. Как мы видим, слои атмосферы довольно явно разделены. Далее на многие сотни километров простирается так называемая ионосфера. Она имеет сложное строение (иногда в нее включают и мезосферу с мезопаузой, поскольку ионизация ста-

Планеты Cолнечной системы

новится существенной уже на высоте 60 км). Иногда говорят

-- внешней водородной короне Земли (или экзосфере), которая тя-нется на многие тысячи километров (последние данные говорят

-- более чем 600 тыс. км) и имеет высокую температуру (Язев 2018: 81-82). Сразу возникают ассоциации с короной Солнца. Мы видим, что у существенно отличающихся тел возникают похожие явления.

Исключительно интересно ведет себя температура - здесь не наблюдается простой линейной зависимости. В тропосфере она быстро снижается по мере набора высоты (все мы это знаем по опыту авиаполетов). В стратосфере до 25-30 км температура оди-наковая, в районе -55 ®С. Но выше она начинает подниматься и у границы со стратопаузой становится равной 0 ®С. Далее распо-ложена мезосфера. В ней температура сначала поднимается (за счет разложения озона на молекулярный и атомарный кислород) и на высоте 50 км достигает так называемого температурного максиму-ма (+8 ®С), а потом падает до -68 ®С у границы 70 км. Но после ме-зопаузы ситуация меняется, температура вновь начинает расти. Ионосфера имеет высокую температуру, которая поднимается с вы-сотой и вырастает до 700-1500 ®С (Там же).

Отметим, что в стратосфере формируется озоновый слой, наи-большая концентрация озона наблюдается на высоте 25 км. Озон, как известно, задерживает губительное для живого солнечное уль-трафиолетовое излучение. Налицо положительная обратная связь. Для образования озона необходим свободный молекулярный кис-лород, который вырабатывает биосфера. А озоновый слой защища-ет биосферу. Если добавить, что и кислород появился благодаря биосфере, то система предстает очень своеобразной и удачной эво-люционной находкой. Кроме того, в создании озона участвует само космическое излучение (ультракороткое), которое озоном же и по-глощается. Это что-то вроде паттерна комплементарности (допол-нительности) различных систем.

Марс. Несмотря на то, что слой атмосферы тонок, марсианские ветры дуют с огромной скоростью и легко поднимают сильнейшие пыльные бури по всей планете (Сиротин 2006: 82). В атмосфере Марса постоянно содержится аэрозоль, который включает несколь-ко компонентов. Но в целом можно считать это очень тонкой пы-лью, которая даже в спокойные периоды уменьшает количество солнечной радиации, достигающее поверхности, в два раза. Общее

60 Глава 3

количество пыли оценивается в массу, соизмеримую с количеством пыли во всей земной атмосфере. В итоге возникают глобальные пылевые бури, которые обычно начинаются весной или летом

-- субтропиках южного полушария. Механизм зарождения и разви-тия их до сих пор неизвестен, но ясно, что в местах их зарождения

-- атмосфере развивается сильная неустойчивость, ветровые потоки поднимают пыль, которая повышает температуру атмосферы, что,

-- свою очередь, способствует усилению ветра. Достаточно быстро,

-- течение нескольких недель, реже в течение одного-полутора ме-сяцев, вся планета окутывается пылевой бурей. Пыль поднимается до высоты в 50 км, то есть заполняет всю тропосферу и стратосфе-ру Марса. Столь характерное для атмосферы этой планеты стреми-тельное и кратковременное понижение атмосферного давления при резком усилении ветра и смене его направления вызывается про-хождением ветровых смерчей. Весь комплекс явлений в атмосфере так или иначе увязан с пылевыми смерчами, или "пылевыми дьяво-лами", которые принимают активное участие в зарождении и разви-тии пылевых бурь.

На полюсах Марса имеются ледяные шапки, зимой они растут, летом - уменьшаются. Когда температура воздуха охлаждается до -100 ®С и ниже, углекислый газ, находящийся в атмосфере, за-мерзает до твердого состояния и выпадает на поверхность белым снегом, образуя сухой углекислый лед (замерзание атмосфер есть и на других планетах, см. о Плутоне ниже).

Венера. Давление на поверхности планеты огромное, в десятки раз выше, чем на Земле, поскольку у поверхности атмосфера очень плотная, ее плотность всего в 14 раз меньше плотности воды. А за счет многокилометровой атмосферы давление на поверхности та-кое, какое на Земле в океане достигается на глубине около 1 км! (Сиротин 2006: 67.) Эта плотность атмосферы наряду с тем, что

-- % атмосферы состоит из двуокиси углерода (СО₂), создает чудо-вищный парниковый эффект (Фишер 1990). В результате темпера-тура на поверхности почти 500 ^оС. При этом в данных условиях перепады температуры днем и ночью практически отсутствуют,

-- даже в горах или на полюсах различия в температуре не превы-шают 100 ®С.

-- плотной венерианской атмосферы есть очень интересные особенности. У ее поверхности ветры довольно слабые. Но с высо-

Планеты Cолнечной системы

той картина резко изменяется, особенно в экваториальной зоне, где они достигают огромной скорости. Вихревые турбулентные пото-ки, особенно в зоне основного облачного слоя (то есть на высоте 48-71 км), достигают огромной скорости - до 100-140 м/с. Еще бо-лее интересным является тот факт, что ее атмосфера вращается во много раз быстрее, чем сама планета (так называемая суперротация атмосферы [Язев 2018: 60]). Как мы помним, Венера вращается во-круг своей оси очень медленно, ее сутки равны более 240 земных суток. Существует четырехсуточный период вращения облачного слоя, который совпадает с периодом циркуляции атмосферы. Нет удовлетворительного объяснения, почему у такой "ленивой" пла-неты, делающей всего один оборот за 243 суток, существует столь быстрое движение атмосферы (см.: Сиротин 2006: 67-68).

Газовые планеты. Атмосферы у четырех планет-гигантов, как уже было сказано, представляют собой не воздушную оболочку над твердью, как на внутренних планетах, а часть планеты, ее верхнюю оболочку (каковой на планетах земной группы выступает твердая оболочка). На определенной глубине атмосферы незаметно (точ-нее, нечетко) переходят в газово-жидкую (или иного состава) ман-тию. Но, как и у планет земной группы, эти атмосферы имеют большую (в тысячи километров) высоту. Таким образом, атмосфе-ры у этих планет делятся, грубо говоря, на поверхностную (оболо-чечную) и надповерхностную, где можно наблюдать облака. Но указать границу этого раздела не так просто. Как и положено в ат-мосферах, здесь нет спокойствия, напротив, бушуют ветры и ура-ганы, вихри и смерчи, наблюдаются воздушные течения и т. п. Более и менее нагретые воздушные потоки создают перепады дав-ления и, соответственно, силу для воздушных движений, а также разную окраску фрагментов атмосфер. Сила ветров местами фанта-стическая. Характерной чертой атмосфер планет-гигантов являют-ся огромные пятна (здесь они имеют некоторое внешнее сходство

-- Солнцем), природа которых связана с вихревыми потоками. При этом такие пятна имеют на каждой планете свою окраску. Наибо-лее известным является Большое Красное Пятно на Юпитере.

Юпитер. Потоки воздуха, выносящие внутреннее тепло к по-верхности, внешне проявляются в виде светлых зон и темных поя-сов. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска объясняется повышенной концентра-

62 Глава 3

цией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже тем-ные облака поясов состоят в основном из красно-коричневых кри-сталлов гидросульфида аммония и имеют более высокую темпера-туру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Это явление выражается в существовании устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих

-- одном направлении. Скорости в этой глобальной системе восточ-ных и западных ветров достигают от 50 до 150 м/с. Самые мелкие светлые образования, наблюдающиеся на снимках, имеют попе-речник в несколько десятков километров. Специалисты считают, что наблюдаемые детали по своей природе являются кучевыми об-лаками, хорошо известными нам на Земле как предвестники грозо-вых туч. Анализ данных показал, что по составу кучевые облака на Юпитере, как и на Земле, вероятнее всего, являются скоплениями водяных паров. В то же время поиски воды в атмосфере Юпитера дают самые противоречивые результаты.

Уже в течение последних 300 лет астрономы наблюдают огромное красное пятно эллиптической формы (намного больше диаметра Земли). Возможно, оно представляет собой свободно ми-грирующий в атмосфере вихрь антициклонического типа. Однако его происхождение и длительное существование в качестве устой-чивого антициклона в атмосфере Юпитера остается в значительной степени необъясненным (Шевченко 2014).

Атмосфера Юпитера вращается неоднородно в разных широ-тах. И, подобно тому, что мы видели у Венеры, у Юпитера ско-рость вращения газовой оболочки отличается от скорости враще-ния остальной части планеты (которая и сама вращается неодно-временно). Это и неудивительно, с учетом скорости вращения Юпитера - менее 10 часов.

Сатурн. Атмосфера Сатурна во многом аналогична юпитери-анской по строению и составу (это водород и гелий), но поверх-ность облаков выглядит более однородной, что, возможно, объяс-няется наличием протяженной надоблачной дымки. Подобно Юпи-теру, Сатурн также имеет развитую систему поясов и зон. Однако они никогда не бывают видны так ясно, как полосы на Юпитере. Метеорология Сатурна и Юпитера сходна, но пояса и зоны Сатурна доходят до гораздо более высоких широт. Как и на Юпитере, обра-

Планеты Cолнечной системы

зование вихрей определяется источниками энергии, находящимися глубоко в атмосфере. Скорость зональных ветров на Сатурне очень велика. В районе экватора она достигает 400-500 м/с, что в четыре раза выше, чем на Юпитере. По аналогии с Большим Красным Пятном Юпитера одно из вновь найденных гигантских овальных образований Сатурна названо Большим Коричневым Пятном (Ксанфомалити 1997: 176, 177).

Уран. Атмосфера Урана напоминает атмосферу Юпитера и Са-турна, вероятно, она характеризуется более высоким содержанием метана, чем у более массивных собратьев. Аммиак в атмосфере предположительно отсутствует или его значительно меньше, чем

-- атмосферах Юпитера и Сатурна (Сиротин 2006: 109). Из-за силь-ного поглощения в красной части спектра Уран имеет зелено-голубой цвет. Атмосфера этой планеты содержит 12 % гелия (как у Юпитера), остальное - главным образом водород. Заметная со-ставляющая Урана - это метан, до 2,3 %. Но проблема происхож-дения и образования метана довольно сложна. Атмосфера Урана очень эффективно выравнивает (за счет циркуляции) температуру на всех широтах (Ксанфомалити 1997: 192, 194, 195).

Нептун. Так же как и у других планет-гигантов, атмосфера Нептуна состоит главным образом из водорода и гелия. Высота ат-мосферы может достигать 3-5 тыс. км, ее давление на дне довольно велико, но его недостаточно для перехода водорода в жидкое со-стояние, как на Юпитере и Сатурне (Там же: 208). Наиболее замет-ная структура в южном полушарии, обнаруженная "Вояджером-2", была названа Большим Темным Пятном. Это огромная система, хо-тя и в два раза меньше, чем Большое Красное Пятно Юпитера, но имеющая размеры примерно с Землю. В отличие от Большого Красного Пятна она оказалась недолговечной и к 1994 г. исчезла. Но космический телескоп "Хаббл" затем обнаружил новое темное пятно в северном полушарии. Согласно современным представле-ниям, темные пятна в атмосфере Нептуна - дыры в первом слое облаков, позволяющие увидеть более глубокие облачные слои. Отдельные белые перистые облака в тропосфере Нептуна быстро изменяются, часто образуясь и исчезая всего за несколько часов. Возможно, что Нептун - планета очень быстрых ветров в Солнеч-

64 Глава 3

ной системе. Местами скорость ветра достигает 300 м/с (Тебиева 2015).

Особые случаи. Кислород в атмосферах. Цвета атмосфер. Плутон имеет разреженную атмосферу, менее плотную, чем даже

-- Марса. Она в основном содержит азот. Атмосфера Плутона обла-дает уникальным свойством менять плотность и состав, и даже практически исчезать в зависимости от положения планеты на ор-бите вокруг Солнца. В определенные периоды она замерзает и вы-падает в виде инея, а в другие восстанавливается (Язев 2018: 262). Любопытный случай представляет спутник Юпитера Ио. Выбросы водорода, серы и прочего из вулканов создают у него облака в виде тора (бублика), охватывающего его орбиту (Там же: 192).

Выше мы говорили о составе атмосфер. Кислород в атмосферах планет если и присутствует, то в очень небольшой пропорции. Земля единственная из всех планет, обладающая кислородной ат-мосферой (но следует помнить, что это уже результат развития жизни и коэволюции геологической и биологической эволюций). Первоначально земная атмосфера была иной (см. Главу 8). Однако кислород встречается в атмосферах некоторых спутников, и проис-хождение его иное, чем на Земле.

-- частности, молекулярный кислород - это основная компонента в атмосферах галилеевых спутников Европы

-- Ганимеда, которые, напомним, относятся к ледяным пла-нетам (см. выше). Так как молекулы H₂ легко покидают ат-мосферу ледяных спутников из-за слабости их гравитацион-ных полей, но удерживаются в системе сильным гравитаци-онным полем планеты-гиганта, то обычно они образуют нейтральные облака в форме тора. С другой стороны, моле-кулы O₂ характеризуются низким коэффициентом абсорбции к поверхности из водяного льда, следовательно, у галилее-вых ледяных спутников Юпитера образуются преимуще-ственно атмосферы из молекулярного кислорода, хотя ис-ходно разбрызгивание льда сопровождается преимуществен-но выбросом водяного пара. Наблюдения показывают, что Ганимед окружен относительно плотной приповерхностной O₂-доминантной атмосферой и разреженной протяженной

Планеты Cолнечной системы

короной из атомарного водорода (Шематович 2015: 272- 274).

Атмосферы придают разную окраску планетам и спутникам, подобно тому как голубой цвет присущ Земле, а желто-белый - Ве-нере. Так, красно-оранжевый и желто-коричневый цвета преобла-дают у Юпитера и Сатурна, Титана. Для Нептуна характерна аква-мариновая окраска еще более глубокого тона, чем у Урана. Это объясняется присутствием сильных метановых полос поглощения в красной части спектра (Ксанфомалити 1997: 209). У планет и спут-ников, не имеющих значительных атмосфер, также имеется своя окраска. Всем известен красный цвет Марса³⁵, желтый цвет Луны мы наблюдаем постоянно, Меркурий имеет серый цвет, а Плутон - светло-коричневый. Словом, здесь наблюдается полнейшая инди-видуальность.

3.4.2. Вода и льды различной природы

Вода в Солнечной системе, помимо Земли, достаточно распро-странена и на других телах Солнечной системы. В основном, прав-да, в виде пара или водяного льда, но в отдельных местах и в виде крупных водоемов, целых океанов, правда, подледных (прикрытых очень мощной толщей льда), в частности на спутниках Юпитера

-- Сатурна (Европе, Энцеладе, Каллисто и др.). Толща льдов и оке-анов на них очень велика и намного превосходит Землю. Поверх-ность спутника Юпитера Европы покрыта толстым слоем водяного льда (60-200 км), а под корой имеется (за счет тектоники) подкор-ковая вода, даже океан жидкой воды, объем его близок к объему земного океана. Геофизически допустимая мощность водно-ледя-ной оболочки другого спутника Юпитера - Каллисто - оценена в 270-315 км; мощность ледяной коры составляет 135-150 км, а толщина подстилающего водного слоя - 120-180 км (Кусков и др. 2009: 514). Крупные спутники Сатурна Рея и Диона также могут иметь подледные океаны (Язев 2018: 217). Таким образом, по запа-сам воды Земля может и уступать некоторым спутникам, но ее уникальность в том, что она обладает открытой и сложной гидро-сферой, обеспечивающей целый ряд необходимых для эволюции

-- Красноватый цвет многих пород и поверхности Марса обусловлен содержанием гидроокислов (Шкодзинский 2017: 12).

66 Глава 3

планеты и существования жизни функций. Интересно отметить, что содержание Н₂О в галилеевых спутниках возрастает с увеличе-нием расстояния от Юпитера - от нуля в безводной Ио и 6-9 %

-- Европе до 46-48 % в Ганимеде и 49-55 % в Каллисто (Кусков и др. 2009: 514). Как мы упоминали выше, есть предположение о гигантском внутреннем океане в недрах Нептуна, который частич-но состоит из воды.

Мы также видим в Солнечной системе потенциальные гидро-сферы, находящиеся в составе атмосферы, - до замороженной и спрятанной гидросфер. Как всегда, перед нами целый веер разных форм, вплоть до абсолютно уникальных.

Марс и Венера. Есть предположения, что на некоторых плане-тах (на Венере - короткое время и на Марсе - длительно) имелась и гидросфера. Об этом подробнее будет сказано в Главе 9. В виде льда на Марсе воды довольно много и в настоящее время, несмотря на то, что Марс сегодня - холодная планета с сухой поверхностью. Во-первых, его полярные шапки образованы не только сухим льдом осажденной атмосферной углекислоты (как мы не раз гово-рили, лед образуется разными веществами), но и слоями водяного льда. Во-вторых, в приполярных районах, на севере и на юге пла-неты вещество поверхности содержит десятки процентов водяного льда (до 50 %), который покрыт тонким слоем относительно сухого грунта (немного похоже на вечную мерзлоту в наших приполярных районах). Есть предположения и о подземных источниках жидкой воды (Ксанфомалити 2004). Так, до 10 % воды по массе может при-сутствовать под поверхностью экваториальной области Арабия. Не исключено даже, что на поверхности крутых склонов могут эпизодически происходить выплески грунтовых вод (см.: Митро-

фанов 2015: 158).

Венера сегодня - сухая планета. Что же способствовало потере ею воды? Это солнечный ветер, который уносит водород из атмо-сферы. Если на Земле проникновению солнечного ветра препят-ствует сильное магнитное поле, то на Венере этого нет. Это спо-собствовало тому, что водород из атмосферы уносится солнечным ветром, а остатки водорода и кислорода в верхних слоях атмосфе-ры связываются с серной кислотой. Кроме того, на Венере присут-ствует в пять раз большее электрическое поле, чем на Земле, по-

Планеты Cолнечной системы

этому "электрический ветер" выбрасывает из атмосферы Венеры водород и кислород (Язев 2018: 63).

Климат. Кое-что о климате уже было сказано, когда мы рас-сматривали атмосферы планет. Естественно, что климат на плане-тах очень различается. На него, как и на рельеф, влияют многие факторы. Это расстояние от Солнца и альбедо планеты (то есть си-ла отражения солнечных лучей; ведь очевидно, что лед сильнее от-ражает лучи, чем темный грунт), геометрия планеты, наклон ее оси, наличие атмосферы и гидросферы, а также внутренние источники энергии. Так, на спутнике Сатурна Титане, вероятно, есть криовул-канизм с выбросом воды, аммиака и метана из недр спутника, что может приводить к сменам климата. Воздействие атмосфер мы рас-смотрели. Большое влияние на формирование теплового поля по-верхности планет оказывает гидросфера. Неудивительно, что когда она имелась на Марсе, то и климат там был теплее, но она исчезла по не до конца понятным причинам (см. об этом в Главе 9).

Все это формируется в довольно сложную систему взаимодей-ствия. Здесь можно говорить о том, что конечный результат не вы-водится из начальных условий, а зависит от взаимодействия ком-понентов (это известный закон эмерджентности, то есть несводи-мости свойств системы к сумме свойств ее элементов; у системы

-- целом появляются свойства, которыми ни один из ее компонен-тов не обладает). Выше мы, например, говорили о роли пыльных бурь на красной планете - Марсе, о том, что углекислота там сезо-нами замерзает; только что было сказано о роли воды там в про-шлом и настоящем. Все это позволяет ученым сделать вывод, что климат Марса во многом определяется тремя основными циклами: CO₂, H₂O и пыли (Кораблев и др. 2009: 347; 2012: 347). В послед-

ние 100 лет на Марсе, как и на Земле, идет процесс потепления (Галанин 2012). Это весьма любопытно в связи с очень активными дискуссиями о причинах потепления на Земле. Возможно, оно име-ет более широкий масштаб и связано с солнечными процессами.

-- отношении климата важно иметь в виду, что энергия сама по себе "не работает", то есть не возбуждает природных процессов, если не переходит в другие виды энергии. В соответствии с этим ее свойством наблюдается такой кажущийся парадокс: активность

68 Глава 3

возбуждаемых на планете экзогенных процессов зависит не от оби-лия поступающей солнечной радиации, а только от той ее части, которая трансформируется в другие виды энергии. Именно при та-ких превращениях она и стимулирует экзогенные процессы, фор-мируя природную обстановку (Тебиева 2015: 203). Отсутствие ме-ханизмов, влияющих на колебания температур и прочих факторов, делает эти колебания чудовищными. Например, каждая точка эква-ториальной зоны Меркурия (самого близкого к Солнцу тела) за длинный день (продолжительностью 88 земных суток) может на-греться почти до 500 ®С при перпендикулярном падении солнеч-ных лучей. Но когда эта точка окажется в полночь в диаметрально противоположном положении, то может охладиться до -180 ®С. Таким образом, максимальная амплитуда колебания температуры на поверхности Меркурия - примерно 700®, что является своеоб-разным рекордом. Зато, как мы видели, атмосферы могут значи-тельно смягчать температурные колебания.

Глава 4. Некоторые эволюционные наблюдения

Усложняющаяся система. В Солнечной системе существует мно-жество факторов, взаимодействующих между собой, представляю-щих сложный комплекс сил и влияний, понимание которых важно как в отдельности, так и в совокупности. Среди этих факторов можно упомянуть пылевую компоненту, электромагнитное излуче-ние Солнца во всех диапазонах (от радиодиапазона до жесткого рентгеновского); солнечный ветер, представляющий собой потоки заряженных частиц, которые постоянно распространяются от Солнца; галактические лучи, то есть высокоэнергичные частицы, которые ускоряются в магнитном поле других областей галактики

-- достигают Солнечной системы. Наконец, Солнечная система, помимо галактических лучей, постоянно пополняется веществом, поступающим из межзвездной среды, - нейтральными атомами

-- многим другим. Словом, Солнечная система представляет собой сложный конгломерат твердого вещества, нейтрального газа, плаз-мы, пыли, заряженных частиц и электромагнитных полей (Зеленый

-- др. 2009: 1120-1121).

Но это только физическая картина. Планетологическая харак-теристика, как мы видели, представляет собой сложную систему взаимодействия различных веществ в твердом, жидком, газообраз-ном состоянии, ударные, вулканические, воздушные, температур-ные, гравитационные, химические и многие другие факторы, влия-ющие на рельеф и внутренние процессы на планете. Но могут быть

-- иные, не менее сложные аспекты. Предыдущая глава должна бы-ла убедить читателя, что с каждым новым открытием, а их множе-ство, Солнечная система представляется все более сложной. От-крываются сотни небесных тел в поясе Койпера и за ним. Обнару-живаются новые спутники у планет. Мало того, мы видели, что от-крываются спутники у самых разных тел: карликовых планет, крупных планетоидов и даже астероидов. Причем у последних есть не только одиночные спутники, такие как Дактиль у астероида Ида (243 Ida) или Маленький принц у астероида Евгения (45 Eugenia).

70 Глава 4

Очень скоро здесь обнаружились и системы спутников: например,

у астероида Сильвия (87 Sylvia) их два - Ромул и Рем (Сурдин 2011). Открываются все новые кольца у крупных планет, теперь уже можно говорить о системе колец вокруг них. Также встреча-ются особые формы подобных конструкций. Например, внешнее кольцо Нептуна - незамкнутое. Отдельные его участки образуют дуги, или арки (Язев 2018: 248).

Мало того, существуют гипотезы и о кольцах у спутников пла-нет. Так, предполагают существование системы из плоских кон-центрических образований, расположенных в экваториальной плоскости спутника Сатурна - Реи. Отметим также, что кольца об-наружены не только у всех планет-гигантов Солнечной системы, но даже у астероидов Харикло и Хирона, а также у карликовой плане-ты Хаумеа. Все это свидетельствует о том, что отдельные призна-ки, которые ранее встречались только у крупных объектов и ассо-циировались лишь с ними, могут встречаться и у других классов объектов. Это можно наблюдать на всех уровнях природы и эво-люции (так, крылья есть у птиц, насекомых, были у хищных яще-ров и т. д.). Это тоже определенный паттерн эволюции - использо-

вание уже готовых конструкций или решений с адаптацией к осо-бенностям нового таксона или уровня. В общественной жизни это наблюдается особенно широко. Всем известны случаи заимство-вания готовых религий, законов и конституций, денежных систем ит.п.

Представления о спутнике планеты по аналогии Земля - Луна должны восприниматься скорее как исключение, чем как правило (так же как аналогии с Солнечной системой для других планетных систем выглядят исключением, а не правилом, поскольку выясни-лось, что планетная система в Солнечной системе - не типичная,

-- едва ли не уникальная). Однако сложность системы "планета - спутники" у крупных планет непрофессионалами пока не до конца осознается. Стоит напомнить, что у планет-гигантов их "свита" со-ставляет десятки больших и малых спутников, среди которых вы-деляются главные и неглавные, внутренние и внешние, регулярные и нерегулярные. Спутники даже разбиваются астрономами на осо-бые группы. Так, только нерегулярные спутники Сатурна разбиты на три группы. Мало того, в качестве спутников можно рассматри-вать и тела, входящие в кольца планет (в частности, вокруг Сатур-

Некоторые эволюционные наблюдения

на вращается, по приблизительным подсчетам, 10 млн спутников размером от 100 м). Таким образом, число вариаций систем "планета - спутники" огромно³⁶.

Наконец, мы видим, что эволюция обычно представляет как бы континуум размеров (это наблюдается от мелких частиц в кольцах до крупнейших спутников), а также то, что консолидация в круп-ные тела имеет свои пределы, поэтому они окружены различными мелкими телами. Все это можно наблюдать в социальной эволю-ции, да и в биологической, где много примеров симбиоза крупных и мелких организмов.

Загадка распределения спутников. Итак, у планет-гигантов, помимо колец, есть большое количество спутников. На момент написания книги у Юпитера обнаружено 79 спутников, у Сатурна - 62, у Урана - 27, у Нептуна - 14. И не исключено, что будут откры-ты другие. Для всех даже не хватает имен. И у маленького Плуто-на, и у меньших карликовых планет есть спутники. В то же время на все четыре внутренние планеты приходится только три спутни-ка. У Меркурия и Венеры их нет (хотя, напомним, существует ги-потеза, будто Меркурий был спутником Венеры, но удержать такой крупный спутник она не смогла), у Марса - два небольших (не имеющих формы шара - скорее всего, это захваченные астероиды). На этом фоне Луна выглядит исключением, но и в отношении нее далеко не все ясно. Недаром существует столько гипотез о ее про-исхождении. А также есть точка зрения, что Землю и Луну надо рассматривать не как планету и ее спутник, а как двойную планету, поскольку по соотношению масс между планетой и спутником Лу-на занимает первое место в Солнечной системе.

Ситуация, при которой планеты земной группы практически не имеют спутников при их множестве у других планет, вполне пра-вомерно рассматривается как одна из самых удивительных особен-ностей Солнечной системы (Сурдин 2011). Когда спутники были известны только у Юпитера (четыре крупнейших, которые откры-ты еще в XVII в.), Иоганном Кеплером была создана довольно кра-

-- Также предполагают, что у удаленных объектов в поясе Койпера спутники встречаются гораздо чаще, чем думали ранее, а стало быть, могут существовать какие-то иные, неиз-вестные нам пока механизмы их обретения. И что спутники крупных объектов пояса Кой-пера имеют иное происхождение, нежели спутники меньших по размеру объектов пояса. Причиной образования спутников планетоидов, скорее всего, является столкновение, а не "мягкий" гравитационный захват (Объекты... 2005).

72 Глава 4

сивая гипотеза, что число спутников удваивается с удалением от Солнца. Она, казалось, была подтверждена, когда А. Холл в 1877 г. открыл два спутника Марса. Получалось так: Земля - один спут-ник; Марс - два; Юпитер - четыре. Однако дальнейшие открытия уничтожили эту теорию. И это, кстати, показывает, как неправиль-ная гипотеза может быть подтверждена научными фактами и дли-тельное время считаться истинной в научных кругах.

-- чем же причина такого неравномерного распределения спут-ников? Ответа на данный вопрос нет. Но с точки зрения эволюции ситуация выглядит относительно логично. Можно вспомнить в этой связи закон неравномерного распределения вещества (концентра-

ции вещества), который заключается в том, что основное количе-ство вещества и энергии концентрируется в немногих, чаще всего наиболее крупных объектах. Другими словами, большее собирает вокруг себя больше мелких тел; материя идет к материи.

-- целом распределение спутников соответствует величине пла-нет. Нептун, правда, будучи третьей по массе (но четвертой по объему) планетой, оказался несколько "обделен", но, как предпо-лагают, Уран и Нептун могли меняться орбитами (см.: Гринин 2017; см. также Главу 7). Конечно, сказанное не объясняет, почему небольшой Плутон имеет целых три спутника. Но в транснептуно-вом пространстве, в отличие от внутренней части Солнечной си-стемы, огромное количество различных планетоидов (которых от-крыты уже многие сотни), поэтому Плутону было откуда "захва-тить" спутники³⁷. Стоит обратить внимание, что не случайно из че-тырех планет именно Марс имеет два спутника. Дело в том, что он ближе всех к поясу астероидов, где крутятся сотни тысяч тел.

-- околосолнечное пространство оказалось бедно на малые тела: во-первых, ледяные тела там таяли, во-вторых, они могли падать на Солнце либо быть сметены при миграции таких гигантов, как Юпитер и Сатурн (о чем уже шла речь в: Гринин 2017). Таким об-разом, помимо правила неравномерного распределения вещества, можно еще вспомнить следующее: неравномерность, в том числе в концентрации вещества, является универсальным паттерном

-- По этому поводу существует много гипотез. Одна из них гласит, что Тритон является кар-ликовой планетой, захваченной Нептуном из пояса Койпера. Другая - что Нептун захва-тил крупное тело, которое столкнулось на орбите с массивным спутником, в результате этого обломки получили неожиданные орбиты в поясе Койпера (Язев 2018: 252-253).

Некоторые эволюционные наблюдения

существующего порядка и эволюции (мы формулировали это как закон неравномерности развития). И эта неравномерность нагляд-но проявилась в ранней истории Солнечной системы при формиро-вании и "прописке" спутников. Могли играть роль и какие-либо исторические случайности.

-- еще одно замечание о космическом отборе. К. В. Холщевни-ков (2012а: 62) пишет, что хотя с начала 1990-х гг. открыто уже ве-ликое множество небольших планет диаметром в сотни километ-ров, которые движутся по схожим с Плутоном орбитам, не следует забывать, что они движутся по устойчивым орбитам. Именно по-этому мы их видим. А множество тел, которые попали на неустой-чивые орбиты, исчезло. То есть налицо элементы отбора, формиро-вания порядка, уничтожения всего, что в порядок не вписывается.

О роли случайностей. Таким образом (и мы еще будем об этом говорить), каждый раз подтверждается огромная роль случай-ностей в судьбах планет и небесных тел (не меньшая, чем в инди-видуальных судьбах людей), особенно роль столкновений, измене-ния наклона оси (что влияет на выраженность смены времен года), наличия атмосферы, скорости движения вокруг своей оси (она мо-жет зависеть от резонансов) и др.³⁸ Так, в Главе 3 мы описывали, как магнитное поле Земли мешает солнечному ветру, который вы-

дувает водород из верхних слоев атмосферы, соответственно,

-- атмосфере Земли его остается больше. Но в то же время именно влиянием солнечного ветра (и электрического поля) объясняют по-терю воды на Венере (Язев 2018: 63).

Гегелевская, марксистская и некоторые другие школы филосо-фии трактовали законы как некие внесистемные сущности, влияю-щие на все явления. Они рассматривали случайности в паре с зако-номерностями, противопоставляя их законам как нечто неупорядо-ченное, второстепенное, а соответственно, и не могли найти им нужное место в мировой системе. Этим же страдали детерминист-

-- То, что столкновения являются не просто удобным приемом, используемым в гипотезах,

-- вполне реальным и, вероятно, нередким событием, видно из прямых наблюдений. Например, в 2003 г. американским телескопом было зафиксировано возможное столкно-вение двух экзопланет (находящихся примерно в ста световых годах от Солнечной систе-мы). Компьютерное моделирование показало, что одно тело меньшего размера (приблизи-тельно с Луну) разрушилось, а другое - размером с Меркурий - значительно пострадало, но сохранилось (Зеленый и др. 2009: 126).

74 Глава 4

ские философии, представителям которых не нравились любые от-клонения от вечных и неизменных законов (см. об этом ниже). Между тем случайности - это важнейшие способы реализации многих путей эволюции. Случайности - важный способ отбора, как ненаправленного, так и направленного, на всех уровнях эволю-ции; это мощнейший способ расширения разнообразия, создания небывалых комбинаций, проведения многочисленных эксперимен-тов, которые и открывают путь к новым вариантам и новым уровням; это важный механизм многолинейности эволюции; слу-чайности - способ поиска пути в неизведанное, который постоян-но осуществляет эволюция. Наконец, случайности - эта та форма свободы, которая необходима в процессе жизненного пути объек-

тов³⁹.

Нижеприведенный фрагмент о законах как форме позна-ния объективной реальности важен и сам по себе, и для уточнения позиции автора. Должно быть ясно, что именно автор понимает под эволюционными законами, тенденциями

-- правилами. А они существенно отличаются от законов природы, которые действуют постоянно, потому что первые

-- процессе развития реальности видоизменяются, а вторые - нет. Точнее говоря, эволюционные законы природы видоиз-меняются гораздо более наглядно, чем законы природы, определяющие сохранение порядка. Но изменения есть в лю-бом случае. Звезда существует миллиарды лет, а живое су-щество - годы или десятилетия. Поэтому простое наблюде-ние говорит, что живое существо изменяется, а звезда - нет. Но на самом деле мы теперь знаем, что постоянно изменяет-ся и звезда, только мы не в состоянии заметить это. То же касается и любых законов, точнее, наших формулировок этих законов. По сути, представления о вечных и неизмен-ных законах мироздания умерли вместе с появлением теории относительности Эйнштейна. Однако представления о зако-нах природы, которые действуют как бы инвариантно, везде

-- всегда одинаково, независимо от обстоятельств и т. п., очень и очень живучи. Законы природы и социальной эво-люции до сих пор многими понимаются чаще всего именно

-- Вот одно из таких случайных проявлений. Гиперион, спутник Сатурна, кувыркается во время прохождения орбиты, имеет некруглую форму, пористую структуру (Язев 2018: 222). Это явное отступление от нормы, которое тем не менее увеличивает разнообразие.

Некоторые эволюционные наблюдения

-- классическом объективистском или эссенциалистском, по К. Попперу, плане (см., например: Поппер 1983: 299-306), то есть как всеобъемлющие, абсолютные и непреложные, проистекающие из некоей вечной сущности. А отсюда рож-далось и продолжается рождаться обманчивое убеждение, что "между природой и знанием существует полное совпа-дение" (см.: Bunzl 1997: 105). Но абсолютно неправильно рассматривать законы (тем более общественные) как некую особую силу, которая проявляется одинаково и инвариантно во всех ситуациях, с "железной" или "неумолимой" необхо-димостью; думать о них как о некоей "предвечной сущно-сти" или полагать, что "существуют вечные сами по себе, по своему внутреннему значению, ненарушаемые и неизменные законы общественной жизни, которые одни лишь определя-ют сохранение и развитие этой жизни" (Франк 1992; см. также примеры подобных взглядов в: Нагель 1977: 94-95).

Все это уходит корнями в период неразвитой науки, ко-торая представляла законы как нечто такое, что запрятано под оболочкой явлений и к чему необходимо пробиться. Г. Башляр отмечал по этому поводу, что наука прошлого бы-ла устремлена на овладение (в смысле познания) реально-стью, трактуемой как внешний объект, как "вещь", скрытая от человеческого взора броней "явлений". К ней, этой глу-бокой реальности, нужно было прорваться (в той мере, в ка-кой это вообще возможно), "раскопать" ее под грудой явле-ний (см.: Башляр 1987: 17-18). А. Уайтхед подчеркивал: "Спекулятивная философия во многом исходила из того, что необходимость в универсальности означает, что во Вселен-ной имеется сущность, не дозволяющая какие-либо взаимо-отношения вне ее самой, что (в противном случае) было бы нарушением ее рациональности. Спекулятивная философия как раз и разыскивает такую сущность" (Уайтхед 1990: 273). Объективизм и имманентная вера в то, что законы природы и общества существуют как-то сами по себе, выражается да-же в часто встречаемых формулировках вроде: "Общее представлено законом, которому эти явления подчиняются" (Кедров 2006: 27). Тогда как гораздо корректнее было бы сказать: "...которым эти явления охватываются, описывают-ся или объясняются".

-- учетом сказанного, под научным законом можно по-лагать некое утверждение, созданное на основе обобщения множества более или менее сходных случаев, объединенных

76 Глава 4

общими подходами, выводами, логикой, правилами соответ-ствия и интерпретации. Таким образом, в нашем понимании научный закон есть утверждение о том, что нечто про-изойдет в той или иной степени полноты или не произойдет при строго оговоренных условиях.

Стоит подчеркнуть: речь идет не о том, что нечто про-изойдет неизбежно, то есть вопреки всему, но о том, что оно произойдет неизбежно только в одном смысле, а именно: только если, только там и только тогда, насколько, где и ко-гда совпадут необходимые для его совершения условия. Но именно здесь и пролегает граница между обычными и эво-люционно новыми явлениями и процессами. Если первые происходят часто, и поэтому такое совпадение условий мож-но предсказать и рассчитать, то для эволюционно новых, от-крывающих новый виток развития вещей, такое совпадение

-- каком-либо месте и времени всегда есть ситуация уникаль-ная и крайне редкая, практически непредсказуемая.

Поэтому говорить о качественных эволюционных рыв-ках как о законах вполне правомерно и можно, но непремен-но оговаривая, что такие законы качественного развития по типу принципиально отличаются от обычных классических повторяемых законов, которые не ведут к важным (то есть неизвестным ранее) качественным изменениям⁴⁰. Например, даже если мы будем точно знать, при каких именно условиях зародилась жизнь на Земле или появился человек разумный, это не значит, что данные события повторятся. Для этого требуются слишком исключительные условия. Но это и не значит, что данные события были только случайными. Нет,

-- особом смысле их вполне можно считать закономерными, но для этого целесообразно относить их к тому разряду ред-ких качественных эволюционных рывков, которые соверша-ются только при совпадении уникальных условий.

Соответственно, формулировки (а значит, во многом и суть) законов не могут быть полностью объективными, по-скольку любая формулировка человеческого ума "обуслов-лена историческими обстоятельствами, а субъективно - те-

-- Такими классическими законами является большинство физических законов, включая закон всемирного тяготения. Эти различия между повторяющимися и уникальными явлениями хо-рошо подмечены синергетикой. Как пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, "при переходе от равновесных условий к сильно неравновесным мы переходим от повторяющегося и общего к уникальному и специфическому" (Пригожин, Стенгерс 2000: 21).

Некоторые эволюционные наблюдения

лесным и духовным состоянием своего создателя" (Марко-вич 1993: 9).

П . Бергер и Т. Лукман удачно сформулировали отноше-ние к объективности мира для подобных философских ситу-аций: "Для наших целей достаточно определить "реаль-ность" как качество, присущее феноменам, иметь бытие, не-зависимое от нашей воли и желания (мы не можем "от них отделаться"), а "знание" можно определить как уверенность

-- том, что феномены являются реальными и обладают спе-цифическими характеристиками" (Бергер, Лукман 1995: 9).

Книга Анри Пуанкаре "Последние мысли" открывается очень показательным моментом, хорошо иллюстрирующим невозможность выбраться из логических противоречий при исходной посылке, что законы природы реально существу-ют. А. Пуанкаре упоминает, что философ Э. Бутру задает та-кой вопрос: не подвержены ли изменениям законы природы? Возможно ли, чтобы весь мир непрерывно эволюциониро-вал, а сами законы, то есть правила, по которым эта эволю-ция совершается, одни оставались неизменными? (На наш взгляд, вопрос весьма коварный, напоминающий тот, кото-рый задавали гимназисты преподавателю Закона Божьего: "Если Бог всемогущ, может ли он создать такой камень, ко-торый и сам бы не мог поднять?") И далее сам Пуанкаре с тонкой иронией замечает: "Ученые, конечно, никогда не согласятся с тем, что законы могут быть подвержены изме-нению; в том смысле, в каком они понимали бы эту идею, они не могли бы признать ее, не отрицая законности и даже возможности науки. Но философ может с полным правом поставить такой вопрос, рассмотреть различные решения, им допускаемые, и заключения, к которым они приводят..." (Пуанкаре 1990: 525).

Таким образом, налицо дуализм, заключающийся в том, что реальность объективна, а познание и формулировки за-конов в той или иной степени всегда субъективны (есть плод познания). Исходя из сказанного, нам кажется, что законом природы и общества вполне можно считать условно вы-деленные в процессе анализа часть, сторону, аспект и т. п. целостной реальности, у объектов и явлений которой в дан-ных границах мы обнаруживаем определенные общие свойства, причинно-следственные связи и т. п. "...Если предположить, что природная среда - это совокупность определенных объектов, характер которых может быть понят

78 Глава 4

нами только частично, то из этого следует, что нам известны только некоторые законы, действующие в этой среде" (Уайтхед 1990: 510). Повторим, сказанное особенно важно для понимания эволюционных законов. Мы, в частности, увидим это в Главе 9, где будем рассматривать очень инте-ресную теорию химической эволюции А. П. Руденко (1969), ограниченность которой во многом происходит от того, что

-- автор считал, будто открыл основной закон химической эволюции (то есть ее сущность), которым можно объяснить весь ход химической эволюции. На самом деле основным за-кон можно считать какой-то реально важный и универсаль-ный закон только очень условно, только в определенной си-стеме координат, выбранной для научной задачи. В против-ном случае происходит то, что одним параметром пытаются объяснить все явления (как это произошло и в случае теории Руденко, в которой он пытался свести всю химическую эво-люцию к эволюции катализаторов).

Иерархичность, задаваемая гравитацией, создала в Солнечной системе по крайней мере три уровня: Солнце - планеты - спутни-ки. У крупных планет нижний уровень весьма разнообразен. Это разные по калибру и характеристикам спутники и кольца. Но по-мимо главной иерархии существуют и иные, также трехуровневые: Солнце - карликовые планеты - их спутники (по крайней мере, они есть у Плутона) или кольца (как у Хаумеа). Есть и еще более мар-гинальная иерархия, похожая на только что описанную: Солнце - малые планеты (или астероиды, планетоиды) - их спутники или кольца. И если рассматривать эти боковые (латеральные) линии, то мы видим, что даже за малыми планетами имеется еще один уро-вень. Здесь налицо определенная многолинейность в системе. Воз-вращаясь к главной иерархии, можно добавить, что если у Реи все же обнаружатся кольца, то в ней возникнет четвертый уровень. Та-ким образом, мы видим иерархичность в рамках одной системы - Солнечной. Однако с учетом того, что Солнечная система весьма сложна, перед нами одновременно и ситуация иерархичности под-систем, хотя можно говорить и об иерархичности систем⁴¹. По-

-- В целом в астрономии в качестве основных уровней структурной иерархии обычно выде-ляют: планетарный, звездный с планетарными системами, галактический, метагалактиче-ский (Данилова, Кожевников 2008: 95).

Некоторые эволюционные наблюдения

следняя, какой бы силой она ни вызывалась, широчайшим образом распространена на всех уровнях эволюции. Иерархичность также ведет к делению системы на условно полупериферию и перифе-рию. Система весьма распространенная, и мы о ней уже неодно-кратно говорили. В целом перед нами очень важный и распростра-

ненный принцип, который можно назвать системной иерархично-стью.

Попутно заметим, что в социальных и биологических системах, помимо иерархии, существует так называемая гетерархия (то есть объединение равных), а также различные промежуточные формы между иерархиями и гетерархиями. На первый взгляд, в космиче-ском мире с преобладанием гравитации должны встречаться только иерархии. Однако это не так. Гетерархии, по сути, это горизон-тальные связи, части, создающие ассоциации. Звездные ассоциа-ции - один из видов гетерархии. Но и так называемые пояса (асте-роидов и Койпера) тоже ближе к гетерархиям (хотя внутри них есть более тесные ассоциации и группы, как и в галактиках) . Кольца планет - также своего рода гетерархические ассоциации бывших планетезималей и их обломков. Иными словами, иерархии и гете-рархии широко встречаются в космическом мире, а поскольку

-- сделанных находках эволюция не забывает, то они играют важ-ную роль и на более высоких ее уровнях.

Паттерн более тесных сообществ. В космическом мире благо-

даря гравитации и ее свойствам (зависимости от расстояния и спо-собности ничем не отражаться) каждый достаточно уединенный объект способен контролировать вокруг себя некоторую область. Такая область влияния есть вокруг любой планеты, и в ней могут удерживаться менее массивные тела - спутники. Соответственно, имеются и пределы пространства, в которых могут потенциально находиться спутники планет. Но они (эти потенциальные области нахождения спутников) у планет-гигантов до конца еще не иссле-дованы, так что могут (и, скорее всего, будут) обнаруживаться и новые спутники.

-- плане дополнительного понимания сложности Солнечной си-стемы и влияния этой сложности особенно важно правило зависи-

мости меньшей системы от более крупной. Прослеживается силь-

ная зависимость важных черт и нередко судьбы меньшей системы от особенностей более крупной, куда входит первая. В миниатюре

80 Глава 4

(благодаря гравитации) система "планета - спутники" может рас-сматриваться как копия Солнечной системы, со своими закономер-ностями в распределении спутников по орбитам и их физическим свойствам (Сурдин 2011). То есть принцип "центр и периферия" (с вариациями на полупериферию и совсем отдаленные области) сохраняется (система работает, как мы помним, еще с модели атома).

Указанное правило имеет много аспектов. В частности, одна из центральных задач космофизики - изучить геомет-рические характеристики объектов в обобщенном смысле этого слова, имея в виду соподчинение между крупными, средними и мелкими масштабами наблюдаемых динамиче-ских явлений в пространстве и во времени. Коротко это называют самоорганизацией или многомерной геометриза-цией. Данная идея пронизывает современное естествознание во всех его разделах, где необходимые и достаточные для количественного описания физические законы в общем их виде представляются уже надежно установленными. Соот-ношение между комбинациями входящих в них безразмер-ных параметров настолько многообразно и малоизучено, что остается очень широкий простор для исследований в рамках установленных ранее фундаментальных закономерностей (Веселовский 2010).

То, что в рамках Солнечной системы имеются более тесные се-мьи - планетные системы (Сурдин 2011), есть одно из проявлений паттерна более тесных сообществ и ограниченных по размерам групп объектов. Это выражается в том, что основными ячейками, базовыми группировками систем и крупных подсистем являются сравнительно небольшие группы объектов (живых существ), кото-рые имеют в рамках этих малых групп более тесные контакты, чем вне их. Иными словами, объекты и живые существа группируются

-- сравнительно небольшие по составу тесные сообщества. И это не только очевидно для живой природы и человеческого общества (где сразу на ум приходит пример семей и групп по интересам), но верно и для небесных тел (например, двойные звезды, а также группы из большего количества взаимодействующих между собой звезд, от трех до семи). Особенно тесными отношения выглядят, конечно, в рамках планеты и спутников. При этом у космических тел влияние такого тесного общения оказывается очень большим

Некоторые эволюционные наблюдения

-- даже ведет к взаимному истощению. Примером последнего яв-ляются Плутон и Харон, которые уже вращаются не самостоятель-но, а синхронно (см. ниже), или двойные звезды, когда материя од-ной звезды переходит в другую.

Здесь, возможно, имеет смысл сказать, что обычный по-рядок эволюции звезд, который является частью правила не-обратимости процессов в онтогенезе, несколько нарушает-ся в отношении двойных звезд. Последние, представляя собой как бы единую систему, в некоторых случаях могут обмениваться массой. Сойдя с главной последовательности

и разбухая на стадии красного гиганта, одна из звезд посто-янно теряет свое вещество, а другая, которая все еще нахо-дится на главной последовательности, за счет попадания его на свою поверхность приобретает дополнительную массу. В результате массивная звезда может превратиться в немас-сивную, а ее менее массивная соседка - наоборот. В этом случае первоначально немассивная звезда, став массивной, будет все еще находиться на главной последовательности,

-- ее партнерша, которая теперь стала меньше соседки, тем не менее уже расширилась до размеров субгиганта; это означа-ет, что срок оставшейся ее жизни уже не столь долог (см. по-дробнее: Липунов 2008: 66-67). Смысл этого парадокса в том, что в обычной ситуации более массивная звезда сходит с главной последовательности раньше, чем менее массивная, так как в первой процессы горения идут быстрее. Иными словами, у более массивной звезды жизнь короче, чем у ме-нее массивной. В двойной системе же красный гигант в ре-зультате потери массы становится менее массивным, а звез-да, которая остается на главной последовательности, за счет получения массы становится более массивной, но будет жить дольше, чем менее массивный красный гигант. Этот пара-докс чем-то напоминает "нарушение" второго начала термо-динамики в холодильных установках (за счет заимствования дополнительной энергии тепло идет от менее нагретого тела к более нагретому). Полагаем, что такого рода парадоксы можно увидеть и на других уровнях эволюции, когда за счет дополнительной энергии отдельные индивиды или системы могут обновляться и омолаживаться. В социальной эволю-ции таким образом нередко обновлялись целые этносы и государства за счет насильственного включения в свой со-

82 Глава 4

став пленных или переселенных народов, с помощью награб-ленного богатства расцветали культуры. Пересадка стволо-вых клеток сегодня способна замедлить старение человече-ского организма (Гринин 2013).

Новый класс объектов. В 2006 г. решением Ассамблеи Меж-дународного астрономического союза (МАС) не только Плутон был "разжалован" из крупной планеты в карликовую, но, по сути,

-- классификации астрономических тел появился новый класс объ-ектов - карликовые планеты. Ранее их относили то к планетам (как Плутон), то к астероидам (как Цереру). Это напоминает ситуацию, когда открывают новые типы и царства биологии или новые типы обществ в социологии. Отметим, что в заявлении МАС было сказа-но, что произошло "революционное изменение" в системе взглядов человека на окружающий его мир и устройство нашей Галактики. И с этим можно согласиться. Но дело отнюдь не только в принятом решении, а в том, что количество таких объектов может быть очень велико. До открытий в поясе Койпера в 1990-е гг. было известно только два тела, которые сейчас стали называть карликовыми пла-нетами - астероид Церера, который содержит почти треть общей массы пояса астероидов, и Плутон, который считался девятой пла-нетой. В результате открытий были зафиксированы сотни малых планет (или планетоидов) с диаметрами порядка сотен километров, двигающиеся по схожим с плутоновой орбитам⁴². И наряду с ука-занными планетоидами, обладающими самыми разными формами,

-- поясе Койпера был открыт ряд объектов сферических форм и сравнимых с Плутоном размеров. В итоге потребовалась коррек-ция, в результате чего и были обозначены как особый класс небес-ных тел карликовые планеты. Соответственно, и Плутон, и Церера получили новый статус.

Но с точки зрения закона распределения объектов здесь логика

-- соотношении числа планет и карликовых планет представляется нарушенной⁴³. Согласно этому закону, количество небольших объ-

-- По аналогии с Великими географическими открытиями этот период стали называть вели-кими планетологическими открытиями. Только в период с 1999 по 2003 г. за орбитой Плутона было обнаружено более 800 объектов (Донских, Ушаков 2007). И этот период великих планетологических открытий продолжается до сих пор.

-- Это правило может быть сформулировано таким образом. Число мелких объектов значи-тельно превосходит число крупных. По числу объектов во Вселенной, так же как на био-логическом и социальном уровнях, всегда доминируют мелкие объекты, а крупные со-

Некоторые эволюционные наблюдения

ектов, то есть карликовых планет, должно было быть намного большим, чем число планет. Между тем сейчас дело обстоит наоборот: восемь крупных планет и всего пять карликовых. Это выглядит противоестественно. Нормальным было бы соотношение 80 карликовых к восьми крупным. Поэтому думается, что рано или поздно число карликовых планет, официально признанных тако-выми, резко увеличится и существенно превзойдет количество крупных планет. В принципе, не исключено, что при дальнейшем исследовании Солнечной системы в классификацию тел будут вне-сены и другие изменения, возможно, обнаружатся новые классы объектов. Это обычный путь развития наук, показывающих безгра-ничность природы и эволюции.

Сказанное вполне возможно еще и потому, что, по общеприня-той гипотезе, пояс планетоидов и астероидных тел на далекой окраине Солнечной системы содержит протовещество, из которого сформировались Солнце и крупные планеты. Однако этот окраин-ный пояс не стал планетой и не претерпел особых изменений за время существования Солнечной системы. Как мы уже говорили, предполагается, что его объекты по составу представляют собой лед (в основном из водных, азотных, метановых, аммиачных, угле-кислых и прочих льдов) с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к веществу комет (Данилова, Кожевников 2008: 96). Однако никто не знает, что нас ожидает там на самом деле...

Аналоги земных явлений. Мы уже неоднократно говорили, что те или иные явления, системы и т. п., которые рассматриваются нами как основные с определенной (но вполне обоснованной) точ-ки зрения, могут иметь некие важные подобия (например, по массе, функциям, сложности организации, преадаптациям) в маргиналь-ных/латеральных линиях или сегментах. Последние в случае ука-занного подобия можно рассматривать как аналоги основных (см. выше об уровнях систем). И это становится еще более продуктив-ным, если обнаруживается, что маргинальные/латеральные объек-

ставляют лишь небольшую в плане количества объектов часть. В то же время, напомним,

-- тесно связанном с этим правилом законе неравномерности концентрации вещества и энергии говорится о том, что в небольшом количестве крупных объектов сосредоточена основная масса. Поэтому-то с увеличением размеров количество тел убывает по степен-ному закону.

84 Глава 4

ты могут в определенных условиях трансформироваться в объекты ведущей линии. Так, например, мы рассматривали звезды и гигант-ские облака из молекулярного водорода как основные и аналоговые (по сложности) космические объекты. Мы мотивировали свой вы-вод тем, что, во-первых, в определенных условиях они превраща-ются друг в друга, а во-вторых, в молекулярных облаках длитель-ное время развивалась космическая линия химической эволюции, чего не наблюдалось в такой мере в звездах из-за высокой темпера-туры (Гринин 2013; см. также Главу 10; Заключение, в том числе Рис. 2). Но различие классических типов и аналогов, тем более главных и латеральных линий, не абсолютно, а зависит, помимо позиции наблюдателя и целей исследования, также от отсроченных результатов эволюции. Дело в том, что в процессе эволюции лате-ральные линии могут стать главными, а аналоги - превратиться в классические типы.

-- отношении планет имеет смысл говорить в том числе и об аналогах некоторых земных явлений. Что мы можем выделить

-- этом плане? Во-первых, на безводных планетах поверхность (ко-ра) делится на материки и океаны. Это явный аналог земного раз-деления, однако это также имеет и существенные планетологиче-ские (геологические) основания, как мы увидим в следующей гла-ве. Во-вторых, могли быть аналоги "рек", заполненных вместо во-ды потоками сильно перегретых коматиитовых лав (лав комплекса ультраосновных и основных пород) или еще более экзотическими жидкостями вроде расплавленных карбонатов или расплавленной серы (как это предполагают в прошлом Венеры; см. об этом в Гла-ве 3). А на далеких планетах с низкими температурами роль воды могут играть сера или метан, где они переходят в жидкое состоя-ние. В этом плане очень интересен спутник Сатурна Титан. На этом спутнике обнаружено более 400 озер из жидкого метана, при этом крупнейшее озеро больше Каспийского моря. На Титане же (и не только на нем) водяной лед играет роль горных пород на Зем-ле. Мало того, там есть и осадочные породы, только вместо орга-нических осадков, возникших из живых организмов, осадками ста-новятся неживые органические вещества. Так, на поверхности Ти-тана можно ожидать многометровый слой органических (из метана

-- других веществ) осадочных пород (Язев 2018: 219).

Некоторые эволюционные наблюдения

Однако источник метана на Титане не определен. Между тем он является важнейшим предбиологическим соединени-ем и ключом к пониманию происхождения Титана и его атмосферы, по многим параметрам схожей с ранней атмо-сферой Земли. Поэтому генезис метана и других летучих

-- атмосфере этого спутника Сатурна представляется одной из важнейших задач современной космохимии, а изучение состава атмосферы и органических соединений чрезвычайно важно с точки зрения понимания физико-химических про-цессов, протекавших на ранней стадии эволюции Земли. Одновременное существование азота, сложных соединений углерода, жидкой воды, содержащей растворенные соли и летучие компоненты, а также различных энергетических источников потенциально создает предпосылки для возник-новения примитивных форм жизни на некоторых спутниках планет-гигантов (Кусков и др. 2009: 514).

Поскольку на ряде планет существуют атмосферы, в рамках планетологии можно говорить о сравнительной климатологии (в Главе 9 мы еще будем говорить о древней гидросфере Марса). Здесь также есть широкое поле для определения аналогов земных явлений. Ураганы, сезонные движения воздушных масс (на Марсе), грозы, пылевые бури, замерзание воды и таяние ледников, снегопа-ды (на Марсе - замерзшая углекислота), резкая смена жарких

-- холодных периодов, приливы и отливы, в том числе литосферы,

-- т. п. характерны для многих планет и их спутников. Это избы-точное разнообразие, как часто бывает в эволюционных процессах, создает возможности для новых явлений при появлении опреде-ленных условий.

Вернемся к криовулканизму. Не исключено, что геологические закономерности аналогичны для всего мегамира, хотя при этом геологическая активность и даже, как часто говорят, "геологиче-ская жизнь" происходят на основе различных субстратов и в очень большом диапазоне существующих во Вселенной температур (см.: Пикельнер 1976; Данилова, Кожевников 2008: 99). Соответственно, имеют место огромное своеобразие и удивительные с земной точки зрения явления, число которых, несомненно, будет постоянно воз-растать. Это наглядно иллюстрируется криовулканизмом. Помимо

86 Глава 4

Тритона, криовулканизм (включая древний) обнаружен также на спутниках Сатурна и Юпитера: Энцеладе, Европе, Ганимеде, Титане, Умбриэле, Титании, Обероне, Ариэле, Дионе, Тефии. Криовулканизм, по-видимому, достаточно широко распространен

-- поясе Койпера. Зафиксированы факты этого явления в двойной системе Плутон - Харон, в целом они подобны механизмам крио-вулканизма на Тритоне, но менее масштабные. Водно-аммиачный лед на спутнике Плутона Хароне нарастает в толщину около 1 мм

-- 100 тыс. лет. Существует предположение, что постоянно обнов-ляемая гладкая поверхность Седны является результатом деятель-ности криовулканов на ее поверхности (Данилова, Кожевников

2008: 99).

Глава 5. Роль симметрии и асимметрии. Асимметрия в строении планет

-- 1. Симметрия и асимметрия как универсальные механизмы природы

Симметрия и асимметрия в природе. В самых различных отрас-лях естествознания сейчас широко используется учение о симмет-рии как методе познания фундаментальных закономерностей в стро-ении и эволюции материи на всех уровнях ее организации - от фи-зических полей и элементарных частиц до Вселенной в целом. По-нятие симметрии трактуется очень широко, в частности, его в неко-торых отношениях приравнивают к понятию инвариантности, ко-гда говорят о симметрии законов⁴⁴. Развитие учения о симметрии, асимметрии и диссимметрии (расстроенной симметрии) связано

-- именами Е. С. Федорова, П. Кюри, В. И. Вернадского, А. В. Шуб-никова и др. (Кац и др. 1984⁴⁵).

Очень красивым примером симметрии или, скорее, даже высшей ее формы - гармонии можно считать так называемое золотое сечение, основанное на числах Фибоначчи. Каждый член ряда чисел Фибоначчи является одновременно адди-тивным и мультипликативным, то есть одновременно прича-стен к природе арифметического ряда и геометрической про-грессии. Связь аддитивного (сложение) и мультипликатив-ного (умножение) принципов постоянно находится в центре внимания исследователей золотого сечения. Из него видно, что тождество противоположностей есть сущность золотого сечения, и в этом его гармонический смысл, его природа. Правило золотого сечения показывает, что большее относит-ся к меньшему, как целое относится к большему (Хорошави-на 2005). В процентном округленном значении золотое сече-

-- Если законы, устанавливающие связь между характеристиками системы (или определяю-щие изменение этих характеристик с течением времени), не изменяются в ходе опреде-ленных преобразований над системой, то говорят, что эти законы обладают симметрией (или инвариантны) относительно данных преобразований (Докукин 2010: 74).

-- Здесь и далее, когда мы ссылаемся на эту книгу, то используем главу "Почему планеты асимметричны".

88 Глава 5

ние - это деление какой-либо величины на две части в отно-шении 62 % и 38 %. Или это соотношение 1,62, которое ча-сто встречается в построении объектов. Золотое сечение имеет множество замечательных свойств.

Таким образом, симметрия и асимметрия - довольно хорошо изученные механизмы природы в самых разных проявлениях. Они находятся в числе тех основных паттернов, которые используются природой и эволюцией для создания и жизнедеятельности объек-тов. Не случайно В. И. Вернадский отмечал, что новым в науке явилось не выявление принципа симметрии, а выявление его все-общности (Горбачев 2003: 132). Таким образом, довольно давно отмечается универсальность этих свойств. Для нашего исследова-ния важно, что они хорошо проявляются в особенностях планет (и их общих характеристиках). Но в дальнейших исследованиях эти характеристики будут важны и для анализа Земли, биосферы и со-циальной сферы.

Важно, однако, понимать, что симметрия и асимметрия не только универсальны, но и обычно представлены в объектах и си-стемах одновременно. Утверждается, что одним из наиболее ярких проявлений закона единства и борьбы противоположностей явля-ется единство и борьба симметрии и асимметрии в структуре симметрии и в процессах, имеющих место в живой и неживой природе, что симметрия и асимметрия являются парными относи-тельными категориями (Хорошавина 2005). Вероятно, лучше рас-сматривать это не столько как борьбу, сколько как особенность единства. Действительно, асимметрия без симметрии не существу-ет, по крайней мере в рамках отдельных объектов и систем. Асим-метрия заметна лишь на фоне симметрии. Например, сфера (как фигура наиболее важная в планетологии) может быть полностью или неполностью симметрична. И мы знаем, что многие планеты (под влиянием вращения) отходят от идеальной сферической фор-мы. Даже поверхность сферы Солнца далеко не полностью сим-метрична.

Поэтому мы остановимся не столько на законе единства

-- борьбы (хотя и он здесь полезен), сколько на идее сочетания ан-

тагонистических качеств как явления, характерного для всех уров-

ней эволюции (Гринин 2013: 111-112).

Роль симметрии и асимметрии

Что касается преобладания симметрии и асимметрии в природе вообще или в каком-то ее царстве, то это гораздо более абстрактное понятие, которое можно трактовать по-разному.

Например, асимметрия на уровне элементарных частиц - это абсолютное преобладание в нашей части Вселенной частиц над ан-тичастицами. Однако, возможно, верно и то, что очень важное со-отношение между симметрией и асимметрией уже заложено в эле-ментарных частицах (Лима-де-Фариа 1991: 331).

Вселенная и пространство в больших масштабах изотропны

-- однородны. Но в меньших масштабах распределение вещества, естественно, происходит неоднородно. Мы видим тесную связь по-нятий симметрии и асимметрии с другими. С одной стороны, нали-цо неравномерность концентрации вещества (и энергии) как во Вселенной, так и почти во всех системах, то есть здесь наблюдает-ся асимметричность, но с другой - есть теснейшая связь между симметрией и законами сохранения физики⁴⁶.

Симметрия и асимметрия в неживой и живой природе: раз-

личия. Существует точка зрения, что для неживой природы харак-терно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой природе на микроуровне преобладает асимметрия (Хорошавина 2005). Действительно, органические молекулы асимметричны в от-личие от неорганических. Но важно иметь в виду, что органические молекулы широко распространены и в неживой природе. И моле-кулы органических веществ там имеют ярко выраженный асиммет-ричный характер. Кроме того, асимметрия очень широко представ-лена также в других объектах и на других уровнях в неживой при-роде, о чем мы будем говорить ниже.

Стоит, тем не менее, сказать несколько слов о том, чем отли-чаются молекулы живого вещества от молекул неживой природы, как неорганических, так и органических. Точнее говорить, что ор-ганические молекулы (как живого, так и неживого вещества) в от-ношении симметрии существенно и качественно отличаются от не-

-- В 1918 г. были доказаны теоремы Э. Нётер, смысл одной из которых состоит в том, что различным видам симметрии физических законов соответствуют определенные законы сохранения. Эта связь является настолько всеобщей, что ее можно считать наиболее пол-ным отображением понятия сохранения субстанций и законов, ее описывающих, в приро-

де (Горбачев 2003: 134).

90 Глава 5

органических⁴⁷. А органические молекулы живого вещества имеют свои отличия от молекул органического неживого вещества.

Отличие молекул "живых веществ" от молекул "неживых ве-ществ" в какой-то мере связано с симметрией, точнее, с зеркальной симметрией. Если рассмотреть пример зеркального изображения двух молекул неорганического вещества воды и органического, но "неживого" вещества - бутилового спирта, то принципиальное различие проявляется в том, что молекула Н₂O зеркально симмет-рична, а молекула спирта зеркально асимметрична. "Левая" и "пра-вая" молекулы не совпадают, как левая и правая руки человека. Само свойство зеркальной асимметрии носит название хирально-сти. Итак, наличие хиральности - это отличие между органиче-скими и неорганическими молекулами. Однако "неживые" хираль-ные молекулы мы равновероятно встречаем и в левом, и в правом варианте, а "живые" - только или в левом, или в правом. В этом смысле молекулы живых организмов хирально чисты. Так, ориен-тация ДНК-спирали всегда правая (Горбачев 2003: 137-8). А Луи Пастером было установлено, что все аминокислоты и белки, вхо-дящие в состав живых организмов, являются "левыми", то есть от-личаются оптическими свойствами (Вейль 1968: 60-61).

Неслучайно в свое время Л. Пастер , а затем и В. И. Вернадский предлагали на этом принципиальном различии провести раздел между живой и неживой природой.

Таким образом, принимая во внимание, что органические мо-лекулы очень широко распространены именно в неживой природе, можно предположить, что, поскольку они стали основой живой природы, это усилило (или сделало более четкой) асимметричность живых организмов. Предполагают, что основополагающим призна-ком возникновения и развития жизни и является способность жи-вых организмов извлекать и конструировать из симметричных

-- хирально нечистых молекул окружающей среды хирально чистые молекулы, необходимые для живого организма (Горбачев 2003: 138). И скорее всего, это результат особенностей эволюции и исто-рического развития, вследствие чего закрепилась та или иная чи-

-- Но особое место среди неорганических молекул и веществ занимают кристаллы, у кото-рых встречается большинство видов симметрии, характерных для органических макромо-лекул (см. об этом также в Главе 11).

Роль симметрии и асимметрии

стота (левосторонняя или правосторонняя) хиральности⁴⁸. (О роли случайности см. также: Митрофанов 2017: 318.)

Укажем еще на один важный момент. Современная наука дока-зала, что в живых организмах, как и в кристаллах, изменениям

-- строении отвечают изменения свойств (Хорошавина 2005). Дума-ется, что это верно и для неорганической природы (но в меньшем масштабе), в том числе, как мы увидим, и для планет.

Симметрия - асимметрия: форма, функция и развитие.

Сложность выявления диалектики симметрии - асимметрии и в том, что нигде в природе не наблюдается идеальной симметрии (Лима-де-Фариа 1991: 64). Мы уже говорили о том, что в природе вообще нет ничего идеального и, полагаем, не может быть; встре-

чаются только приближения к этому. Идеальные объекты есть аб-стракция нашего ума, стремящегося все разложить по разным по-лочкам, особенно усилилось стремление к абстрагированию в связи с развитием науки. Любая система в малых количествах содержит сотни недоступных для обнаружения веществ, причем многие из них присутствуют в виде наночастиц, которые трудно (а иногда и невозможно) определить (Мелихов 2018: 10). Отсутствие идеаль-ных объектов, то есть полностью однородных как по составу, так и по характеру свойств частиц, в природе неслучайно, структурно и энергетически они крайне невыгодны⁴⁹. Такие объекты хороши для философских размышлений или физических абстракций (вроде абсолютно черного тела), но без примесей, инородных вкраплений, присутствия антагонистических элементов, словом, хоть "щепот-ки" инородности; такие объекты абсолютно безжизненны и тем бо-лее неэволюционны. Напомним, что мы формулировали правило важности неоднородностей и флуктуаций, согласно которому

-- абсолютно равномерной системе не будет развития (и даже дви-жение будет ограниченным). Согласно ему, для эволюционного

-- Система может приспосабливаться к своему окружению несколькими способами, или мо-жет быть несколько различных решений при одних и тех же значениях параметров. И лишь случай решает, какое из этих решений будет реализовано. Тот факт, что из многих вари-антов был выбран лишь один, придает системе историческую размерность, своего рода память о прошлом событии, произошедшем в критический момент и оказавшем влияние на дальнейшую эволюцию (Николис, Пригожин 2003: 19).

-- В отношении одинаковости свойств всех частиц вещества измерения показали, что в при-роде таких веществ нет. Попытки приблизиться к подобному веществу (сделать его моно-дисперсным) продемонстрировали, что для этого нужны неопределенно большие энерге-тические затраты (Мелихов 2018: 9).

92 Глава 5

изменения (даже в рамках типичной трансформации без качествен-ного эволюционного роста) часто требуется возникновение крити-ческой неоднородности, которая способна стать ядром изменений. Абсолютная гомогенность делает невозможными эволюционные процессы. Наличие какой-либо разницы, даже небольшой, способ-но запустить процессы перегруппировки вещества или элементов совокупности. А на этой базе возникают иная структура и иной по-рядок. В этом плане асимметричность и выступает той неоднород-ностью, которая позволяет развиваться. И подобно тому как в фи-зике движение абсолютно, а покой относителен, симметрия отно-сительна, а асимметрия - абсолютна. Недаром П. Кюри сформули-ровал принцип: асимметрия порождает физические процессы. А. Лима-де-Фариа, говоря о роли симметрии и асимметрии, пишет, что наблюдения, сделанные Пастером и Кюри, показывают: 1) асим-метрия порождает функцию; 2) симметрия исключает ее. Недавно обнаружили, что в таком фундаментальном биологическом процес-се, как фотосинтез, асимметрия является обязательной предпосыл-кой функции. В итоге он формулирует постулат: асимметрия по-рождает функцию, а симметрия создает форму. Другими слова-ми, если данная система в состоянии симметрии порождает некую форму, то та же система в условиях асимметрии порождает функ-цию (Лима-де-Фариа 1991: 111-112). По сути, он разворачивает один из важных примеров закона единства и борьбы противопо-ложностей. Дело в том, говорит он, что жизнь и существование во-обще суть динамические процессы, в которых всегда проявляется функция. Форма и функция - это два полюса неизменно противо-речивого состояния. Его симметрия постоянно нарушается, возни-кающая асимметрия также постоянно преодолевается с возвраще-нием к симметричным условиям. Плодами этого изначального

-- постоянного противоречия являются вещества, минералы и жи-вые организмы. Далее ученый делает следующие выводы. Струк-тура есть состояние материи, взятой в отрыве от динамической, функциональной стороны ее бытия. Она сопряжена с наличием симметрии. Функция проявляется в том случае, когда некая после-довательность событий не может осуществляться без участия дан-ной структуры. Можно утверждать, что фермент выполняет свою функцию в реакции в том случае, если она протекает в его присут-ствии и практически не происходит без него. Функция есть поток

Роль симметрии и асимметрии

энергии между двумя или несколькими структурами. Она приводит

-- канализации динамических процессов. Непременной характери-стикой этого состояния представляется асимметрия. Все вещество включено в систему энергетического обмена, поэтому трудно раз-делить форму и функцию (Лима-де-Фариа 1991: 111-112).

Объект может быть симметричным, система, как правило,

нет. Развивая эту мысль, перейдем к обсуждению важных идей. Объект - это форма, а система - это структура, в рамках которой осуществляются функции⁵⁰. Особенно важным является исследова-ние симметрии у кристаллов. Симметрия является главным свой-ством всякого кристалла. Применение законов симметрии состав-ляет основу всех кристаллографических методов, что и делает кри-сталлографию самостоятельной наукой (Егоров-Тисменко 2005: 11).

Однако кристаллы - не слишком сложные объекты⁵¹. Когда объект представляет собой действительно сложную систему, он тоже, как правило, не является полностью симметричным, что мы и увидим на примере планет⁵². Как уже было сказано, дело в том, что в системе должен быть источник движения и энергии, а он кро-ется в разнородности, в том числе в асимметрии (в той или иной степени). Чем более неравновесна система, чем сложнее она, тем, возможно, сильнее асимметричность - но только в некоторых ас-пектах, тогда как в других может господствовать симметрия⁵³.

Последняя тесно связана с паттерном двоичности (парности, что делает систему более прочной). Неудивительно, что симмет-ричность и парность некоторых частей (органов) очень тесно свя-

-- Мы имеем в виду прежде всего реальные и эволюционирующие системы. Но в физике придерживаются несколько иного взгляда. "Симметрия - это инвариантность (неизмен-ность) тех или иных свойств рассматриваемой системы при изменении (преобразовании) физических условий, в которых она изучается" (Докукин 2010: 74).

-- Если рассматривать их на макроуровне. Но уже на наноуровне их сложность существенно возрастает, а вместе с этим выявляются и многочисленные отступления от симметрии.

-- Поэтому сложно согласиться с идеей, что симметрия системы может быть скрыта на глу-бинных уровнях структурной организации, замаскирована случайной диссимметрией формы объекта. Она может быть недоступной для непосредственного наблюдения, но она существует в той или иной форме у всех материальных объектов (Егоров-Тисменко 2005: 10-11). Дело в том, что в данной идее спутаны объект и система, форма и функция.

-- Из практической жизни мы все хорошо знаем, что наиболее плодотворным коллектив бу-дет, если в него входят разнообразные личности. Соберите в него людей, как можно более похожих друг на друга по характеру и уровню, и продуктивность резко снизится (то есть коллектив не должен быть симметричным никоим образом). Но и асимметричным ему быть нежелательно, здесь нужен оптимум. Поэтому часто работоспособные коллективы складываются только путем проб и ошибок, перебора людей.

94 Глава 5

заны. В самом деле, у высших организмов многие важнейшие ор-ганы и члены парные, более или менее симметричны, хотя обычно некоторая асимметричность может наблюдаться (правые конечно-сти сильнее и больше левых и т. п.). Очевидно, что парность-симметричность внутренних органов и органов чувств имеет целью страховку организма от повреждения жизненно важных частей.

Мы уже говорили, что в природе абсолютно чистых явлений

-- качеств почти нет, но человек стремится рафинировать характе-ристики, добиваясь все большей концентрации определенного ка-чества. Это же касается и симметрии в математике, искусстве, ар-хитектуре и т. п. Поэтому асимметрия могла рассматриваться как отступление от красоты. Что касается непосредственно общества или его институтов, то здесь примеры симметричности привести сложнее. Скорее, здесь действовал принцип матрицы (или подо-бия), если происходило выстраивание каких-то органов, институ-тов, организаций на периферии, в колониях и т. п. Определенная симметричность могла иметь место в построении крепостей, струк-туре войск и прочего (правый и левый фланги и т. п.), но далеко не всегда.

Начиная с пифагорейцев (а скорее, и намного раньше них) симметричность стала рассматриваться как основа красоты и по-рядка, гармонии, которая в целом присуща природе (тем более за-мыслу творца). Однако по сегодняшним представлениям это не так. Природа менее симметрична, чем можно было бы ожидать исходя из уравнений классической и квантовой физики, считает, например, И. Пригожин (Горбачев 2003: 132).

Симметричность нередко рассматривается как отражение сте-пени упорядоченности системы. В частности, В. Готт полагал, что симметрия - понятие, которое отражает существующий в природе порядок, пропорциональность и соразмерность между элементами какой-либо системы или объекта природы, упорядоченность, рав-новесие системы, устойчивость, то есть, если угодно, некий эле-мент гармонии (Там же). Исследователь симметрии Г. Вейль пола-гал, что состояние равновесия должно быть симметричным (Вейль 1968: 55). Но если вдуматься, то мы придем к выводу, что такая упорядочность системы может быть только в гомеостазе, то есть это смертельная ситуация для эволюции. Состояние же равновесия

Роль симметрии и асимметрии

или случайно, или характерно лишь для систем, которые уже не способны развиваться, но какое-то время могут поддерживать рав-новесие, прежде чем умрут. А развивающаяся и динамическая си-стема должна быть неравновесной и несимметричной (Горбачев 2003: 132). И это важно понимать, поскольку эпистемологически человеческий ум стремится к совершенству, чистоте и упорядочен-ности, которой в природе нет и быть не может. Непонимание этого порой вызывает удивление, когда в каких-то случаях "строгие"

-- "вечные" законы оказываются не столь строги и не столь универ-сальны. Также можно согласиться, что появление неравномерно-сти является признаком возможности самоорганизации (Брынцев

2017: 23).

5.2. Симметрия и асимметрия в приложении к планетной геологии

Планеты представляют много интересного в плане соотношения симметрии и асимметрии, их роли в функционировании этих небесных тел. С одной стороны, гармония небесных сфер всегда казалась идеалом симметрии и порядка. С другой стороны, более пристальное изучение показало, что "и на Солнце есть пятна", что симметрия неполная, а асимметрия - вполне осязаемая. Таким об-разом, в космосе и у планет присутствуют и симметрия, и асиммет-рия, но последняя, если так допустимо говорить, играет более важ-ную роль. Асимметричность, как мы уже сказали, необходима, чтобы иметь некоторую разность потенциалов, чтобы было движе-ние в рамках планетной системы. Если везде будет абсолютно все одинаково, движения не будет. Например, без движения атмосферы нет и изменения климата. Но асимметрия предполагает похожесть сравниваемых частей или элементов. А это означает нахождение их

-- одной и той же системе. Таким образом, может осуществляться обмен между частями системы и создаваться источник энергии и движения (так конвекция или дифференциация вещества дают энергию).

Асимметрия имеет место на всех планетах, в частности, как мы видели, пятна есть не только на Солнце, но и на планетах-гигантах, что уже делает их полушария асимметричными. На планетах зем-

96 Глава 5

ной группы (и не только) присутствуют разные типы асимметрии,

-- том числе структурно-морфологическая и тектоническая, связан-ная с важными свойствами внешних геосфер, подверженных тек-

тоническим деформациям. Можно говорить о важной общей зако-номерности в строении Земли, Луны, Марса и Меркурия - их структурной асимметрии. Она проявляется независимо от разме-ров, массы, плотности, расстояния от Солнца этих небесных тел и выражается первичной неоднородностью в распределении веще-ства в их верхних оболочках (Кац и др. 1984). Но эта особенность, как мы увидим, характерна и для планет-гигантов, и для их спутни-ков, а также для карликовых планет. Это доказывает, что структур-ная асимметрия необходима для функционирования объектов. Без нее (как и без еще многих условий) эволюции быть не может. А эволюция неизбежно усиливает такую асимметрию. Да и сама жизнь индивидуальных космических объектов делает это: вслед-ствие ударных эпизодов, формирования рельефа и многого другого асимметрия со временем становится заметнее. Но глобальная асим-метрия планет может уходить корнями в глубокую древность. Зем-ля в этом смысле вряд ли является исключением.

5.2.1. Симметрия и асимметрия в литосфере Земли и других отношениях

Земля, в частности ее кора и верхняя часть мантии, дают хороший пример асимметрии (как и симметрии). Есть и еще один специаль-ный географический термин, связанный с асимметрией, который называется антиподальность (или антиподальная асимметрия). Термин происходит от слова "антипод", то есть "противополож-ный". Так называли в период Великих географических открытий предполагаемых обитателей территорий, которые располагались на противоположном конце земного шара (в Австралии и других ме-стах). Антиподальность суши и океана означает, что материки как бы противостоят океанам. Так, Евразия как самый крупный мате-рик противостоит Тихому океану. Вообще "антиподальная асим-метрия" в распределении масс на поверхности Земли является по-чти всеобщим законом - из двух концов одного и того же диаметра геоида (Земли) один почти всегда находится в океане. Наиболее

Роль симметрии и асимметрии

ярко эта асимметрия проявлена в антиподальности распределения сиалических масс в арктической и антарктической полярных обла-стях (Расцветаев 1980: 149). Другими словами, на севере земного шара расположился океан, а на юге - материк; Антарктида является антиподом Северного Ледовитого океана. Антиподальности мы уделим особое внимание, поскольку, как выясняется, она характер-на не только для Земли, но и для планет земной группы.

Рассмотрим, что пишут о соотношении симметрии и асиммет-рии в литосфере Земли.

-- структуре литосферы Земли отчетливо проявлены признаки симметрии и асимметрии. Характерными приме-рами тектонической симметрии являются срединно-океани-ческие хребты (или их фрагменты), рифтовые структуры, некоторые геосинклинально-складчатые зоны. Но в глобаль-ном аспекте Земля тектонически асимметрична. Асиммет-рию придает ей впадина Тихого океана, занимающая на пла-нете огромную площадь. Вполне оправданно обособление на Земле двух сегментов: Тихоокеанского и противоположного ему - Атлантического. Глобальная асимметрия Земли обна-руживается при рассмотрении ее в географическом, океано-графическом и тектоническом аспектах. Отчетливо обособ-ляется Тихоокеанская планетарная депрессия со средней глубиной около 4 км, занимающая примерно 1/3 общей пло-щади поверхности Земли. Она обрамлена гирляндами ост-ровных дуг и горными складчатыми системами окраин кон-тинентов. Далее в глубине континентов лежат древние плат-формы. С океанографических позиций могут быть вполне отчетливо выделены континентальные и океанические по-лушария. В тектоническом аспекте дно океанов - часть пла-неты, лишенная так называемого гранитного слоя.

Тихоокеанскую впадину обрамляет одноименный текто-нический пояс. Особенностью пояса является структурная связь его крупных элементов друг с другом. Получается тек-тоническое кольцо, смыкающее Азию и Северную Америку,

-- одной стороны, и Австралию, Антарктиду и Южную Аме-рику - с другой.

Итак, Земле свойственна глобальная структурная неод-нородность. В ее пределах обособляется сегмент, включаю-щий Тихий океан и обрамляющий его Тихоокеанский текто-

98 Глава 5

нический пояс, характеризующийся высокой степенью по-движности и проницаемости литосферы. И другой сегмент - где сосредоточены все древние платформы, геосинклиналь-но-складчатые пояса (их разделяющие) и вторичные океаны. Из такого противопоставления следует, что обе эти части должны были развиваться отличными путями чрезвычайно длительное время (Кац и др. 1984).

Помимо указанных аспектов симметричности-асимметричности есть и другие, причем многое зависит от аспекта. Так, условная ли-ния - экватор - делит земной шар на две равные половины. То есть

-- этом смысле Земля (как и другие сферические тела) симметрична. Наличие ледовых полюсов делает ее таковой в еще большей степе-ни (но одновременно здесь, как мы видели, налицо ярко выражен-ная антиподальность). Поскольку угол падения солнечного света изменяется в зависимости от широтности Земли одинаково в се-верных и в южных широтах, мы можем говорить о симметрич-ной смене времен года в полушариях, о симметричном изменении климата с юга на север и наоборот. Конечно, существуют значи-тельные различия в климате и многом другом между Южным и Се-верным полушариями. В отношении Восточного и Западного полу-шарий наблюдается такая же картина. И здесь налицо асимметрич-ность. Смена дня и ночи в Западном и Восточном полушариях в целом симметрична, но с учетом различий, связанных с рельефом для разных мест одной и той же широты, можно заметить и асим-метричность. Наряду с существенными различиями отмечается из-вестная меридиональная симметрия (квазисимметрия) в располо-жении основных платформ и подвижных поясов различного воз-раста в Новом и Старом Свете относительно меридианов 30® з. д. и 165® з. д. Меридионально-симметричное расположение крупных структур отмечается и в масштабе отдельных континентов (Север-ная Америка - относительно меридиана 95® з. д., Евразия - относи-тельно меридиана 60® в. д.), платформ и складчатых поясов (Рас-

цветаев 1980: 150).

Для описания асимметрии можно использовать и еще одно симметрийное понятие - "антисимметрия" (антиравен-ство), введенное в науку А. В. Шубиковым. Под эту характе-

Роль симметрии и асимметрии

ристику подходит такое явление, как асимметрия в фигуре Земли - бС льшая выпуклость Южного полушария Земли по сравнению с Северным; предпочтительное расположение материков в Северном полушарии по сравнению с Южным; равенство площади суши (с материковым склоном) и пло-щади Мирового океана; округлые очертания Антарктиды, окруженной морями, уравновешены океанической впадиной Северного полюса, обрамленной материками (об этом мы уже сказали выше). Антисимметрия Земли подмечена

-- Е. Е. Милановским, обратившим внимание на существова-ние четырех меридиональных поясов, расположенных через 90®: Срединно-Атлантического, Срединно-Индийского, За-падно-Тихоокеанского, Восточно-Тихоокеанского (Егоров-Тисменко 2005: 25-26). Но не стоит забывать, что очертания материков и морей-океанов на Земле в течение ее истории многократно менялись, в том числе были периоды, когда существовали единый материк и единый океан⁵⁴. В эти пери-оды антисимметрия достигала своего апогея.

Насколько Земля асимметрична или симметрична под литосфе-рой? Пока это неясно, но, несомненно, рано или поздно обнару-жится удивительное единство этих двух сторон похожести - непо-хожести.

Есть интересные гипотезы, предполагающие необходи-мость асимметрии (антисимметрии) для функционирования сложной системы. Так, геолог М. А. Гончаров предположил конвекцию земного вещества в Северном и Южном полуша-риях - восходящий поток вдоль оси Земли от Северного к Южному полюсу, объясняющий существование под Южным полюсом поднятия, под Северным - опускания (Там же: 26).

Далее мы рассмотрим аналогичную земной антиподальность на Луне и планетах земного типа. Эти данные, во-первых, свидетель-ствуют о глубоком сходстве в геологическом строении коры пла-нет, где различия сходны с таковыми у земной материковой и оке-

-- Суперконтиненты, состоявшие почти из всех имевшихся континентальных масс: 1750 млн л. н. -

Колумбия, 1 млрд л. н. - Родиния, 250 млн л. н. - Пангея (Габдуллин и др. 2012: 209-210), которым противостояли разные суперокеаны, такие как Тетис/Неотетис (280-60 млн л. н.) или Панталасс-2 (240-160 млн л. н.) - последний суперокеан, ставший прообразом Тихого, и более древние.

100 Глава 5

анической коры, несмотря на то, что гидросфера есть только у Зем-ли, а во-вторых, показывают, что асимметрия поверхности планет играла и играет важную роль, поскольку такая асимметрия (анти-подальность) в виде разделения коры на материковую и океаниче-скую возникла у целого ряда планет на ранних стадиях их раз-вития.

5.2.2. Асимметричность коры и мантии Луны

Вновь используем данные из книги "Геологи открывают планеты" (Кац и др. 1984).

До того как Луна была исследована с помощью автома-тических межпланетных станций, существовала гипотеза

-- том, что в целом она обладает симметрией. Первые же снимки обратной стороны Луны показали, что естественный спутник Земли асимметричен и разделяется на два различ-ных по структуре сегмента. Полушарие, обращенное к Зем-ле, характеризуется распространением лунных морей, тогда как на обратной стороне морей почти нет, и там простирает-ся материковая поверхность, усеянная многочисленными кратерами.

-- целом проявляется аналогия в строении впадин лун-ных морей и земных океанических впадин. Примечательно, что впадины на Луне занимают примерно 1/3 часть ее по-верхности, что близко к соотношению Тихоокеанского и Ат-лантического сегментов Земли. Радиологический возраст базальтов, выполняющих впадины Луны, показывает, что на Луне глобальная тектоническая асимметрия возникла еще на ранних стадиях ее эволюции.

Гравитационные и сейсмические данные показали неод-нородность в строении коры и мантии Луны. В пределах океанического сегмента мощность коры сокращена до вели-чины порядка 60 км, тогда как для обратной стороны Луны с континентальным строением допускается толщина коры в 100-150 км. При этом мощность базальтового выполнения лунных морей оценивается величиной всего в несколько ки-лометров (что приближается к мощности базальтового слоя океанической коры на Земле). В пределах океанического сегмента Луны отмечены аномально высокие скорости про-дольных сейсмических волн, что можно объяснить воздыма-

Роль симметрии и асимметрии

101

нием кровли мантии, как это имеет место на Земле под океа-ническими впадинами.

Для обоснования неоднородности в структуре Луны

-- выделением сегментов или блоков глобального масштаба важное значение имеют сведения о сейсмичности. Показа-тельна концентрация эпицентров лунотрясений в зонах со-членения континентального и морского сегментов (что напоминает ситуацию на Земле по периметру Тихоокеанской впадины). При этом континентальный блок в юго-восточной части видимой стороны Луны практически асейсмичен.

5.2.3. Асимметрия Марса и Меркурия

Асимметрия Марса имеет свои очень интересные особенности. При этом можно выделить общие ее черты с Землей. В частности, "для Земли и Марса характерна антиподальность (напомним, что анти-подальность суши и океана означает, что материки как бы проти-востоят океанам. - Л. Г.) их основных планетарных морфострук-тур. Действительно, Северное полушарие Земли занято преимуще-ственно материками, Южное - океанами, в то время как на Марсе соотношение обратное: более возвышенные области поверхности планеты - так называемые "материки" - расположены главным об-разом в южном полушарии, а более пониженные - сложенные ба-зальтами "океаны" - преобладают севернее экватора" (Каттер-фельд, Шмуратко 1983: 62).

Можно говорить не просто об антиподальности, но - шире -

-- дихотомии, то есть резком различии между северным и южным полушариями Марса. Помимо различий между океанической и ма-териковой зонами, в южном полушарии больше ударных кратеров. В частности, там хорошо сохранилось огромное количество древ-них ударных кратеров, включая гигантские ударные бассейны, например, равнина Эллады в восточном полушарии - глубокое (до 7 км от среднего уровня поверхности) округлое понижение диа-метром более 1500 км или равнина Аргир на юге западного полу-шария - тоже, очевидно, ударный бассейн несколько меньших раз-меров (Язев 2011: 138-139). При этом граница между полушариями в плане плотности ударных кратеров не совпадает с экватором: она представляет не линию, а зону или пояс шириной от 100 до 500 км

102 Глава 5

-- виде изгибающего обруча, наклоненного к экватору под углом 35®. Эта своеобразная переходная зона характеризуется сложным рельефом, но в целом - это серия уступов, опускающихся в сторо-ну северного полушария (Сиротин 2006: 84). Промежуточное по-ложение экваториального пояса Марса между океаническим и кон-тинентальным сегментами с проявлениями вулканизма и тектони-ческих деформаций позволяет сопоставлять его с Тихоокеанским поясом Земли (Кац и др. 1984).

Дихотомия марсианской поверхности не имеет окон-чательного объяснения. Основная парадигма предлагает вер-сию о катастрофическом ударе астероида с диаметром по-рядка 300 км, который мог вызвать разломы коры и масси-рованные излияния лавы. Предполагается, что лава могла залить древние кратеры и после застывания образовать ги-гантские равнинные пространства. Эта модель вызывала воз-ражения, поскольку согласно проведенным расчетам упавший астероид должен был расплавить огромное количество по-роды, в итоге жидкая лава могла бы покрыть всю планету слоем более нескольких километров. После этого не могли бы сохраниться никакие проявления древнего рельефа. Со-временные расчеты показывают, что в случае скользящего (касательного) удара под углом 15-30® к поверхности могло получиться менее масштабное нарушение, расплавившее участок коры непосредственно в районе столкновения (в се-верном полушарии) (Язев 2011: 140). Очевидно, что ката-строфы существенно влияют на судьбы планет, а также становятся удобным поводом для выдвижения новых ги-потез.

Антиподальность и дихотомии поверхности полушарий есть

-- на других планетах. На снимках поверхности Меркурия вполне определенно выявляются основные особенности его тектоники. Подобно Тихоокеанской впадине Земли и обширной депрессии Океана Бурь на Луне, здесь также выделяется депрессия планетар-ного порядка - впадина Калорис (Море Жары). По периферии впа-дины намечается серия концентрических поднятий, которые могут быть сопоставлены с лунными Кордильерами и тектоническими сооружениями Тихоокеанского пояса Земли. Экстраполируя очер-

Роль симметрии и асимметрии

103

тания впадины Калорис на всю поверхность Меркурия, получим ее отношение ко всей площади - 1/3, то есть то же соотношение, что и

у других небесных тел (Кац и др. 1984). Вообще сохранение такого соотношения у ряда планет впечатляет, оно явно не может быть случайным, а составляет некую повторяющуюся особенность фор-мирования планет. Кроме того, в южном полушарии Меркурия го-раздо больше ударных кратеров, чем в северном (Язев 2018: 219). Причина этого неизвестна. Но также характерно, что по какой-то причине на одну сторону нескольких планет падало больше плане-тезималей, метеоритов и астероидов, чем на другую.

Что касается Венеры, то ее поверхность исследована недоста-точно, но и на ней наиболее типичными формами в крупном мас-штабе являются континентальные блоки и океанические впадины

(Тебиева 2015: 95).

Те или иные элементы асимметрии можно найти и на многих других телах. Так, мы упоминали, что на спутнике Сатурна Титане обнаружено более 400 озер из жидкого метана. Однако любопытно, что площадь озер в северном полушарии в 20 раз превышает их площадь в южном, что требует объяснений (Язев 2018: 220).

Из сказанного видно, что глобальная структурная асимметрия - свойство, распространенное в Солнечной системе (и не только

-- ней) и устойчивое во времени (Кац и др. 1984). Одно из объясне-ний связано с тем, что на ранних стадиях формирования литосферы планет земной группы и Луны возникали огромные депрессионные формы, занимающие примерно 1/3 их поверхности. Такое явление можно связать с некоторым дефицитом вещества, возникшим вследствие образования первозданных континентов. Впоследствии этот дефицит компенсировался базальтовыми излияниями. Воз-можно, что истоки неоднородностей восходят еще к стадии аккре-ции протопланетного вещества, включающего сравнительно круп-ные ассоциации типа планетезималей (Там же).

Двоичность. Структурная асимметрия, по-видимому, тесно связана и с таким фундаментальным свойством, как двоичность (или бинарность). Важно отметить, что двоичность противополож-ностей, например, притяжение-отталкивание разноименных еди-ниц, нередко создает крепкие универсальные ячейки, позволяющие

104 Глава 5

воспроизводить структуры и получать энергию/стимулы развития,

-- примеру, половое соперничество. В материальном мире двоич-ность (как ее часть принцип оппозиции - или/или) очень важна: ча-стицы и античастицы, положительный и отрицательный заряды. Важнейшая форма бинарности (оппозиции, комплементарности) - разделение живых существ на два пола. В общественной жизни и ее проявлениях также очень много двоичных структур. Антрополог К. Леви-Стросс выделил такие структуры в языке и мифологии (двоичное: мужское-женское, доброе-злое начало и т. п.). В языке также налицо множество двойных структур, например: единствен-ное-множественное число, слова-антонимы и т. д. В кодировании сигналов используется двоичный принцип. Наконец, двоично даже деление на "своих" и "чужих".

Часть II

ИСТОРИЯ ПЛАНЕТНЫХ ТЕЛ

СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Глава 6. Планеты в начале пути. На эволюционном распутье

6.1. Планетологическая эволюция как особый уровень эволюции

Прежде чем переходить к истории планет и отдельных процессов на них в целом и по отдельности, имеет смысл высказать несколько общих соображений об особенностях и закономерностях эволюции планет и других небесных тел Солнечной системы. Прежде всего, планетную или - шире - планетно-спутниковую эволюцию можно считать особой ступенью эволюции (см. также: Рис. 2 в Заключе-нии). Выше мы видели, что крупные спутники во многих отноше-ниях оказались гораздо ближе к планетам земной группы, чем пла-неты-гиганты. Поэтому говорить о планетно-спутниковой эволю-ции вполне резонно. Ее можно рассматривать либо как отдельную часть звездно-космической эволюции, что часто делается, либо как новый уровень эволюции. Мы полагаем, что это новый уровень эволюции, поскольку здесь по сравнению со звездной эволюцией налицо гораздо большее разнообразие новых сфер-оболочек, новых веществ (минералов), молекулярных структур, а также решитель-ное ускорение химической эволюции (см. Главу 10). В дальнейшем такую эволюцию мы будем называть планетологической.

Когда возникли первые планеты, сказать не может никто. Но судя по последним открытиям экзопланет, по тому, что появление планет является частью процесса генезиса звезд, это произошло до-статочно давно, задолго до рождения Солнечной системы. Хотя напомним, что в период, когда начали появляться первые звезды (примерно 150-200 млн лет после БВ), они были гигантского раз-мера. Из-за отсутствия углерода, кислорода и других элементов,

106 Глава 6

поглощающих в настоящее время энергию от сгущающихся обла-ков, процессы структурирования в эту эпоху шли медленнее, соот-ветственно, могли сжиматься только гигантские облака, из которых получались огромные звезды, в сотни раз превосходившие массу Солнца (см., например: Мэй и др. 2007: 54; подробнее см.: Гринин 2013: 106-107). Первые звезды содержали мало атомов тяжелых элементов, и чтобы их количество стало более или менее достаточ-ным, должно было смениться не одно поколение звезд. Поэтому

-- первых поколений звезд либо не было планет, либо, что более ве-роятно, они были газовыми, подобными Юпитеру, но только прак-тически не содержащими тяжелых элементов. Говорить же о пла-нетологической эволюции как о новой ступени можно, по нашему мнению, только с появлением каменистых (силикатных) планет. А такие могли возникнуть в каком-то значимом количестве лишь при достаточном накоплении тяжелых элементов. Это означает, что планетологическая эволюция стала выделяться, только когда звезд-но-галактическая прошла значительный путь развития, когда кос-мохимическая эволюция стала вполне заметной.

-- уже позже планетологическая эволюция происходила парал-лельно со звездно-галактической, как ее маргинальная часть. По-добным образом имел место параллелизм в развитии химической и других фаз эволюции (см. Рис. 2 в Заключении). Уже в самых первых фазах мегаэволюции, предшествующих звездно-космиче-ской (инфляционной/предкосмической и предзвездной/облачной; см. Рис. 2) в качестве боковой выделилась предхимическая ветвь эволюции. В рамках следующей фазы - звездно-галактической - выделилась космохимическая эволюция. Она развивалась доста-точно быстро, в частности, в виде шел процесс появления тяжелых элементов и их накопления во Вселенной. Однако, помимо хими-ческой эволюции, проходившей в звездах, наметилась и другая ли-ния химической эволюции - в холодном космическом простран-стве, в газопылевых облаках, где стали образовываться различные молекулы, включая органические (см. Главу 10). Связь планетной и химической эволюции усилилась. Поскольку на планетах иной температурный режим, чем в звездах, там также происходила хи-мическая эволюция, только ее развитие продвинулось существенно дальше. Таким образом, мы видим слияние двух типов эволюции - планетологической и химической, то есть своего рода коэволюцию.

Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 107

Более того, говоря о планетологической эволюции, мы фактически говорим о нескольких направлениях эволюции, находящихся на уровне и в условиях, обозначенных размерами и характеристиками планет и крупных спутников. Причем эти линии эволюции нахо-дятся не просто в очень тесной, а во многих отношениях и коэво-люционной взаимосвязи. О коэволюции мы будем подробно гово-рить в Главе 10.

Необходимо сделать пояснение. Разумеется, эволюция планет

-- спутников должна рассматриваться в целом как качественное из-менение этих небесных тел и систем. Ниже мы увидим, как и в ка-ких направлениях у них менялись параметры, в том числе темпера-турный режим, шли процессы дифференциации и формирования структуры. Но уровень сегодняшних знаний даже в отношении Земли таков, что мы знаем неизмеримо больше о геологической

-- географической эволюции верхней части литосферы и океаниче-ской коры, чем об эволюции мантии или ядра Земли. Поэтому

-- рамках наличных знаний далее мы значительно более подробно расскажем о планетологической эволюции в аспекте изменений различных внешних оболочек планет и спутников.

Такая эволюция включает в себя формирование литосфер, ат-мосфер, других сфер (ледяных, водных, ионных, магнитных и т. п.), как мы это наблюдаем на планетах и спутниках Солнечной систе-мы. Подчеркнем, что, происходя в пограничной зоне, где соединя-ются различные субстанции и слои, такая эволюция не могла не быть комплексной, включающей в себя целый ряд изменений

-- разных направлениях. В этом плане химическая эволюция была неотъемлемой частью геохимической (точнее, планетохимической), а также минералогической эволюции. И здесь нельзя не подчерк-нуть, что развитие минералов явилось одним из наглядных показа-телей того, что планетологическая эволюция стала новым уровнем эволюции.

Рассмотрим некоторые факты, свидетельствующие о том, что развитие царства минералов может происходить только в условиях планетологической эволюции. Согласно современным данным, на астероидах может быть несколько сотен различных видов минера-лов. Только в метеоритах - обломках астероидов найдено около 300 минеральных видов. На Луне таких видов обнаружено око-ло сотни (но, вероятно, найдена только меньшая их часть). На Зем-

108 Глава 6

ле число видов минералов достигает 3500-4000 (Сурдин 2012: 97, 343)⁵⁵.

Правда, по поводу числа минералов есть существенные разночтения. Специалисты утверждают, что общее число названий минералов, встречающихся в старой и новой геоло-гической литературе, достигает 6000. Однако при критиче-ском подходе к установлению минеральных видов и их раз-новидностей на основе рациональной классификации подав-ляющее большинство этих названий должно быть оставлено по ряду соображений. Прежде всего многие из них, как это доказано с помощью современных точных методов исследо-вания, представляют собой механические смеси (правда, это не мешает учитывать их как комбинированные вещества/ минеральные смеси, что также важно с точки зрения плане-тологической эволюции). Весьма значительное число назва-ний оказалось синонимами одних и тех же минеральных ве-ществ, отличающихся друг от друга либо по степени дис-персности кристаллической фазы, либо по некоторым внеш-ним признакам (оттенку окраски, форме кристаллических индивидов и др.), либо по несущественным отличиям в хи-мическом составе (особенно для названий разновидностей)

-- т. д. Если упразднить все эти синонимы и вычеркнуть из списка минеральные смеси, то число действительных мине-ральных видов в настоящее время выражается цифрой не-много менее 1500. Кроме того, сохраняется около 200 назва-ний для разновидностей. Правда, следует заметить, что в ря-де случаев реально существующие разновидности минераль-ных видов не имеют специальных названий (Бетехтин 2007: 673-674). Но, так или иначе, число минералов на Земле в не-сколько раз превышает их число в космосе (по крайней мере, тех, что нам известны по исследованиям планет и метеори-тов). Хотя вне Земли есть минералы, на планете отсутству-ющие (как реголит, о котором шла речь выше).

Таким образом, потенциально уже в процессе формирования планетных систем может возникать немалое количество минера-лов, число которых соответственно увеличивается под воздействи-ем различных факторов с течением времени (температуры, вулка-

-- Причем примерно 800 из них образуются при непременном участии воды в гипергенных условиях (в зоне осадконакопления и в стратисфере), а около 500 - в пневматолитово-гидротермальных процессах (Сиротин 2009).

Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 109

нической деятельности, химических реакций, сплавления, ударов, разогрева, влияния атмосферы и гидросферы и т. п.). Изучение эк-зопланет пока не дает сколько-нибудь системных знаний об их ми-неральном составе, но даже исследования в телах Солнечной си-стемы не оставляют сомнений, что там можно столкнуться с раз-ными линиями планетологической эволюции. История Земли де-монстрирует, что для ее высокого развития и перехода на новый уровень требуется симбиоз с эволюцией жизни. И в этой связи можно условно говорить о более грубых (планетологических) и бо-лее тонких (связанных с развитием жизни) геологических про-цессах.

Таким образом, мы можем говорить об особом уровне эво-люции - планетологическом, который занимает промежуточ-ное место между космической и биологической эволюцией. Планетная эволюция долгое время выступала как дополнительная ветвь эволюции, которая затем в рамках Солнечной системы,

-- особенно развития Земли, становится ведущей⁵⁶. Планеты возни-кают в процессе рождения звезд как побочный продукт, как ре-зультат консолидации остатков материи после формирования звез-ды. В Солнечной системе, как мы видели, это были ничтожные до-ли процента от всей массы материи. Это нередкий случай в эволю-

ции, когда периферийные процессы становятся на определенном периоде развития главными (см. ниже). При этом, вследствие пра-вила зависимости скорости эволюции от сужения ее фронта, то,

что было незначительными остатками в рамках более широкого фронта развития, становится вполне достаточным для прорыва к новому уровню эволюции. Точно так же абиогенная химическая эволюция использовала ничтожные доли процента ресурсов моло-дой Земли (см. Главу 11), а древнейшие люди в период антропоге-неза составляли и потребляли тысячные доли процента, создавае-мого биосферой⁵⁷.

Нельзя также не удивляться тому, сколь велики различия меж-ду планетами. Судьбы звезд, как мы уже писали (Гринин 2013),

-- В настоящей работе на Рис. 2 мы представляем геологическую эволюцию Земли как более высокую фазу по сравнению с планетологической.

-- Закон зависимости скорости эволюции от сокращения ее фронта означает, что при суже-

нии области действия эволюции повышаются возможности появления новых ее уровней и скорость ее изменений. Ведь для эволюции не столь больших объектов требуется мень-ше энергии, соответственно, возможности эволюции повышаются.

110 Глава 6

весьма разнообразны. Но все же кажется, что в звездах эволюция

-- значительной степени уже запрограммирована и происходит "по накатанной". Фазовые переходы там связаны прежде всего с тем-пературой и гравитацией. Судьбы же планет запрограммированы

-- гораздо меньшей степени, чем у звезд, а потому более индивиду-альны (хотя и зависят от размеров планет, близости к звезде и дру-гих факторов). И в результате они более разнообразны, сама плане-тологическая эволюция более многолинейна. Сказанное лишний раз доказывает, что эволюционный процесс индивидуализации услож-

няется и трансформируется вместе с развитием эволюции, что ин-дивидуализация - это одна из важных черт сквозного эволюцион-ного развития.

Таким образом, планетологическая эволюция, на наш взгляд, - более сложная, поскольку она включает в себя уже формирование рельефа, сочетание гидро-, лито- и атмосфер, льдов и прочего, не говоря уже об ионосфере, магнитосфере и т. п. Иными словами, планетологическая эволюция - более высокая фаза эволюции, ко-торая существенно продвигается вперед по сравнению с эволюцией звезд (см. также Заключение). Это происходит потому, что за счет более низких температур при наличии большой массы и достаточ-ной плотности возможности для эволюции возрастают, происходит соединение двух ее ветвей (молекулярной и звездной). На планетах создается более разнообразный химический и молекулярный со-став веществ, причем в большом объеме. Все это создает избыточ-ное разнообразие, необходимое для движения вперед.

Сказанное о том, что, будучи побочным результатом процесса возникновения звезд, планеты тем не менее являют собой возмож-ность развития эволюции, вполне укладывается в эволюционное правило центра, полупериферийного объекта и перехода к новым уровням. Согласно этому правилу, процессы обычно происходят более активно в центре, чем на периферии. Поэтому достаточно ча-сто новые уровни или формы эволюции возникают не в центре си-стемы, где проходит основная на данный момент линия эволюции и зарождение нового затруднено силой общего процесса, не на даль-ней периферии, где отсутствует необходимая концентрация ресур-сов. Новые уровни эволюции возникают на полупериферии и в ме-стах достаточного разнообразия условий, соединения пограничных

Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 111

условий. Переход к новым уровням также обычно не реализуется в самых крупных объектах.

Теперь вернемся к собственно планетологической эволюции и тому, как она происходила в Солнечной системе.

6.2. Сочетание порядка и беспорядка

После первых нескольких сотен миллионов лет формирования Солнечной системы, когда имели место бурные процессы образо-вания планет, борьбы за ресурсы, мощных бомбардировок, столк-новений и захватов, смены курсов и орбит планет, в ранней Сол-нечной системе наступает эпоха установления порядка. Такая сме-на хаотичных и бурных процессов процессами самоорганизации

-- более медленной эволюции очень распространена во Вселенной.

Мы даже сформулировали правило цикличности смены резких

-- медленных изменений, которое звучит так: в эволюции органично сочетаются процессы медленного, почти незаметного и взрывного роста, периоды быстрых трансформаций, нередко связанных с раз-рушениями или даже коллапсами, и медленных накоплений изме-нений⁵⁸. Однако под переходом к порядку мы имеем в виду период относительного макропорядка в самой Солнечной системе, то есть когда планеты сформировались, гибель протопланет прекра-тилась, их орбиты упорядочились, наиболее мощные бомбардиров-ки планетезималей закончились (но речь идет о раннем периоде тяжелой бомбардировки, а эпоха поздней тяжелой бомбардировки затянулась на весьма длительный период). Едва планетам удалось сформироваться, как на них начались мощные процессы беспоряд-ка, которые привели к тому, что в конце концов в каждой из них сформировались порядок и прочная структура.

Таким образом, мы должны говорить о сочетании порядка

-- беспорядка на разных уровнях, когда порядок на одном уровне складывается из системы порядка-беспорядка на разных уровнях.

То есть сама система порядка часто органически включает в себя те или иные проявления беспорядка, внезапных явлений (случайных для тех мест или объектов, которые подпадают под последствия).

-- К последним можно, например, отнести медленные изменения формы, скорости вращения и изменения расстояния между планетой и спутником, как это происходит с Землей и Лу-ной. Отметим: в настоящее время стало понятно, что планеты значительно мигрируют в околозвездном газопылевом диске, в котором они образуются (Емельяненко 2012: 348).

112 Глава 6

Так, движение тектонических плит на Земле можно рассматривать как определенный порядок, но вызываемые им землетрясения есть локальный беспорядок. На планетах свой уровневый макропорядок может сочетаться с беспорядком на определенных участках (на по-верхности или при вулканических явлениях и т. п.), то есть с ло-кальным беспорядком⁵⁹.

Переход к макропорядку в Солнечной системе был связан, как мы показывали (Гринин 2017), с исчерпанием запасов свободного вещества и возможностей их концентрации. Какие бы удачные условия ни сложились для некоторых планет (как предполагают, для Юпитера, который смог захватить наибольшую долю вещества; см.: Там же: гл. 7, 8), но и для них наступил предел. Поскольку многие процессы идут по экспоненциальной (или даже гиперболи-ческой) модели роста, они должны на какой-то стадии тормозиться, так как включается петля обратной отрицательной связи.

6.3. Общие процессы

Итак, каждое из крупных тел (планет) получает свою орбиту, свой "домен", некоторые - свою "свиту" спутников. Наступает относи-тельно более спокойный период, хотя астероидные падения про-должаются и, вероятно, имеют место какие-то захваты спутников

-- столкновения (особенно в поясе астероидов), но все же это срав-нительно мелкие происшествия. Правда, как упоминалось, суще-ствует много гипотез о столкновениях, которыми объясняют все, что непонятно: изменение направления и скорости вращения, а так-же оси вращения планет, сильные изменения ландшафта. После того как гравитация создала систему порядка на высоком уровне, наступает пора выстраивания порядка на местах. Этот процесс можно сравнить с тем, как в феодализирующемся обществе мест-ные (удельные) правители начинают укреплять государственный порядок.

Какие общие процессы мы наблюдаем? Гравитация, конвекция

-- температура - вот три архитектора порядка, которые создают универсальную форму и структуру планет. Вращение вокруг оси

-- Солнца добавляет важнейшие детали. Начинается формирование

-- В самом деле, только в течение последних нескольких десятилетий мы стали обращать внимание на внутренний беспорядок, непрерывно формирующий ландшафты, которые нас окружают (Сиротин 2009: 44).

Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 113

оболочек (твердых и кое-где - атмосферных) и внутренних струк-тур (ядер, мантий), что позволяет оградиться от внешнего влияния

-- длительное время сохранять внутреннюю энергию. Везде, но

-- различной скоростью, идет процесс затухания (или ослабления) внутренней активности (вулканической и конвекционной) и т. п. Идет процесс подгонки (притирки) между планетами и спутника-ми. Нам еще только предстоит узнать некоторые детали этой эво-люции, в том числе пытаясь объяснить некоторые факты. Напри-мер, во время нижних соединений с Землей (то есть когда Земля

-- Венера сближаются в наибольшей степени) Венера всегда повер-нута к Земле одной и той же стороной. Почему? По-видимому, это еще одно проявление феномена резонансов в Солнечной системе: в течение длительного времени происходила постепенная "подгон-ка" периодов различных колебаний тел, связанных между собой гравитационным взаимодействием (Язев 2018: 55-56).

Здесь можно говорить о принципе изменения параметров си-стем под влиянием их функционирования и взаимодействия с окру-

жающей средой. Как бы точно ни была настроена система, в ре-зультате различных противоположных влияний параметры посте-пенно изменяются. В итоге возникает более подогнанная система. Очень интересно, что такая подгонка часто вызывает некие цикли-ческие процессы, колебания (то есть равновесие достигается в ди-намических колебаниях). Приливы и отливы - наиболее известный пример. Но подгонка осуществляется и во многих иных отношени-ях: вращение вокруг своей оси вызывает изменение формы, шар оказывается сплюснутым; смена дня и ночи устанавливает соотно-шение температур и иных вещей. Подгонка осуществляется между Солнцем и планетами. В итоге формируется окончательная орбита, иногда весьма своеобразная, но эта орбита влияет на циклы времен года, что, в свою очередь, вызывает многие другие явления, среди которых можно упомянуть удивительные феномены. Так, на неко-торых карликовых планетах происходит замерзание и оттаивание атмосферы (как на Плутоне, см. Главу 3). Таким образом, сформи-рованный в результате подгонки ("притирки") порядок заключает-ся во взаимодействии множества циклов и проявлении беспорядка в ряде отношений. Чем дальше планета уходит по пути эволюции, тем сложнее становится подгонка.

114 Глава 6

6.4. Эволюционное распутье

Если рассматривать эволюцию каждой планеты Солнечной систе-мы как возможность особых путей развития, то, образно говоря, перед нами восемь эволюционных "беговых дорожек" (и множе-ство "эволюционных тропинок", если брать другие небесные тела). Любопытно посмотреть, что было общего в историческом пути этих членов солнечного семейства, а в чем возникли особенность и уникальность.

Перед нами важнейший паттерн эволюции: многолинейность, которая колоссально расширяет вариативность, возможность отыс-кать новый путь. Везде происходили общие эволюционные изме-нения: в частности, формировалась структура планет (ядро, мантия, кора, во многих случаях атмосферы), другие параметры, такие как магнитное поле. Но скоро становится очевидным, что большинство тел оказывается недостаточно готово к эволюции, они перестают поддерживать свои оболочки и в этом смысле становятся мерт-выми.

Довольно скоро выясняются различные эволюционные воз-можности планет, связанные с полученным "наследством" и уда-чей. Уместно будет вспомнить правило зависимости особенностей системы от количества и качества ресурсов при ее рождении. Везде в процессе самоорганизации и эволюции количество опреде-ляет качество процесса. От того, больше или меньше вещества, энергии, населения и т. п., очень часто зависит, какая именно си-стема образуется и какая ее ждет судьба. В качестве иллюстрации обратимся к вопросу о причинах появления на Земле большого ко-личества минералов. Большое их разнообразие в значительной ме-ре зависело и от достаточной близости к Солнцу, что стимулирова-ло химические реакции (это преимущество по сравнению с более удаленными от Солнца объектами). Существенную роль сыграла

-- относительно большая масса Земли, что позволяло за счет внут-реннего разогрева сделать силикатное вещество более пластичным. В связи с вышеизложенным можно также говорить о правиле оп-

тимальных условий и пропорций, которые требуются для тех или иных процессов или изменений. Это означает, что недостаток и из-

Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 115

быток ресурсов может существенно изменить направление разви-тия и пропорции системы.

Размер и некоторые другие факторы влияли на возможность для планет сформировать и, главное, удержать атмосферу. В ре-зультате планеты начинают делиться на имеющие атмосферу и не имеющие ее. Казалось бы, эта оболочка не так много значит по сравнению с массой планеты. Однако на практике это мощный щит от метеоритного дождя. И, как мы видели, Меркурий и Луна без атмосферы оказались объектами, наиболее подверженными удар-ным явлениям. Зато на поверхности Земли и тем более Венеры это-го не наблюдалось. Но у Венеры избыточно плотная атмосфера, ко-торая препятствует дальнейшей эволюции. Недостаток ресурсов ограничивает жизненное пространство, необходимое для нормаль-ного существования объекта (организма) или функционирования системы. Избыток может вести к замедлению стимулов к развитию

-- диспропорциональности. Планеты также сильно отличаются по тому, сколько внешних оболочек они имеют. Помимо атмосферы это магнитосфера, ионосфера, литосфера, гидросфера, криосфера (ледяная и снеговая оболочка) и т. д.

Несмотря на то, что планеты и тела показывают очень разные успехи на эволюционном пути, в целом для эволюции это благо-приятно: чем больше вариаций, разнообразия, тем больше шансов осуществить прорыв. Перейти на более высокий уровень можно лишь за счет аккумуляции усилий в разных линиях, а обеспечить удачу в отдельных местах - за счет множества эволюционных не-удач.

-- этот период можно говорить о целом ряде эволюционных правил. В частности, с этого момента особенно наглядно начинает действовать правило подготовительной работы эволюции. Эволю-

ционный прорыв, совершенный в результате сочетания уникальных условий, никогда не является случайностью, но всегда подготавли-вается огромной и длительной "работой" эволюции по продвиже-нию изменений в определенном направлении. Однако сочетание уникальных условий именно в данном месте и времени часто зави-сит от случайностей. Подготовительная работа ведется везде, но только в особых местах и случаях она приводит к новым эволюци-

116 Глава 6

онным результатам. Тем не менее с выходом на планетарные эво-люционные пути возникают новые уровни в химической эволюции, геологической эволюции, новые паттерны климата и многое дру-гое. Действительно, разве в рамках планетологии нельзя говорить

-- сравнительной климатологии? Ураганы, постоянные (на Юпите-ре) или сезонные (на Марсе), движения воздушных масс, грозы, пылевые бури, замерзание воды (и даже атмосфер) и таяние ледни-ков, резкая смена жарких и холодных периодов и т. п. - все это, как мы видели выше, характерно для многих планет и их спутников. Несомненно, такое разнообразие создает возможности для новых явлений при создании определенных условий. Между тем о каком климате можно говорить в отношении звезд?

Стоит также упомянуть правило сосуществования архаичных

-- эволюционно продвинутых объектов. Сосуществование архаич-

ных объектов с объектами, которые уже далеко продвинулись по пути эволюции, - характерная черта всех ее уровней. Иногда скла-дываются прочные взаимосвязи или даже симбиозы архаических и эволюционно продвинутых объектов. В итоге каждую группу сло-жившихся систем, например, планет, высших видов, государств, окружают (и иногда находятся с ними в симбиозе) низкоорганизо-ванные системы или вовсе неорганизованная материя, которая не смогла эволюционировать. Таким образом, на самом нижнем уровне эволюционных возможностей множество объектов оказы-ваются неэволюционными и не имеют никакой перспективы. По этому поводу мы сформулировали правило вариативной транс-формации вещества, согласно которому процесс трансформации вещества или энергии нигде и никогда не имеет 100%-ного КПД, всегда прослеживается несколько вариантов их распределения. Это

-- дает возможность для проявления многообразия и разнообразия комбинаций. Соответственно, при структурировании систем в про-цессе самоорганизации не вся материя может собираться в более упорядоченные системы, часть материала остается неоформленной, неорганизованной. Это мы и видим в различных подсистемах в рамках Солнечной системы и отдельных планет: пояса астерои-дов, системы колец вокруг всех крупных планет, а также и тех об-

Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 117

ластей (таких как облако Оорта), структуру которых еще только предстоит узнать.

6.5. "Живая и мертвая вода" эволюции

Различные факторы служат источником энергии геологических процессов на планетах и соответственно воздействуют на планеты

-- их геологию. О некоторых из них мы уже вели речь выше. Эти факторы принято делить на внешние (экзогенные): солнечное из-лучение, метеориты, приливной разогрев; и внутренние (эндоген-ные): радиоактивный распад⁶⁰, гравитационная дифференциация, когда формируются структуры планет под влиянием гравитации; сжатие планет⁶¹ (см., например: Евсюков 1997). Также есть посто-янные факторы, которые влияют на рельеф и геологию (их энерги-ей в конечном счете служат вышеуказанные источники)⁶². Их тоже можно разделить на внешние (например, перепад температур и ко-личество принимаемой солнечной энергии) и внутренние (вулка-ническая деятельность, влияние атмосферы и т. д.) Только сово-купность внешних и внутренних факторов способна дать полно-ценную эволюцию планеты. Но здесь нужен оптимум. Соответ-ственно, планеты, где внутренние факторы активны, рассматрива-ют как геологически активные, а те, где внутренних факторов нет или они очень слабые, рассматривают как геологически неактив-ные (Там же). Но проявления этой активности и неактивности настолько бросаются в глаза, что хочется первые планеты и тела назвать живыми, а вторые - мертвыми. Соответственно, качествен-ная эволюция на последних невозможна⁶³. То есть планетарные си-

-- Интересно, что в малых дозах ядерный распад оказался важным для эволюции, то есть просматривается отдаленное сходство со звездами.

-- Для планет-гигантов основным источником их нагрева является гравитационное сжатие. Данный фактор все еще продолжает действовать на этих планетах, за исключением наименее массивного Урана (Жарков, Трубицын 1980). Для других планет этот фактор был существенен в период аккумуляции вещества (Евсюков 1997: 47).

-- Все геологические структуры являются диссипативными, то есть возникают и поддержи-ваются за счет диссипации внутренней энергии Земли и одновременно изменяются за счет поглощения и рассеяния энергии Солнца (Савченко, Смагин 2013).

-- Эти образы возникли не только у меня. В. Г. Сурдин (2011) пишет и по поводу астероидов: учитывая колоссальную разницу в размерах и массах астероидов, естественно, хочется разделить их на группы "мертвых" и "живых". Под "мертвыми" имеются в виду неболь-шие астероиды - камни, булыжники или льдистые глыбы, не обладающие существенными внутренними источниками тепла и достаточной гравитацией, чтобы их недра могли само-

118 Глава 6

стемы либо живут и саморегулируются , либо превращаются в мертвые миры. В самом деле, мы видели, что планеты и спутники, лишенные атмосферы, выглядят и "живут" совсем не так, как име-ющие ее. И даже в очень разреженной атмосфере Марса существу-ет масса интересных проявлений. То же касается и вулканической активности. Однако "мертвые" планеты не всегда были таковыми, они умерли, поэтому их можно назвать "умершими", но следы их жизни можно заметить по лавовым потокам и другим признакам.

стоятельно изменяться. Они испытывают удары соседей и нагрев солнечными лучами; их форма и состав поверхности изменяются, но все эти процессы - не более чем эволюция гальки под напором морской волны. Значительно более сложная эволюция, затрагиваю-щая весь объем тела и меняющая его исходную структуру и состав до неузнаваемости, протекает только у достаточно крупных тел, и их в геологическом смысле можно считать "живыми". Астрономы называют их планетами (имеются в виду малые планеты, такие как Церера). Понятно, что астероид и большую планету в плане возможности развиваться сравнивать трудно. Тем не менее между планетами, включая крупные спутники, разница в эволюции колоссальная. И речь идет далеко не только о Земле. У Венеры, например, как мы видели, поверхность обновляется, а у Меркурия - нет.

Глава 7. Общие эволюционно-

исторические процессы

-- фазы на планетах и телах Солнечной системы

7.1. Формирование планет и другие процессы

Говорить об общих фазах истории и эволюции планет с учетом различий в их составе, а также слабой изученности большинства планет и тел, конечно, можно только очень условно.

Формирование планет. Начнем с повторения того, о чем шла речь в книге "Большая история развития мира: история и эволюция Солнечной системы" (Гринин 2017). Как мы упоминали, согласно разным гипотезам, формирование первичной планетной системы могло занимать от нескольких миллионов лет (Элкинс-Тантон 2017: 95), то есть происходить довольно быстро по астрономиче-ским меркам, до 50 или даже 100 млн лет, когда, по представлени-ям ряда ученых, окончательно сформировались планеты земной группы (Лин 2008). В этот период имели место процессы столкно-вений будущих планет с крупными и средними планетезималями

-- очень крупными неудачными кандидатами в планеты (иногда их называют зародышами планет). Это был период ранней бомбарди-ровки (когда растущие планеты испытывали многочисленные уда-ры планетезималей), а также предполагаемых рядом гипотез ката-строф, включая столкновение Протоземли с крупным протопланет-ным телом, в результате чего образовалась Луна, а само столкнове-ние оказало влияние на процесс формирования Земли. Произошло это, согласно гипотезе, между 30 и 100 млн лет после формирова-ния Солнца, то есть примерно 4,5 млрд л. н. (Canup, Asphaug 2001: 708)⁶⁴.

-- Существует также красивая теория, предложенная еще в 1975 г. Уильямом Хартманном и Дональдом Дэвисом, согласно которой рядом с Протоземлей миллионы лет вращалась протопланета Тейя (Тея). В конце концов планеты столкнулись. Считается, что столкно-вение произошло почти по касательной и на относительно низкой скорости. Поэтому часть вещества земной мантии и Тейи были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков и сформировалась Луна, которая начала обращаться по круговому пути.

120 Глава 7

При этом относительно очередности образования планет также существует много гипотез, предполагающих, что они образовались одновременно либо неодновременно. Но среди тех, кто придержи-вается второй точки зрения, одни считают, что сначала образова-лись планеты земной группы, а потом гиганты, другие полагают, что земная группа образовалась последней. В настоящее время все больше исследователей приходят к выводу, что первым образовал-ся Юпитер, захватив наибольшее количество вещества, затем Са-турн и другие гиганты (Батыгин и др. 2016; Batygin, Brown 2016). Спутники сформировались либо одновременно с планетами, либо вскоре после них (но некоторые из них были захвачены гравитаци-ей существенно позже; таковы, в частности, спутники Марса).

Первичные кольца планет образовались на более позд-ней стадии формирования планет. В ближней к планете зоне приливные силы препятствовали возникновению спутников, остатки материи были собраны в небольшие тела (до ста метров). В дальнейшем гравитационное взаимодействие ко-лец и спутников привело к структурированию колец и сооб-щило им динамическую устойчивость (Холщевников 2012б: 321). Но пока не установлено время формирования главных, наиболее плотных и устойчивых колец из крупных частиц. Некоторые ученые считают, что главные кольца - реликто-вые образования, содержащие частицы многомиллиардолет-него возраста. Другие склоняются к тому, что продленный спутниками период полураспада кольца занимает менее миллиарда лет, мы наблюдаем пылевые комплексы, частицы которых значительно моложе планет и спутников (Там же).

Приведенные примеры показывают, что материал погибших объектов становится исходным или дополнительным материалом для формирования новых. Это знаменует круговорот вещества и энергии в природе и одновременно своего рода процесс передачи эволюционной эстафеты. Последняя обеспечивает возможность воспользоваться плодами длительных процессов, в частности накопления тяжелых элементов (Гринин 2013: 118, 140; об этом еще будет сказано в Главе 10). Мы также видели, как обогатилась Солнечная система различными тяжелыми элементами за счет остатков взрывов сверхновой (Гринин 2017), что свидетельствует

-- миграции вещества на огромных пространствах галактик и Все-ленной.

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 121

Кометы и планеты. Есть интересная точка зрения о важной роли комет в процессе формирования планет. Благодаря высокой температуре центральной части протопланетного облака летучие вещества уходили на его периферию, где конденсировались, обра-зуя вместе с пылью и более крупными частицами ядра комет. Когда протопланеты набрали достаточную массу, взаимодействие комет

-- ними, прежде всего с Протоюпитером, приводило к нескольким возможным сценариям, из которых наиболее существенны: 1) за-хват комет и поглощение их Юпитером; 2) ускорение в его поле тя-готения (естественный гравитационный маневр) и уход на очень далекие орбиты за пределами зоны планет; 3) ускорение и после-дующий уход из Солнечной системы; 4) отклонение траектории кометы во внутреннюю часть планетной системы и возможное столкновение ее с Землей или другой планетой. Кометы, которые развивались по второму сценарию, образовали огромный сфериче-ский клубок, "облако Оорта", в котором сосредоточено 10¹²- 10¹³ комет (то есть триллионы комет!), обращающихся вокруг Солнца на расстоянии от 3000 до 160 000 а. е., что составляет 2 световых года или половину расстояния до ближайших звезд (Ксанфомалити 1997: 243).

-- отношении комет, которым выпал последний вариант, есть версии, что они сыграли важную роль в жизни Земли (и в какой-то мере других планет). Так как Земля формировалась из сухого мате-риала, именно кометы принесли на нее основные запасы воды, то есть существуют предположения, что именно им мы обязаны кра-сотой земных морей, океанов, озер и рек (Там же; см. также: Зеле-ный и др. 2009: 131). Насколько это соответствует истине, сказать сложно. Однако это не является невероятным. В частности, извест-но, что благодаря кометам возникли ледники на Меркурии (плане-те, ближайшей к Солнцу!), который получил из комет триллионы тонн снега (Язев 2018: 51). Мало того, лед обнаружен и на Север-ном полюсе Луны, в кратерах (Сиротин, Лебедев 2001: 22; Hart-mann 1997), причем, по некоторым оценкам, там находится не меньше 600 млн метрических тонн водяного льда (NASA... n.d.).

Это очень интересный пример накопления вещества путем, так сказать, "импорта". Он подтверждает, что имел и продолжает иметь место обмен вещества между разными и весьма отдаленны-ми частями Солнечной системы. Действует он на всех планетах.

122 Глава 7

-- свое время мы писали, что круговорот вещества в природе и в космосе идет на всех уровнях - как пространственных, так и эво-люционных. Пример с кометами хорошо иллюстрирует это. При-том видно, что кометы - не непонятные в смысле системности Солнечной системы и ее эволюции элементы, они играют опреде-ленную роль в обмене веществ в рамках Солнечной системы и да-же между нею и космосом, а значит, и с другими звездными систе-мами, вносят свой вклад в эволюцию.

Кометы, возможно, играли очень важную роль и в про-исхождении атмосферы Земли. На начальных этапах наша планета была слишком горяча и потеряла значительную часть летучих веществ, включая воду. И только постепенно,

-- результате взаимодействия с кометами и планетезималями с высоким содержанием льда, которые попадали на Землю или входили в ее состав, она вновь обрела атмосферу и оке-ан. По некоторым оценкам, общая масса летучих, попавших на Землю из зоны питания планет-гигантов, в которой воды было много, составила 2 в 10²⁴ г (Зеленый и др. 2009: 1131). Для сравнения, масса земных океанов примерно 1,45 в 10²⁴ г; то есть масса принесенных летучих веществ была в полтора раза больше нынешней массы земных океанов.

Кроме того, данный пример иллюстрирует, что для совершения (или завершения) важного эволюционного процесса (в данном слу-чае - формирования гидросферы) необходимы разнородные ком-поненты. Мы, в частности, говорили о правиле необходимой разно-родности компонентов в системе. Для функционирования систе-мы необходима соответствующая степень разнородности компо-нентов (например, архаичных и продвинутых, старых и молодых

-- т. п.), которые создают нужный баланс, но в то же время требуют определенного сосуществования и компромисса в системе.

7.2. Общее представление о фазах эволюции планет

Даже если формирование планет заняло несколько десятков мил-лионов лет, то примерно с 4,5 млрд л. н. (плюс-минус 20-30 млн лет) в ранней Солнечной системе уже имелась система первичных планет. Далее можно выделить несколько крупных периодов эво-люции Солнечной системы, что мы и сделали, опираясь на извест-ные нам научные данные, но исходя из собственного понимания

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 123

процессов. Однако это выделение весьма условно с учетом того, что данные имеются только по меньшинству планет, а также то-го, что в связи с новыми фактами предшествующие выводы значи-тельно меняются. Помимо этого, обобщения в основном делались на основе фактов по истории твердых планет, поскольку об эволю-ции газовых планет известно совсем мало.

Фаза 1. Длительность: примерно 400 млн лет или более,

-- 4,52 млрд л. н. до 4,1-4,0 млрд л. н. Этот период остается наибо-лее темным и спорным. На Земле это в основном так называемый катархейский эон, длившийся с 4560 млрд л. н. до 4000 млрд л. н., породы из которого неизвестны, поскольку не сохранились⁶⁵. Что касается других планет, то и на них сохранились лишь какие-то по-граничные по времени со следующей фазой породы возрастом мак-симум до 4,1-4,2 млрд л. н. Но на Луне, к счастью, обнаружены и более ранние породы (4,3 млрд л. н. или даже более ранние; см. ниже). Однако на Земле, как мы увидим в Главе 11, именно в этот период шла активная химическая эволюция. Вероятно, в какой-то мере химическая эволюция происходила и на других планетах. Она имела характер геохимической (планетохимической), когда форми-ровались минералы, окислялись и восстанавливались породы, про-текали различные крупномасштабные процессы формирования, пе-реноса и трансформации вещества.

Фаза 2. Длительность: примерно 300-400 млн лет, с 4,1- 4 млрд л. н. до 3,8 млрд л. н. Эта фаза связана с периодом так назы-

ваемой Поздней тяжелой бомбардировки, точнее, основной ее ча-

сти (иногда обозначаемой как лунная фаза 0; см. далее). Следы этой бомбардировки в виде гигантских кратеров остались на всех планетах земной группы, но особенно много их на Меркурии и Луне. В этот же период формировались структуры и породы, часть из которых просуществовали до наших дней. На безатмо-сферных планетах (таких как Луна и Меркурий) доля этих структур довольно заметная, на Венере их не обнаружено, на Земле если они

-- По этому поводу высказывается множество предположений. Приведем одно из них. По-скольку в самом начале архея уже возникли осадочные породы, следует полагать, что в катархее происходил активный вулканизм, приведший к образованию первичных атмо-сферы, океана (к началу архея имевшего глубину и объем, по самой грубой оценке, впяте-ро меньше современных) и земной коры (вероятно, похожей на современную океанскую

[Монин 1980: гл. 2]).

124 Глава 7

-- остались, то как исключение⁶⁶. Для этой фазы важно отметить, что на временной шкале преобразований ряда планетных тел, не-смотря на различия объектов в их массе, существенные изменения приходятся на один и тот же период (около 4 млрд л. н.) и связаны с вулканизмом (Пугачева, Шевченко 2015: 208). Предполагается, что ударная энергия, которая выделялась при таких импактных со-бытиях, была огромной, что вызывало мощные вулканические из-вержения. В отношении датировок и характеристик этой фазы не-сколько больше согласия, чем для первой, но также существуют расхождения и различные гипотезы. Везде эти периоды были свя-заны с формированием атмосфер, но некоторые тела, такие как Лу-на, быстро их утратили. На Земле и на Марсе, а возможно, и на Ве-нере, формировалась гидросфера, в том числе океаны. Уже на этой фазе обозначается очень сильная диверсификация в истории планет (в частности, на Земле происходит быстрое развитие химической эволюции, абиогенной, то есть на уровне довольно сложных орга-нических веществ, и уже обнаружены следы жизни, наиболее древ-ние - в период и сразу после Поздней тяжелой бомбардировки). На Земле это конец периода позднего катархея и ранний архей (катар-хей: 4560-4000 млрд л. н.; архей - 4000-2500 млрд л. н., этой фазе соответствует геологическая эра эоархея - 4000-3600 млрд л. н.). На этой фазе (а по убеждению других исследователей, уже на са-мой первой фазе) происходит дифференциация вещества и форми-рования структур планет: ядро - мантия - кора. Но кора еще весьма непрочная, затем она заменяется.

Фаза 3. Длительность: примерно 800-1000 млн лет, с 3,8 млрд до 3-2,8 млрд л. н. Поскольку этот период известен лучше, здесь гораздо легче прослеживаются вариации по длительности на раз-ных телах. Так, на Луне этот период датируется примерно до 3-3,16 млрд л. н. На Земле это почти весь так называемый архей-ский эон, кроме последнего его периода - неоархея (который длил-ся с 2,8 до 2,5 млрд л. н.). От этого длительного периода осталось уже значимое число следов и остатков древнего рельефа. Так, на

-- Ранее считалось, что первые осадочные породы на земле имеют возраст 3,8 млрд лет. Они найдены в Гренландии (Хаин и др. 1997: 428; Head, Solomon 1981: 70). Но затем были об-наружены и более древние породы возрастом 4 млрд лет, в частности, на западе Канадско-го щита, так называемые гнейсы Акаста (Хаин, Короновский 2007: 121).

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 125

Марсе это первая половина так называемого гесперийского перио-да (см. далее). Этот период можно назвать периодом активного вулканизма, формирования вторичного рельефа (соответственно, вторичной коры) и климата, которые позже в основном изменились (см. далее). На Земле (и на Марсе) это период активного развития гидросферы. Относительно дифференциации вещества и формиро-вания ядер планет существует много разных мнений. У некоторых планет, как у Меркурия и Луны, в этот период ядра застывают, со-ответственно, внутренняя энергия исчезает. В отношении Земли, как мы увидим ниже, мнения серьезно расходятся. Но все согласны

-- том, что в этот период ядро Земли оказывается сформированным. На Земле также в данный период сформировался механизм текто-ники плит, который более нигде не обнаружен, то есть является уникальным в Солнечной системе. Это означало, что и кора Земли также оказалась сформированной.

Фаза 4. Длительность: 1,8 млрд лет, с 2,8 млрд л. н. до 1 млрд л. н. Период окончательного расхождения эволюционных "доро-жек". На Меркурии и Луне вулканическая активность в основном прекращается (на первом 3 млрд л. н., на второй - 2,5 млрд л. н.). Зато на Земле развиваются тектоника плит и кислородная атмосфе-ра, появляются новые формы жизни (формируется третичная кора; вероятно, она же формируется и на Венере).

Фаза 5. Длительность: 1 млрд лет, с 1 млрд л. н. до современ-

ности. Это современный период, о котором свидетельствует до-вольно много фактических следов на разных планетах (Венера, Марс).

Ниже мы дадим описание этим периодам, приведем некоторые наиболее интересные относящиеся к ним факты (остальные факты приведены в Приложении 2).

7.3. Фаза 1. Первый период истории Солнечной системы и планетных тел (с 4,52 до 4,1/4,0 млрд л. н.)

7.3.1. Общая характеристика

Как уже было сказано, это наиболее темный период, о котором имеются в основном гипотезы, хотя отдельные фактические свиде-тельства постепенно накапливаются. Считается, что светимость

126 Глава 7

Солнца в этот период была ниже, чем в последующие эпохи. Мо-лодое Солнце в начале своей жизни было на 30 % менее ярким, но постепенно светимость его росла (см. об этом ниже). В отношении отдельных планет (Земли, Луны, Меркурия и других) в рамках это-го периода выделяются подфазы (см. далее). В принципе большин-ство исследователей согласны (хотя в очень значительных деталях

-- датировках имеется множество расхождений), что в этот период проходили такие процессы:

а) как набирание массы планет и планетных тел, хотя послед-ние доли процента они набрали уже позже (в период Поздней тя-желой бомбардировки, см. ниже);

б) изменения вещества (его физических и химических свойств) вследствие гравитации, ударных влияний, термоядерного распада, химической эволюции и других процессов;

в) первичная дифференциация вещества и формирование пер-вичной структуры (образование ядер, мантий и др.);

г) появление первичной коры и формирование первичного ре-льефа под влиянием ударной энергии, расплавления вещества и ра-зогрева и др.;

д) появление и изменение первичных атмосфер, воды в разном агрегатном состоянии и пр.;

е) также существует привлекающая все больше сторонников гипотеза о смене орбит большинства планет именно в этот период

(см.: Гринин 2017: гл. 7, 8);

ж) есть предположения, что в этот период на силикатных пла-нетах и планетных телах происходили довольно активные (а ме-стами очень активные) вулканические процессы, о чем свидетель-ствуют особые породы (анортозиты)⁶⁷.

Но все это были первичные процессы, которые в последующие эпохи раз за разом сменялись другими процессами, изменявшими поверхности, пока планеты, их структурные части и кора не до-

стигли зрелости либо не застыли в развитии, превратившись в мертвые тела. Именно поэтому сохранилось мало следов данной

-- И даже есть идеи, что огромные объемы магм на планетах возникли уже при их образова-нии и не связаны с поздними процессами частичного плавления, как обычно предполага-ется. Так, высказываются предположения, что в скором времени после образования пла-нет появились магматические океаны, на Луне глубиной около 1000 км, на Земле - 250 км. А первичная кора, в частности на Луне, формировалась в результате всплывания опреде-ленных пород в магматическом океане (Шкодзинский 2017: 11).

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 127

фазы и, соответственно, очень сложно реконструировать процессы этого отдаленного времени.

Здесь уместно вспомнить правило архаичности первичных си-стем. Системы не формируются зрелыми, для обретения зрелости

-- устойчивости им обычно требуется несколько реконфигураций, в том числе циклов разрушения и нового формирования. Поэтому первичные системы не сохраняются. Они обычно являются весьма несовершенными и архаичными, а более совершенные образуются уже как вторичные или третичные. И это касается не только биоло-гических или социальных систем, но и первичных планет или звезд. Более поздние системы имеют больше возможностей для са-морегулирования, в то время как ранняя эпоха формирования часто бывает довольно бурной.

-- целом ранняя стадия часто очень непохожа на другие. Но в данном случае она особенно непохожа на поздние на Земле, в меньшей степени различия прослеживаются для Марса, в еще меньшей - для Меркурия и Луны.

Для этой фазы также был особенно характерен катастрофизм (см. подробнее: Гринин 2017; см. далее), хотя он присутствует на всех стадиях.

7.3.2. Дифференциация вещества планет и формирование структуры

Было ли расплавление планет? Относительно температурного состояния планет (особенно силикатных) в ранний период, а равно энергетических источников, которые влияли на это, мнения иссле-дователей диаметрально противоположные. Продолжает существо-вать версия о том, что планеты были в основном холодными,

-- разогрелись внутри за счет дифференциации вещества и радиоак-тивных элементов, хотя сторонников у нее становится все меньше, особенно в отношении состояния Земли (см. о недостатках этой точки зрения: Кузнецов б. г.). Распространена точка зрения, со-гласно которой в этот период все планеты земной группы пережи-ли фазу расплавления, что предполагает сплошное расплавление их внешних сфер или даже полное расплавление планетного вещества, то есть речь идет об огненных планетах. По мнению некоторых планетологов, этот этап соответствовал концу фазы аккреции, ко-гда на планеты выпадало наибольшее количество самых крупных

128 Глава 7

метеорных тел - планетезималей и выделялось огромное количе-ство тепловой энергии (Тебиева 2015: 194). Они считают, что фаза расплавления внешней сферы была впервые установлена для Луны, где формирующие поверхность породы сплошь магматические; изучение Меркурия и Марса также дает основание считать, что фа-зу расплавления прошли и другие планеты земной группы. Для Земли (и в еще большей степени для Венеры. - Л. Г.) можно гово-рить только о реконструкции по аналогии с этими планетами (Те-биева 2015: 194).

Существует промежуточная точка зрения (по крайней мере,

-- отношении Земли), которая заключается в том, что наша планета не была никогда ни "огненно-жидкой", ни "холодной".

Нагреваемая ударами падающих тел растущая планета временами имеет гигантские очаги расплавов - высокотем-пературные пятна на общем фоне субсолидусных темпера-тур. В этих подземных гигантских, но все же локальных мо-рях магмы должна происходить дифференциация. При опре-деленных условиях, описываемых критерием "теплового взрыва", энергии гравитационной дифференциации стано-вится достаточно, чтобы эта дифференциация перешла в гло-бальную (Адушкин и др. 2008: 286-287; Витязев и др. 1990; Витязев, Печерникова 1996).

Вопрос о состоянии планет напрямую связан с очень важными процессами и их скоростью: дифференциацией вещества на плане-тах, образованием на них первичной коры, формированием ядер

-- мантий, энергетическими процессами (в частности, величиной отдаваемого потока энергии) и др.

Остывание и образование первичной коры. Если исходить из расплавленного состояния (по крайней мере поверхности пер-вичных планет), то остывание данных поверхностей и связанные

с этим переход поверхности из жидкого состояния в твердое,

-- также образование коры произошли уже в рассматриваемый пе-риод или на рубеже со следующим периодом. Об этом свидетель-ствует, в частности, возраст формирующих поверхность Луны пер-вичных пород - более 4,3 (до 4,5) млрд лет (Тебиева 2015: 194; см. также: Сиротин 2009: 50 и др.). Они оказались магматическими (анортозитами), то есть образовавшимися в результате застывания и кристаллизации магматического расплава. При этом расплавлен-

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 129

ные в раннюю стадию первичные поверхностные породы имеют сплошное распространение на Луне (Тебиева 2015: 195). Возмож-но, расплавленная внешняя кора Луны застыла около 4,3 млрд л. н., когда последний остаток системы первоначальной магмы раскри-сталлизовался (Сиротин 2009: 55)⁶⁸. Неудивительно, что исследо-вания лунных образцов в проблеме становления ранней коры на планетном теле, как полагают, играют определяющую роль (Жар-ков 2013: 335)⁶⁹. Есть гипотезы, что и первичная кора Земли обра-зовалась примерно в это же время, а именно 4,45-4,35 млрд л. н. (Сиротин, Лебедев 2001; Сиротин 2010). А уже через 100 млн лет образовалась вторичная кора.

Правда, существуют и иные, малораспространенные мнения, что кора на Земле образовалась поздно. Вследствие большого размера и длительного остывания Земли затверде-вание верхней части ее океана магмы происходило относи-тельно поздно. Поэтому последние крупные тела протопла-нетного диска во время захватившей все планеты гигантской метеоритной бомбардировки 4,5-3,8 млрд л. н. выпадали на еще покрытую расплавом поверхность, на которой импакт-ные кратеры не могли возникать . Это объясняет казавшееся загадочным отсутствие на Земле следов той бомбардировки и пород древнее 4 млрд лет (Шкодзинский 2017: 11).

Наличие таких же пород на Меркурии и Марсе может свиде-тельствовать о том, что эти планеты также пережили фазу расплав-ления. Лишь для Земли никаких конкретных данных о ранних фа-зах ее развития нет. И чтобы выявить ее раннюю историю, прихо-дится пользоваться сравнительными данными по другим планетам, хотя есть сообщения (но не вполне достоверные) о найденных

-- Есть мнение, что кора на Луне образовалась еще раньше, сформировалась там в течение первых 100 млн лет, а затем эволюционировала под влиянием ударных и магматических процессов. По геологическим и космическим масштабам времени выплавление ранней лунной коры произошло очень быстро и датируется возрастом 4460 в 10⁹ лет (то есть 100 млн лет после образования Солнечной системы), определенным уран-свинцовым ме-тодом (Жарков 2013: 353).

-- Если раньше геологическая история Земли могла быть определенным ориентиром для предположения о геологическом развитии других планет (в какой-то степени это справед-ливо до сих пор), то теперь понятая ранняя геологическая история Луны и других планет дает шанс понять ранние стадии развития Земли, от которых практически не осталось сле-дов (хотя постепенно какие-то следы обнаруживаются).

130 Глава 7

-- Австралии и на севере Канады породах возрастом более 4 млрд лет (4,27-4,28 млрд лет [Наймарк 2008]).

Вопрос о датировках, как всегда, вызывает споры, но, по неко-торым предположениям, около 4 млрд л. н. первый этап геологиче-

ского развития силикатных планет завершился формированием первичных анортозитовых кор (то есть магматического происхож-дения) с рельефом, сформированным мощными ударными процес-сами и первичным магматизмом (Евсюков 1997: 48). Вполне оче-видно, что лавовые излияния происходили одновременно с форми-рованием поверхностей, которые кратерировались ударными про-цессами. Таким образом, в недрах планет уже имелись резервуары расплавленной лавы, вопрос в том, каковы были источники энер-гии (тепла) для них (Ксанфомалити 2012б: 123). Соответственно, если температура внешнего слоя была намного выше сегодняшней, то и магматизм был на порядок выше, чем в настоящий момент.

Первичная кора намного лучше сохранилась на Луне и Мерку-рии. На Марсе около половины поверхности позже было преобра-зовано эндогенными процессами. На Земле эта кора была прео-бразована полностью (Евсюков 1997: 48). Но и сегодня здесь есть кратеры, которые имеют возраст около 2 млрд лет (Язев 2018: 157).

Образование коры было исключительно важным рубежом, так как это изменило обмен энергией с окружающей средой и создало условия для дальнейшей эволюции. Неудивительно, что проблема становления ранней коры на планетном теле является фундамен-тальным вопросом современной науки (Жарков 2013: 335).

Кора всех планет земной группы, как мы уже видели, может быть подразделена на континентальную, океаническую и переход-ную. Однако существуют разные мнения по поводу того, когда произошло такое разделение, уже в первичной коре или позднее⁷⁰. Тем не менее вполне вероятно, что эта асимметрия - антиподаль-ность - сложилась в самой первой фазе.

Дифференциация вещества, образование ядер и мантий.

Образование крупных планетных тел вело к тому, что они прини-мали форму шара (с теми или иными отклонениями, которые во

⁷⁰ Земная континентальная кора явилась результатом преобразования базальтовой коры (возможно, последняя уже была вторичной) под действием гидросферы, атмосферы и био-сферы в осадочные породы, а затем в породы типа гнейсов. На Земле этот процесс был довольно долгим, он протекал в период 3,8-2,5 млрд л. н. (Евсюков 1997: 48).

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 131

многом зависели от состава планет и скорости вращения). Гравита-ция и после этого продолжала делать свою работу, но теперь в ре-зультате нее происходит дифференциация вещества, то есть более тяжелые вещества опускаются к центру, а более легкие - поднима-ются. Таким образом начиналась геологическая история планет, которая включала гравитационную и геохимическую дифференци-ацию (Ксанфомалити 1997: 17). В результате дифференциации воз-никла модель строения планет, состоящая из ядра, мантии и коры. Ядро и мантия в современной Земле составляют 99,5 % по массе вещества и не менее по энергетике (Адушкин и др. 2008: 285). Но даже в рамках одной группы планет много вариаций как в размере этих частей, так и в веществе, которое их образует (мы это отмеча-ли в Главе 3).

Представление о разделении вещества на более и менее тяже-лое и образовании в результате этого структур планет (в частности, ядра и мантий) уже на ранней фазе достаточно общепринято. А не-которые считают, что этот процесс начался уже в период образова-ния зародышей планет (см. ниже; об этом шла речь также в: Гри-нин 2017: гл. 5, 6; см.: Сиротин, Лебедев 2001: табл. 1). Поскольку сам факт дифференциации планет на оболочки доказан и не вызы-вает сомнения, а в течение всего последующего времени за фазой расплавления не было благоприятных условий для такого расслое-ния недр, следовательно, оно произошло в этой же ранней фазе (Тебиева 2015: 195).

Общий процесс дифференциации вещества внутри пла-нет (по крайней мере, земной группы) таков. В начальном конгломерате, составляющем протопланету, присутствовали различные частицы - тяжелые (железо и никель) и более легкие (силикаты). Сила тяготения приводит к постепенному просачиванию тяжелых частиц к центру масс будущей пла-неты и вытеснению к поверхности легких частиц. В резуль-тате процесса дифференциации, а также нарастающего к цен-тру давления плотность планеты оказывается неоднородной: в недрах концентрируется плотное металлическое ядро,

-- наиболее легкие породы формируют наружные слои (Язев 2011: 47-8). Соответственно, недра планет становятся очень горячими.

Но некоторые существенно иначе представляют процес-сы формирования оболочек планеты. Например, В. С. Шкод-

132 Глава 7

зинский считает, что ядра планет образовались уже в про-цессе аккреции последних. Он, в частности, полагает, что ядра планет сформировались даже раньше, чем их мантии. За счет того, что планеты подвергались мощным ударам крупных падающих тел, температура их поверхности была высокой - 800-3500 ®С, планеты были огненными. Из этого Шкодзинский делает вывод, что температура в мантии на ранней стадии существования Земли и планет земной группы уменьшалась с глубиной, а не возрастала, как обычно пред-полагается. В самых верхних частях планет существовали глобальные океаны магмы. Относительно холодный и плот-ный нижнемантийный материал не мог всплывать в менее плотное и горячее вещество верхних мантий. Аккреция пла-нет была гетерогенной, а не гомогенной, как обычно предпо-лагается. Быстрое слипание в протопланетном диске намаг-ниченных железных частиц привело к аккреции ядер планет из крупных глыб железа. Таким образом, железные ядра планет образовались раньше, чем силикатные мантии. Это объясняет существование скачка температуры на современной границе земного ядра и мантии примерно в 1000-2000 ®С. Поэтому нижние мантии планет земной группы подогрева-лись изначально горячими ядрами. Верхние же мантии и су-ществовавшие на них магматические океаны охлаждались

-- результате излучения в космическое пространство (Шкод-

зинский 2017: 13-14).

Сама дифференциация, ее скорость и полнота зависят от ряда факторов: температуры вещества, особенностей вещества, процесса конвекции вещества и других. Поэтому вопрос о том, были ли пла-неты горячими или холодными, продолжает оставаться одним из самых важных. Также крайне важным является вопрос об источни-ках энергии, которые имели планеты. Эти проблемы остро дебати-руются среди геологов, но, полагаем, они могут быть решены толь-ко на более широком - планетологическом - уровне. С другой сто-роны, исследование Земли дает ключ к пониманию процессов на разных планетах.

Есть авторы (вероятно, это мнение преобладает), кото-рые полагают, что ядро Земли было сформировано уже в са-мые первые сотни миллионов лет (и хотя процессы диффе-ренциации вещества идут все время, их роль уже иная). Можно привести следующие мнения. После формирования

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 133

большей части ядра (около 95 %) в течение первых 100 млн лет жизни Земли оно продолжало медленно расти, но уже за счет диспропорционирования FeO мантии согласно реакции: 3Fе2+0 (мантия) - Fe0 (ядро) Fе3 +203 (мантия). Вторая ста-дия продолжалась последующие 150-300 млн лет и при фа-зовых превращениях мантии, сопряженных с восходящими течениями ее вещества (Кадик 2008: 368). За первые 100 млн лет Земля набрала 90 % своей массы, в следующие 100 млн лет частота столкновений сократилась, шла первичная диффе-ренциация Земли, за третьи 100 млн лет на Землю выпали массы, сравнимые с корой (по объему или массе); каменные метеориты, содержащие воду (1 % их массы), привнесли не-обходимую массу воды и летучих веществ, из которых сформировались океан и новая атмосфера. Земля набирала 0,999 % своей массы (Язев 2018: 320; см. также: Адушкин, Витязев 2007: 398).

Те, кто придерживается концепции холодных планет,

-- частности Земли, говорят о длительном процессе формиро-вания структуры. По их мнению, процесс формирования земного ядра растянулся приблизительно на 1,5 млрд лет (от 4 до 2,6 млрд л. н.), поскольку прогрев относительно холод-ного вещества молодой Земли развивается достаточно мед-ленно (Сорохтин, Ушаков 2002: 100).

Таким образом, относительно Земли до сих пор остается актуальным замечание (Флоренский и др. 1981), что общий уровень геологических знаний о первой половине истории Земли не позволяет сделать надежного вывода, так как оставляет слишком много места для произвольной экстрапо-ляции. Поэтому как гипотеза, что оболочки Земли сложились

-- основном в догеологический период, а в последующее время происходила лишь незначительная перестройка этих оболочек, так и гипотезы, что первично-гомогенная Земля постоянно, вплоть до настоящего времени, перестраивается с непрерывным наращиванием коры, а кажущееся постоянство условий связано лишь с недостаточной чувствительностью методов наблюдения, имеют аргументы как за, так и против.

Относительно Меркурия также существуют разные мне-ния. Так, В. В. Адушкин и др. (2008: 286) утверждают, что он тоже прошел раннюю дифференциацию. А дифференциация Марса - образование ядра и выделение коры - произошла

-- течение первых 100 млн лет (Там же: 285). Но есть предпо-ложения, что формирование обширного железного ядра Мер-

134 Глава 7

курия заняло 1,5 млрд лет, примерно с 4,5-3 млрд л. н.

(Евсюков 1997: 48).

По-видимому, первичные процессы дифференциации на Земле, Луне, Марсе, Меркурии все же прошли уже в первые 100-400 млн лет. И ударные процессы помогали этому, давая дополнительную энергию. Но то, что на Луне и Марсе эти процессы не завершились полностью, как на Земле и Меркурии (см. ниже), свидетельствует

-- том, что первичная дифференциация была далеко не полной.

-- целом многие планетологи и астрофизики придерживаются мнения, что первичная дифференциация на ядро и мантию произо-шла у планет (по крайней мере, земной группы и, видимо, силикат-ных спутников крупных планет) достаточно рано, возможно, в пер-вые 100 млн лет. В целом предполагается высокая скорость, с ко-торой по крайней мере часть планетных тел прошли гравитаци-онную дифференциацию, разделившую легкие и тяжелые компо-ненты.

Особенности дифференциации. Дифференциация вещества

-- формирование оболочек планет, естественно, происходили и на газовых (которые стали газово-жидкими), и на ледяных планетах (но там, возможно, дифференциация шла более медленно). Такое строение (ядро - мантия - кора), как мы видели, встречается и у малых планет, и у крупных спутников. Однако вариативность здесь очень велика, и некоторые случаи мы рассмотрим подробнее.

Существует мнение, что аккреционная энергия и после-дующий радиоактивный нагрев сыграли решающую роль

-- дифференциации Европы и Ганимеда, в результате чего произошла сепарация льда, скального материала и металли-ческого сплава. Дифференцированные спутники - Европа и Ганимед - состоят из водно-ледяной оболочки мощностью 120-140 км для Европы и 800-900 км для Ганимеда, сухой силикатной мантии и железо-сульфидного ядра. Каллисто - частично дифференцированный спутник. Модель Каллисто с внутренним океаном состоит из ледяной коры, подледного океана, каменно-ледяной мантии из смеси льдов и скального материала и центрального железокаменного ядра, не содер-жащего льда (Кусков и др. 2009: 514).

Дифференциация вещества и формирование оболочек планет имели существенные особенности и на планетах земной группы.

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 135

Они зависят от множества вещей: расстояния от Солнца, темпера-туры, первоначального состава вещества. Повышение плотности вещества по мере движения к центру также наблюдается не всегда. Например, на Луне обнаружена неоднородность распределения масс в ее коре. Появилось новое понятие - "масконы". Оказалось, что внешние слои Луны до глубины нескольких сотен километров неоднородны. Масконы проявляют себя неоднородностями и в об-щем поле тяготения. Кроме того, если на Земле плотность оболоч-ки (коры и мантии) в 2-3 раза меньше, чем во внутреннем ядре, то весь материал Луны имеет плотность, близкую к средней, - 3,33 г/см³. Таким образом, если Луна и имеет ядро, оно очень ма-ленькое, причем, по некоторым данным, имеет неправильную фор-му (Ксанфомалити 1997: 24-26).

-- Марса, возможно, по каким-либо причинам не произошел полностью процесс гравитационной дифференциации, то есть раз-деление на железные и силикатные компоненты, которое приводит

-- образованию плотного металлического ядра и сравнительно лег-ких каменных поверхностных оболочек. Дело в том, что железа на поверхности очень много. Важный показатель, свидетельствующий о существовании железного ядра у планеты, - наличие у нее маг-нитного поля. У Марса слабое глобальное магнитное поле. Есть локальные магнитные поля, что тем более затрудняет создание тео-рии магнетизма этой планеты, которой пока не существует (Язев 2011: 48; 129). Таким образом, образование ядер происходило не-одинаково и не везде (Ксанфомалити 2012а: 129).

7.3.3 Изменение орбит планет

Как мы уже упоминали (Гринин 2017), процесс обретения плане-тами своих постоянных орбит был достаточно длительным. В це-лом он совпал с первой фазой, но, по некоторым гипотезам, даже вышел за ее пределы. Он занял несколько сотен миллионов лет. Так, например, по одной из гипотез, Юпитер и Сатурн вошли в ре-зонанс (около 700-600 млн лет от начала формирования Солнечной системы), что создало мощнейшее влияние на Солнечную систему. Последняя вошла в гравитационное возбуждение, а это привело

-- тому, что Нептун и Уран поменялись местами и орбитами, так как ранее Уран находился дальше Нептуна. После этого (около

136 Глава 7

3850-3750 млн л. н.) планеты закрепились на своих орбитах (о сме-нах орбит см. также: Емельяненко 2011).

-- некоторых гипотезах, связанных с переменой орбит пла-

нет. Уран не только обменялся орбитами с Нептуном, но и приоб-рел необычный наклон оси вращения. Существует гипотеза, что современное "лежачее" положение Урана, ось вращения которого наклонена к эклиптике на 98®, по-видимому, является результатом столкновения с достаточно крупным телом (Шевченко 2014)⁷¹. Ес-ли это так, то подобное столкновение (как и другие гипотетические столкновения, которых придумано довольно много), скорее всего, могло произойти только в ранний период. Что касается Нептуна, то для него тоже придумано немало гипотез. По одной из них Тритон является карликовой планетой, захваченной Нептуном из пояса Койпера (Сиротин 2009: 253), по другой - Нептун захватил круп-ное тело, которое столкнулось на орбите с массивным спутником,

-- результате чего обломки получили неожиданные орбиты (Там же: 252-253).

Вообще идея о необратимости каких-либо характеристик, например, орбиты, наклона оси и т. п., приобретенных в результа-те воздействий (приливных, ударных и иных явлений), требует осмысления на эволюционном уровне, это, очевидно, представляет собой паттерн или правило необратимости приобретенных свойств.

Одной из интереснейших проблем, связанных с Плуто-ном, является гипотеза, выдвинутая английским теоретиком Р. Литтлтоном, согласно которой планета является бывшим спутником Нептуна. Предполагалось, что Плутон покинул окрестности Нептуна после сближения ("столкновения")

-- Тритоном. В результате этого столкновения Плутон был выброшен на свою чрезвычайно эксцентрическую и наклон-ную орбиту, а орбита Тритона также претерпела существен-ное изменение - из экваториальной она стала сильно накло-ненной, движение по ней Тритона стало обратным. Гипотеза Литтлтона предполагает, что физические свойства Плутона и Тритона должны быть близки, так как они образовались

-- Наклон оси вращения - угол отклонения оси вращения небесного тела от перпендикуляра

-- плоскости его орбиты. Другими словами, угол между плоскостями экватора небесного тела и его орбиты. При этом Меркурий и Юпитер, действительно, более или менее верти-кальны, Земля, Марс, Сатурн и Нептун наклонены под углом примерно в 25®, а Уран - в 98®. В целом наклон осей вращения планет представляется довольно хаотическим

(Алексеев 2019: 228).

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 137

рядом, у одной и той же планеты. Это обстоятельство можно проверить только с помощью космических исследований, когда будут получены более детальные данные об этих те-лах. Пока все это остается интереснейшей гипотезой. Откры-тие спутников у Плутона делает указанную гипотезу, вообще говоря, менее правдоподобной, и вопрос о происхождении странной двойной системы - Плутона и его спутника - на периферии Солнечной системы пока остается без ответа (Жарков 2013: 325).

7.4. Фаза 2. С 4,1/4 - млрд л. н. до 3,8 млрд л. н. Эпоха Поздней тяжелой бомбардировки

Изменение орбит Юпитера и Сатурна, вхождение их в резонанс

-- перемена орбиты Нептуна, вероятно, усилили процесс так назы-ваемой Поздней эпохи тяжелой бомбардировки и продлили ее

(Bottke et al. 2012; Gomes et al. 2005; Early... 2012). В частности,

существует гипотеза, что Нептун, погрузившись в афелии в пояс Койпера, изменил орбиты и направления многих ледяных тел, ко-торые устремились во внутреннюю часть Солнечной системы, что

-- составило основу Поздней тяжелой бомбардировки (Язев 2018: 314). Косвенным доказательством этого является предположение, что сейчас в поясе Койпера остался только 1 % от того количества ледяных тел, что было изначально (Там же: 315). Но есть и обрат-ные предположения: что объекты пояса Койпера сформировались во внутренней части Солнечной системы и вброшены в наблюдае-мую зону мигрирующим Нептуном во время этапа нахождения этой планеты на орбите с большим эксцентриситетом (Емельянен-

ко 2010: 30).

Поздняя эпоха тяжелой бомбардировки - это важный период в истории Солнечной системы, когда на каменистые планеты вы-пало огромное количество метеоритных осадков в результате вы-шеуказанных событий. Эту эпоху иногда называют лунной⁷². Не-

-- Поскольку следы падения астероидов в виде кратеров впервые были изучены на Луне, где ударные кратерные формы составляют основной элемент рельефа. "Все планеты внутрен-ней группы, в том числе и Земля, пережили "лунную" фазу, обусловленную метеоритной бомбардировкой, являющейся в то время господствующим рельефообразующим процес-сом. Ударные кратерные формы составляли основной элемент лунного рельефа. Другими словами, в то время поверхность каждой планеты напоминала современный рельеф по-верхности Луны, откуда и произошло название фазы" (Тебиева 2015: 196). Попутно отме-тим, что далеко не все кратеры на Луне оставлены именно в этот период, большинство

138 Глава 7

редко даже говорят, что для первых сотен миллионов лет в истории Солнечной системы решающим фактором формирования планет

-- спутников была астероидная и кометная бомбардировка (Шев-ченко 2014; Тебиева 2015).

Следы Поздней тяжелой бомбардировки хорошо изучены на Луне, также они подтверждены на Меркурии и Марсе (см., напри-мер: Бережной, Сурдин 2012; Ксанфомалити 2012б; 2012е; Кац

-- др. 1984). Эти астероиды формировали рельеф, разогревали пла-неты и небесные тела, создавали новые минералы (как реголит на Луне и Меркурии). Обычно считается, что эпоха Поздней тяжелой бомбардировки длилась 300 млн лет (примерно с 4,1 млрд л. н. до 3,8 млрд л. н.). Однако относительно недавние исследования пока-зали, что, возможно, она оказалась более длительной. Благодаря новым методикам исследования (Johnson, Melosh 2012) удалось установить, что Поздняя тяжелая бомбардировка закончилась не 3,8 млрд л. н., а 3,2 млрд л. н., то есть продолжалась почти милли-ард лет. Следы Поздней тяжелой бомбардировки местами сохрани-лись, но далеко не везде, так как рельеф менялся, поверхность сти-рала следы. Однако это время (с 3,8 млрд до 3,2 млрд л. н.) отнесе-но нами к следующей фазе.

Кроме того, не так давно было высказано предположение, что пояс астероидов в прошлом начинался на расстоянии 1,7 а. е. от Солнца вместо сегодняшних 2,1 а. е., то есть данный пояс благо-даря гравитационным воздействиям был отодвинут (Bottke et al. 2012). И именно это продлило эпоху Поздней тяжелой бомбарди-ровки, в результате чего период катастрофических столкновений с астероидами и их мощного падения на планеты земной группы продолжался довольно долго. Дело в том, что в результате мигра-ции этого пояса и гравитационного воздействия со стороны пла-

нет-гигантов астероиды на границе пояса перешли на орбиты

-- большим наклонением. В итоге они начали сталкиваться с каме-нистыми планетами Солнечной системы позже, чем другие небес-

следов метеоритов на Луне имеет возраст 1-3 млрд лет (Бережной, Сурдин 2012), по-скольку первичные кратеры были частично скрыты магмой в период вулканической ак-тивности на Луне. Но, несомненно, часть кратеров очень древняя, их возраст равен 4,4- 3,8 млрд лет (Кац и др. 1984). Зато на Меркурии почти все эти кратеры образовались от падения крупных метеоритных тел в период формирования планеты - около 4 млрд лет назад (Ксанфомалити 2012б: 109).

Общие эволюционно-исторические процессы и фазы 139

ные тела. Некоторые из этих тел продолжали падать на Землю вплоть до 2 млрд л. н. (см.: Bottke et al. 2012; Глуховский, Кузьмин 2012).

Поздняя тяжелая бомбардировка и газовые планеты. Отно-сительно этого периода в целом в предположениях полное согла-сие. На силикатных и даже ледяных телах, как уже было сказано, можно найти следы ударных событий этой эпохи. Газовая оболочка газово-жидких планет, конечно, в отличие от твердой (как на сили-катных планетах), не сохраняет следов от столкновений с метеори-тами. Однако это вовсе не означает, что Юпитер и Сатурн не под-вергались такой бомбардировке. Скорее, напротив, будучи столь огромными, они получали львиную долю падавших астероидов (по принципу "больший получает больше"). И сегодня число метеори-тов, которые падают на такие планеты, очень велико. Плотность метеорного потока в окрестностях Юпитера в 170 раз больше, чем

-- окрестностях Земли (Язев 2018: 182), соответственно, он имеет намного больше столкновений, что может дополнительно давать ему энергию. И, как мы увидим далее, вероятно, столкновения да-вали этим планеты еще больше энергии в раннее время. О том, что и указанные планеты пережили эпоху тяжелой бомбардировки, косвенно также свидетельствуют многочисленные кратеры на не-которых спутниках Юпитера.

Чуть ли не половину поверхности Ганимеда занимает рельеф, который, вероятно, можно считать наиболее старым. Размер участка 19 в 26 км. Темная поверхность несет следы многочисленных метеоритных ударов, а на валах наиболее старых кратеров прослеживается сегментация, ориентиро-ванная в двух направлениях. Этот процесс сопутствовал вы-падению темного метеоритного вещества на ледяную по-верхность спутника. Ударные кратеры на поверхности Гани-меда и следующего спутника, Каллисто, образовались под действием выпадавших на их поверхность ледяных и сили-катных обломков в эпоху последних стадий образования планет и спутников (Ксанфомалити 1997: 170).

Остальные фазы мы будем характеризовать в двух следующих главах.

Глава 8. Некоторые процессы

-- истории отдельных планет

-- эти первые сотни миллионов лет истории Солнечной системы на планетах и других телах проходили и другие очень важные процес-сы. Их следы во многих случаях не сохранились, но кое-что все же становится известным. Кроме того, некоторые процессы можно ре-конструировать, среди них: мощные вулканические и магматиче-ские процессы; газовые процессы, которые приводили к формиро-ванию (и потере) атмосфер; появление на некоторых планетах гид-росферы; изменение энергетических потоков; формирование и из-менение магнитных полей и пр. О них по возможности мы скажем

-- данной главе, но, поскольку эти процессы далеко не всегда мож-но разделить по фазам, а также потому, что даже гипотезы касают-ся только некоторых планет, их придется излагать в рамках более длительных процессов.

8.1. Энергетические процессы

Эти процессы являются базовыми, во многом определяющими все остальные.

Рост светимости Солнца. Начать следует с того, что когда Солнце вышло на главную последовательность (для звезд такой массы это примерно 50 млн лет или несколько больше, то есть вре-мя формирования планет), его светимость как очень молодой звез-ды была около 0,7 от нынешней, то есть примерно на 30 % меньше, чем сегодня (Громов 2012: 30; Хейзен 2015: 76; Язев 2018: 300; см. также: Николис, Пригожин 2003: 51). С тех пор она медленно, но неуклонно возрастала, значительно приблизившись к сегодняшним показателям к моменту окончания Поздней тяжелой бомбардиров-ки, но все еще не достигая ее. Потребовалось примерно 1,5 млрд лет, чтобы светимость Солнца приблизилась вплотную к современ-ной. Таким образом, последние 3 млрд лет оно обладает почти одинаковой светимостью (Холщевников 2012а: 61; Кацова, Лив-шиц 2014: 74; Хейзен 2015: 76; см. также: Синицын 2010: 69).

Некоторые процессы в истории отдельных планет 141

Однако могли быть и иные параметры, которые отлича-ли молодое Солнце от современного в пользу того, что раз-ница в светимости не была столь высокой. Во-первых, сравнивая Солнце с группой молодых звезд, мы не можем исключить, что излучение внешней атмосферы тогда было существенно выше (Кацова, Лившиц 2014: 74). Во-вторых, есть и иные данные. Так, сравнивая изотопный состав отло-жений этих веществ в реголите с изотопным составом сол-нечного ветра, можно сделать заключение о том, что количе-ственные соотношения изотопов в солнечном ветре суще-ственным образом не изменились за последние 2,5-3 млрд лет. Это свидетельствует о том, что представление об эво-люции Солнца как стабильной звезды главной последова-тельности в основном подтверждаются с точки зрения сле-дов в лунном реголите. Однако соотношение некоторых ле-тучих, в частности ксенона, заметно меняется со временем,

-- это указывает, что поток древнего солнечного ветра (~4- 3,5 млрд л. н.) был в 2-3 раза выше. Особенно стабильно проявлено изменение соотношения изотопов азота в сторону увеличения на величину порядка 15 % за каждый миллиард лет. К сожалению, этот феноменальный результат до сих пор не имеет объяснения, но предполагается, что увеличение данного соотношения тоже является указанием на увеличе-ние потока солнечного ветра древнего Солнца. Предполага-ется также, что солнечный ветер был и более энергетичным

(Синицын 2010: 69).

Будем исходить из того, что на первой и второй фазах эволю-ции Солнечной системы энергия, поступающая от Солнца, была меньше, а следовательно, внутренняя энергия являлась более важ-ной, чем сегодня, по крайней мере, для части планет.

Внешние и внутренние источники энергии. Основным внеш-ним источником энергии, помимо Солнца, была энергия ударных явлений. На первых фазах истории Солнечной системы роль этой энергии была очень большой. Как говорилось выше, имеются предположения, что только с ее помощью планеты (их поверхно-сти) превращались в горячие или даже огненные. Однако со време-нем поток астероидов и метеоритов сократился, поэтому и данный источник энергии примерно с 3,2 млрд л. н. (или раньше) утратил былое значение. Кроме того, планеты, которые приобрели атмо-

142 Глава 8

сферы, сжигали в ней значительную часть метеоритов⁷³. Нельзя, конечно, забывать и об энергии гравитации, благодаря которой те-ла вращаются, а также оказывают друг на друга влияние.

Можно также сказать об энергии приливов (вызванной грави-тацией), которая, однако, играет роль только на некоторых планет-ных телах. На Земле и на Луне приливы имеют значение, но их трудно назвать наиболее важным источником энергии. Иное дело - спутник Юпитера Ио, где под влиянием огромного притяжения близкого Юпитера выделяется много тепла, приводящего к мощ-ной вулканической активности, далеко превосходящей все, что есть

-- Солнечной системе. Приливная энергия планет-гигантов также влияет на водный баланс спутников. В частности, приливный эф-фект Юпитера не только вызывает выделение тепла в недрах его более далекого спутника Европы, но и, вероятно, повлиял на суще-ствование у этого спутника грандиозного подледного океана. Ана-логичные эффекты (таяние льда снизу под влиянием полученной от гравитации энергии) привели к появлению подледного океана на спутнике Сатурна Энцеладе (Язев 2018: 39-40).

Основными внутренними источниками энергии на планетных телах являлись (являются): а) энергия, выделяемая при дифферен-циации вещества в недрах планет, тоже, по сути, за счет гравита-ции; б) энергия, выделяемая при распаде радиоактивных элемен-тов; в) энергия, связанная с мощным давлением внутри планет, особенно на Юпитере и Сатурне. Благодаря этим источникам (сте-пень вклада каждого из них не до конца понятна), а также внешним источникам энергии (прежде всего импактам) на планетах и пла-нетных телах образовались жидкие ядра, которые у части планет застыли, а у некоторых (как на Земле) сохранились до сих пор. В некоторых случаях энергия выделялась за счет сжатия планеты. Так, есть мнение, что для планет-гигантов основным источником их нагрева является гравитационное сжатие. Данный фактор все еще продолжает действовать на этих планетах, за исключением наименее массивного Урана (Жарков, Трубицын 1980; Евсюков

1997).

-- Напомним, что у Меркурия средняя плотность кратеров (мест ударов метеоритов разме-ром более 10 км) 360 на 1 млн кв. км, а у Венеры всего два таких объекта на 1 млн кв. км (Язев 2018: 46, 66). Огромная разница. И все благодаря атмосфере.

Некоторые процессы в истории отдельных планет 143

Важно также помнить, что сама по себе энергия "не работает", если один вид энергии не переходит в другой. Именно при таких превращениях она и стимулирует экзогенные процессы, формируя природную обстановку (Тебиева 2015: 203). В более широком, фи-лософском плане источники энергии - это всегда движение мате-рии, переход ее из одного состояния в другое, распад вещества

-- выделение энергии, переход энергии в разные формы при сохра-нении ее общего баланса согласно первому закону термодинамики. В связи со сказанным следует учитывать перенос энергии при кон-векции, что особенно важно для геологических процессов, в част-ности изливания магмы. Так, по современным представлениям, ме-ханизм переноса тепла в недрах Луны, Меркурия и Марса в основ-ном происходил в виде конвекции (Шевченко 2014), что проявля-лось в переносе расплавленной магмы из мантии в кору и при-водило к изменениям последней и формированию вторичной, тре-тичной и т. д. коры.

Тепловыделение планет и потеря ими энергии. Происходила постепенная потеря планетами энергии, но с очень разной скоро-стью. Высокий уровень тепловыделения сохранялся на Меркурии с 4 до 2,5 млрд л. н., дольше, чем на Луне (однако, по другим дан-ным [Язев 2018: 45], активность в виде вулканической деятельно-сти и лавовых потоков на планете прекратилась 3,5 млрд л. н.). Для более крупных планет - Земли и Венеры - достижение максималь-ного энерговыделения пришлось на период примерно 3,6-3,4 млрд л. н. (Евсюков 1997: 49). Современный процесс потери эндогенного тепла на Венере, по-видимому, подобен лунному, то есть происхо-дит с использованием теплопроводности пород мантии и коры. Но природа более раннего механизма этих процессов остается неиз-вестной (Шевченко 2014). По некоторым данным, на Марсе тепло-вая эволюция шла более медленно, максимальное тепловыделение пришлось на период 2,5-0,5 млрд л. н. (Евсюков 1997: 48), что су-щественно дольше, чем на Луне и Меркурии (см. также: Шевченко

2014).

Исследование поверхности спутников планет-гигантов позво-ляет сделать довольно необычное заключение: по-видимому, на ранних стадиях эволюции планеты-гиганты излучали в космос огромные потоки энергии. Даже сегодня Юпитер излучает почти в два раза больше энергии, чем получает от Солнца. То же касается

144 Глава 8

Сатурна (Язев 2018: 204; Алексеев 2019: 224). При этом источни-ки энергии полностью неизвестны, на этот счет существуют разные гипотезы (см. выше о сжатии и величине метеорного потока). В частности, называют фантастическую цифру энерговыделения Юпитера. Мощность, которую он мог излучать в космос на ранней стадии своей эволюции, достигала 1/10 полной солнечной радиа-ции (Ксанфомалити 1997: 171). Спутники Юпитера, расположен-ные несравненно ближе к центральной планете, чем к Солнцу, на единицу площади получали больше энергии, чем Меркурий от Солнца. В этом случае в лучах Юпитера должны были плавиться льды на поверхности всех его спутников, хотя этих лучей было не-достаточно, чтобы вызвать плавление поверхности Каллисто, уда-ленного от планеты почти на 2 млн км (Там же: 170). Исходя из этого, высказывается идея, что природа гигантских "морей" на по-верхности Ганимеда связана с этим энергетическим влиянием. Впрочем, имеется и другая точка зрения, заключающаяся в том, что аккреционная энергия и последующий радиоактивный нагрев сыг-рали решающую роль в дифференциации Европы и Ганимеда, в ре-зультате чего произошла сепарация льда, скального материала и металлического сплава (Кусков и др. 2009: 514).

Таким образом, несмотря на то, что Солнце еще не достигло своей полной силы, за счет мощных энергетических процессов, связанных с бомбардировкой, и внутренних процессов планет ран-ние периоды последних, вероятно, были теплее, чем последующие. Ниже мы увидим "климатическую трагедию" Марса. Наличие мощного внутреннего тепла и другие процессы обеспечили силь-нейшую вулканическую деятельность и магматические излияния, которые значительно изменили рельеф планет земной группы.

Остывание и потеря магнитного поля некоторыми телами.

В конце 4-го млрд л. н. на Луне вместе с остыванием ядра происхо-дят и ослабление магнитогидродинамических процессов генерации собственного селено-магнитного поля, и вымирание поля. Предпо-лагается (но не всеми исследователями), что в раннюю эпоху Луна обладала довольно сильным магнитным полем. Оно было еще весьма заметным в эпоху от 3,6 до 3,8 млрд лет назад (Шевченко 2015: 41). Затем это поле ослабело, но еще 1-2,5 млрд л. н. оно оставалось заметным (примерно 1/10 от силы первоначального

Некоторые процессы в истории отдельных планет 145

магнитного поля Луны), затем практически исчезло (Язев 2018:

98-99).

Как мы уже говорили, наличие у нее магнитного поля - это важный показатель, свидетельствующий о существовании у нее железного ядра. У Марса слабое глобальное магнитное поле (есть локальные магнитные поля, что еще больше затрудняет создание теории магнетизма этой планеты, которой пока не существует) (Он же 2011: 48; 129). Соответственно, неясно, связано ли отсутствие заметного магнитного поля у Марса с неполной дифференциацией вещества или с остыванием планеты.

Предполагается, что такое малое тело (по сравнению с Землей), как Меркурий, должно было остыть уже 3-2 млрд л. н. Соответ-ственно, у него не должно быть магнитного поля. Но поле зафик-сировано, хотя и слабое, напряженностью менее 1 % земного. Однако удалось выявить и остаточную намагниченность планеты, что дало следующие сведения: Меркурий обладал магнитным по-лем с самого начало своего образования, в ранний период оно было приблизительно в сто раз сильнее и примерно равнялось современ-ному земному (Он же 2018: 44).

Как и многое другое, существование нынешнего магнитного поля Меркурия выглядит загадочным. И, как и во многих случаях, есть целый ряд объясняющих это гипотез.

Одна из гипотез предполагает присутствие серы в желе-зоникелевом ядре Меркурия, которая могла снизить темпе-ратуру затвердевания сплава и надолго сохранить его в жид-ком состоянии. Есть версия, допускающая увеличенное ко-личество радиоактивных элементов, выделяющих тепло,

недрах планеты. Однако эти гипотезы требуют специаль-ного объяснения того обстоятельства, почему именно на Меркурии оказалось повышенное по сравнению с другими планетами содержание серы либо радиоактивных элементов. Еще одна гипотеза допускает периодическое подплавление внешней части ядра и внутренней части мантии на опреде-ленных участках орбиты планеты (например, вблизи периге-лия) за счет разогрева, который может создаваться прилив-ным влиянием со стороны Солнца (Он же 2011: 48-49).

Попутно заметим, что крупнейший спутник Солнечной системы Ганимед также имеет собственное магнитное поле.

146 Глава 8

8.2. Газообмен. Атмосферные изменения. Потеря атмосфер

Все планеты и планетные тела Солнечной системы, как мы уже не раз отмечали, можно делить по наличию - отсутствию атмосфер. При этом те, что имеют атмосферу, имеют и историю ее изменения, хотя она не всегда известна. Важно иметь в виду, что у Земли и, не исключено, у Венеры состав атмосферы менялся, то есть были пер-вичные и вторичные (и, вероятно, третичные) атмосферы.

Модели образования атмосфер у планет земной группы. Проблемы образования атмосфер (как и гидросфер) для планет земной группы до конца не решены. При этом важно понимать, что образование атмосфер и гидросфер тесно связано. Имеется несколько моделей возникновения атмосфер: 1) постепенная дега-зация планет в течение всей жизни в результате вулканической де-ятельности; 2) катастрофическая дегазация в период первоначаль-ной аккреции или вскоре после нее под воздействием высокой тем-пературы молодых планет; 3) захват газов непосредственно из про-топланетной туманности. Возможно, все три процесса участвовали

образовании атмосфер, но значение каждого процесса в присут-ствии того или иного газа могло быть различным. Например, нера-диогенные (не являющиеся продуктами радиоактивного распада) изотопы инертных газов на Венере могли быть захвачены прямо из протопланетной туманности, в то время как химически активные газы (СО₂, N₂) были ею получены в составе твердых частиц (адсор-бированными). Для Земли прямой захват газов из протопланетной туманности сыграл довольно небольшую роль, а для Марса - еще меньшую (Тебиева 2015). При этом важно, что в составе атмосфер был и водяной пар. Таким образом, атмосферы и гидросферы обра-зовывались, возможно, вместе. В то же время не исключено, что гидросферы имели и самостоятельное происхождение (см. выше о кометах).

Первая модель образования атмосфер. Согласно современным представлениям, атмосфера и гидросфера возникли в результате дегазации магмы, выплавляющейся при вулканических процессах из верхней мантии и создающей кору. В отношении Земли многие исследователи придерживаются именно такой точки зрения (см., например: Павлов 2006; Монин 1980; Хаин и др. 1997; Габдуллин 2005). Здесь исходят из того, что в момент формирования Земли

Некоторые процессы в истории отдельных планет 147

все элементы ее будущей атмосферы и гидросферы находились

связанном виде в составе твердых веществ. Бомбардировка по-верхности Земли планетезималями в то время могла приводить к выделению летучих веществ, но вода, углекислый газ, "кислые дымы" и другие активные вещества должны были поглощаться раздробленными породами, так что первичная атмосфера на этом этапе состояла, по-видимому, лишь из небольшого количества азо-та, аммиака и инертных газов (Монин 1980; Хаин и др. 1997). То есть атмосфера была сильно разреженной, и только мощная бом-бардировка и разогрев постепенно формировали ее.

Вторая модель образования атмосферы и расхождение эволю-ционных путей планет земной группы. Сторонники данной модели также исходят из того, что атмосфера Земли, как и ее гидросфера, образовалась благодаря дегазации мантии - процессу, происходя-щему всегда, но развивавшемуся наиболее интенсивно на ранних этапах существования Земли. Но сам процесс представляется как гораздо более интенсивный.

первой фазе истории Солнечной системы, когда, согласно многим ученым, имело место расплавление внешней сферы планет, происходило также массовое выделение газов и воды, которая при очень высокой температуре поверхности существовала в виде пара. Предполагается, что в этой фазе все планеты внутренней группы - Меркурий, Венера, Земля, Луна и Марс - обладали атмосферами, которые одновременно содержали в себе в парообразном состоя-нии и всю гидросферу. При этом судьба атмосферы и гидросферы на планетах была различна. Крупные планеты (Земля и Венера) благодаря большой массе и, соответственно, силе притяжения удержали выделявшиеся из недр газы и парообразную гидросферу, из которых в последующем могли сформироваться атмосфера и гидросфера (Тебиева 2015: 194, 195). Однако процесс не был гладким, даже в отношении Земли (см. ниже).

Меньшие по размерам Луна и Меркурий из-за недостаточности

них силы притяжения имели неустойчивые атмосферы, водяные пары и газы из них непрерывно улетучивались в космос. Когда по-ступление газов из недр прекратилось, вся временная нестабильная атмосфера как Луны, так и Меркурия исчезла, и они превратились

148 Глава 8

безатмосферные планеты⁷⁴. Марс как планета промежуточной массы (между Землей и Венерой, с одной стороны, и Меркурием и Луной - с другой) в фазу расплавления имел сравнительно плот-ную атмосферу. Но по мере прекращения поступления газов она все сильнее разрежалась и продолжает разрежаться (Тебиева 2015: 196).

Завершение фазы расплавления связано с охлаждением поверх-ности и переходом ее из жидкого состояния в твердое. Но темпера-тура ставшей уже твердой поверхности продолжала оставаться очень высокой, поэтому вся вода с поверхностей мгновенно испа-рялась. Вся гидросфера планет, у которых она была, продолжала оставаться в атмосфере в виде пара. Так продолжалось до тех пор, пока температура поверхности планет не охладилась до 100 ®С. С этого времени природная обстановка на планетах с гидросфера-ми коренным образом изменилась - на поверхности появилась жидкая вода, сформировался сток, возникли водоемы (Там же). Таким образом, температура 100 ®С является рубежом, после кото-рого эволюционные пути планет земной группы разошлись. Луна и Меркурий, лишенные атмосферы и гидросферы, эволюциониро-вали (относительно) очень медленно (Там же: 195). Позже, однако, Венера и Марс потеряли воду, которая образовала (по некоторым предположениям) океаны на этих планетах. Об этом мы подробнее расскажем в следующей главе.

Для удержания атмосферы масса планеты играет очень большую роль. Однако это не все-гда является препятствием для сохранения атмосферы. Последнее мы видим на примере Титана, самого крупного спутника Сатурна и второго по массе (после спутника Юпитера Ганимеда) в Солнечной системе. Это единственный спутник с атмосферой, причем плот-ной. Хотя по размерам он больше Меркурия, однако масса его меньше. Характерно, что давление атмосферы выше, чем на Земле, масса атмосферы больше, чем на Земле, атмо-сфера простирается до 400 км (Язев 2018: 217-218). Неизвестно, что именно произошло в истории Титана, что позволило ему иметь такую прекрасную атмосферу. Атмосфера Ти-тана в чем-то похожа на атмосферу Земли, так как в основном (на 90 %) она состоит из азота. На остальные 10 % приходятся метан, незначительное количество аммиака, аргона и этана. Еще более эта атмосфера похожа на атмосферу древней докислородной Земли (Кусков и др. 2009: 485). Выяснилось, что атмосфера Титана, помимо азота и метана, со-держит сложные органические соединения, образовавшиеся в результате фотолиза метана (Там же: 510). Понять генезис метана и других летучих в атмосфере этого спутника Са-турна представляется одной из важнейших задач современной космохимии, а изучение состава атмосферы и органических соединений чрезвычайно важно с точки зрения пони-мания физико-химических процессов, протекавших на ранней стадии эволюции Земли

(Там же: 514).

Некоторые процессы в истории отдельных планет 149

Модель 3 мы рассматривали в (Гринин 2017). Согласно этой точке зрения, первичная атмосфера Земли была захвачена гравита-ционным полем нашей планеты непосредственно из протопланет-ного облака еще в процессе аккреции планет. Однако никаких гео-логических следов существования у Земли столь экзотической ат-мосферы не обнаружено, а они должны были сохраниться в ее ле-тописи.

Другие версии. Есть и другие версии появления атмосфер

гидросфер. В частности, С. А. Язев (2018: 320) пишет: примерно 4,3 млрд л. н. на Землю выпадают массы, сравнимые с корой (по объему или массе); каменные метеориты, содержащие воду (1 % их массы), которые привнесли необходимую массу воды и летучих веществ, из них сформировались океан и новая атмосфера. Таким образом, согласно этой модели, на первых этапах процессы на Зем-ле в основном определялись космическими факторами (но диффе-ренциация была внутренним фактором), однако постепенно росло значение внутренних факторов.

Атмосферы Юпитера и Сатурна, других планет-гигантов об-

разовались вместе с планетами. И существует мнение, что в даль-нейшем они не изменялись. Однако, скорее всего, это не так. В частности, измерения показали, что на Юпитере содержание во-дяных паров не превышает 0,2 %, то есть не отличается от солнеч-ной нормы, что создает полное впечатление чрезвычайно "сухой" атмосферы. В то же время было установлено, что содержание кис-лорода на Юпитере может в 5-10 раз превышать солнечную норму. Этот результат находился в полном согласии с другой гипотезой, предполагающей, что наблюдаемый в настоящее время на Юпитере уровень содержания кислорода, азота и углерода обусловлен мно-гочисленными падениями комет, которые еще в ранний период су-ществования Солнечной системы изменили первоначальный состав юпитерианской атмосферы (Шевченко 2014).

Об эволюции атмосферы Земли. Со времени первого полу-

миллиарда лет существования планеты в первозданном виде не со-хранилось ни одного из летучих соединений. Почти весь азот и уг-лерод, сера и вода претерпели бесчисленное количество изменений (Хейзен 2015). Можно предположить, что в первые десятки и сотни миллионов лет Земля теряла первичные атмосферы. Могли быть срывы атмосферы на ранней Земле при крупных столкновениях,

150 Глава 8

тогда она формировалась заново. А влияние молодого Солнца могло способствовать и полному уходу возможной водородной оболочки (Язев 2018: 319-320), как это было на других планетах (см. Главу 9). Как мы видели выше, существуют разные взгляды на происхождение атмосферы Земли. Есть и такие исследователи, ко-торые считают, что атмосфера образовалась спустя уже значитель-ное время (полмиллиарда лет или даже более). Например, О. Г. Со-рохтин и С. А. Ушаков (2002: 273-274) пишут, что хотя происхож-дение атмосферы они связывают с дегазацией земных недр, но, в отличие от наиболее популярных моделей, начало этого процесса они относят не к моменту формирования Земли - около 4,57 млрд л. н., а к началу ее тектонической активности - приблизительно 4 млрд л. н. Кроме того, по их модели, развитие этого процесса в начале геологической истории Земли было менее бурным, чем предполагалось ранее.

Обычно считается, что первичная атмосфера состояла из паров воды, углекислого газа и других газовых фракций (H₂S, CO, H₂, N₂, CH₄, NH₃, HF, HCl, Ar), то есть была вос-становительной. Развитие атмосферы с освобождением газо-образного кислорода происходило в основном благодаря фо-тохимическим реакциям в верхних слоях атмосферы и фото-синтезу появившихся еще в раннем докембрии сине-зеленых водорослей (Там же: 274). О появлении кислорода в атмо-сфере Земли см. далее.

Есть исследования, которые предполагают определен-ные фазы в развитии ранней атмосферы Земли. В частности, согласно одному из них (Кадик 2008), дегазация происходи-ла в две стадии (первая стадия - 100 млн лет, вторая - 150- 300 млн лет). И только на второй стадии увеличилось содер-жание воды и углекислого газа в атмосфере. Это происходи-ло по причине того, что процессы фазовых превращений мантии привели к существенному повышению химического потенциала кислорода в теле планеты до тех значений О₂, которые характерны для современной верхней мантии Земли

продуктов ее глобального плавления - базальтовых магм. Существенное изменение режима кислорода ранней мантии в процессе сегрегации металлической фазы и эволюции ме-таллического ядра Земли позволяет предполагать изменение состава летучих соединений углерода и водорода, которые транспортировались магмами.

Некоторые процессы в истории отдельных планет 151

Но в целом - и в этом нет ничего удивительного - состав ран-ней атмосферы Земли до сих пор малоизвестен. Он зависел от та-ких факторов, как обилие металлического железа в период дегаза-ции недр Земли, которое, в свою очередь, зависело в значительной степени от скорости дегазации. Предполагается, что ранняя атмо-сфера была весьма нейтральной, так как в этом случае создаются благоприятные условия для синтеза органических соединений, но разброс возможных составов первичной атмосферы очень велик. Конечно, вода и водород были важными компонентами атмосферы

составе некоторых соединений наряду с углеродом (СО₂, СО или СН₄) и азотом (в виде N₂ или NH₃); ясно также, что свободного кислорода было чрезвычайно мало или даже не было вовсе (Фишер

1990: 232).

Мы мало знаем о прошлом земной атмосферы не только в пер-вые сотни миллионов, но и в последующие миллиарды лет. Так, новейшие исследования американских ученых из Вашингтонского университета, которые анализировали пузырьки воздуха, сохра-нившиеся в породах древностью 2,7 млрд лет, показали, что то-гдашняя земная атмосфера по плотности вдвое уступала современ-ной. Открытие довольно трудно совместить с имеющимися пред-ставлениями о молодой Земле. Ранее считалось, что ее атмосфера была, напротив, значительно плотнее нынешней. Это ставит много вопросов о происхождении и эволюции жизни на Земле, а также о том, что в земной атмосфере должно было быть во много раз больше метана и углекислого газа. К тому же неясно, откуда могли взяться "лишние" газы, присутствующие в атмосфере теперь и от-сутствовавшие тогда. Также выяснилось, что уровень азота в зем-ной истории менялся так, как этого никто даже представить себе не мог (Ортега 2019). Впрочем, относительно азота и ранее высказы-вались различные версии, прежде всего потому, что только с появ-

лением жизни на Земле увеличилось значение азотного цикла

формировании верхних слоев планеты. Углерод и сера также вы-двинулись на заметные роли примерно 1-2 млрд л. н., когда жизнь и насыщенная кислородом атмосфера преобразовали земные реа-лии (Хейзен 2015). Поэтому, вероятно, Р. Хейзен (Там же) прав, утверждая, что ключ к пониманию превращения Земли из враж-дебной негостеприимной черной планеты в прохладный, обитае-

152 Глава 8

мый голубой мир следует искать в истории ее непоседливых лету-чих соединений. Правда, он вполне резонно добавляет, что четвер-тый компонент, вода, с самого начала стал определяющим для ис-тории Земли.

Достаточно общепринято мнение, что на рубеже архея и проте-розоя (то есть около 2,5 млрд л. н.), произошел крупнейший пере-ворот в земной атмосфере, который Генрих Холланд назвал "Вели-ким кислородным событием"⁷⁵ (появление примерно 0,1 % кисло-рода в атмосфере и последующее его накопление). Имеющиеся данные позволяли представить этот рубеж таким образом: начало деятельности фотосинтетических организмов, накопление кисло-рода в связи с ней и постепенное превращение планеты из восста-новительной в окислительную (Наймарк 2014). Однако в последние 10-15 лет появился целый ряд данных, согласно которым измене-ние атмосферы на кислородную было связано не только с циа-нобактериями, но и с изменением вулканизма; имеются сведе-ния, переносящие это событие на 800 млн лет назад (примерно 3,23 млрд л. н.); также высказываются предположения, что сначала жизнь изменила круговорот азота, что могло быть переходным эта-пом к кислородной атмосфере.

Работа, опубликованная в журнале Nature (Lyons et al. 2014), представляет гипотезу о том, что хотя фотосинтетиче-ские организмы, выделяющие кислород, зародились еще на заре архейской жизни (то есть примерно в четвертом милли-арде л. н.), свободный кислород на рубеже архея и протеро-зоя накопился благодаря не деятельности цианобактерий,

изменениям характера земного вулканизма. Другими сло-вами, цианобактерии вырабатывали кислород, но никакого мощного ускорения метаболизма не было, а дело заключа-лось в том, что ранее выработанный ими кислород быстро расходовался на окисление каких-то продуктов. В архее, как указывают авторы статьи, этими продуктами были, вероятно, вулканические газы: сероводород, сернистый газ, метан и водород. Изменения в характере вулканизма уменьшили поступление этих газов, кислород в итоге стал накапливать-ся. Все вместе это свидетельствует о том, что "Великое кис-

Также известного как кислородная катастрофа, или кислородная революция.

Некоторые процессы в истории отдельных планет 153

лородное событие" следует рассматривать как результат из-менений вулканических процессов и геохимических соотно-шений, а не сдвигов биологической активности и метабо-лизма. Как это ни удивительно, но вслед за "Великим кисло-родным событием" на рубеже архея и протерозоя (хотя авто-ры, по сути, ставят под сомнение не только то, что это событие было великим, но и то, что оно вообще было) не по-следовало постепенного нарастания кислорода, как можно было бы ожидать при наступлении эры фотосинтетиков. Ко-личество кислорода то снижалось, то вновь увеличивалось, планетные оледенения то наступали, то заканчивались... Так, около 2,08-2,06 млрд л. н. количество кислорода резко сни-зилось. Причины этих скачков пока неизвестны. Остается за-гадкой второй кислородный скачок, который произошел

конце протерозоя (приблизительно 550 млн л. н.). С ним связывается появление многоклеточной жизни (Наймарк 2014).

Геохимики из Висконсинского университета в Мэдисоне обнаружили свидетельства наличия кислорода в эпоху ар-хея - 3,23 млрд л. н. - задолго до "Великого кислородного события", начало которого датируется ранним протерозоем (2,5 млрд л. н.). По их мнению, единственным источником такого количества кислорода могла быть только жизнедея-тельность цианобактерий. Если это предположение верно, то способность к фотосинтезу возникла у бактерий на 600 млн лет раньше, чем считалось до сих пор (Кузнецов 2015).

Немецкие ученые обнаружили у бактерий неизвестный ранее вариант бескислородного фотосинтеза, при котором

качестве побочного продукта выделяются нитраты. Со-гласно выдвинутой ранее гипотезе, такой тип энергетическо-го метаболизма мог быть переходным этапом на пути к ста-новлению кислородного фотосинтеза. Открытие дополняет имеющиеся представления о круговороте азота в природе.

Это открытие интересно еще и тем, что оно расширяет наши представления об участии микробов в круговороте азо-та. До сих пор не были известны фотосинтезирующие орга-низмы, способные окислять соединения азота в отсутствие кислорода. Теперь эту возможность придется учитывать и при реконструкции ранних (бескислородных) этапов эво-люции биосферы (Марков 2006).

154 Глава 8

Таким образом, история с появлением кислорода в земной ат-мосфере существенно усложняется и уточняется. Так или иначе, но все же все считается, что кислород появился в результате жизнеде-ятельности цианобактерий. Однако существуют интересные факты относительно Марса. На основе последних данных, собранных марсоходом "Spirit" в кратере Гусев в южном полушарии Марса, можно предположить, что атмосфера и недра Марса содержали

древности значительную долю кислорода (Пугачева, Шевченко 2015). Как же там образовывался кислород в отсутствие жизни?

8.3. Изменение скорости вращения планет и спутников и приливная эволюция

Вращение вокруг своей оси планет и спутников в настоящее время очень разнообразно по длительности и - в исключительных случа-ях - имеет разные векторы. Есть довольно обоснованное мнение, что первоначально планеты вращались вокруг своей оси примерно одинаковое время (если исходить из принципа изохронизма). При таком допущении начальные периоды вращения всех планет могли составлять 5-8 часов (Ксанфомалити 2012а: 129-130). В этом слу-чае различия в скорости вращения вокруг своей оси есть результат особенностей исторического развития. Особенно загадочным явля-ется очень медленное вращение Венеры. Неясно, что стало причи-ной потери вращательного момента планеты: катастрофические со-бытия в ее прошлом или длительное воздействие слабых возмуще-ний (Там же: 131). Есть разные точки зрения, в том числе гипотеза,

которой мы уже упоминали: Меркурий когда-то был спутником Венеры, а потом оторвался от ее притяжения. Эта гипотеза объяс-няет обе странности Венеры - очень медленное вращение и движе-ние в обратную сторону (он и замедлил вращение Венеры, и "рас-крутил" ее в обратную сторону). Еще один из фактов, который поз-воляет предположить, что Меркурий в прошлом был спутником Венеры и в этой системе из двух довольно массивных тел действо-вали мощнейшие приливные силы, - резонанс Меркурия и Венеры: солнечные сутки Венеры равны удвоенным звездным суткам Мер-курия. Но возможно, что это солнечный прилив замедлил вращение внутренних планет (Меркурия и Венеры).

Таким образом, на вопрос, почему Меркурий, Венера, Солнце вращаются вокруг своих осей так медленно, пока однозначно отве-

Некоторые процессы в истории отдельных планет 155

тить нельзя. Несколько проще сказать, почему медленно вращают-ся спутники. Дело в том, что многие из них находятся сравнитель-но близко от планет: до Ио от Юпитера всего три радиуса послед-него, до Фобоса - 6 радиусов Марса; от Земли до Луны - 69 земных радиусов. Соответственно, на вращение влияют приливы. На неко-торых спутниках они гигантские (Холщевников 2012а: 62, 64). И на Земле в первых фазах приливы были заметно сильнее, ведь тогда Луна была намного ближе к ней. Например, 4 млрд л. н. она нахо-дилась на расстоянии всего 20 радиусов (Жарков 2013: 354). При-ливные явления играют важную роль в жизни Земли (и тем более Луны), спутников планет-гигантов. Они являются также и источ-ником энергии для ряда процессов, например, разогревают недра спутников и создают там мощную вулканическую активность (как на Ио). Одновременно они приводят планеты и спутники в син-хронный режим вращения. Режим вращения системы "планета - спутник", называемый синхронным, является самым выгодным с точки зрения расходования механической энергии, поскольку ми-нимизирует приливные процессы. Поэтому в Солнечной системе есть целый ряд примеров синхронных режимов вращения. Они сформировались за миллиарды лет существования Солнечной си-стемы в тех случаях, когда приливные эффекты были особенно сильны. Один из ярких примеров синхронного вращения - движе-ние Луны вокруг Земли (Язев 2011: 41). Таким образом шла "при-тирка" между планетами и спутниками, то есть выход на наиболее экономичный энергетический режим. Эта "притирка" начиналась, возможно, еще в процессе формирования планет и спутников. Так, асимметрия коры указывает на то, что уже на завершающей стадии роста Луна находилась в состоянии синхронного вращения, то есть была повернута к Земле полушарием с тонкой корой (Жарков 2013: 353). В итоге многие спутники вращаются вокруг своей оси с такой скоростью, что оказываются всегда повернуты к своей планете од-ной стороной. Луна существенно замедлила свое вращение и при-шла в устойчивое состояние, Земля тоже стала вращаться медлен-нее, но более серьезное замедление ей еще предстоит в далеком будущем. Тем не менее долгие миллиарды лет происходило посте-пенное, но неизменное замедление вращения Земли вокруг своей оси (с примерно 6-8 часов до современных 24). Оно было связано со взаимным гравитационным влиянием Земли и Луны и отдалени-

156 Глава 8

ем их друг от друга. Этот процесс продолжается сегодня и будет идти еще много миллионов лет. Замедляется, хотя и очень посте-пенно, вращение даже гиганта Юпитера, а его спутники удаляются от планеты (Язев 2011: 219). На настоящий момент в Солнечной системе имеется всего одна пара, Плутон - Харон, которая пришла

конечное "вальсирующее" состояние. Эта пара закончила свою приливную эволюцию и достигла стационарного состояния, вра-щаясь синхронно (Холщевников 2012а: 63).

Но есть спутники, которые за счет приливной энергии не уда-ляются, а приближаются к своим планетам. Это происходит пото-му, что они имеют обратное своим планетам вращение (например, Тритон у Нептуна, Феба у Сатурна и некоторые другие), либо это спутники, вращение которых опережает вращение планет. Таких довольно много, в том числе 10 внутренних спутников Урана и 5 внутренних спутников Нептуна (Там же: 63-64). В конце кон-цов они могут упасть на планеты. Причем некоторые спутники предположительно могут окончить свое существование в относи-тельно короткое по меркам существования Солнечной системы время. Так, анализ параметров орбиты Фобоса (одного из двух спутников Марса) привел исследователей к выводу, что высота спутника медленно уменьшается (на 9 м за 100 лет). Ориентиро-вочно через 30-40 млн лет Фобос должен разрушиться, и его фраг-менты упадут на Марс (Язев 2011: 153; Холщевников 2012а: 64). Можно предположить, что такие спутники могли существовать и ранее, а затем окончить свое существование, упав на планету, хотя вряд ли мы когда-либо об этом узнаем.

Взаимоотношения со спутниками увеличивают возможности для индивидуализации. А индивидуальность - способ увеличить эволюционное разнообразие.

Например, двойные системы звезд резко повышают ва-риативность индивидуальных судеб звезд, здесь, по выраже-нию В. М. Липунова (2008: 252), получается "эволюция

квадрате". В этих системах на поздних этапах жизни звезд появляются совершенно новые, экзотические объекты, о су-ществовании которых ученые раньше и не подозревали (Ли-пунов 2008). Мало того, фактически можно вести речь о раз-личиях в "поведении" звезд при индивидуальной жизни

Некоторые процессы в истории отдельных планет 157

в "коллективе", поскольку взаимодействие двух, трех и бо-лее звезд в тесной системе ведет к очень существенным от-личиям и невероятным результатам, которые не могут воз-никнуть в одиночной жизни. Собственно, так же происходит

на других уровнях эволюции, когда деятельность пары и коллектива особей дают принципиально иной результат, чем при изолированной индивидуальной жизни (Гринин 2013: 133, 144).

Таким образом, можно говорить о разных видах индивиду-альной эволюции небесных тел, в том числе и о приливной.

также о том, что во взаимоотношениях планет и спутников очень наглядно отображено: космическая эволюция продолжается в тече-ние миллиардов лет, спутники появляются, в том числе путем за-хватов, и исчезают, падая на планеты, или другим катастрофиче-ским образом.

Вполне вероятно, что и так называемые резонансы между пла-нетами (то есть определенные и четкие пропорции между длитель-ностью вращения планет) связаны с такой "притиркой". Если это так, то перед нами пример классической эволюции, когда незначи-тельные влияния в течение очень длительного времени приводят к крупным изменениям, и количество переходит в качество⁷⁶. Так-же налицо системное влияние, поскольку речь идет о коллективном

(резонансном) режиме колебаний.

Приливные эффекты, судя по всему, являются основным механизмом, приводящим к возникновению так называемых резонансных соотношений между периодами вращения

движения разных тел Солнечной системы. Крайний случай резонанса - соотношение периодов 1:1 (синхронное враще-ние), общий случай - соотношение в виде небольших целых чисел. Так, резонанс Меркурия и Венеры 2:1, то есть солнеч-ные сутки Венеры равны удвоенным звездным суткам Мер-курия. Известны и резонансы орбитального движения: на-пример, они присутствуют в периодах обращения вокруг Солнца у Юпитера и Сатурна (5:2), Сатурна и Урана (3:1), Нептуна и Урана (2:1), и это не полный список.

Небезынтересно, что резонансное движение планет присуще многим экзопланетным си-стемам (Емельяненко 2012: 349).

158 Глава 8

Резонансы в движениях соседних планет крайне сложно объяснить приливами, поскольку расстояния между ними огромны, и величина приливных воздействий оказывается исчезающе малой. Для примера можно привести величину амплитуды суммарного приливного эффекта, который все планеты Солнечной системы, выстроившись с одной сторо-ны от Солнца, могли бы вызвать в его теле. Этот эффект не превышает 2 мм! Тем не менее версия, что состоящая из многих элементов Солнечная система за 4,6 млрд лет своего существования могла войти в коллективный (резонансный) режим колебаний благодаря слабым, но систематическим

действующим очень длительное время приливным эффек-

там, не имеет на сегодня обоснованных альтернатив (Язев

2018: 39-40).

Все это очень интересные явления (как резонансы, так и син-хронное движение спутников вокруг своей планеты), в некотором роде "притирка" элементов системы для минимизации потерь энергии, в результате чего система саморегулируется путем кор-ректировки скорости движения, вращения, расстояния и т. п.

Глава 9. Геологические процессы

некоторые исторические факты, связанные с формированием рельефа

9.1. Геологические эпохи и факты, связанные с формированием рельефа. Общие замечания

настоящее время успехи исследования планет и планетных тел позволяют создавать грубые схемы геологической эволюции от-дельных тел, прежде всего, конечно, планет земной группы. Наиболее подробно изучены Луна, Марс, в меньшей степени Мер-курий и хуже - Венера. Сопоставляя их историю с геологической историей Земли, уже можно говорить о непрерывной, еще очень неточной, но геологической истории. Естественно, вариантов пе-риодизации довольно много. Очевидно, что на планетах, имеющих атмосферу, по сравнению с безатмосферными важную роль в фор-мировании рельефа играют процессы выветривания (Язев 2018: 119).

Каждая планета вносит свой вклад в развитие планетологии. Планеты, на которых эволюция происходила дольше, демонстри-руют разные ее пути, те развилки и преграды, которые на нем встречаются. Планеты, где активность завершилась рано, открыва-ют нам возможность увидеть ранние фазы эволюции. В этом смыс-ле Луна представляет больший интерес для проблемы происхожде-ния, чем Земля, Венера и Марс, то есть планеты, на которых про-цессы эрозии стерли следы ранней истории (Жарков 2013).

Как уже было сказано, ударные процессы и структуры играли (и все еще играют) очень важную роль в формировании рельефа планет. Для безатмосферных планет их роль резко возрастает. Напоминаем, что по плотности кратеров более 10 кв. км на 1 млн км первое место занимает Луна, за ней следует Меркурий, далее

160 Глава 9

Марс, уступая Луне почти вдвое⁷⁷. Нет ничего удивительного, что рельеф Меркурия похож на рельеф Луны (хотя их внутреннее стро-ение радикально отличается). Оба тела испытали тяжелую метео-ритно-астероидную бомбардировку, которая оставила страшные следы на их поверхности (как оспа на лице переболевших ею лю-дей). Но похожи в этом плане и другие силикатные тела - спутники гигантов. Сегодня считается твердо установленным, что подавля-ющая часть лунного, меркурианского и марсианского кратерного рельефа, а также рельеф большинства спутников планет-гигантов образован ударно-взрывными процессами. Об этом говорит харак-тер мелких частиц реголита, так называемых брекчий. При этом мощные удары могли способствовать магматическим процессам. Так, разрушение грунта на большую глубину при ударах метеори-тов могло облегчать жидкой лаве путь к поверхности (Ксанфома-

лити 2012б: 115).

На поверхности Меркурия и Луны можно увидеть похожие кратеры (с радиальными лучами и цепочками вторичных кратеров вокруг крупнейших из них), разломы и сбросы, а также горы (до 4 км высотой) и узкие долины. На обоих телах есть обширные рав-нины, названные бассейнами (на Луне они также называются мо-рями).

Но, конечно, рельеф вулканических структур полностью не от-ражает многообразие развития структурных форм, так как показы-вает только тектонические деформации в виде впадин и возвышен-ностей поверхности планет. Рельефообразующее значение эндо-генных процессов компенсируется экзогенными процессами в те-чение длительных этапов развития планет. Воздействие экзогенных факторов (выветривание, обрушение, накопление и др.) на струк-туру поверхности рельефа планет весьма значительно (Пугачева, Шевченко 2015: 209).

завершение этого подраздела напомним о том, о чем уже шла речь в Главе 5. Уже на ранних стадиях формирования литосферы

Еще раз напомним некоторые данные. На Луне 392 крупных (от 10 км) ударных кратеров на 1 млн км площади; на Меркурии - 360; на Марсе - 210. На Луне только на види-мой стороне находится 15 тыс. кратеров (Язев 2018: 156). Как полагают, история первых ~700 млн лет существования Луны как небесного тела отмечена образованием на ее по-верхности 43-45 ударных бассейнов диаметром более 300 км (Шевченко 2015: 54).

Геологические процессы и некоторые исторические факты 161

планет земной группы и Луны возникали огромные депрессионные формы, занимающие примерно 1/3 их поверхности (то есть "океа-нические впадины"). Такое явление можно связать с некоторым дефицитом вещества, возникшим вследствие образования перво-зданных континентов. Впоследствии этот дефицит компенсировал-ся базальтовыми излияниями (Кац и др. 1984).

9.2. Геологические эпохи на отдельных планетах: Земле, Луне, Меркурии

9.2.1. Земля

этой работе мы не ставили задачу сколько-нибудь подробно опи-сывать геологическую историю Земли (это будет сделано в книге, посвященной непосредственно данной проблеме). Выше было дано некоторое представление о первых этапах ее геологического разви-тия (см. также Таблицу хронологических событий Солнечной си-стемы в Приложении 2). Добавим, что, по некоторым предположе-ниям, в период 4,35-4,25 млрд л. н. имело место образование пер-вичной массы осадочных пород. А уже в районе 4,0-3,5 млрд л. н. произошли рециклинг первичной и вторичной коры и образование микроконтинентов (третичной коры), а также зарождение тектони-ки литосферных плит (Сиротин, Лебедев 2001: 21). Но другие ис-следователи относят эти события к более позднему периоду, осо-бенно начало тектоники литосферных плит (в интервал 3-2 млрд л. н.). Начало действия механизма тектоники плит могло привести к еще большему вулканизму и интенсивному росту континенталь-ной коры (гранитного типа), так как в зонах субдукции в мантию стало поступать много воды. Начиная с глубокой древности важ-нейшую часть истории нашей планеты составляли изменения соот-ношений на ее поверхности литосферы и гидросферы, поскольку океаны то занимали огромную часть планеты, то отступали.

Так, в мезоархее от 3,2 до 2,8 млрд л. н. практически всю поверхность планеты занимал неглубокий океан. К нача-лу протерозоя (2,5 млрд л. н.) поверхность Земли раздели-лась на суперконтинент Пангею-0 и Мировой океан Панта-лассу. В конце раннего протерозоя (1,6 млрд л. н.) возник новый гигантский материк - Пангея-1. В следующие сотни миллионов лет Пангея-1 испытывала растяжение и деструк-цию, а в позднем рифее (700-650 млн л. н.) раскололась

162 Глава 9

на две части: северную - Лавразию и южную - Гондвану. Гондвану и Лавразию разделяет море Тетис. Можно упомя-нуть и суперконтиненты (о которых выше мы уже говорили), состоявшие почти из всех имевшихся континентальных масс: 1,75 млрд л. н. - Колумбия, 1 млрд л. н. - Родиния (Габдуллин и др. 2012: 209-210).

9.2.2. Луна. Геологические эпохи развития Луны

После Земли Луна является наиболее изученным космическим объ-ектом. Тем не менее в отношении ее истории, особенно ранних эпох, очень много неясного и, соответственно, очень много гипотез

точек зрения. Одна из распространенных точек зрения состоит в том, что на Луне нет и, видимо, никогда не было плотной атмо-сферы и гидросферы и что Луна с самого начала была горячей.

данном разделе геологические эпохи Луны представлены по В. Н. Жаркову (2013: 353-355).

Первый период в жизни Луны продолжался около 110 млн лет (примерно с 4510 млн л. н. до 4400 млн л. н.)⁷⁸. Это был период формирования макроструктуры лунных недр, то есть формирова-ния ее первичных оболочек в результате частичной дифференциа-ции ее вещества.

Второй период в развитии Луны длился дольше, примерно

400 млн лет (с 4400 млн л. н. до 4000 млн л. н.). В начале периода

завершилась кристаллизация верхней мантии, что связывается

началом образования круговых морей, выбросы из которых прак-тически завершили формирование макроструктуры материков. В этот период на Луне протекали разнообразные процессы, кото-рые привели к ее стабилизации как планетного тела. Это был пери-од активной вулканической деятельности, интенсивной бомбарди-ровки лунной поверхности метеоритами, в результате чего возник-ли лунные горные породы (брекчии) и происходил ударный мета-морфизм древних пород. При этом дальнейшая эволюция недр определялась медленным остыванием наружного слоя Луны, уве-личением толщины лунной литосферы, а соответственно, вытесне-

Надо учитывать, что В. Н. Жарков не дает исходной даты начала образования Луны, но да-та 4,51 млрд л. н. в целом более или менее близка к предположениям других ученых. Хотя эта дата, как и время образования Земли, может иметь колебания в пределах нескольких десятков миллионов лет.

Геологические процессы и некоторые исторические факты 163

нием зоны конвекции (астеносферы) к центральным областям Лу-ны. Но формирование поверхностных пород ранней Луны замет-но осложнялось падениями крупных астероидов, что приводило

подъему на поверхность вещества из глубин в десятки километ-ров и его разбрасыванию.

этому следует добавить, что в описанной и предыдущей фа-зах геологической истории Луны на нее существенно влияло воз-действие Земли, так как Луна была намного ближе к Земле, чем сейчас. В какой-то степени это могло повлиять на асимметрию в плане толщины коры на видимой и обратной сторонах Луны.

Очевидно, что в периоды, когда Земля и Луна были сближены, приливное воздействие Земли было гораздо более значительным. Расчеты показали, что при расстоянии Луны от Земли, составляющем одну треть от современного, грави-тационное воздействие на видимой стороне могло быть

10 раз больше, чем на обратном полушарии Луны, а при сокращении расстояния до 1/10 эти различия возрастали

10 тыс. раз. Гравитационное воздействие Земли должно было способствовать созданию глобальной тектонической асимметрии с формированием океанического сегмента имен-но на видимой стороне. Гравитационное воздействие Земли, несомненно, проявлялось на самых ранних стадиях форми-

рования Луны, усиливая ее первичную неоднородность,

также образование более мощной коры на обратной сто-роне (Кац и др. 1984).

Третий период в эволюции Луны длился приблизительно

100 млн лет (с 4000 до 3900 млн л. н.). Он связан с ударным обра-зованием круговых бассейнов (Море Дождей, Море Восточное, Море Ясности, Море Кризисов и др.). Выбросы из кратеров буду-щих круговых морей образовали насыпные горы и некоторые фор-мации (например, Фра Мауро в Океане Бурь), в значительной сте-пени стерли следы предыдущей истории лунной поверхности и за-вершили формирование материков. В Главе 3 мы рассказывали

крупнейшем ударном образовании в Солнечной системе, бас-сейне Южный полюс - Эйткен на Луне, который, по-видимому, образовался в период 4 млрд л. н. (Шевченко 2015: 54), то есть от-носится к данному или предыдущему периоду.

164 Глава 9

Следующий, четвертый, период был весьма продолжитель-ным (от 3,9 млрд л. н. до 3,16 млрд л. н., то есть длился почти

млн лет)⁷⁹. Данный период также называют морской фазой, по-скольку он связан с заполнением базальтовой лавой лунных морей

завершением образования неоднородностей, вызываемых грави-тационными аномалиями, так называемых масконов. Таким обра-зом, мы приходим к важному пониманию, что события образова-ния ударных кратеров круговых морей (в районе 4 млрд л. н., см. выше) и заполнения их лавой разделены заметным интервалом в сотни миллионов лет. В это время также шел процесс формиро-вания вторичной коры Луны в результате плавления пород верхней

средней мантии (Шевченко 2014). Лавы морских базальтов по-крывают 17 % площади Луны, и они завершили формирование об-лика видимого полушария нашего спутника.

Хотя четвертый период в эволюции Луны называют "мор-ским", его более фундаментальной особенностью является затуха-ние тектонической активности планеты⁸⁰. В этот же период проис-ходит ослабление и исчезновение магнитного поля. Лунный вулка-низм прошел два пика активности: 3,2 и 3,7 млрд л. н. (Бережной,

Сурдин 2012: 100).

Пятый - "послеморской" - период длится до сих пор. Следо-

вательно, он наиболее длительный. Он оказался таким бесконеч-ным (более 3 млрд лет), потому что активные процессы прекрати-лись и состояние Луны стабилизировалось. На Земле геологиче-ские периоды становились все более дробными, на Луне геологи-ческая история почти замерла. В этом наглядно проявляется разница между живой и мертвой планетами. Конечно, происходило падение на Луну метеоритов и образование кратеров. Таким обра-зом, эрозия лунной поверхности в последние 3 в 10⁹ лет обуслов-лена только метеоритной бомбардировкой. Эта бомбардировка, по существу, не стерла главных событий в жизни Луны, о которых сказано выше.

Этот период в данных хронологических рамках выделяется почти всеми исследователями

(см., например: Тебиева 2015: 205).

Многие исследователи отмечают, что в районе 3 млрд л. н. вулканическая активность ис-чезла или резко сократилась, но есть и другие взгляды. Например, В. В. Шевченко (2014) считает, что эта деятельность прекратилась 2,5 млрд л. н. Некоторые предполагают, что вулканическая деятельность закончилась 500 млн л. н. (Язев 2018: 101).

Геологические процессы и некоторые исторические факты 165

Данную периодизацию может хорошо дополнить и пе-риодизация по фазам активизации падения метеоритов и ас-тероидов (хотя должно быть понятно, что такое падение по времени было очень неравномерным).

Для Луны выделяется пять периодов (систем) формиро-вания кратерированной поверхности (которая является ре-зультатом метеоритной [импактной] бомбардировки): 1) до-нектарисовая (4,5-3,92 млрд л. н.); 2) нектарисовая (3,92- 3,85 млрд л. н.); 3) имбрианская (3,85-3,15 млрд л. н.); 4) эра-тосфенская (3,15-1,0 млрд л. н.); 5) коперниканская (1,0 млрд л. н. - до настоящего времени) [Сиротин 2013: 1081].

9.2.3. Меркурий

Меркурий, как уже говорилось, в ряде моментов похож на Луну,

том числе и своей историей. Но в отличие от Луны Меркурий мало исследован, поэтому выделить для него геологические эпохи пока затруднительно. Напомним, основными рельефообразующими факторами на Меркурии были ударные события и магматические процессы. В частности, они повлияли на формирование внутренних и внешних равнин планеты. Так, возможно, гладкие равнины сформировались в результате интенсивной бомбардировки 4,2- 4,0 млрд л. н. А более молодые лавовые затопления внутренних и внешних равнин Меркурия связаны с бассейнами, сформирован-ными ударами метеоритов около 3,8 млрд л. н. (Пугачева, Шевчен-ко 2015: 205). При этом на Меркурии (как, впрочем, и на Луне, и на Марсе) имел место особого типа вулканизм, так называемый эффу-зивный, когда лава медленно выходит и растекается на большие площади, а на Земле - эксплозивный вулканизм, с извержениями (Язев 2018: 45). Эффузивный вулканизм для планет земной группы оказывается более типичным, чем эксплозивный, характерный для Земли.

Крупнейший бассейн на Меркурии носит название Калорис, или равнина Жары, его диаметр равен 1200-1300 км, валы дости-гают 2 км (Ксанфомалити 2012б: 116). Это ударная структура, ко-торая образовалась 3,9 млрд л. н. (то есть в конце эпохи Поздней тяжелой бомбардировки) в результате падения весьма крупного те-ла. Последствия такого удара предполагаются очень значительные. Удар был настолько сильным, что, возможно, происхождение рель-ефа противоположной стороны планеты также связано с образова-

166 Глава 9

нием равнины Жары. Предполагается, что мощные сейсмические волны, которые возникли в момент столкновения, прошли сквозь всю планету и сфокусировались в ее диаметрально противополож-ной точке. В результате этого сейсмического удара возникли тре-щины, поверхность раскололась и вздыбилась хаотическим нагро-мождением многокилометровых блоков на высоту 1-2 км. Воз-можно, в это же короткое время возникли крупные кратеры (Ксан-фомалити 2012б: 116-117).

Интересно, что равнину Жары на самой близкой к Солнцу пла-нете вполне возможно сравнить с дальним спутником Юпитера - Каллисто. Его поверхность представляет собой насыщенный ме-теоритными кратерами рельеф, сохранившийся со времени образо-вания системы Юпитера, возрастом около 3,5 млрд лет. На ней за-печатлелись следы колоссального столкновения с относительно большим телом: трещины вокруг одного из метеоритных кратеров образуют более десяти концентрических колец диаметром до 2600 км. Образование получило название Вальхалла. Два мира - мир глубокого холода Каллисто и раскаленного (в полдень) Мер-курия - роднят одинаковые по происхождению и сходные по мас-штабам и очертаниям кольцевые структуры на Каллисто и валы равнины Жары на Меркурии (Он же 1997: 171).

Однако, как уже было сказано, активная вулканическая и маг-матическая деятельность на планете прекратилась давно, 3,5 млрд л. н. (Язев 2018: 45), а ударные процессы стали более редкими.

тех пор изменения рельефа были менее существенными. Тем не менее Меркурий претерпел небольшие гравитационные сжатия, ко-торые, как мы уже писали, привели к возникновению довольно уникальных образований, так называемых эскарпов, - выступов высотой 2-3 км, которые разделяют два района поверхности. Они, вероятно, образовались в результате растрескивания, сдвигов и на-ползаний участков коры друг на друга в процессе гравитационного сжатия планеты (Там же: 48). Несмотря на прекращение вулкани-ческой деятельности и сравнительную редкость крупных астерои-дов и метеоритов (по сравнению с древними периодами), опреде-ленное изменение рельефа Меркурия имеет место (либо, по край-ней мере, имело относительно недавно). Об этом говорят эскарпы, а также ямы и грабены. Самые молодые эскарпы имеют возраст всего 50 млн л. н. (Там же: 119). Но, конечно, по активности эти

Геологические процессы и некоторые исторические факты 167

изменения несравнимы не только с Землей, но даже с Марсом и Венерой.

9.3. Геологические эпохи на отдельных планетах: Марс и Венера

9.3.1. Марс. Геологические эпохи Марса

Изучение поверхности Марса позволяет делить геологическую ис-торию этой планеты на три крупнейшие эпохи (эоны). Их названия, как и большинство современных астрономических названий в Сол-нечной системе, связаны с мифическими героями⁸¹:

ранний эон, нойский, - примерно 4,5-3,8 млрд л. н.;

средний, гесперийский, - примерно 3,8-2,8 млрд л. н.;

поздний, амазонский (иногда пишется как амазонийский), - примерно 2,8 млрд лет - до настоящего времени⁸². При этом каж-дый эон делится на периоды (эпохи)⁸³. Но у разных авторов суще-ствуют большие расхождения в датировках эонов.

В течение первого - нойского - эона (4,5-3,8 млрд лет) про-

изошло много событий⁸⁴, в частности дифференциация Марса на внутренние сферы и образование первичной марсианской коры.

Естественно, что сроки такой дифференциации можно указать только гипотетически, и здесь имеются большие расхождения. Как и в отношении Земли (см. выше), некото-рые планетологи предполагают, что дифференциация Мар-са - образование ядра и выделение коры - произошла доста-точно быстро, а именно - в течение первых 100 млн лет (Адушкин и др. 2008: 286). Дифференциация должна была дать дополнительную энергию. С другой стороны, мы пом-ним, что дифференциация Марса оказалась незавершенной,

результате у исследователей осталось много вопросов от-носительно его ядра (в частности, существует ли оно). В лю-

Датировки и описание эонов (кроме специально указанных ссылок) даются по: Сиротин

2009: 100-101.

Соответственно, названы по имени библейского пророка Ноя; в честь героинь античного мира, сестер - хранительниц яблок бессмертия; в честь легендарного племени женщин-воительниц.

Нойский эон подразделяется на нижненойский, средненойский и верхненойский; геспе-рийский - на раннегесперийский и позднегесперийский; амазонийский - на раннеамазо-нийский, среднеамазонийский и позднеамазонийский.

По времени нойский период приблизительно совпадает с земными катархейским и ранним архейским эонами и донектарским периодом геологической истории Луны (4,5- 3,92 млрд л. н.).

168 Глава 9

бом случае это ядро заметно меньше, чем у остальных пла-нет земной группы, не более 5-7 % от массы планеты (Ксан-фомалити 1997: 125). Это же повлияло и на очень слабое магнитное поле планеты. Зато у Марса чрезвычайно толстая литосфера (Там же).

этом эоне должна была проявляться тектоническая и вулка-ническая деятельность Марса. Но поскольку первичная кора этой планеты во многом не сохранилась, выделить их рельефообразую-щую роль можно только по аналогии с Луной и Меркурием, например, сравнивая с возрастом базальтовых излияний, запол-нивших лунные моря. В то же время, как мы помним, этот период включал в себя время Поздней тяжелой бомбардировки. В резуль-тате главную рельефообразующую роль сыграла именно бомбар-дировка Марса метеоритными телами. Все крупные ударные бассейны Марса: Эллада, Аргир, Исида, а также крупные кратеры Кассини, Скиапарелли, Гюйгенс и др., относятся к первому - ной-скому - эону (было также сформировано плато Фарсида). Вероят-но, в первой половине этого эона произошла планетарная струк-турная перестройка, которая создала дихотомию между южным

северным полушарием (о ней шла речь в Главе 5). Это привело

образованию высокого уровня южного полушария и низкого уровня северного полушария, которые разделял глобальный уступ.

Более всего интересны другие возможные крупные трансфор-мации. В частности, предполагается (Сиротин 2009: 101), что диф-ференциация недр Марса привела к формированию значительно более плотной, чем в настоящее время, атмосферы⁸⁵. Но особенно интригующе звучат высказывания о возможной первичной гидро-сфере марсианских океанов на месте равнин планеты, преимуще-ственно в северном полушарии⁸⁶. Таким образом, более низкое се-верное полушарие может являться дном марсианского океана. При

Но по мере прекращения поступления газов она все сильнее разрежалась и продолжает разрежаться (Тебиева 2015: 196).

Следует отметить сенсационные открытия, выполненные с помощью марсоходов "Spirit"

"Opportunity", доставленных на поверхность Марса (запущены в июне 2003 г., "MER-1"

"MER-2", США). Кроме открытия осадочных пород явно водно-осадочного происхож-дения, вне кратеров в местах посадки были обнаружены следы хлоридов и сульфатов, что указывает на существование первичных океанов (или крупных озер), по химическому со-ставу отвечающих первозданным океанам Земли (Сиротин 2009: 101). В последние годы были некоторые свидетельства наличия подледных озер с жидкой водой на Марсе.

Геологические процессы и некоторые исторические факты 169

этом не исключено, что южное полушарие было покрыто огром-ными реками и озерами. В целом рельеф повсюду носит следы древнего присутствия воды (Язев 2018: 119). Также на Марсе обна-ружены минералы с высоким содержанием химически связанной воды (Галимов 2008), эти гидратированные минералы образовались

эпоху раннего Марса, когда на дне природных водоемов накапли-вались слои осадочных пород (Митрофанов 2015: 158). Таким об-разом, в плане развития рельефа интересно отметить: на Марсе накапливались осадочные породы, что нехарактерно для других планет Солнечной системы (кроме Земли). Предполагается, что климат в это время был влажным и теплым (более подробно об этом мы расскажем далее).

Второй - гесперийский - эон (3,8-2,8 млрд л. н.) характеризу-

ется интенсивной вулканической деятельностью. Это привело к по-крытию лавовыми излияниями поверхности в пределах древней-ших материковых местностей, а также к затоплению лавой круп-ных кольцевых структур, которые возникли в течение предыдуще-го эона. Основные следы вулканизма на Марсе этого и начала сле-дующего эона представлены залитыми базальтами равнинами, которые сходны с лунными морями. Они сформировались около 3,5-2 млрд л. н. (Пугачева, Шевченко 2015: 204).

Грандиозность размеров марсианских щитовых вулканов предположительно связана с тем, что горячие мантийные по-токи (плюмы), породившие вулканы, сотнями миллионов лет остаются фиксированными относительно поверхности. Оценка возраста окружающих Фарсиду разломов и трещин говорит о ее чрезвычайно древнем происхождении. Процес-сы ее формирования происходили 3,7 млрд л. н., а последнее извержение Олимпа было сравнительно недавно (возможно, всего 2 млн л. н.). Это означает, что за данный период кора Марса не сдвигалась, вулканический очаг продолжал дей-ствовать все это время, извергая огромное количество лавы, что и привело к гигантским вулканическим постройкам. На Земле смещение литосферных плит относительно вулка-нических очагов не позволяет формироваться вулканам та-ких размеров. Земные вулканы существуют более короткое время (Язев 2018: 122-124).

170 Глава 9

Это очень интересное различие в истории обеих планет. Вообще, повторимся, движение литосферных плит на Земле пока выглядит уникальным для Солнечной системы.

Примерно 3 млрд л. н. произошел катастрофический разрыв

марсианской коре, когда она "лопнула" под влиянием неких мощных внешних сил. С этим древним проявлением тектоники связано формирование грандиозного каньона - долины Маринера

(Язев 2011: 141).

Уникальными были процессы, связанные с марсианской гидро-сферой. В начале этого эона (вплоть до 3,5 млрд л. н.) хорошо про-слеживаются следы деятельности водных потоков. Даже существу-ет мнение, что гесперийский период характеризуется катастрофи-ческими наводнениями, в результате которых на поверхности обра-зовались каналы оттока. Важно отметить, что гесперийский период является промежуточным и переходным в истории Марса: в это время климат изменился от влажного и теплого, свойственного первому (нойскому) периоду, до современного - холодного и сухо-го. Есть все основания считать, что и формирование полярных ша-пок началось с этого же рубежа (с 3,5 млрд л. н.). (Сиротин 2009: 102). Довольно активными были и ветровые (эоловые) геологиче-ские процессы (Там же).

Следующий (третий) - амазонский - эон (2,8 млрд л. н. -

до настоящего времени) характеризуется довольно активной вул-канической и тектонической деятельностью. В частности, тектони-ческая активность неоднократно возобновлялась в областях Тарсис и Элизий, а также в зоне глобального уступа (между полушария-ми). Продолжались обширные вулканические площадные излия-ния⁸⁷. Именно к этому периоду относится образование гигантской рифовой зоны долины Маринер с Лабиринтом Ночи. Отдельные огромные вулканы, расположенные в экваториальной зоне Марса, сформировались примерно 2-1 млрд л. н. (Пугачева, Шевченко

2015: 204).

Однако в этом смысле амазонский этап неравномерен. Дело

том, что со временем интенсивность лавовых излияний постепен-но затухала. Последнее мощное проявление площадного вулканиз-

Не только на Тарсисе и Элизии, но и на равнине Большой Сирт и плато Гесперия, к юго-западу от Эллады и в ряде локальных мест материковой части Марса.

Геологические процессы и некоторые исторические факты 171

ма произошло не позднее 500 млн л. н. и завершилось формирова-нием щитовых гигантских вулканов: сначала Арсии, затем Павли-ны и Аскрийи и, наконец, образованием самого молодого вулкана - Олимпа. Таким образом, возраст гигантских вулканов невелик - 300-400 млн лет (см.: Язев 2018: 122-23).

Как мы помним, это самые высокие горы в Солнечной систе-ме⁸⁸. Таким образом, на Марсе, по сравнению с Луной и Меркури-ем, глобальная эндогенная (внутренняя) активность имела место очень длительное время (Шевченко 2014).

Для данной главы важно, что расчеты вязкости лавы, выпол-ненные для вулкана Арсия, показали: ее плотность меньше, чем

лунной лавы, и существенно меньше, чем у земной. А это значит, что в условиях невысокой силы тяжести на Марсе (3,72 м/с²) эта лава растекалась на очень большие расстояния (до 1500 км), изме-няя рельеф и заполняя древние ударные кратеры.

Важно отметить, что и в целом глобальный вулканизм на Мар-се, несомненно, имел большое, даже решающее значение для пере-ломных событий в его эволюции (Там же: 205). Однако в послед-ние несколько сотен миллионов лет Марс не проявляет заметной тектонической и вулканической активности. Очевидно, это вызвано постепенным остыванием недр (Пугачева, Шевченко 2015: 204). Таким образом, красная планета прошла свой пик в области не только гидросферы (что отличает ее от всех остальных планет по-сле Земли) и климата, но и вулканизма. Хотя Марс и Земля ровес-ники, но первый выглядит уже глубоким стариком, тогда как по-следняя еще молода. Однако недавние уточнения могут доказать, что Марс не так уж и стар, как казалось недавно. Дело в том, что более детальные исследования позволили определить эпоху по-следних извержений, приблизив их к нашему времени. Они могли иметь место в период от 115 млн л. н. до совсем недавнего по гео-логическим меркам времени - 4-2 млн л. н.

отношении амазонийского эона следует добавить, что в нем активно продолжались ветровые процессы, влияющие на рельеф (Сиротин 2009: 102). Впрочем, по мнению специалистов, на Марсе ветровые (эоловые) процессы проявляются в течение всей истории

Не можем еще раз не отметить, как расширяются наши представления. Мы уже имеем возможность говорить о горах, кратерах и т. п., самых больших не только на Земле, но и в Солнечной системе!

172 Глава 9

геологического развития планеты, несмотря на то, что в последнее время (в геологическом масштабе) газовая оболочка планеты ста-новится все более незначительной (Пугачева, Шевченко 2015: 209).

Главе 3 мы упоминали о том, какие мощные ветра господствуют на Марсе сегодня.

9.3.2. Венера

отличие от Меркурия, Луны и Марса, поверхности которых сформировались миллиарды лет назад, современная поверхность Венеры имеет очень молодой возраст - всего лишь несколько сотен миллионов лет. Следы более древних формаций практически не со-хранились, поскольку 95 % этих образований уничтожены поздни-ми наслоениями (Шевченко 2014). Поэтому говорить о геологиче-ских эпохах Венеры пока сложно, хотя делаются некоторые пред-положения об изменении атмосферы и климата (см. ниже). Возраст поверхности Венеры ближе всего к возрасту земной поверхности. Однако, обладая иной тепловой историей, Венера сформировала принципиально другую среду - значительно отличающийся от зем-ного химический состав атмосферы, высокие значения давления и температуры у поверхности (Там же). Вулканическая деятель-ность имела для Венеры большое значение (Пугачева, Шевченко

2015: 205).

На Венере, как мы уже говорили, несмотря на плотную атмо-сферу, сохранилось множество кратеров ударного происхождения диаметром от 10 до 300 км (см. ниже). Многие удары падающих космических тел явно сопровождались обильными излияниями ла-вы (Язев 2011: 72). Но наличие большого количества древних ударных кратеров, не разрушенных эрозией, а также другие данные позволяют утверждать, что поверхность планеты в основном мало изменилась за последние 300-500 млн лет. Хотя Венера в плане изменения поверхности больше похожа на Землю, все же в дина-мике процессов наблюдается большая разница. За 300 и тем более 500 млн лет на Земле произошло столько изменений, что их невоз-можно перечислить.

Напомним, что вулканы на Венере не похожи на земные. Там больше всего вулканов в форме конусов и куполов. Так, возле области Альфа обнаружены совершенно круглые обра-зования с плоской или проваленной верхушкой и очень кру-тыми склонами диаметром до 65 км. Предполагается, что та-

Геологические процессы и некоторые исторические факты 173

кие "блины" сформировались при излияниях вязкой лавы, которая медленно растекалась и застывала. Считается, что область Бета представляет собой гигантский щитовой вулкан высотой 4-5 км с характерным размером основания около 1000 км. Радиальные лучи, расходящиеся от центра этой об-ласти, - это, видимо, следы грандиозных лавовых потоков, стекавших по пологим склонам вулкана (Язев 2018).

Таким образом, есть основания полагать, что вулканическая ак-тивность планеты была наиболее сильной 500-300 млн л. н. В это время на планете происходили грандиозные явления, связанные

обновлением ее поверхности в результате массового излияния ла-вы (Шкодзинский 2017: 72-73). Затем вулканическая активность снизилась, но не прекратилась до настоящего времени (см. об этом ниже), и это отличает Венеру от Луны, Меркурия и Марса.

9.4. Климат и глобальные климатические катастрофы

Вода в Солнечной системе. Мы уже касались вопроса о наличии воды в Солнечной системе. Помимо Земли она достаточно распро-странена и на других телах Солнечной системы, причем в самых разных формах. В основном, правда, в виде пара или водяного льда, но в отдельных местах и в виде крупных водоемов, целых океанов, правда, подледных (прикрытых толщей льда), в частности, на спутниках Юпитера и Сатурна (Европе, Энцеладе, Рее, Дионе). Толща льдов и океанов под ними очень велика, намного превосхо-дит аналогичную на Земле (Кусков и др. 2009: 514). Таким обра-зом, есть уникальные тела, которые по запасам воды могут превос-ходить Землю. Однако она обладает открытой и сложной гидро-сферой, обеспечивающей целый ряд необходимых для эволюции планеты и существования жизни функций, такого больше нигде не встречается.

то же время имеется довольно устоявшаяся точка зрения, подтвержденная многочисленными фактами, что жидкая гидросфе-ра была ранее и на других планетах, а не только на Земле, и осо-бенно значима была гидросфера на Марсе. Рассмотрим эти данные.

Венера. Сегодня на Венере практически нет воды, кроме неко-торого количества водяного пара. Относительно причин отсутствия воды существует много точек зрения, правота которых во многом зависит от того, каков был источник ее появления: сразу ли она

174 Глава 9

выделялась в процессе аккреции, либо уже в процессе расплавле-ния массы планеты, либо позже, в процессе вулканической дея-тельности, и т. д. Одна из гипотез предполагает, что на том рассто-янии от Солнца, где происходил процесс формирования Венеры

газопылевом облаке, изначально было недостаточно воды, соот-ветственно, ее на планете и не должно было быть (это так называе-мая теория разгоняющегося парникового эффекта). Однако есть мнения, что в ранний период вода на Венере была (теория влажно-го парника). Согласно одной из гипотез, первоначально на Венере было не меньше воды, чем на Земле. Венера даже когда-то имела океаны, но лишилась их, потому что ее атмосфера у поверхности была чересчур горячей и влажной, а именно - относительная кон-центрация водяного пара составляла более 20 % по объему. Все это должно было привести к интенсивному испарению воды и насы-щению атмосферы ее парами. Благодаря росту концентрации водя-ного пара во все более плотной атмосфере должен был усиливаться парниковый эффект, что приводило к дальнейшему росту темпера-туры. В условиях Венеры (в отличие от Земли) вода получает усло-вия для конденсации только на очень больших высотах, где вместо конденсации происходит ее диссоциация. А на больших высотах молекулы воды распадались на водород и кислород под воздей-ствием ультрафиолетового излучения Солнца, и легкий водород беспрепятственно улетучивался из горячей атмосферы в космиче-ское пространство. Таким образом, вода быстро исчезла из атмо-сферы планеты, а ее остатки оказались связанными серной кисло-той в высоких облаках.

Независимо от того, находилась ли ранняя атмосфера Венеры в состоянии разгоняющегося или влажного парника, она обязательно должна была прийти к современному горя-чему и сухому состоянию. После исчезновения океанов, если они были, прекратилось формирование карбонатов, и угле-кислый газ начал накапливаться в атмосфере.

Именно углекислый газ, а не расстояние от Венеры до Солнца определяет сегодняшнюю высокую температуру ее поверхности. До Венеры доходит в 1,9 раза больше солнеч-ной радиации, чем до Земли, но ее кислотные облака отра-жают около 80 % солнечного света, и поэтому она поглощает значительно меньше солнечной энергии, чем Земля. В отсут-

Геологические процессы и некоторые исторические факты 175

ствие парникового эффекта Венера была бы холоднее Земли и лишь ненамного теплее Марса (Тебиева 2015: 209-210).

Еще более экзотическая версия предусматривает удар гигант-ского космического тела размерами не менее сотен километров, ко-торый мог сорвать насыщенную водяными парами атмосферу (Язев 2011: 66-67). Отметим еще раз, что катастрофы в планетной космо-гонии играют роль палочки-выручалочки: все неясное можно отно-сить на их счет.

Марс. Более интересно обстоит дело с красной планетой. Низ-кое атмосферное давление и низкие температуры на Марсе не поз-воляют воде существовать здесь в жидком состоянии. При суще-ствующем давлении 6,1 мбар вода кипит и быстро испаряется при любой температуре. В результате на планете невозможны водоемы

открытом виде: моря, озера, реки и т. д.

то же время обнаружено великое множество признаков существования на Марсе значительного количества жидкой воды

прошлом. Сохранились сухие русла рек с притоками и долины, потеки на склонах кратеров и другие водно-эрозионные образова-ния. Посадочные аппараты показали наличие минералов, которые образуются при обязательном участии воды. Многие плоскодонные древние кратеры, похоже, были когда-то заполнены водой. Расчеты показывают, что вся масса марсианского льда, будучи растоплен-ной, могла бы образовать океан равномерным слоем порядка де-сятков (по некоторым оценкам, сотен) метров на всей поверхности планеты. На Марсе налицо огромные запасы воды в виде льда, накопленные в полярных шапках, а также в грунте в виде вечной мерзлоты. Содержание льда в поверхностном грунте достигает 50 %. Вероятно существование жидкой воды подо льдом в некото-рых местах, а также грунтовых вод на глубине от 150 до 500 м, ко-торые влияют на современные изменения рельефа планеты, в част-ности на формирование оврагов, оползни и сели (Ксанфомалити 2004). Современные космические исследования планеты показали, что ранний Марс был таким же влажным и теплым, как и ранняя Земля, и что вода во всех ее фазах - твердой, жидкой и газообраз-ной - остается важной составляющей современной марсианской природной среды (Митрофанов 2015: 159).

Неизвестно, был ли в прежние времена на Марсе единый океан. Но существует мнение, что океан мог занимать Великую Северную

176 Глава 9

равнину, и его гипотетическое высыхание могло повлечь перерас-пределение масс на поверхности планеты (Язев 2018: 128-132). Имеется более однозначное мнение о том, что миллиарды лет назад так или иначе существовали многочисленные водоемы (моря, озе-ра, реки, проливы). Словом, большинство исследователей склоня-ется к тому, что гидросфера на Марсе существовала, причем до-вольно длительное время.

Многочисленные факты свидетельствуют о том, что в далеком прошлом климатические условия на Марсе существенно отлича-лись от современных, атмосферное давление и температура в более ранние периоды были значительно выше (Там же: 130). А некото-рые исследователи (см., например: Павлов 2006: 90, 96) даже гово-рят о возможной температуре +30-50 ®С благодаря атмосфере из углекислого газа и парниковому эффекту.

Отсюда вполне закономерный вывод: какая-то глобальная кли-матическая катастрофа существенно изменила условия на планете. Естественно, по этому поводу имеется множество гипотез. Основ-ные из них связывают катастрофу с существенными изменениями параметров вращения планеты. Имеются три основные версии: из-менение параметров орбиты Марса, изменение положения оси вращения Марса относительно самой планеты либо смещение всей коры Марса относительно нижележащих мантийных слоев (Язев 2018: 130-131). Первая гипотеза связывает изменение орбиты Мар-са с так называемыми циклами Миланковича⁸⁹. Но она выглядит наименее убедительной, поскольку факты свидетельствуют о том, что климатическая катастрофа произошла на Марсе миллиарды лет назад, после чего, по крайней мере, в течение всего Амазонийского периода, климат радикально не менялся⁹⁰. Если рассматривать вторую гипотезу, то климатическая катастрофа могла быть связана

очередным изменением оси вращения Марса, в результате чего водоемы оказались в зоне высоких широт и начали замерзать.

Колебания достигающего Земли количества солнечного света и солнечной радиации на протяжении больших промежутков времени связаны с изменением в течение тысячелетий и десятков тысяч лет поворота земной оси, ее наклона и т. п. Соответственно, подобные явления и последствия могут быть отнесены и к другим планетам.

Но могли происходить отдельные потепления (глобальные или локальные вследствие крупных ударных явлений, вулканических извержений, гипотетических прорывов метана из мерзлого грунта) длительностью в сотни тысяч лет, сопровождавшиеся выходом на по-верхность жидкой воды (Язев 2018: 133).

Геологические процессы и некоторые исторические факты 177

Уменьшение концентрации водяного пара в атмосфере должно бы-ло привести к лавинообразному похолоданию, формированию мощных полярных шапок, последующему вымерзанию атмосфер-ного углекислого газа и дальнейшему уменьшению давления. Триггером могли послужить непрозрачные тучи из выброшенных

атмосферу вулканических аэрозолей, перекрывавших солнечным лучам путь к поверхности планеты.

Третья гипотеза предполагает катастрофические смещения по-люсов планеты. Если такое смещение могло произойти в давнюю "теплую" эпоху существования Марса, теплые низкоширотные зо-ны водоемов могли неожиданно и быстро сместиться к полюсам и стремительно замерзнуть, начав лавинообразный процесс выхо-лаживания, который закончился осаждением сконденсировавшейся углекислоты на полярные шапки⁹¹.

Вероятнее всего, действовали многие факторы: циклические изменения положения оси вращения и параметров орбиты Марса, перераспределение масс на поверхности и в недрах планеты за счет вулканизма и импактов, возможные смещения коры при отсутствии стабилизирующего влияния крупного спутника (Язев 2018: 132).

Заключительные рассуждения. Из обсуждений гипотез о ве-

ликих климатических катастрофах Марса и Венеры можно сделать вывод: подобно тому, как на Земле климат местности зависит не только от широтного положения места, но и от многих других ве-щей (рельефа, защищенности горами, близости к морю, направле-ния воздушных потоков и т. п.), климат планет зависит не только от близости к Солнцу, но и от целого ряда других моментов (атмо-сферы и ее состава, размера, наклона оси, внутренних источников тепла и т. п.). Словом, перед нами закономерности первого, вто-рого, третьего и т. д. порядка, но в конкретной ситуации не всегда закономерность первого порядка важнее закономерности третьего порядка (каким был, например, круговорот углекислого газа по сравнению с близостью к Солнцу).

Высказанное 30 лет назад предположение, что шар Марса однажды повернулся, и полюса переместились так, что льды прежних полярных шапок оказались на экваторе, где они со-хранились под слоями грунта и отложениями вулканического пепла, также объясняет, по-чему основные следы проточной воды обнаружены в восточной части равнины Амазония и восточной части Земли Аравия (Ксанфомалити 2004: 207).

178 Глава 9

Особенности происхождения планет земного типа не объясняют полностью их климата. Три "соседки" (Венера, Земля и Марс) когда-то были похожими во многих отноше-ниях. Они состояли из одинаковых пород, имели атмосферы

примерно одинаковым газовым составом (углекислый газ и водяной пар) и были достаточно массивными, чтобы удер-живать воду на большей части своей поверхности. Принци-пиально различный климат возник на них в основном из-за различий в круговороте углекислого газа (CO₂) - обмене им между корой планеты и атмосферой. Углекислый газ являет-ся парниковым: он пропускает солнечный свет, но поглоща-ет инфракрасное излучение (тепло) планеты и переизлучает часть этого тепла назад, к ее поверхности, где молекулы Н₂О подвергаются фотодиссоциации, а водород ускользает в кос-мос. В ходе этого процесса менее чем за 30 млн лет может исчезнуть целый океан (Тебиева 2015: 207). Многие из тех механизмов отрицательной обратной связи, которые способ-ствовали стабилизации земного климата на протяжении 4,5 млрд лет, возможно, действовали бы и на другой планете такого же размера, расположенной дальше от Солнца. Един-ственная причина, почему замерз Марс, состоит в том, что он слишком мал для существования на нем круговорота угле-кислого газа (Там же: 217)⁹². Впрочем, этот момент давно от-мечался астрономами. Более 120 лет назад К. Фламмарион писал: "Наибольшая разница между Землею и Марсом за-ключается в незначительности его объема" (Фламмарион

2004: 21).

Но все же в конечном счете, если рассматривать крупный мас-штаб событий, закономерности первого порядка оказываются важ-нее (потому они и относятся к первому порядку).

Все эти рассуждения о роли химического состава земной атмосферы имеют значение при моделировании климатиче-ских изменений уже состоявшегося факта: "Земля имеет умеренный климат, пригодный для жизни". Главная причина формирования умеренного климата планеты, как показали расчеты, заключается в следующем. Если бы Земля образо-

Но, естественно, процессы были гораздо более сложными. Как отмечают специалисты, проблема существования марсианской атмосферы тесно связана с таким явлением, как ак-тивный вулканизм на планете (Пугачева, Шевченко 2015: 202). А о марсианском вулка-низме известно очень немного.

Геологические процессы и некоторые исторические факты 179

валась на 5 % а. е. ближе к Солнцу, то атмосфера стала бы настолько горячей, что океаны бы испарились (такой про-цесс известен как разгоняющийся парниковый эффект). На-против, если бы планета сформировалась всего на 0,01 а. е. дальше от Солнца, она попала бы в условия разгоняющегося оледенения. Только возникнув в относительно узком поясе орбит - между 0,95 и 1,01 а. е., Земля получила исключи-тельные преимущества, сумев избежать судьбы Марса или Венеры. Эта узкая полоса орбит была названа "непрерывно обитаемой зоной" (Тебиева 2015: 218).

то же время одних закономерностей первого порядка для ка-чественного эволюционного рывка недостаточно. В частности, примеры Марса и Венеры, а равно и других космических тел, пока-зывают, что для зарождения жизни нужны были уникальные усло-вия, а значит, закономерности разного порядка и, кроме того, цело-го ряда дополнительных вещей, в том числе и случайностей, о ко-торых пойдет речь в третьей части книги.

Часть III

ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

В КОНТЕКСТЕ ПЛАНЕТНОЙ ЭВОЛЮЦИИ

Глава 10. Химическая эволюция

до начала абиогенной фазы на Земле

10.1. Предварительные идеи о химической эволюции

Возникновение представлений о химической эволюции. Эволю-ционная химия как определенное направление появилась в 1960-х гг. Но глубокие идеи о химической эволюции высказывались уже

1920-1930-е гг. (в том числе А. И. Опариным, Дж. Б. С. Холдей-ном, В. И. Вернадским), когда появились первые серьезные гипоте-зы происхождения жизни и сформировалась геохимия как наука. Предположения же об эволюции химических элементов значитель-но старше. Так, химик У. Праут еще в 1815 г. (когда было известно всего порядка трех десятков химических элементов) высказал предположение, что все химические элементы образовались путем полимеризации водорода. Правда, на эту идею почти не обратили внимания, однако по мере развития химии становилась очевидной упорядоченность в распределении свойств в ряду элементов. Те-перь представление о том, что все известные элементы являются производными водорода, общепризнано (Лима-де-Фариа 1991: 87- 88; см. также: Азимов 1983). Правда, образовывались эти элементы по-разному. Так, первые три элемента - водород, гелий и литий - образовались еще до появления звезд, остальные - уже в процессе жизни звезд, но тоже различными способами.

По мере все более глубокого проникновения в структуру мате-рии возникали и более глубокие представления о химической эво-люции. Полезно будет начать эту главу с приведения выдержки из работы А. Лима-де-Фариа (1991: 90), в которой он суммирует принципы эволюции химических элементов. Разумеется, данные

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 181

принципы ни в коем случае не покрывают всей химической эволю-ции, каковая много шире, чем эволюция ее элементов, не показы-вают движущие силы и правила этой эволюции, но дают опреде-ленное полезное представление о ней.

Все элементы образовались на основе водорода. 2. Большин-ство элементов возникло внутри звезд. 3. Несмотря на существова-ние множества видов частиц, физики считают, что все элементы состоят только из электронов, протонов и нейтронов в различных сочетаниях. 4. Число элементов сравнительно невелико: их немно-гим больше ста. 5. Комбинирование частиц оказалось возможным благодаря упорядоченности процесса превращения элементов.

Обратимое превращение одних элементов в другие происходит и в настоящее время; продукт превращения может превратиться в исходный элемент. 7. Число возможных видов превращений ограничено. Разрешены только определенные структуры. 8. Эво-люция химических элементов носит, по выражению некоторых фи-зиков, черты "великолепной простоты"⁹³.

Эволюционная химия и некоторые эволюционные идеи.

В последней трети ХХ в. сложились более системные взгляды на развитие химической эволюции как на самоорганизацию, самопро-извольное движение в направлении синтеза новых химических со-единений, являющихся более сложными и высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами; на приобрете-ние новыми соединениями качественно новых свойств, которые оказались преадаптивными для зарождения жизни ("памяти"; из-бирательности в реакциях; репликации; наследственной информа-ции; образования управляющих центров и др.). В результате сло-жилось направление эволюционной химии. Правда, в дальнейшем оно, к сожалению, не получило заметного развития и даже в насто-ящее время остается в основном за кадром исследования эволюции происхождения жизни. Но были совершены прорывы в другом

Образование более сложных элементов из простых - один из ярких примеров возникнове-ния сложного из относительно простого. Для этого, согласно М. Камшилову (1979: 6), требуются: 1) наличие массы относительно простых компонентов; 2) принципиальная способность компонентов к образованию связей; 3) источник энергии, обеспечивающий взаимодействие между компонентами; 4) условия, благоприятствующие некоторой ста-бильности вновь образующихся систем. Все эти условия для образования элементов до же-леза включительно присутствовали. Как мы покажем далее, после этого требовались уже иные энергетические условия. Отметим также, что перед нами нагляднейший паттерн - эволюционной блочной сборки, блоком для которой служил атом водорода.

182 Глава 10

плане. Исследования сложных реакций и проблем эволюции при-вели к выводам о том, что стационарный режим реакций, который казался естественным, вполне отвечающим уровню понимания за-конов природы в классической науке, является лишь частным слу-чаем нестационарного режима. При этом было обнаружено множе-ство нестационарных режимов, способствующих интенсификации реакции (Садохин 2006: 209). Отметим, что химия шла (правда,

отставанием), в общем потоке развития научной мысли. Это принципиальное понимание в химии очень напоминало подобные процессы в других науках⁹⁴, например в физике, где неизменные законы движения Ньютона стали лишь частным случаем теории относительности Эйнштейна; в астрономии и астрофизике, где не-стационарные режимы звезд и других объектов открывались с по-разительной скоростью. Даже в экономике, где в результате иссле-дования причин циклических кризисов стало выясняться, что рав-новесие в экономике - лишь один и не столь частый случай среди множества неравновесных ситуаций (см., например: Кондратьев 1991 [1932]). Словом, теории неравновесных систем и перехода к новым аттракторам адаптировались в разных науках. В химии это особенно связано с трудами И. Пригожина (см., например: Приго-жин 1960; 1985; Николис, Пригожин 2003), а также других класси-ков синергетики (см., например: Хакен 1985), которые показали, что во многих случаях у системы возникает, условно говоря, про-блема "выбора", поскольку она попадает в особо неравновесные ситуации, точки бифуркации, в которых имеются различные вари-анты дальнейшего пути систем (это, в принципе, касается и соци-альных систем, см.: Гринин 2007а; 2007б; 2011б; 2014). Соответ-ственно, это показывало один из важных механизмов движения эволюции - от развилки направлений к новому уровню, хотя по-нятно, что таких случаев среди множества иных (отката, боковых и зигзагообразных движений) было явное меньшинство. Однако таков путь поиска нового. При этом возникала ситуация историче-ской памяти и закрепления паттерна, поскольку, сделав успешный выбор между вариантами, система затем могла постоянно повто-

рять его, согласно своего рода правилу минимизации усилий эволю-

В связи с описанными изменениями в целом ряде естественных наук возникла и офор-милась в 1980-е гг. концепция глобального эволюционизма, о котором мы еще будем говорить в Заключении.

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 183

ции. Эти исследования также показали, что в некоторых случаях направленность изменений в среде приводит к возникновению си-стемы, то есть порядок возникает из беспорядка (хаоса), имеются антиэнтропийные механизмы. Таким образом, подтверждалось, что нестационарность и неравновесность - важные условия эволю-ционного развития, также как асимметричность (см. Главу 3). При этом понятно, что неравновесность может существовать толь-ко в открытых системах⁹⁵, поскольку она возникает за счет допол-нительного притока энергии, а способность ее извлекать, запасать, трансформировать и использовать как раз и показывает уровень развития систем.

Самоорганизация, самосборка и эволюционная блочная сборка. Наконец, очень важно отметить, что развитие идей самоор-ганизации в науке вместе с распространением кибернетики и си-стемного подхода дало импульс и для нового взгляда на эволюцию

целом, в которой процессы самоорганизации широко распростра-нены и являются универсальными механизмами и паттернами. К химической эволюции также стали применять идеи отбора и са-моорганизации. Но стоит заметить, что в ней, как, может быть, ни в одном другом типе эволюции, процессы самоорганизации играют особо значимую роль, собственно, сами по себе многие химические и особенно биохимические реакции есть проявление законов само-

организации (см., например: Руденко 1969). Здесь будет кстати процитировать А. Лима-де-Фариа:

Термин "самосборка" был предложен биохимиками для описания способности макромолекул к спонтанной ассоциа-ции. Сначала было установлено, что информация, заложен-ная в аминокислотной последовательности полипептидной цепи, может преобразовываться в стереохимическую инфор-мацию о третичной структуре; преобразование происходит путем свертывания цепи с образованием глобулярной биоло-гически активной конформации (то есть пространственного расположения атомов в молекуле определенной конфигура-ции. - Л. Г.). Это превращение обусловлено физико-химиче-скими свойствами самих молекул. Вскоре выяснилось, что способность к самосборке присуща и другим макромолеку-

То есть в термодинамических системах, которые обмениваются с окружающей средой веществом, а также энергией и импульсом.

184 Глава 10

лам и целым клеточным органеллам (Лима-де-Фариа 1991:

211).

Из этого вытекает, что самосборка есть достижение хи-мической эволюции, которым воспользовалась эволюция биологическая в организации воспроизводства важных мо-лекул, включая ДНК. Здесь подтверждается важная идея, что для прорыва к новому надо накопить возможно больше до-стижений на более низких уровнях в самых разных направ-лениях развития. И уже одно это объясняет, почему одноли-нейная эволюция - это нонсенс. Нужно несколько или даже много линий развития (то есть эволюция должна быть мно-голинейной), часть из которых может затем сблизиться и тем самым дать мощный импульс для прорыва к новому.

Способность к самоорганизации (и в какой-то мере к са-мосборке) имеет место, как мы видели, на всех уровнях эво-люции. Вот как об этом пишет А. Лима-де-Фариа: "Физики давно знают о спонтанной, внутренне присущей элементар-ным частицам способности соединяться и образовывать дру-гие частицы и атомы, но они не употребляли термин "само-сборка", так как объединение протонов, нейтронов и элек-тронов в атомы представлялось им естественным процессом. То же самое справедливо также в отношении организмов

сообществ. Спонтанную ассоциацию клеток и формирова-ние организма вначале описывали как "клеточную агрега-цию", потому что во времена зарождения клеточной теории молекулярная самосборка и химическая межклеточная ком-муникация были неизвестны. Впрочем, и теперь неохотно соглашаются с тем доказанным фактом, что животные "са-ми" собираются в сообщества при помощи химических и фи-зических информационных сигналов... Так или иначе стано-вится ясно, что явление самосборки имеет одни и те же ос-новные признаки на всех уровнях, от элементарных частиц до человеческих сообществ" (Лима-де-Фариа 1991: 211). Ниже ученый приводит пример самосборки вирусов. Когда Х. Л. Френкель-Конрат указал на возможность самосборки вирусных частиц из их компонентов - нуклеиновых кислот и белков, - никто в это не поверил: слишком сложной пред-ставлялась структура вирусов. Однако вскоре удалось осу-ществить самосборку вируса табачной мозаики. Сборка начиналась сразу после смешивания выделенных РНК и бел-ка при соответствующем рН, и образующиеся вирусные ча-стицы были полностью инфекционны и неотличимы от ис-

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 185

ходного вируса. Самосборка в растворе шла спонтанно, ни-каких дополнительных молекулярных компонентов не тре-бовалось. Такие же результаты были получены в опытах по самосборке других вирусов, например бактериофагов (Лима-де-Фариа 1991: 213).

Да, то, что вирусы могут собираться из компонентов, выглядит фантастически и загадочно для непосвященного. Но дело в том, что у многих молекул есть своего рода изби-рательность, или "предпочтения", в целом - способность узнавать "родственные" или нужные компоненты (см., на-пример: Эглинтон 1974: 52)⁹⁶. И это стало проявляться еще на абиотической фазе истории Земли, в добиологической химической эволюции (об этом у нас еще будет идти речь). Выше мы уже писали о правиле эволюционной блочной сбор-ки, в результате которой уже опробованные блоки, подси-стемы, "узлы" и т. п. используются при формировании но-вых систем (организмов) в готовом виде. Такая "блочная сборка" резко ускоряет темпы эволюции (Гринин и др. 2008: 64). Одними из первых таких "блоков" стали атомы и моле-кулы, в известной мере ими являлись сгустки молекулярных пылегазовых облаков, из которых образовываются звезды и планетезимали (Гринин 2017: 140, 166). Соответственно, на уровне химической эволюции эволюционная блочная сборка

одной из линий стала трансформироваться в самосборку. Также важным моментом в способности "узнавания" моле-кул или иного типа элементов в химической эволюции явля-ется то, что по сути это зачаток принципа "свой - чужой", особенно характерного для более высоких уровней - биоло-гического и социального. Но в целом это общий паттерн по-ведения, важный для эволюции всех типов и всех уровней - признание своего, отвержение чужого⁹⁷. При этом чем выше уровень эволюции, тем изощреннее признаки определения "своего" или "чужого" и тем острее и многообразнее реак-

Своеобразный фильтр есть в кристаллах, который обнаружил В. М. Гольдшмидт. Поскольку разные ионы имеют разные размеры (в частности, положительно заряженные ионы, анионы, намного крупнее отрицательно заряженных - катионов), их кристаллохимическая структура образует каркас, который играет роль своеобразного геохимического фильтра, способствующего дифференциации химических элементов по величине их ионов. В кон-кретную кристаллохимическую структуру могут войти не любые элементы, обладающие необходимой валентностью, а лишь те, ионы которых имеют соответствующий размер радиусов (Добровольский 2003: 20).

Напомним, что на этом принципе построена система иммунитета высших живых орга-низмов.

186 Глава 10

ция на ситуацию "свой - чужой". Язык таких сигналов для узнавания (или, образно говоря, пароли) принципиально раз-ный, но общий подход к отбору (узнавание - это тоже вид отбора) на таком локально-видовом уровне, бесспорно, один. Подобная избирательность - превосходный пример, показы-вающий, как общий принцип эволюции может проявляться на самых разных уровнях⁹⁸. Но отметим, что химическая эволюция "изобрела" принципиально новый язык для такого избирательного поведения.

Автоэволюция. Химическая эволюция является направленной, то есть подчиняющейся ограничениям, которые ее канализируют. Направленность эволюции означает, что в ней есть определенные тенденции, связанные с более активным использованием опреде-ленных принципов и паттернов (условно - правил и законов). При этом эволюция в целом именно с абиогенной химической эволю-ции (то есть со стадии предбиологической эволюции) все более за-метно выступает как саморазвивающаяся, при этом ее развитие становится ускоряющимся. Иначе говоря, она начинает приобре-тать черты автоэволюции (термин А. Лима-де-Фариа), то есть ос-новные движущие силы находятся в ней самой и высвобождаются

результате развития. Это происходит за счет ряда эволюционных находок и открытий, о которых ниже еще будет идти речь. В част-ности, возникает автокатализ (то есть явление, когда один из реа-гентов одновременно выступает как катализатор либо катализато-ром выступает уже продукт реакции), что ускоряет дальнейшее протекание реакций. Также имеет место и саморазвитие катализа-торов, происходит как их усложнение, так и появление новых ката-лизаторов. Аналоги автокатализа можно найти и на других ветвях и уровнях эволюции. В частности, в биологической эволюции это наглядно проявляется в экосистемном усложнении, когда продукты отхода жизнедеятельности одних организмов становятся источни-ком питания для других. В результате происходят усложнение и эволюция экосистем. Это все примеры круговорота вещества

природе, притом можно заметить и линии ускорения: так, чем больше отмирает растений, тем плодороднее почва и богаче "уро-

И вот еще одна интересная аналогия к универсальности эволюционных паттернов. Меж-клеточная самосборка, в результате которой образуются ткани, походит на осаждение кристаллов из раствора (Лима-де-Фариа 1991: 221).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 187

жай", то есть новое поколение растений. В социальной сфере про-дукция одной ступени производства выступает катализатором для следующей, в результате чего идет увеличение общественного продукта. В целом такой "автокатализ" является мощной базой для связанной (интегрированной) эволюции, когда одновременно и ко-эволюционно развиваются несколько линий эволюции, усиливая друг друга (например, геологическая эволюция, эволюция почв, экосистем и др.).

Химическая эволюция как коэволюционный процесс. Осо-бенностью химической эволюции было то, что после образования звезд она развивалась только как часть коэволюционного процесса (см. схему стадий эволюции на Рис. 2 в Заключении). Сначала

рамках звездно-космической эволюции, затем планетной, далее геологической, затем абиогенной и наконец биологической. Данное перечисление как раз представляет и уровни химической эволю-ции. При этом важно сказать, что хотя и другие виды эволюции развивались в коэволюции (та же биологическая в коэволюции с геологической и химической), но химическая эволюция никогда не была ведущей частью в таком симбиозе, в отличие от биологиче-ской или геологической, она всегда являлась подсобной. Возмож-но, поэтому данному виду эволюции уделяется недостаточно вни-мания. Но он был абсолютно необходимой частью геологической и биологической эволюции. Химическая эволюция в этом плане ста-ла подготовительной частью перехода к принципиально новому уровню, так же как и планетная эволюция до этого (см. Схему ста-дий эволюции на Рис. 2 в Заключении). Кроме того, химическая эволюция подготовила важные преадаптации, без которых биоло-гическая эволюция не могла бы появиться, а именно: редуплика-цию, развитие катализа и др.

Напомним, что процессы и связи химической эволюции с гео-логической эволюцией Земли изучает геохимия. Она, в частности, исследует миграцию, концентрацию и рассеяние химических эле-ментов (и соединений) в геологических структурах под влиянием факторов и процессов при различных термодинамических физико-химических условиях (Чертко 2008: 5). При этом температура, дав-ление, концентрация, климат, орография (то есть особенности ре-льефа) и др. влияют на особенности перемещения химических эле-ментов, а геохимические процессы приводят к их концентрации или рассеянию (Там же). Забегая вперед, скажем, что именно

188 Глава 10

процессе развития геохимической эволюции в период до появле-ния жизни какие-то отдаленные химические предшественники пер-вых живых организмов образовали более высокий (но по объему достаточно маргинальный) уровень развития, из которого впослед-ствии начала развиваться эволюция первой жизни. Таким образом, на абиогенной стадии химическая эволюция стала несколько более самостоятельной, начиная формировать особую ветвь геохимиче-ской эволюции, но эта фаза была не слишком длительной. Химиче-ская эволюция после появления жизни могла развиваться только

коэволюции с ней, так как и обмен веществ, и связанные с этим изменения (в том числе в газовом составе атмосферы), и разнооб-разие химических реакций и веществ в основном могли развивать-ся только в направлении биохимических реакций. Собственно, и геологическая эволюция (хотя и в меньшей степени) также стала развиваться в коэволюции с биологической.

Указанную закономерность, что химическая эволюция все-

гда развивалась как часть коэволюции, нужно постоянно иметь

виду, так как это важнейшая особенность данного направления и уровня эволюции.

10.2. Химическая эволюция до планетной эволюции

Начало химической эволюции. Напомним, что в первые сотни тысяч лет существования нашей Вселенной атомов (не говоря уже

молекулах) не было (см.: Гринин 2013). Рекомбинация атомов водорода (273 тыс. лет от Большого взрыва), связанная с выделени-ем фотонов, создала атомы легких веществ. Появление атомов означало образование атомной структуры, основанной на связи по-ложительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электро-нов, одном из самых важных проявлений электромагнитного взаи-модействия в природе. Из элементов абсолютно господствовали водород и гелий, присутствовал в небольших количествах литий. Таким образом, до появления звезд и выгорания первых из них ни

каком разнообразии химических элементов во Вселенной речи

быть не может. А без разнообразия эволюция крайне затруднена. Ее магистральный путь в таких условиях - накопление разнообра-зия, пока не создастся тот минимум, в рамках которого возможны новые метаморфозы.

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 189

Но был и еще один путь эволюции, которым, собственно, она

основном и шла все время после Большого взрыва, а именно: остывание Вселенной постоянно способствовало переходу к новым аттракторам и формам организации вещества. После образования атомов достаточно высокая температура препятствовала формиро-ванию из них молекул даже тех немногих веществ, которые име-лись. Только постепенное остывание Вселенной привело к тому, что образовались гигантские облака молекулярного водорода. Та-ким образом, первый шаг к тому, чтобы могла идти химическая эволюция, был сделан. Возникла базовая структура - молекула. Но, повторим, явно не хватало разнообразия.

Напомним, что молекула - это устойчивая совокупность атомов, способная к самостоятельному существованию. И глав-ное, что именно молекулы (а не атомы) определяют свойства вещества. Но в молекулах мы видим огромную вариатив-ность в рамках определенного структурного элемента эво-люции, элемента, который является малым блоком в строи-тельстве систем. Молекулы большинства неорганических веществ, с которыми имели дело химики XIX в., содержат всего от двух до восьми атомов. Да и вообще, в молекулах очень немногих неорганических соединений число атомов достигает десятка. В то же время в молекулах даже простей-ших органических соединений содержится десять и более атомов, а нередко их число измеряется несколькими десят-ками. Молекулы, точнее, макромолекулы таких соединений, как крахмал или белок, можно без всякого преувеличения назвать гигантскими: в них насчитываются тысячи и даже сотни тысяч атомов (Азимов 1983).

Таким образом, до образования звезд и галактик (включая и наш Млечный путь) химическая эволюция продвинулась недалеко, до определенного момента, то есть появления новых веществ (с но-вым молекулярным составом), заметного развития химической эволюции просто не могло быть. По сути, это была еще подготови-тельная стадия химической эволюции. Число элементов было не-большим, так как не было концентрации энергии в отдельных объ-ектах, способной преодолеть внутриатомные и внутриядерные си-лы. До образования первых звезд (что случилось в первые сотни миллионов лет после БВ) число химических элементов и не могло вырасти. Выгорание первых звезд (жизненный цикл которых был

190 Глава 10

небольшим и заканчивался чаще всего взрывом) постепенно стало расширять количество элементов. Имеет смысл отметить, что про-цесс оказался до определенного уровня самоподдерживающимся, то есть химическая эволюция на этом уровне играла одну из цен-тральных ролей. Возникновение новых элементов делало состав новых звезд более разнообразным, возникли звезды второго поко-ления: в большинстве своем не столь крупные в размерах, как пер-вые, и более долгоживущие (все благодаря тому, что увеличилось разнообразие их состава за счет новых химических элементов). В результате того, что при выгорании водорода они могли перехо-дить на гелий, а потом на новые (более тяжелые) элементы,

них возникала и система саморегуляции (см.: Гринин Л. Е. 2013; Гринин А. Л. 2016). Одновременно на определенном этапе жизни они смогли создавать и более высокие температуры. Соответствен-но, и процесс создания новых элементов ускорился (ниже мы еще вернемся к этому вопросу). Таким образом, мы видим, что процесс химической эволюции шел в одной упряжке со звездно-галакти-ческой эволюцией. Налицо была их коэволюция.

Химическую эволюцию не без основания определяют как про-цесс необратимых изменений, приводящий к появлению новых хи-мических соединений - продуктов, более сложных и высокооргани-зованных по сравнению с исходными веществами.

этом смысле возникновение новых элементов было лишь предэволюцией. Сначала шел процесс накопления базовых основ для химической эволюции - увеличение числа элементов и числа их комбинаций. А потом уже (здесь мы забегаем вперед) из этого разнообразия могла возникнуть иерархия в использовании элемен-тов для новых уровней эволюции.

Приостановка химической эволюции. О наиболее распро-страненных химических элементах. Описанный выше процесс образования все новых элементов в результате коллапса звезд про-должался до появления железа (26-го элемента). Здесь крайне важ-но заметить, что химическая эволюция (как, впрочем, и любая дру-гая, но не столь зримо, как химическая) может быть представлена

в энергетическом аспекте, поскольку в результате химических реакций энергия либо выделяется, либо поглощается. Сжигание все более тяжелых элементов до некоторых пор шло в энергетическом плане со знаком "плюс", то есть на создание нового элемента тре-

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 191

бовалось меньше энергии, чем возникало при его сжигании в недрах звезд. Но, начиная с 27-го элемента (кобальта), ситуация изменилась. Реакции пошли, условно говоря, со знаком минус. Те-перь чем тяжелее был элемент, тем больше требовалось энергии и тем сильнее был дефицит энергии на его образование. Поэтому об-разовываться старым способом новые элементы почти не могли.

Таким образом, мы видим, что любой процесс в эволюции (и развитии) доходит до естественного конца, когда он буксует, тормозится, заходит в тупик. По сути, это результат определенного эволюционного правила заполнения ниши. Его можно сформулиро-вать следующим образом: определенный тренд (вектор, процесс) эволюции продолжается в избранном режиме до заполнения ниши, после чего эволюция приостанавливается и начинается поиск но-вых путей развития. Длительность, интенсивность и эффектив-ность тех или иных процессов экспансии зависит от многих при-чин: силы первоначального импульса, значимости полученных преимуществ (например, иногда быстро распространяются те или иные биологические таксоны или расширяются империи в резуль-тате военных преимуществ), емкости соответствующей ниши и т. п. Но рано или поздно импульс процесса ослабевает, а сопротивление ему возрастает; возникает ситуация, в эволюции аналогичная третьему закона Ньютона: "Действию всегда есть равное и проти-воположное противодействие". Только, в отличие от физики, в эво-люции это противодействие сравнивается по силе с действием да-леко не сразу. Но в любом случае речь идет о том, что наличные ресурсы развития заканчиваются, для их преодоления нужны либо дополнительные энергетические и иные ресурсы, либо новые эво-люционные решения (которые условно можно назвать ароморфо-зами; об ароморфозах в биологии см.: Северцов С. А. 1936; Север-цов А. С. 1987; Давиташвили 1972; Иорданский 1977; в социальной жизни: Гринин и др. 2008; Гринин, Коротаев 2009]).

Но вернемся к процессам звездно-химической эволюции. Оче-видно, что для продолжения процесса требовалось перейти на но-вый уровень развития. С одной стороны, создание бесконечного числа все более тяжелых элементов энергетически не имело смыс-ла, так как было очень затратным. С точки зрения молодой еще хи-мической эволюции также имелись препятствия. Во-первых, воз-можности вступать в реакции для таких громоздких элементов бы-

192 Глава 10

ли затруднены, во-вторых, число исходных элементов в принципе не должно было быть слишком большим. Если мы посмотрим по распространенности и важности для "творения" на более высоких уровнях эволюции, то увидим, что абсолютное число элементов из наиболее распространенных - это именно первые 26 элементов, то есть до железа включительно (но и среди них наиболее распро-страненными являлись только часть; подробнее см. ниже). Иными словами, даже при 26 элементах разнообразия уже в основном хва-тало. Точнее сказать, хватало в потенции, поскольку по-насто-ящему химическая эволюция как развитие многообразия веществ шла еще слабо.

Новый уровень химической эволюции. Однако сила и важ-ность эволюции заключаются в том, что она не останавливается. Эволюция может только приостановиться, ища новые ниши, вари-анты, механизмы, направления. И эта приостановка всегда связана

подготовкой либо к новым уровням, либо к появлению новых крупных таксонов (групп, вариаций). В случае приостановки в хи-мической эволюции выяснилось, что есть еще потенции качествен-ного развития, образно говоря, против энергетического течения. В целом это был прообраз будущих рывков эволюции, поскольку биологическое развитие в энергетическом плане и есть движение против энергетического течения, возможность в рамках системы преодолеть энтропию на длительный срок (но первые шаги в этом плане были сделаны раньше, в абиогенной химической эволюции - см. далее). Антиэнтропийное направление очевидно просматрива-ется с самого начала эволюции, поскольку мы видим постоянный процесс превращения энергии в упорядоченные элементы и веще-ство, видим, что упорядочение энергетически выгодно. Но теперь оно перешло на новый уровень.

Для решения задачи создания элементов тяжелее железа (то есть требующих при рождении все больше энергии) эволюция вы-брала путь усиления круговорота вещества. По сути, это тот же путь, который использовался с самого начала (см.: Гринин 2013), но с модификацией. Новые тяжелые вещества стали возникать в результате взрывов сверхновых. За счет фантастической темпера-туры, которая достигалась за короткое время, и разрушения звезды преодолевалось вышеописанное препятствие отрицательного ба-ланса энергии. Впрочем, такой вариант разворачивания эволюции

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 193

легко найти и на более высоких ее уровнях. В земной природе этот круговорот (хотя бы в виде осадков) мы наблюдаем постоянно.

живом мире круговорот веществ вообще составляет основу эко-логических сообществ и способ жизни множества таксонов.

недрах последних во время их вспышек на протяже-нии всего около 100 секунд образуются тяжелые элементы из конца таблицы Менделеева, в том числе уран и торий (Суркова 2005: 9). Как мы уже говорили (Гринин 2013: гл. 5), весьма любопытно, что очень старые, неяркие, негорячие

немассивные звезды содержат в десятки раз меньше тяже-лых элементов, чем Солнце. Это наглядное свидетельство сосуществования более и менее склонных к эволюции объ-ектов (также наблюдаемое в биологическом мире, а частич-но - и в социальном). Стоит сделать и такое сравнение. Сходство и различие звезд по составу (наличию тяжелых элементов) в чем-то похоже на сходство и различие в геноме. У всех живых организмов его состав в целом одинаковый, а все огромные различия формируются небольшими (в не-сколько процентов) расхождениями в генах (Там же).

Итак, перед нами очень интересный паттерн концентрации энергии в короткое время, который в принципе может быть про-слежен и на других уровнях эволюции (так быстрое уничтожение каких-то таксонов дает энергию для нового роста других таксонов; развал империи становится предпосылкой взлета на ее обломках новых государств). Такое "самопожертвование" звезд в итоге про-длило линейку базовых элементов в несколько раз. Но и распро-страненность новых элементов во Вселенной, и их ценность в каче-стве дополнительных ингредиентов в будущих химических реак-циях оказывались обратно пропорциональными их порядковому номеру. В итоге, поскольку, как уже было сказано, увеличение числа базовых элементов до бесконечности было бы слишком за-тратным и малоценным, вновь включается отрицательная обратная связь. Начиная с висмута (Bi, атомный номер 83) новое вещество становится нестабильным и распадается⁹⁹. Возникает новый вид радиоактивности. Перед нами структурное ограничение для даль-нейшего разнообразия. И это структурное ограничение по мере его

Нестабильны также многие изотопы более легких веществ.

194 Глава 10

нарастания уже оказалось непреодолимым (тем более что эволю-ционная продуктивность его преодоления стремилась к нулю).

итоге активности сверхновых появляются звезды третьего поколения (как наше Солнце) с более сложным составом. Очевид-но, что создание жизни без такой химической эволюции было бы невозможным. Поэтому рискнем предположить, что если теория панспермии и верна, то жизнь могла бы возникнуть только на пла-нетах звезд третьего поколения как более сложных по составу.

Итак, пока развитие химической эволюции шло в основном по пути накопления разнообразия исходных элементов и обозначения его энергетических и структурных ограничений.

Следующий фрагмент описывает весь процесс образова-ния химических элементов при различных термоядерных ре-акциях. Дальнейший синтез химических элементов продол-жается в недрах звезд при повышении температуры. В про-цессе конденсации в протозвезду межзвездного газа, состо-ящего из водорода и гелия, в результате гравитационного сжатия температура повышается и снова становится воз-можной реакция образования гелия из водорода. Этот этап характеризуется температурами, не превышающими 20 млн градусов. После ядер гелия (⁴Не) наиболее устойчивыми яв-ляются ядра углерода и кислорода (¹²С и ¹⁶О). Термоядерная эпоха образования таких ядер (Т < 100 млн К) наступает по-сле того, как на первом этапе истощается, выгорает водород.

эту эпоху в плотных выгоревших ядрах звезд-гигантов возможно непосредственное образование углерода и кисло-рода (не атомов, а ядер). Дальнейшее слияние ядер гелия приводит к образованию неона и магния (²⁰Ne, ²⁴Mg) и т. п. Более поздняя ядерная эпоха, когда обеспечивается темпера-тура до 1 млрд К, характеризуется горением углерода. При этом образуются ядра вплоть до ²⁷Аl (алюминий, атомный номер 13) и ²⁸Si (кремний, атомный номер 14). Выше 30 млрд К в реакцию вступают более тяжелые ядра, начиная с крем-ния ³²Si. В условиях складывающегося при этом термодина-мического равновесия синтезируются элементы вплоть до железа (атомный номер 26) и атомы близких ему элементов, ядра которых являются самыми стабильными. При этом до-

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 195

стигается минимум энергии всей системы, и более тяжелые ядра не синтезируются. Получение элементов с большими атомными номерами осуществляется по другому механиз-му - последовательный захват ядрами нейтронов и последу-ющий ?-распад. В подобных процессах самым тяжелым мо-жет получиться нуклид ^l81Bi (висмут, атомный номер 83). Ядра более тяжелые, чем ^18lBi, синтезируются во время взрывов новых и сверхновых звезд в условиях огромной плотности нейтронных потоков , когда возможен захват яд-рами нейтронов не по одному, а группами (Бондарев 2003).

Химическая эволюция до планетной эволюции: боковая линия. Помимо описанной нами магистральной линии химической эволюции, которую условно можно назвать атомной, уже в первые сотни тысяч лет возникла и боковая (латеральная) ее ветвь, кото-рую условно можно назвать молекулярной (она, как часто бывает

эволюции, позже стала ведущей ветвью). Естественно, обе ветви развивались в определенной взаимосвязи. Молекулярная ветвь воз-никла, как мы видели, в результате остывания Вселенной и появле-ния огромных облаков молекулярного водорода (в котором также были молекулярный гелий и некоторые другие молекулы). Также стоит отметить и появление вариативности в виде того, что мы называем изотопами, то есть атомы с весом, отличающимся от стандартных. Изотопы играют важную, но не магистральную роль

химической эволюции - эволюционно они решают задачу созда-ния максимального разнообразия и вариативности.

Из молекулярных облаков, как мы знаем, образуются звезды и галактики. И когда звезды гибнут, распавшееся вещество в холод-ном космосе вновь превращается в распыленное, местами собира-ясь в облака. Этот круговорот вещества во Вселенной постепенно усложнялся. По мере возникновения новых веществ и увеличения их распространенности начиналась и история молекулярной химии. Здесь стоит отметить, что звезды и облака образуют два темпера-турных полюса, которые - хотя и в разной степени - препятствуют химической эволюции. Слишком высокая температура в звездах разрушает не только молекулы, но и атомы, образуя звездный газ

196 Глава 10

из ядер (или даже протонов и нейтронов) и электронов¹⁰⁰. В обла-ках температура близка к абсолютному нулю. Тем не менее даже при такой температуре процесс создания новых веществ в облаках имеет место¹⁰¹. Интересно, что именно особого рода структура та-ких облаков, которые защищают молекулы от космического излу-чения, делает возможным существование молекул. Фактически в облаках возникли многие десятки химических соединений, вклю-чая такие важные, как вода, а также первые органические вещества. Во всяком случае, число новых веществ в облаках должно было превысить число элементов. Появление в космосе первых химиче-ских веществ стало важным событием, но только глядя на это ре-троспективно. Это была первая - космохимическая - ступень чисто химической эволюции. Характерно, что на этой ступени существо-вали вместе как неорганические, так и органические вещества. Од-нако низкая температура явно была жестким ограничителем разно-образия. Между тем разнообразие требовалось в первую очередь.

дополнение к сказанному о двух основных полюсах темпера-тур добавим, что подвижные космические тела вроде комет могли менять температуру, приближаясь или отдаляясь от звезд (соответ-ственно, какие-то новые реакции на них при повышении темпера-туры могли происходить). Кометы вообще сыграли достаточно ин-тересную (и во многом еще непонятную) роль в развитии планет

жизни, во всяком случае, они могли приносить воду (как мы ви-дели в Главах 7-9 [Зеленый и др. 2009]), а также некоторые другие вещества, которые отсутствовали или были в недостаточном коли-честве на планетах. Проблема обмена веществом, таким образом,

Возможно, верхней планкой температуры химизма является показатель около 10 тыс. ®С. В таком случае при столкновении ядер происходит не их слияние, а возникновение многоядерной системы, окруженной электронами. Возникающие при этом двухъядерные и многоядерные молекулы образуют первые химические соединения (CO, CH, HO, SiO). Они присутствуют в периферийных частях звезд, горячих туманностей и других космиче-ских объектах (Добротин 1983: 89). Также было сделано обобщение экспериментального материала, который подтверждал факты самоорганизации физико-химических систем

условиях температур 3000-5000 градусов (Полак, Михайлов 1983). Здесь мы опять видим периферийность как место появления нового. Таким образом, возможности для химизма появились уже при достаточно высокой температуре, но комфортный уровень температур еще не сложился.

В середине 1970-х гг. была экспериментально показана возможность самопроизвольного перехода от простейших химических соединений к все более сложным (вплоть до аминокислот) при очень низких температурах - около 4-6 К (Гольданский 1975).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 197

решалась не только на масштабном (в рамках звезд/галактик и об-лаков), но и на менее значительном (в рамках одной звездно-планетной системы) уровне. Повторим, что разнообразие, его накопление - важнейший путь эволюции, пока не заполнятся все подходящие ниши. Но без появления планет эти ниши в химиче-ской эволюции заполниться не могли.

10.3. Химическая эволюция, планетная эволюция и ранние фазы земной эволюции

Когда появились первые планеты, сказать сложно. Во всяком слу-чае, на достаточно ранних стадиях эволюции. Однако, как мы уже говорили в Главе 6, с учетом малого количества химических эле-ментов, в данном случае это были газовые планеты вроде наших Юпитера и Сатурна (только вовсе без других элементов, тогда как

солнечных планет-гигантов есть много более тяжелых, чем водо-род и гелий, элементов). Уже и это стало бы важным шагом, так как налицо были бы сокращение фронта эволюции, пониженные температуры и возможность для какого-либо развития химической эволюции. Здесь мы снова видим приостановку химической эво-люции в одном из наиболее перспективных направлений развития. В реальности эволюция полностью никогда не приостанавливается, это происходит только с отдельными ее ветвями на отдельных направлениях. Но темп эволюции, как мы уже говорили, меняется. В процессе постепенного заполнения ниш и наращивания разнооб-разия он замедляется, в результате прорыва в каком-либо месте к более сложным уровням - ускоряется (но вместе с сужением фрон-та эволюции).

Указанная приостановка химической эволюции, возможно, продолжалась до появления силикатных планет. А последние, ско-рее всего, появились уже у звезд третьего поколения вроде нашего Солнца. Концентрация твердого вещества (тверди) была новым важным шагом вперед в планетно-химической коэволюции. Как мы помним, твердые элементы в современной Вселенной присутству-ют в малом количестве, но после того, как газ собрался в звезде, возникает возможность концентрации такого вещества в протопла-нетном диске, а затем и в отдельных планетах. Напомним, что про-блемами химического состава космических тел, законами распро-страненности и распределения химических элементов во Вселен-

198 Глава 10

ной, процессами сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества занимается наука космохимия.

Уже в процессе формирования и взаимодействия планетезима-лей, их разогрева и местами расплавления мы видим, что число минералов (а значит, по сути, и число новых химических веществ) стремительно возрастает. Начало планетной эволюции на силикат-ных планетах, когда температуры достигли благоприятного уровня, вместе с ударными явлениями, вулканической деятельностью, вли-янием солнечного света (ветра), влиянием атмосфер, тем более гидросфер, диффузией, сепарацией (разделением веществ) и пр. еще более увеличивает количество химических веществ. Напом-ним, что в настоящее время число известных космических минера-лов достигает 400. Это уже высокий уровень развития эволюции.

Итак, планеты стали тем промежуточным уровнем по темпера-туре и разнообразию, который был необходим для химической эволюции. В ходе планетной эволюции создавалось большое (по прежним меркам) разнообразие химических соединений и их вари-аций, а коэволюция планетная, минералогическая и химическая

некоторых аспектах стала почти неразрывной, особенно на по-верхностях планет, где соприкасались разные оболочки.

Существование атомной структуры, основанной на связи положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов, в новых условиях создало типы структур и свя-зей, которые постепенно обеспечили большое разнообразие элементов. Последнее, в свою очередь, представляло разные (по разным основаниям) виды атомов, в том числе по видам химической связи. Поскольку энергия взаимодействий ато-мов характеризуется большим диапазоном, химические свя-зи между частицами в структурах принято делить на следу-ющие типы: металлические, ионные, ковалентные, вандер-ваальсовы и водородные (Егоров-Тисменко 2005: 312).

Еще одним важным моментом стала дифференциация веще-ства. Помимо того, что наиболее тяжелые вещества опустились в центр планет, а наиболее легкие составили кору, также произошла дифференциация на летучие элементы и жидкие вещества (что со-ставило разные сферы планет; мы уже описывали этот процесс в Главах 8, 9). И в процессе обмена веществом, энергией и воздей-ствием разных сфер друг на друга был создан новый уровень эво-

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 199

люции. В газовых планетах также были твердые вещества, но они в основном возникали в результате колоссального давления (как ме-таллизированный водород в Юпитере), не играя решающей роли в их эволюции. Какую-то часть веществ принесли астероиды, метео-риты и кометы; возможно, эти добавки были весьма важными (пра-вило инородных элементов). Уже в космосе, а тем более на плане-тах имели место все основные химические реакции (соединения, разложения, замещения, обмена, переноса, распада).

Все это было значительным шагом вперед в химической эво-люции. Однако дальнейшее ее продвижение до появления Солнеч-ной системы шло не слишком активно (по крайней мере, мы можем так сказать с учетом современного уровня знаний). Иными слова-ми, эволюция вновь приостановилась. Требовались еще более удачные условия для нового рывка, уникальное сочетание плането-логической, минералогической и химической эволюции при нали-чии гидросферы, атмосферы и других параметров. И в конце кон-цов такие условия обнаружились на некоторых планетах Солнеч-ной системы, таких как Марс, но главным образом на Земле. А че-рез некоторое время химическая эволюция на нашей планете стала направленной. Таким образом, если переход от атомарно-молеку-лярных уровней разрозненного (неоформленного) вещества к уров-ню минеральному (а следовательно, оформленному и структуриро-ванному, поскольку минерал - это уже далеко не "тривиальная",

сложная и самоорганизованная система) мог начаться в космиче-ских условиях, то главное развитие он получает в геологических (Круть 1973: 174, 175). Поэтому проявление видов химических со-единений означает, по сути, переход к геологическому уровню эво-люции, к геологической организации (Там же: 160). Отметим по-путно, что минералогия традиционно рассматривает минералы как продукты природных химических реакций, то есть связь химиче-ской эволюции и минеральной эволюции исключительно прочная, коэволюционная, реализующаяся в геохимической эволюции. Ми-нералы образуются только из атомов, молекул или других минера-лов, но не из горных пород или каких-то объектов более высокого (геологического) уровня. Во всех геологических обстановках ком-понентой минеральных взаимодействий являются геохимические процессы, а в некоторых случаях и биогеохимические (Там же: 175).

200 Глава 10

Ниже мы кратко суммируем особенности условий на Земле для химической эволюции.

Особые условия на Земле для химической эволюции. Начнем сразу с того, что нечто очень важное на Земле пошло ина-че, чем на других планетах, уже в первые сотни млн лет развития Земли. Во втором разделе этой книги некоторые факты и гипотезы

данном периоде уже были изложены. Но сейчас для нас важно, что именно эти особенности обеспечили в первые сотни миллионов лет жизни Земли достаточно бурное и мощное развитие химиче-ской эволюции, которая в итоге стала эволюцией органических ве-ществ, а затем вышла на уровень создания сложных органических веществ. В каких-то отношениях (пока еще не определенных) условия для зарождения жизни оказались уникальными. И вовсе не случайно жизнь на Земле возникла достаточно рано, на первых фа-зах ее эволюции, когда эти условия еще сохранялись.

Попробуем суммировать некоторые моменты преимуществ Земли перед другими планетами, которые подтверждаются совре-менной наукой.

Первое преимущество Земли - оптимальное космическое по-ложение Земли перед другими планетами. По факту среди планет земной группы Земля занимала полупериферийное положение в отношении Солнца (а полупериферийность, как мы помним, часто является оптимальным местом для нового витка эволюции). Это создавало подходящий температурный диапазон (при умеренных по сравнению с Меркурием и Венерой и более высоких, чем у Мар-са, температурах). Напомним, что хотя развитие Земли и Марса было наиболее близким в плане появления на последнем гидросфе-ры и относительно теплого климата, все же удаленность Марса от Солнца в итоге привела к похолоданию на этой планете. Хотя про-цесс похолодания на Марсе был длительным и растянулся на мно-гие сотни миллионов лет (Зеленый и др. 2009: 1128), недостаточ-ные температуры в принципе могли надолго затянуть и процесс образования первичных форм химических веществ, которые впо-следствии, естественно, погибли.

Второе преимущество Земли - большая масса. Среди планет земной группы она имела наибольшую массу, что позволило ей удержать атмосферу и гидросферу и создало уникальные условия

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 201

для химической эволюции (при малой массе вся вода улетела в ви-де водяного пара в космос).

Третье преимущество Земли - наличие Луны. При этом соот-ношение по размерам и массе между Землей и Луной уникально для Солнечной системы и больше в ней не повторяется. Поэтому Землю рассматривают иногда как двойную планету (Зеленый и др. 2009: 1128).

Согласно предположениям некоторых ученых, Луна значительно помогла процессам зарождения жизни на нашей планете - благодаря, естественно, приливам, куда более сильным в раннем архее, чем ныне. Строгое постоянство фи-зических условий - не тот фактор, который помог бы само-организации химических реакций между простыми органи-ческими соединениями в гиперциклы и добиологической конкуренции между ними, благодаря чему и возникли пер-вые живые организмы. Но не должно быть и слишком резкой смены физических условий. А вот периодическое затопление приливами береговой полосы, возможно, оказалось именно тем оптимумом, в котором только и могла возникнуть само-организация "первичного бульона" (Павлов 2006: 58; см. также: Ryder et al. 2000). Кроме того , присутствие Луны вы-звало землетрясения и извержения вулканов, что способ-ствовало накоплению летучих веществ и газов.

Четвертое преимущество Земли - наклон оси, который созда-ет смену времен года, и скорость вращения вокруг оси, то есть продолжительность суток (это преимущество перед Венерой и Меркурием, у Марса близкий по значению наклон и длительность суток). Насколько это преимущество важно само по себе (тем более что длина суток на Земле из-за близости Луны изначально была намного меньше), сказать сложно, возможно, не столь важное для самых примитивных форм жизни, но в любом случае это увеличи-вало разнообразие условий.

Пятое преимущество Земли (по крайней мере, перед некото-рыми планетами) - ее удачный качественный состав, который обеспечил химическую и биологическую эволюцию разнообраз-ными веществами, создав в чем-то изобилие минеральных ресур-сов. Есть предположения, что уже в ранней истории Земли имело

202 Глава 10

место большее разнообразие минералов, чем на других планетах (Сиротин, Лебедев 2001: 35; см. ниже). Соответственно, все это было связано и могло взаимно влиять на химическую эволюцию.

Шестое (итоговое) преимущество Земли - большее разнооб-разие, достигаемое за счет наличия большего количества факторов влияния. Наличие воды и атмосферы увеличило разнообразие ми-нералов и веществ (о роли разнообразия в возможном ускорении химической эволюции см.: Варфоломеев и др. 2008: 58).

Таким образом, мы имеем изобилие минеральных, материаль-ных и энергетических ресурсов, а также разнообразие геологиче-ских факторов влияния при подходящем температурном диапазоне, особый химический состав оболочки, водных пространств, атмо-сферы и др., что давало Земле преимущества. Отсутствие кислоро-да в атмосфере и озонового слоя также могло пойти на пользу, поскольку значительное ультрафиолетовое излучение, по мнению ряда исследователей, играло важную роль для химической и на-чальных фаз биологической эволюции. Словом, присутствовало

самых разных аспектах неповторимое и очень благоприятное со-четание условий (что мы формулировали как правило совпадения уникальных условий для возникновения качественно новых явлений).

А если принять гипотезу панспермии, то становится очевидным, что если сложные вещества были занесены на Землю, то условия для их развития оказались очень подходящими.

Также высказываются интересные гипотезы об особенностях геологической эволюции на Земле, которая уже с раннего времени могла иметь отличия от других планет.

частности, существует предположение, что образова-ние вторичной коры происходило одновременно с зарожде-нием гидросферы и седиментогенеза (формирование осадоч-ных пород) в интервале 4,35-4,2 млрд л. н. Участие гидро-сферы, больших масс воды и осадочных пород уводило об-разование вторичной коры от чисто "базальтового" вариан-та, как это произошло на Луне, Меркурии, Марсе и, возмож-но, Венере, к "гранитно-базальтовому", к более глубокой дифференциации вещества, к разделению вторичной коры на протоокеаническую и протоконтинентальную еще до рубежа

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 203

4 млрд л. н. ¹⁰² При этом образование более крупных ядер сиаля (верхней оболочки литосферы; речь идет, видимо, о воз-вышениях поверхности, протогорах. - Л. Г.) вполне могло происходить в дальнейшем в результате скучивания по меха-низму образования тессер на Венере (Сиротин, Лебедев

2001: 35).

Отметим также сочетание важных эволюционных правил в ука-занных процессах химической и химико-биологической эволюции.

Можно указать на правило зависимости скорости эво-люции от сужения ее фронта, о котором мы уже несколько раз упоминали. Этот закон подтверждается при переходе от Универсума к Солнечной системе, от этой системы к отдель-ным планетам, от геологической к биологической эволюции

от нее к социальной. На планетах потенциальные возмож-ности эволюции возрастают благодаря меньшим температу-рам и невозможности разогреться до исчезновения молекул или атомов.

Развитие минералов, преджизни и жизни происходило в относительно узком пространстве Земли, на поверхности, поэтому маргинальные в целом для планет элементы, такие как атмосфера, становились критически важными для новых уровней развития. Действительно, почва, представляющая тончайший слой (к тому же созданный уже в процессе разви-тия жизни), оказался на тысячелетия самым важным для раз-вития цивилизации. Поскольку происходит сужение области действия эволюции, всевозможные пограничные зоны стано-вятся очень важными для прорывов (мы уже упоминали пра-

вило повышенной эволюционности пограничных зон). Также стоит указать на действие правила локализации эволюцион-

ного прорыва. Для последнего необходимо не просто совпа-дение многих непростых (уникальных) условий, но совпаде-ние их в сравнительно узком (локализованном) пространстве

времени, то есть объединенных в совокупность в единич-

В отношении базальтов речь идет о породах эффузивного типа, то есть за-стывших на поверхности планеты лавах. По химическому типу это основные породы, не кислые (как граниты), содержание кремния в них не превышает 50 %. Граниты - это кислые магматические породы с содержанием кремния 80 %, интрузивного типа. Они образуются не на поверхности, а в недрах, под по-верхностью, куда поднимается магма. Состоят из зерен полевого шпата, слю-ды и кварца.

204 Глава 10

ной системе (небольшом количестве связанных систем) и в определенном временном периоде. Все это мы видим в хими-ческой и химико-биологической эволюции в первые сотни миллионов лет на Земле.

Как уже было сказано, уникальные условия включали в себя достаточное (а скорее всего, даже избыточное) количество энергии

исходных материалов. В этой связи важным становится вопрос (который обсуждался в данной книге) о том, была ли Земля горя-чей, огненной или холодной. С точки зрения химической и началь-ной биологической эволюции оптимальным сегодня кажется горя-чая, но не огненная и не холодная Земля. Хотя вопрос о температу-ре нашей планеты (была ли она какое-то время расплавленной или нет), как долго она остывала, когда появились океаны и в каком объеме имелась вода до их появления, о природе появления атмо-сферы и гидросферы, когда первичная кора сменилась вторичной,

многие другие остаются предметом дискуссий, тем не менее яс-но, что Земля была существенно горячее, чем сегодня, внутренние источники энергии были мощнее, а атмосфера была согревающей, что с лихвой перекрывало более слабое солнечное излучение того времени. Все это, вероятно, создавало еще более удачные темпера-турные условия для реакций. Таким образом, энергии было более чем достаточно, а плотность "заселения" являлась крайне низкой.

Отсюда могли в итоге состояться количественный рост и экс-пансия химических образований. Современные исследования пока-зывают, что даже температура выше 100 ®C не только не является помехой для важных химических реакций, но даже, напротив, уси-ливает отбор наиболее приспособленных к таким температурам сложных органических веществ, например полимеров (Варфоломе-

ев и др. 2013).

Каковы же критерии отбора? Кто побеждает в этой кон-курентной борьбе макромолекул? Какая структура в конеч-ном итоге оказывается доминирующей в системе? Принцип отбора и конкурентные преимущества чрезвычайно просты. Они основаны на кинетических характеристиках процесса и имеют кинетическую природу:

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 205

преимущества имеют структуры, более эффективно концентрирующие и сорбирующие мономеры и тем самым реализующие более быстрый синтез полимерной цепи;

преимущества имеют структуры, более устойчивые

гидролитическому расщеплению на мономеры. Комплексы полимеров с мономерами, возможно, более устойчивы к про-цессам гидролиза. Побеждает более быстрый и устойчивый.

Также колоссальное конкурентное преимущество состо-ит в появлении каталитических свойств в гидролизе "не-удачных" макромолекул, в синтезе полимеров или в синтезе мономеров (Варфоломеев и др. 2013: 288). При этом полиме-ризацию (пептидов) проводили в относительно мягких усло-виях при температуре 120 или 130 ®С, не добиваясь большой степени полимеризации, которая может возрасти при опре-деленных условиях (Варфоломеев и др. 2008: 64; см. также: Варфоломеев и др. 2013).

Даже некоторые живые существа (так называемые ги-пертермофилы, которых насчитывается более 70 видов, в ос-новном это археи), в частности питающиеся серой из серо-водорода, вполне комфортно живут в температуре более 90 ®С и даже выше 100 ®С, а при температуре 70 ®С, они "за-мерзают". Есть даже сведения, что они могут успешно раз-множаться при температуре 122 ®С (о таких видах см.: Гро-

мов 1997).

Таким образом, современные данные показывают, что высокая температура для химических образований и ценозов не была поме-хой, напротив, такие условия могли двигать вперед их развитие до некоторых пор. При этом снижение температуры, то есть остыва-ние Земли, могло стать стимулом для поиска более экономичных способов реакций (катализаторы, оболочки, управляющие центры

т. п.).

10.4. Химический отбор. Химическая эволюция в добиологической фазе

Отбор в процессе планетной эволюции. Химогенез и его стадии. Мы уже говорили о том, что отбор в том или ином виде - важ-нейший механизм эволюции. Без отбора не будет движения, и хими-ческая эволюция не является исключением. Каждый качественно новый шаг вперед так или иначе связан с отбором. Так же и созда-

206 Глава 10

ние силикатных (кремневых) планет означало процесс отбора эле-ментов и соединений и их иерархию по важности, как в плане рас-пространения в отдельных системах, так и в плане химической ак-тивности¹⁰³. В данном случае имеется в виду не отбор тел или си-стем. Это был отбор основ, базовых элементов и соединений, на ко-торой строилась новая ветвь эволюции. В 1960-х гг., как мы уже говорили выше, появилась эволюционная химия, что было очень важным шагом вперед. В ней много внимания уделялось отбору, который происходил на протяжении длительного времени по свой-ствам, дававшим преимущество при переходе на более высокий уровень организации материи - биологический. В результате этого химическая эволюция обеспечила переход от химогенеза к биоге-незу (см., например: Свергузов 2014: 54; Стрельник 2012). Однако это был уже более высокий этап отбора, чем тот, который имел ме-сто на планетах. Об отборе же элементов в процессе планетной эволюции говорится реже. Соответственно, и идею химогенеза - своеобразного процесса "химического естественного отбора ве-ществ", который является важнейшим в современной эволюцион-ной химии, относят главным образом к отбору элементов в живой материи (см., например: Свергузов 2014: 58; Стрельник 2012).

Такой подход обычен для эволюционной телеологии, когда ка-кую-либо эволюцию рассматривают прежде всего с точки зрения более высокого уровня эволюции (исходя из того, что предыдущая стадия имела своей целью переход на более высокую). Но химиче-ская эволюция важна и сама по себе на всех ее фазах. Поэтому ра-зумнее использовать термин "химогенез" для всех этапов отбора элементов.

Какие же этапы можно выделить в химогенезе? Наиболее крупных, на наш взгляд, три. Первый этап произошел в самом начале истории нашей Вселенной, когда сформировались атомы

Так, несомненно, активность кислорода была выдающейся. В геологической истории кис-лород как окислитель участвовал в формировании руд железа и марганца в гипергенных условиях, а также определял миграцию и концентрирование элементов с переменной ва-лентностью (Чертко 2008: 84). Общеизвестно, что кремний является самым распростра-ненным элементом в минералах. Сказанное, конечно, касается и химических соединений. Вода, как мы видели, в разных агрегатных состояниях очень широко распространена в космосе и в Солнечной системе. Но ее роль на Земле на порядок или даже порядки выше. Вода является универсальной и самой важной средой миграции в земной коре и мантии

(Там же: 137).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 207

водорода и гелия - наиболее распространенные элементы во Все-ленной до настоящего времени (это основа звезд, соответственно, их можно было бы назвать стеллогены, от лат. stella - звезда). За-тем в течение длительного процесса отбирались элементы, которые могли составить основу твердых тел (их можно было бы назвать минералогены). Далее были отобраны элементы органогены, кото-рые составили основу живой материи через стадию абиогенеза.

Таким образом, отбор веществ для формирования твердого ве-щества, а тем более Земли и земной коры, был очень важной ча-стью химогенеза. Он в итоге запустил процесс планетной эволю-ции, который имеет ценность и сам по себе, и как важный этап хи-мической, а затем и предбиологической эволюции. Отбирались вещества, которые могли обеспечить и твердь, и массу¹⁰⁴. Соответ-ственно, ими стали не самые распространенные во Вселенной ве-щества, но и не самые редкие, а, так сказать, полупериферия среди элементов. И следует отметить, что именно на основе отобранных веществ смог происходить отбор элементов и далее.

результате иерархия элементов по распространенности в этой небольшой части Вселенной существенно отличалась от того, что было во Вселенной в целом. Водород и гелий не стали ведущими элементами. Так, анализ доступного в настоящее время внеземного вещества показал его общее подобие веществу земному по химиче-скому и минералогическому составу. Основными минералообразу-ющими элементами во всех случаях являются кремний, железо, алюминий, магний и титан в окисленном состоянии, то есть при значительном включении кислорода в химические соединения (Шевченко 2014). Если же брать физически доступный слой Земли, то 98,6 % его массы составляют восемь химических элементов: 47 % - кислород, 27,5 % - кремний, 8,8 % - алюминий, 4,6 % - же-лезо, 3,6 % - кальций, 2,6 % - натрий, 2,5 % - калий, 2,1 % - маг-ний. Кислород, таким образом, занимает почти половину всей мас-сы земной коры. В итоге последнюю "можно представить как ре-шетку из атомов кислорода (соединенных один с другим), в петлях которой содержатся другие элементы" (Титаев 1974: 12 со ссылкой

Однако нужно помнить, что в космосе эта будущая твердь находится в виде космической пыли, то есть это вещество, которое должно быть сконцентрировано и сформировано, а также то, что и в этой космической стадии также происходят химические процессы.

208 Глава 10

на: Белоусов 1954). Практически все элементы проявляются в зем-ных условиях в составе химических соединений (Свергузов 2014: 53; см. также: Шевченко 2014). Состав элементов в коре Земли сильно похож на основные элементы внеземного твердого веще-ства, но есть и отличия (титан на Земле отнюдь не самый распро-страненный элемент, он составляет только 0,6 %). Как видно, ни углерод, ни водород - важнейшие элементы для живой материи - не входят в число наиболее распространенных веществ на Земле (водород, включая гидросферу, составляет только 0,9 %, по распро-страненности он занимает девятое место [Угай 1997: 293])¹⁰⁵. Есте-ственно, что роль водорода на Земле гораздо больше, чем доля его массы, прежде всего в создании водной оболочки, без которой не было бы ни мощной предбиологической, ни тем более биологиче-ской эволюции.

Новая, эволюционно важнейшая стадия химогенеза была связа-на с отбором тех элементов, которые составляют основу живых си-стем. Их немного. По одной классификации, то есть по доле в об-щей массе живого, только четыре элемента (97 %) - углерод, водород, кислород, азот. Это так называемые макроэлементы. За ними следует более многочисленная группа микроэлементов (см. ниже).

По другой классификации, есть шесть наиболее важных эле-ментов, названных органогенами. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера.

Отмечается, что важными, а в каких-то смыслах и определяю-щими, факторами в отборе химических элементов при формирова-нии органических систем (а тем более биосистем) выступают усло-вия соответствия этих элементов определенным требованиям,

именно: 1) способность образовывать прочные и, следовательно, энергоемкие связи; 2) эти связи должны быть лабильными (измен-чивыми); 3) элементы должны быть способными к образованию новых разнообразных связей.

Правда, если распространенность сравнивать не по массе, а по числу атомов, то дело обстоит иначе, ведь атомы водорода самые легкие. По атомным кларкам (процентному содержанию атомов) доля водорода составляет более 17 % (Водород... б. г.).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 209

Это трио качеств базовых элементов: прочность в сочетании со способностью к изменчивости и разнообразию - можно счи-тать универсальными для любой стадии эволюции, хотя соотно-шение этих качеств может и должно меняться в разных ситуациях (точнее, разные элементы отвечают за то или иное качество, а со-отношение между элементами меняется).

Органогеном N 1 считается углерод. Это неудивительно. Он как никакой другой элемент способен образовывать одновременно прочные и лабильные (перестраиваемые) химические связи, созда-вая колоссальное разнообразие органических соединений (Свергу-зов 2014: 58). Азот, фосфор и сера как органогены, а также железо

магний, составляющие активные центры ферментов, также ла-бильны. Кислород и водород свойством лабильности обладают в меньшей мере, но являются носителями окислительных и восста-новительных процессов (то есть энергетических). Как мы видели, из наиболее распространенных в земной коре элементов в органо-гены вошли лишь кислород и, с вышеуказанными оговорками, во-дород. А важнейший органоген углерод занимает по распростра-ненности в земной коре только 16-е место. Общая весовая доля уг-лерода, азота, фосфора и серы в поверхностных слоях Земли около 0,24 % (Там же)¹⁰⁶. За органогенами следуют 12 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биологических систем (натрий, калий, кальций, маг-ний, алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, ни-кель). Их весовая доля в организме составляет 1,6 %. Однако есть вполне убедительные мнения о высокой роли металлов в проис-хождении жизни (см.: Федонкин 2003; Марков 2014). При этом важно, что по ряду причин¹⁰⁷ металлы в первые сотни миллионов лет были более доступны (Федонкин 2003). Поэтому реальный от-бор наиболее значимых химических элементов, по крайней мере во

Но не надо забывать, что азот по массе составляет больше Ў земной атмосферы. А в от-ношении углерода не стоит упускать из виду, что в атмосфере ранней Земли было много углекислого газа, то есть углерод был представлен более широко, а также было много ам-миака, содержащего азот. То есть геохимические условия играли в указанном отборе до-статочно важную роль.

Прежде всего потому, что не было еще значительной суши и они были растворены в воде, а также по причине того, что была еще мала роль биологического фактора в аккумуляции и связывании металлов.

210 Глава 10

втором эшелоне, мог быть несколько иным. Но и к первому эшело-ну это может относиться из-за очень высокой роли железа (в со-единениях) как энергетического носителя и катализатора в процес-се зарождения жизни.

Кроме того, существует еще 20 элементов, участвующих в по-строении и функционировании отдельных узкоспецифических био-систем, например водорослей, состав которых определяется в из-вестной мере питательной средой, а их весовая доля составляет около 1 %. Участие всех остальных элементов в построении биоси-стем практически не зафиксировано.

Итак, важно отметить, что и земная кора, и живые существа со-стоят в своей основе из небольшого в основном числа элементов,

процессе отбора которых ведущую роль сыграли их уникальные свойства (структурно-функциональные, энергетические и др.). Здесь мы наблюдаем реализацию правила избыточного разнообразия, ко-

торое позволяет "выбирать" наиболее подходящие для разных за-дач, обходиться в тех или иных направлениях не всей совокупно-стью, а избранными элементами¹⁰⁸.

Еще об отборе для биогенной химической эволюции. Крайне важно понимать, что отбор может идти на самых разных уровнях и по самым разным основаниям. Соответственно, он шел и на уровне соединений (молекул), а также на уровне сложных органических молекул.

Так, в состав живых организмов входят только тридцать ос-новных органических молекул. Именно это ограничение со-става биологических структур привело исследователей к представлению о биохимическом единстве жизни. Молекулы эти следующие: 20 L-аминокислот, пять азотистых основа-ний (урацил, тимин, цитозин, аденин и гуанин), два сахара (глюкоза и рибоза), один азотсодержащий спирт - холин, 16-атомная насыщенная жирная кислота (пальмитиновая) и один трехатомный спирт - глицерол. Таково ограничение, изначально наложенное на развитие клеточной структуры (Лима-де-Фариа 1991: 92).

по мере увеличения числа веществ (как неорганических, так

- особенно - органических) процесс шел не только на уровне ба-

Отбор продолжался и в ходе развития биосферы (см.: Колчинский 1990).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы	211
зовых химических элементов (то есть атомов). Так, из	более

100 известных аминокислот в состав белков входит чуть более 20. Общеизвестно, что лишь по четыре нуклеотида ДНК и РНК лежат в основе всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответ-ственных за наследственность. Из миллионов органических соеди-нений в построении живого участвует лишь небольшая часть (Са-дохин 2006: 208-209). Мы уже не раз говорили, что такое распре-деление достаточно типично, поскольку неравномерное распреде-ление и концентрация - основа эволюции и миропорядка. Уменьшение разнообразия на базовом уровне дает возможность для увеличения разнообразия на порядки в надстроечных уровнях

(это важное правило иерархического разнообразия). Поэтому здесь стоит обратить внимание на фразу А. Лима-де-Фариа об изначаль-но наложенном ограничении. Мы и выше говорили о том, что ко-личество элементов не могло быть бесконечным. Здесь, если поль-зоваться экономической терминологией, существуют закон пре-

дельной полезности введения новых базовых элементов, а также вытекающий из него закон убывающей отдачи от этого.

Но в то же время, подобно тому, что мы говорили об асиммет-рии (когда у живых клеток и организмов она либо лево-, либо пра-восторонняя), и здесь налицо некий исторический момент, не ис-ключено - случайный, который впоследствии закрепился. С другой стороны, мы видим, что фронт эволюции существенно сузился, со-ответственно, и отбор наиболее подходящих элементов (на разных уровнях - от атома до нуклеотидов) и соединений мог происходить именно в условиях избыточного разнообразия.

Рост числа веществ и усложнения реакций. Пока мы в ос-новном говорили об эволюции химических элементов. Но химиче-ская эволюция - это прежде всего развитие химических веществ, причем направленное - в сторону увеличения многообразия и усло-жнения веществ и реакций, а также ускорения реакций. Уже в кос-мосе имелись сотни веществ и минералов. С планетологической эволюцией их число должно было существенно увеличиться (осо-бенно на Земле). В самом деле, на планетах появилось то, что от-сутствовало на звездах, но было крайне необходимо для эволюци-онного движения - разнообразие условий. Во-первых, сочетание разных сред (твердой, газовой, жидкой); во-вторых, разница темпе-

212 Глава 10

ратур, даже их континуум: от низкой до очень высокой. Последняя возникала в результате вулканической деятельности или при паде-нии метеоритов (чего, как мы помним, в ранний период жизни пла-нет было очень много). В-третьих, появились разные химические среды (кислотные, щелочные, водные, нейтральные и иные); в-четвертых, присутствовали высокое давление и другие факторы, нужные для химических реакций, не говоря уже о солнечном свете, горячей лаве и магме, расплавленной сере и т. д. и т. п. Все это бла-гоприятствовало развитию планетарного и особенно земного хи-мизма.

Таким образом, на добиологической фазе химической эволю-ции должно было появиться большинство типов и подтипов хими-ческих реакций (неорганической химии). Должны были существо-вать многие тысячи неорганических и сотни органических ве-ществ¹⁰⁹. В настоящий момент известно 300 тыс. неорганических соединений (Свергузов 2014: 53). Триста тысяч - само по себе ги-гантское разнообразие. Правда, неясно, сколько из них появилось до зарождения жизни, но, по крайней мере, можно думать о многих тысячах, а возможно, и десятках тысяч. Как уже сказано, существо-вало также большое количество органических соединений - более

(Аминокислоты... 2002).

Словом, химическая эволюция уже на добиологическом уровне достигала большого разнообразия. И это было основой возможно-сти для перехода к новому уровню химической эволюции, а затем и к биологической¹¹⁰.

Таким образом, сначала шел процесс накопления базовых ос-нов для химической эволюции - увеличение числа элементов и их комбинаций. А потом уже из этого разнообразия могла возникнуть иерархия в использовании элементов для новых уровней эволюции. При этом налицо правило сужения фронта эволюции, поскольку число основных элементов, как мы видели, сильно сократилось.

Уже в 1960-е гг. число обнаруженных в неживой материи органических соединений превышало 500 (Карцев 1969: 20), с тех пор оно значительно увеличилось. Но, конечно, многие из этих веществ образовались лишь в относительно короткий срок предбиологи-ческой химической эволюции на Земле.

Чтобы представить новый уровень химической эволюции, когда она слилась с биологи-ческой, достаточно сказать, что известно несколько миллионов химических соединений, главным образом органических.

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 213

Химические реакции и пути их эволюции. Сначала несколь-ко основных моментов о природе химических реакций. Напомним, что, по современным представлениям, основу всякого химического превращения составляет перераспределение электронов межатом-ных связей. Чем больше элементов накапливалось и чем разнооб-разнее были условия для их взаимодействия, тем более разнообраз-ными и сложными становились химические соединения.

При достижении же многообразия химических соединений ста-ли проявляться и важные условия для химической эволюции. Об-щеизвестно, что химические реакции протекают тем быстрее, чем выше температура, давление и концентрация реагентов. В природ-ных условиях важной также является и среда, в которой эти реа-генты находятся. На Земле, как мы уже сказали, были во многом подходящие условия по температуре, наличию воды, летучих ве-ществ и т. п. Однако создание еще более благоприятных условий зависит от внешних обстоятельств. В ожидании, когда эти обстоя-тельства сложатся, эволюционное развитие было бы очень медлен-ным. И эволюция пошла иным, специфическим для химической формы движения материи путем. Во-первых, путем усложнения реакций и удлинения цепочки реакций. Основополагающим для химической кинетики, которая занимается изучением скорости

особенностей протекания химических реакций, является пред-ставление о том, что исходные вещества, вступающие в химиче-скую реакцию, чрезвычайно редко непосредственно превращаются

ее продукты. В большинстве случаев реакция проходит ряд по-следовательных и параллельных стадий, на которых образуются

расходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может быть велико (а в цепных реакциях очень велико - их десятки и сотни тысяч).

Суть цепной реакции Н. Н. Семенов описывает так: "Энергии кванта достаточно для того, чтобы двухатомная молекула хлора распалась на отдельные атомы. Каждый из них активнее первоначальной молекулы и потому легко вступает в реакцию с молекулой водорода. Она также двух-атомна. Один из ее атомов вместе с атомом хлора дает моле-кулу продукта - хлористого водорода, а другой атом остает-ся свободен. Теперь он легко вступает в реакцию с ближай-шей молекулой хлора, образуя другую молекулу хлористого

214 Глава 10

водорода и отдельный атом хлора... Это повторяется много-много раз, возникает как бы длинная цепь реакций" (Черни-кова 1989: 13).

Время жизни промежуточных веществ весьма разнообразно: одни вполне стабильны, другие существуют в равновесном состоя-нии доли секунды (Самыгин 2003: 257-258).

Во-вторых, эволюция пошла по пути ускорения реакций. На скорость некоторых химических реакций можно влиять присут-ствием небольшого количества определенных веществ, которые сами в реакции участия не принимают. Последние бывают положи-тельными, ускоряющими реакцию (катализаторы), и отрицатель-ными - замедляющими ее (ингибиторы). Каталитическое ускоре-ние химической реакции называется катализом. Соответственно, эволюция пошла по пути отбора катализаторов, точнее, по не-скольким путям, один из которых был связан с отбором катализа-торов (подробнее об этом см. ниже).

Напомню, что реакции классифицируются по следую-щим основаниям: по числу и составу исходных и образу-ющихся веществ (реакции соединения, разложения, заме-щения, обмена); по изменениям степеней окисления (окис-лительно-восстановительные и протекающие без изменения степени окисления); по тепловому эффекту - экзотермиче-ские (выделяющие энергию) и эндотермические (поглоща-ющие энергию); по направлению протекания реакции - обратимые (химические процессы, продукты которых спо-собны реагировать друг с другом в тех же условиях, в кото-рых они получены, с образованием исходных веществ) и не-обратимые (химические процессы, продукты которых неспо-собны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ); по наличию катализатора - каталитические и не-каталитические реакции. Нередко один из продуктов реак-ции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию (авто-каталитические реакции). Есть и другие основания класси-фикации.

10.5. Химическая эволюция в преддверии перехода к биологической фазе

этом параграфе мы попробуем суммировать некоторые идеи, мо-менты и факты, связанные с переходом химической эволюции в ее

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 215

основном неорганическо-химической форме к сравнительно ко-роткому (в несколько сотен миллионов лет) периоду, который можно назвать абиогенно органическим.

Абиогенными называют период и процессы, связанные с появ-лением сложных органических веществ до возникновения жизни.

Было время, когда полагали, что все органические вещества имеют биологическое происхождение. Но постепенно одно за другим ор-ганические вещества создавались искусственным путем. Соответ-ственно, теперь общепринято мнение, что в истории Земли был пе-риод, когда природные процессы оказались способными создавать достаточно сложные органические вещества в рамках геохимиче-ской эволюции, что явилось важнейшей предпосылкой для возник-новения первых проявлений жизни на Земле. Эта фаза истории Земли в катархее и, возможно, самом начале архея (эоархей), меж-ду периодом, когда условия на Земле стали более приемлемыми для зарождения жизни (если принять теорию огненной планеты: когда Земля несколько остыла, образовались первичная кора и гид-росфера) и собственно зарождением жизни. Если принять во вни-мание, что Земля образовалась примерно 4,57 млрд л. н., какое-то время, допустим, в первые сто миллионов лет, условия для абио-генно органической химической эволюции были не особенно под-ходящими, а первые следы жизни иногда относят к периоду 4,0- 3,8 млрд л. н. (см., например: Добрецов 2005: 45; см. также: Варфо-ломеев и др. 2008: 62; А. В. Марков [2014] говорит о 4,1 млрд л. н. по палеогенетическому методу)¹¹¹, то мы имеем указанный период длительностью до 550-700 млн лет, но, возможно, и меньше.

Кратко об этапах химической эволюции от Большого взры-

ва до появления жизни. Несмотря на довольно большие успехи

последнее время в воспроизводстве абиотических реакций, кото-рые могли иметь место в период до возникновения жизни на Земле, поскольку геологических следов этого периода почти не осталось, многие рассуждения исследователей о нем по-прежнему имеют

Но жизнь могла появиться и ранее, поэтому иногда указывается весьма большая вилка зарождения жизни, например между 4,4 и 3,85 млрд л. н. (Ryder et al. 2000). Но в лю-бом случае какое-то немалое время абиогенная химическая эволюция сочеталась с заро-дившейся биогенной химической эволюцией, точнее, какое-то время последняя была просто ответвлением первой.

216 Глава 10

спекулятивный характер¹¹². Но в этом случае тем более полезно привлечь эволюционистику для формирования каких-либо пред-ставлений о возможностях процессов этого темного периода. Есте-ственно, и его этапы можно обозначить только крайне предполо-жительно. В философско-химической литературе, если говорить

"магистрали химической эволюции", встречаются такие схемы этих этапов (снизу вверх):

Химическая основа первых живых систем.

Надмолекулярные комплексы биополимеров, "протоклетки": коацерваты, протеиноидные микросферы и т. п. системы.

Биополимеры: полипептиды (белки), полинуклеотиды (нук-леиновые кислоты), полисахариды.

Биомономеры, аминокислоты; нуклеиновые (азотистые) ос-нования (аденин, тимин и др.), другие гетероциклические соедине-ния (например, порфирин); моносахариды.

Органические соединения типа RCN, RCHO, RCOOH, RCH₂OH и другие (R - радикал, например Н- или CH₃-).

Простые и в основном неорганические соединения: H₂, N₂, H₂O, CO, CO₂, HCN, NH₃, CH₄, H₂S.

Элементы-органогены: H, O, C, N, P, S¹¹³.

Проблемы с этой периодизацией в том, что данная "маги-страль" в значительной мере выстроена логическим методом, тогда как многие процессы шли параллельно (так, ступени 2 и 3 шли

основном параллельно). Не совсем понятно, для чего ступень 0 выведена из общего процесса формирования химических элемен-тов, поскольку отбор этих элементов относится по крайней мере к третьей фазе. В то же время реальная история образования химиче-ских элементов выпала из "магистрали". В ступенях 3-5 неясно, когда образовывались те или иные вещества; сейчас считается, что нуклеотиды и нуклеиновые кислоты (РНК) образовались раньше белков.

А. В. Марков (2014: 14) правильно указывает, что на долгом пути к живым организмам было множество развилок, остановок, временных отступлений, всевозможных промежу-точных этапов и "переходных звеньев". Что касается последних, то все они благополучно вымерли, не оставив после себя прямых потомков.

К сожалению, автора этой периодизации установить не удалось; глава называется "Диалектика магистрали и тупиков в развитии вещества Вселенной" (материал размещен в сети Интернет: https://studfile.net/preview/2675164/).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 217

Если строить периодизацию химической эволюции, исходя из вышеизложенных процессов, то последовательность нам видится такой: 1) образование атомов первых элементов (водорода, гелия, лития); 2) образование атомов более тяжелых веществ вплоть до железа включительно; 3) образование атомов элементов тяжелее железа (возможно, здесь надо выделить два этапа: один - до висму-та или иного радиоактивного элемента, другой включает образова-ние радиоактивных элементов); 4) образование простых соедине-ний (неорганических и органических)¹¹⁴; 5) образование соедине-ний, связанных с формированием минералов на планетах; 6) синтез более сложных органических образований, типа нуклеотидов (на Земле); 7) синтез более сложных полимеров, еще не способных

репликации; 8) синтез репликаторов и веществ, связанных с нача-лом жизни. Как увидит читатель, этапы 5-8 несколько отличаются от того, что представлено ниже (в изложении А. В. Маркова), за счет этапа 7.

Этапы добиологической эволюции (по А. В. Маркову [2016]): первый этап - синтез простой органики; второй - синтез сложных образований (типа нуклеотидов)¹¹⁵. Третий этап связан с появлени-ем репликаторов; четвертый - это появление более сложных про-дуктов и способов их создания, то есть синтез белка, трансляторы и пр., что уже относится к самым первым этапам жизни. Пятый этап - появление последнего универсального общего предка (о нем см. ниже)¹¹⁶.

Общие рассуждения об абиогенной органической эволюции.

Итак, шел процесс формирования большего разнообразия органи-ческих веществ, с большей сложностью, а главное - в большой массе. Как и любые другие, химические процессы также связаны с законом перехода количества в качество, а соответственно, чем

¹¹⁴ Синтез простых органических веществ может происходить в самых разных средах (в космосе, на планетах, а также рядом с геотермальными источниками и т. п.). Иногда говорят о синтезе низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы.

¹¹⁵ Второй этап, то есть синтез из простейшей органики более сложной органики, как поясняет А. В. Марков (2014), уже должен был происходить в особых местах, богатых энергией и различными веществами. Этот этап связан с полимеризацией мономеров аминокислот, сахаров, нуклеотидов, которые могут идти на минералах.

Иногда выделяют как особый этап образование фазово обособленных систем органи-ческих веществ, отделенных от внешней среды мембранами (Михайлов 2008: разд. 4.6).

218 Глава 10

больше была масса органических веществ, тем вероятнее было появление качественно новых явлений. Распространено мнение, что первичные абиогенные органические вещества возникли в катар-хейское время (в период от 4,5 до 4,0 млрд л. н.) из неорганических соединений. Это подтверждается рядом экспериментов (Карцев 1969: 29; см. также: Эглинтон 1974: 52). Так ли это, сказать сложно. Действительно, общеизвестны опыты, которые доказали такую возможность. Но вполне вероятно, что развитие происходило не из неорганических веществ, а из одних органических в другие.

частности, при попадании органических веществ на Землю из космоса при наличии подходящих условий мог произойти прогресс в их трансформации¹¹⁷. Либо (а с точки зрения эволюционистики это более вероятно) одновременно имелись несколько линий таких трансформаций, включавших как неорганический, так и органиче-ский вариант. При этом большинство линий вело в тупик, но в це-лом создавало то многообразие, которое требуется для качествен-ного рывка¹¹⁸.

Органические соединения абиогенного периода химической эволюции, как считали многие исследователи несколько десятков лет назад, накапливались преимущественно в океане. Считалось, что он представлял собой, по образному выражению Н. Пири, "протобиотический бульон". Океан и сегодня рассматривается не-которыми как колыбель абиотических процессов, но большинство ученых считает, что там не могло возникнуть необходимых для них неравновесных условий. Однако они могли возникнуть в отдель-ных сравнительно небольших и имеющих важные особенности участках океана, в том числе и на глубинах, или в результате осо-бых процессов. По мнению некоторых ученых, важнейшее значе-ние для протобиотических процессов и возникновения жизни име-

Так, общеизвестно, что в космосе с помощью спектрального анализа найдены такие органические вещества, как этанол C₂H₅OH. Мало того, имеются сведения, что найдена и простейшая аминокислота - глицин C₂H₅NO₂ (Аминокислоты... 2002). Недавно в космосе обнаружены органические молекулы с пространственной структурой.

Так, А. Лима-де-Фариа говорит, что сегодняшние ДНК и белки - это конечные продукты более простых веществ, которые существовали до них и успешно эволюционировали, об-разовав две отдельные, но взаимосвязанные структуры. Это были протонуклеиновые кис-лоты и протобелки, обладавшие способностью к самовоспроизведению. Согласно общему мнению, вначале появились простые белки, и РНК, имеющая более простое строение, предшествовала ДНК (Лима-де-Фариа 1991: 329).

Химическая эволюция до начала абиогенной фазы 219

ли донные осадки (пелосфера), где существенную роль мог иг-рать минеральный катализ. Заслуживает внимания предположение Э. Дегенса (Дегенс, Ройтер 1967), что уже в океане абиогенного пе-риода из примитивных органических молекул возникали сложные комплексы типа гуминовых веществ, которые осаждались в виде органо-минеральных смесей (Карцев 1969: 29). Стоит отметить также, что аккумулирующиеся продукты не могли подвергаться

таких условиях быстрому воздействию микроорганизмов, как это происходит сейчас в любой раскрытой среде (Эглинтон 1974: 52).

Имеется достаточно много гипотез о том, как шло развитие и накопление органических веществ, при этом ни одна из них не выглядит удовлетворительной, и - стоит отметить - с 1950-х гг. особого прогресса здесь не наблюдается. Сложность и, соответ-ственно, ошибки заключаются в том, что чаще всего разрабатыва-ется только одна линий такого развития, тогда как их было много, и более поздние стадии, относящиеся уже к биогенной фазе, экс-траполируют на абиогенную.

Глава 11. Абиогенная химическая эволюция

11.1. Направления и возможности химической предбиологической эволюции

Сильные и слабые стороны эволюционных гипотез. Существу-ют различные гипотезы о направлениях, которые вывели химиче-скую эволюцию в начальную биологическую фазу, о части из кото-рых мы еще скажем. Их сильной стороной является то, что они пы-таются обнаружить конкретные механизмы такой трансформации. Слабая сторона заключается в том, что эволюция невольно сужает-ся до однолинейной, тогда как (и мы об этом говорили неоднократ-но) только наличие целого ряда линий развития может в итоге при-вести к крупному прорыву. Эти линии, каждая из которых ограни-ченна, развивает (далеко не полностью) очень небольшое число инноваций, а то и всего какой-то один механизм. Но вместе эти ли-нии конкурируют и взаимно дополняют друг друга, дивергируют

конвергируют, а в итоге приходит время, когда инновации раз-ных линий складываются в принципиально новую систему, которая

означает начало мощного прорыва к новому. Однако начало та-кого прорыва после того, как новый уровень сформируется и разо-вьется, обнаружить сложно или даже невозможно. Здесь можно вспомнить идею о быстром исчезновении исходных форм, которую П. Тейяр де Шарден называл законом, "в силу которого начала всех вещей имеют тенденцию становиться материально неулови-мыми". Данный закон он также называл "автоматическим устране-нием эволюционных черешков" (Тейяр де Шарден 1987: 80), что можно было бы сформулировать как правило исчезновения исход-

ных форм.

Из указанного ошибочного ограниченного подхода эволюци-онных химиков соответственно вытекало убеждение, что только один главный механизм и должен быть решающим. Однолиней-ность в подходах имплицитно основывается на эсхатологической идее, что более низкие уровневые этапы как бы изначально были

Абиогенная химическая эволюция

221

призваны обеспечить реализацию высших и ценность первых прежде всего в этой их транзитной роли. А такой взгляд, уместный только в определенных аспектах исследования, значительно огра-ничивает понимание собственных тенденций и закономерностей "транзитных" (на самом деле самодостаточных) уровневых этапов. Перенося сказанное на химическую эволюцию, нельзя не согла-ситься с выводом, что биохимические гипотезы происхождения жизни на Земле, по сути, своим объектом делают не химическую эволюцию, а только биосинтез in vivo, моделируемый посредством органического синтеза in vitro (Кузнецов 1989: 189).

Помимо указанных ошибок, главные недостатки как уже до-вольно давних, так и новых гипотез следующие. Это недоучет вы-шеуказанной идеи П. Тейяра де Шардена (1987), что переходные формы не оставляют видимых материальных следов, а также той идеи, которую мы формулировали как правило архаичности пер-вичных систем. Системы не формируются зрелыми, для обретения зрелости и устойчивости им обычно требуется несколько реконфи-гураций, в том числе циклов разрушения и нового формирования. Поэтому первичные системы часто выглядят архаично и почти не сохраняются, а более совершенные образуются уже как вторич-ные или третичные (это касается не только биологических или со-циальных систем, но и первичных планет или звезд;

см.: Гринин 2017: 163).

Кроме того, первые предживые системы, вероятно, следует рассматривать не как прямых предков первых живых систем, а как аналоги, которые по ряду функций уже были сравнимы с прими-тивнейшими живыми системами, но в целом были организованы несколько иначе (как именно, сейчас крайне сложно сказать). Это могло быть тем более справедливо, что условия на молодой Земле неизвестны, а следовательно, могли образоваться такие структуры или реакции, в реальность которых современные ученые не пове-рят, пока не появятся конкретные факты. Так, факты обнаружения органических веществ в космосе при температуре, близкой к нулю, а также и аналогичные экспериментальные данные (Гольданский

222 Глава 11

1975) показывают некоторые возможности химических реакций, которые мы никогда бы не признали без доказанных фактов¹²⁰.

В. И. Кузнецов справедливо отмечает, что первое поко-ление ученых, которые пытались построить теории биохи-мического происхождения жизни, исходили из того, что процессы саморазвития химических систем, подводящие к биогенезу, невольно представлялись в духе идей А. И. Опа-рина (см., например: Опарин 1957; 1968; см. также: Евреино-ва 1966; Серебровская 1971), то есть протекающими при не-высоких температурах, нормальном давлении и, как правило,

растворах. Эти представления о "предбиологической эво-люции" господствовали длительное время. Они получили поддержку в работах М. Кальвина (1971), Дж. Бернала (1969), А. А. Титаева (1974) и других исследователей. Далее В. И. Кузнецов пишет: "Конечно, химия нормальных состо-яний с ее созидательными, синтетическими тенденциями, ведущими к высокомолекулярным соединениям, и химия высоких энергий (например, плазмохимия) с ее разруши-тельными, пиролитическими тенденциями, ведущими к рас-щеплению молекул, - это антиподы. Но нет сомнения и в том,

Подобные мысли уже высказывались. Так, Р. К. Дикерсон писал, что коацерваты (то есть первичные протобионты, в терминологии А. И. Опарина) были не примитивными обра-зованиями, или "предками" живых клеток, а скорее аналогами тех древних форм, систем со сложным химическим поведением, которые могли возникнуть под воздействием есте-ственных сил (Дикерсон 1991: 95). Можно и нужно говорить не только об аналогах жи-вых систем, но и об аналогах биоценозов (протохимобиоценозов). Сложное химическое поведение могло перерасти в сверхсложное, потому что прорыв к новому часто соверша-ется не с низших уровней, а уже как горизонтальное движение систем, находящихся на практически равном уровне сложности, но отличающихся по своей организации. При этом эволюционные перспективы у этих систем принципиально разные. Поэтому может произойти так, что сложные системы с эволюционно тупиковыми перспективами в итоге реорганизуются в сложные системы с очень широкими эволюционными перспективами. Нельзя буквально воспринимать следующие слова Дж. Бернала, но можно принять их как некую схему, рисующую какие-то возможности сосуществования таких сложных систем без эволюционных перспектив, которые в итоге заставили их трансформироваться в эво-люционно перспективные. "Быть может, никакого точного начала жизни не было вооб-ще. В состоянии активного равновесия, вызванного превращениями, непрерывно проис-ходящими между теми или другими химическими веществами, могли устанавливаться известные циклы, которые были самовоспроизводящими, то есть молекула А производила молекулу B, и так далее до тех пор, пока молекула Z снова не производила молекулу А. На этой стадии всю среду можно было бы назвать живой в биохимическом смысле (не в биологическом смысле, а в биохимическом. - Л. Г.), хотя ни одного организма еще не существовало. Однако такая жизнь, очевидно, всегда должна была подлежать распа-ду" (Бернал 1956: 490). Здесь можно говорить даже об особой оболочке - химобиосфере.

Абиогенная химическая эволюция

223

что эти антиподы представляют собой противоположности химии как единой, целостной науки. Неожиданным и потому

высшей степени интересным в оценке отношений между этими двумя отраслями химии оказалось то, что им обеим предстоит изучать один и тот же феномен саморазвития хи-мических систем, обусловленный одними и теми же причи-нами и подчиняющийся одним и тем же законам химической эволюции (Кузнецов 1989: 170). Действительно, экстремаль-ных условий на Земле в раннее время было более чем доста-точно. Даже сегодня их много, причем в некоторых из них обнаружена жизнь. В частности, в так называемых гидро-термах на дне океанов, что были обнаружены в 1970-х гг., живут археобактерии (археи). Последние выдерживают тем-пературу до 120 ЊС (см.: Громов 1997).

Следует отметить также в качестве недостатков: а) непонима-ние необходимости каких-либо особых событий-триггеров либо триггеров в виде участников; б) непонимание, что переход к систе-ме редупликации и развития до биологического уровня не был за-программирован, он явился случайным результатом, с одной сто-роны, но стал неизбежным, потому что ниша сложных химических веществ заполнилась, движение к занятию новых ниш замедлилось, эволюция как бы застопорилась, чтобы найти особый вариант ре-шения.

"Но, как это всегда бывает в мире, то, что вначале яви-лось лишь счастливым случаем или способом выжить, было немедленно преобразовано и использовано как орудие про-гресса и завоевания", таким образом, согласно одному из са-мых общих законов эволюции, "случай, едва появившись, был трансформирован в нечто, закономерно направляемое" (Тейяр де Шарден 1987: 91, 68). По сути, это вариация пра-вила необходимости уникальных условий для появления но-вого (в число которых входит и благоприятный случай), но также и правил ароморфоза и редкости крупных аромор-фозов, согласно которому прорывные эволюционные реше-ния появляются как конкретный ответ на конкретные вызовы или конкретное решение конкретной задачи, каковые ответ

решение в процессе развития обнаруживают большую эво-люционную перспективу и универсальность, в итоге стано-

224 Глава 11

вясь прорывными. Чем крупнее ароморфоз (а репликация, без всякого сомнения, один из очень крупных ароморфозов), тем, соответственно, реже они происходят, поскольку тем уникальнее требуются условия для них (о правиле аромор-фоза см. подробнее: Гринин и др. 2008: 26-28; о редкости крупных ароморфозов: Там же: 39-41).

Словом, даже это перечисление недостатков в подходах гово-рит о том, что химико-биологический эволюционный процесс был существенно сложнее даже того сложного процесса, который мо-жет быть синтезирован из современных биохимических открытий в общих чертах (один из его вариантов дает А. В. Марков [2014]).

Направления и возможности развития химической эволю-ции: некоторые подходы. Исходя из вышесказанного, в целом можно смело утверждать, что химическая эволюция абиогенных органических веществ происходила по весьма разным направлени-ям: а) улучшения структур; б) повышения энергетического резуль-тата; в) ускорения реакций (повышения скорости их протекания); г) отбора наиболее подходящих по тем или иным параметрам эле-ментов и соединений; д) концентрации веществ; е) усложнения со-единений; ж) способности соединений к количественному росту; з) избирательности и узнаваемости одних веществ другими¹²¹; и) создания важных преадаптаций для будущего рывка и др. При этом в разных случаях, периодах и на уровнях значимость этих направлений могла варьироваться. Это очевидно, поскольку, как мы только что сказали, переход на более высокий уровень эволю-ции требует изменений по многим линиям.

Отметим, что абиотическая органическая химическая эволюция длительное время была лишь ответвлением, причем маргинальным, как часто бывает в эволюции, на общем потоке неорганической химической эволюции (хотя это деление не абсолютно и много раз доказано, начиная с классических опытов Гарольда Юри и Стэнли

Имеются свидетельства некоторой упорядоченности в последовательности конденсации, например, аминокислоты проявляют некоторую избирательность в выборе следующей присоединяемой структурной единицы. Возможно, что ход добиологической химической эволюции в определенной мере регулировался такой предпочтительностью (Эглинтон 1974: 52). Выше мы уже писали об этом свойстве избирательности или "узнавания" в химической и иных видах эволюции как о реализации важного эволюционного паттерна - различных реакций на "свой - чужой".

Абиогенная химическая эволюция

225

Миллера в 1953 г., что из неорганических веществ можно получить много органических)¹²². Но важно подчеркнуть, что здесь за счет вышеописанных свойств углерода и других органогенов постепен-но произошло изменение специфической вещественной основы. На первый план вышли уже не молекулы или их совокупности, то есть не обычные химические соединения в привычном понимании,

целостные полимолекулярные открытые химические системы, взаимодействующие с внешней средой и потому обладающие ди-намическими эволюционными свойствами. Эти свойства представ-ляют собой высшие формы химизма, характеризующиеся не столь-ко перераспределением электронов межатомных связей, что со-ставляет основу всякого химического превращения, сколько тен-денциями к образованию все более высоких форм химической организации, преемственностью эволюционных изменений и един-ством дискретности и непрерывности этих изменений во времени

(Кузнецов 1989: 200-201).

Преадаптации. Наиболее важными для начала биологической эволюции преадаптациями можно считать: создание изолирован-ной от внешней среды системы, в которой могли происходить по-стоянные химические и биохимические реакции и циклы таких ре-акций; поддержание внутри этой изолированной среды постоянных условий, концентраций, энергетического баланса, нужной скорости реакций и пр.; эффективные реакции на внешние условия и раз-дражители; репликации (то есть способность воспроизводиться); сохранение без больших искажений исходного кода; способность к трансформации, запасанию, передаче и эффективному использо-ванию энергии и управления сложными химическими процессами путем использования все более совершенных катализаторов и ве-ществ, а также автокатализ и способность к самосборке¹²³. Но ука-занные и другие преадаптации сошлись вместе далеко не одновре-

Относительно недавно, в марте 2015 г., ученые Кембриджского университета во главе с Джоном Сазерлендом показали, что все типы "молекул жизни", в том числе РНК, бел-ки, жиры и углеводы, можно получить в ходе подобных реакций, в которых будут участ-вовать простые неорганические соединения углерода, сероводород, соли металлов и фосфа-ты (Спиридонов 2019).

Принято считать, что до того как сформировались гены, химическая организация первичной клетки обеспечивалась автокаталитическими процессами и самосборкой

(Лима-де-Фариа 1991: 329).

226 Глава 11

менно, а по мере формирования основных механизмов живой клет-ки. Однако правомерно предположить, что были и иные, ретро-спективно не видные преадаптации, так как мы не знаем реального хода химической эволюции. Главные из них - важные реакции, возможности аккумуляции энергии, способы ускорения, повыше-ния концентрации вещества, которые и заложили основы биохими-ческого обмена веществ и синтеза. Это одновременно и новый вид информации (химический и биохимический), который в биологи-ческой эволюции достиг очень значительного развития. Это в це-лом увеличило объем эволюционной информации (см.: Руденко 1969: 195).

Далее мы еще будем говорить о разных подходах к проблеме возникновения жизни. Но с нашей точки зрения, кое-что будет за-метно яснее, если мы рассмотрим продвижение к новому уровню эволюции в аспекте того, что оно совершалось в сложном коэво-люционном движении целого пучка эволюционных направлений.

11.2. Коэволюции. Сходства и взаимосвязи минеральной, химической и биологической эволюций в абиогенной фазе и в фазе зарождения жизни

Эволюция минералов и химическая эволюция - два пересека-ющихся пути к биологической эволюции. Продолжая разговор

преадаптациях, скажем, что они всегда представляют глубокий резерв эволюции, при этом далеко не все из них реализуются. И они могут появиться также в результате тупиковых (в плане перехода на более высокий уровень) ветвей эволюции, которые показывают направления ее поисков. Так, уже давно (с XIX в.) отмечаются ин-тересные сходства между кристаллами и живыми организмами. Напомним, что, как известно, кристаллы являются минералами, то есть большинство минералов имеют кристаллическую природу.

Сначала приведем данные о сходствах минералов и живых существ, организмов. В своей совокупности они не могут не пора-жать. Такие сходства выглядят загадочными, необъяснимыми, про-тиворечащими всему нашему представлению о живом и неживом.

Абиогенная химическая эволюция

227

Потом попробуем дать свое объяснение этим сходствам с точки зрения эволюционистики.

сходствах кристаллов с живыми организмами, в частности, неоднократно говорил А. И. Опарин. Его особенно интересовало их сходство с живыми организмами в плане размножения, причем идея о матричном способе размножения организмов была первона-чально сформулирована на основании сходства размножения по-следних и кристаллов (см., например: Шноль 1979: 10-13; см. так-

же: Грэхем 1991: гл. III).

Вот что говорит об этих сходствах современная наука. Отме-чаются следующие явления.

Способность адаптироваться к среде и самостоятельно ме-нять форму.

Способность кристаллов самоограняться, то есть при определенных условиях принимать естественную много-гранную форму, издавна поражала людей. Шарик, вырезан-ный из кристалла кварца или квасцов, в растворе этого же соединения покрывается гранями, в то время как шарик из кварцевого стекла остается неизменным. Здесь налицо раз-ница между "живым" кристаллом и поделкой из него, хотя химический состав почти один и тот же. То же самое, то есть огранение, произойдет и с обломками кристалла кварца. Этот пример иллюстрирует не только способность кристал-лов самоограняться, но и их анизотропию, проявляющуюся

различии скоростей роста по разным направлениям, а так-же симметрию. Процесс огранения - результат правильного внутреннего строения кристаллического вещества (Егоров-Тисменко 2005: 48). Здесь мы также видим способность к ре-генерации частей организма, которая есть у живых существ (см. также Главу 3, где мы приводили выдержки из книги И. В. Мелихова [2018]; см. далее п. 3).

Способность реагировать на энергетическую среду, выбирая оптимальный вариант.

Экстремальные свойства правильных многогранников, то есть их способность ограничивать собой объем больший, чем у любого другого тела с тем же числом граней, или, иными словами, иметь наименьшую поверхность среди всех

228 Глава 11

тел с тем же объемом и числом сторон, сделали их "выгод-ными" фигурами, широко используемыми и живыми орга-низмами. Так, формы правильных многогранников присущи радиоляриям, а также вирусам (Егоров-Тисменко 2005: 19). Как мы видим, поиск наиболее энергетически выгодных форм шел как бы параллельно в разных направлениях эво-люции, включая звезды и планеты (они выбирали шарооб-разную форму, о чем уже шла речь выше).

Впрочем, сам процесс кристаллизации, как выясняется, энергетически выгоден. На первый взгляд это кажется странным, но на самом деле порядок всегда энергетически более выгоден, чем беспорядок, энтропии в нем намного меньше. Отсюда самосборка и т. п. в химической и иных пу-тях эволюции, отсюда и кристаллизация. Причина кристал-лизации, то есть перегруппировки беспорядочно располо-женных частиц в регулярную кристаллическую постройку, заключается в том, что энергетически наиболее выгодно (при определенных условиях) такое состояние, при котором силы, действующие между частицами, окажутся уравновешенны-ми, а это достигается лишь в случае упорядоченного распо-ложения материальных частиц (Там же: 203). При этом идет формирование кластеров и объединение частиц в агрегаты,

затем происходит морфологический отбор упорядоченных агрегатов путем разрушения менее упорядоченных форм мо-лекулами среды (разрушаются агрегаты, у которых зазор между частицами больше, а следовательно, сила притяжения частиц друг к другу меньше). Если наночастицы имеют кри-сталлическую структуру и огранены, то при отборе преиму-щественно накапливаются формы, близкие к коллоидным кристаллам (Мелихов 2018: 28).

Реагирование на внешние условия путем перестройки фор-мы. Вариативность в рамках вида.

Таким образом, процесс кристаллизации оказывается энергетически выгодным. И, казалось бы, растущий кри-сталл, стремясь к равновесному состоянию, должен приобре-тать определенную, единственную для каждого вещества физически возможную идеальную равновесную форму, обу-словленную лишь составом и структурой. На самом деле кристаллы одного и того же минерала или соединения встре-

Абиогенная химическая эволюция

229

чаются в самых разнообразных формах. Это можно объяс-нить тем, что на форму кристалла накладывают отпечаток различные изменяющиеся условия кристаллизации: темпера-тура, давление, сила тяжести, химический состав, динамика среды и т. д. (Егоров-Тисменко 2005: 203; см. также: Мели-хов 2018). Как тут не вспомнить, что у живых существ, хотя и не у отдельных особей, но в рамках вида, подвида или по-пуляции, есть способность к смене формы тела в связи

воздействием среды (включая и энергетические потребно-сти). Так, форма тела меняется в зависимости от среды оби-тания, доступности пищи, а также в жарком и холодном климате. Соответственно налицо и вариативности в рамках отдельных видов. Можно выделять классические и аналого-вые формы у кристаллов. В описанном выше в п. 2 процессе отбора и накопления форм, преимущественно близких к кол-лоидным кристаллам, происходят следующие процессы. У этих агрегатов наночастицы контактируют определенными гранями и укладываются так, чтобы площадь контактов внутри агрегатов была максимальной, а кристаллическая решетка каждой наночастицы являлась когерентным про-должением решетки соседних наночастиц. Со временем дан-ные формы ограняются, превращаясь в псевдонанокристал-лы, трудноотличимые от истинных монокристаллов, вырос-ших из одного зародыша (Мелихов 2018: 28). То есть имеют-ся паралеллизм и аналоги.

Способность к росту.

Кристаллы, приспосабливаясь к изменяющимся услови-ям и используя все возможности для быстрого роста, меняют свой облик, в том числе форму, химический состав, структу-ру (Егоров-Тисменко 2005: 203; Мелихов 2018: 27). Конечно, растут и другие объекты, в частности планеты и планетопо-добные объекты, горы и т. п. Но все же целенаправленный рост кристаллов впечатляет.

Способность к размножению и наличие некоего аналога примитивного генотипа.

минералов имеется также то, что можно было бы назвать примитивным генотипом и фенотипом (см. в п. 6). Относительно постоянный химический состав хромосом

230 Глава 11

данного вида называют генотипом. В результате клеточного деления ткани и органы приобретают различные формы

функции. Создаваемые ими паттерны зависят от их место-положения в организме и от физико-химической среды. Они образуют то, что было названо фенотипом. У минералов нет хромосом, но то, что минералоги называют видами минера-лов, характеризуется специфическим химическим составом

кристаллической структурой. Это тот постоянный химиче-ский компонент, который А. Лима-де-Фариа назвал минеро-типом и который впоследствии принимает форму генотипа у растений и животных. Минералы также могут принимать различные паттерны, сохраняя при этом один и тот же мине-ротип. Эти паттерны также находятся под влиянием физико-химической среды. Такую способность изменять форму в за-висимости от внешних факторов можно назвать фенотипом минерала - она соответствует тому, что в дальнейшем стало фенотипом у живых организмов (Лима-де-Фариа 1991: 330- 331).

У кристаллов есть не только копирование, но и мутации, ко-торые впоследствии становятся образцом для копирования (репли-кации).

Свойствами кристаллов в их сходстве с живыми орга-низмами восхищались многие. В частности, рассказывая

о взглядах А. Г. Кернс-Смита, который предположил, что жизнь началась с кристаллов, образующих минералы, Нор-ман Хоровиц (1988: гл. 3) пишет следующее. Обладая спо-собностью воспроизводить себе подобных, неорганические кристаллы как бы демонстрируют тем самым зачаточные ге-нетические свойства. У них обнаруживается также ограни-ченная способность к мутациям, которая проявляется в том, что в регулярном расположении атомов в кристалле могут возникать дефекты. Такие обладающие слоистой структурой минералы, как глины, склонны копировать дефекты одного слоя в структуре следующего, что можно рассматривать как своеобразную генетическую память. Замечено, что дефекты

структуре кристаллических граней часто оказываются участками химической активности, включая катализ. Кернс-Смит высказал предположение, что такое простое органиче-ское соединение, как формальдегид, синтез которого мог

Абиогенная химическая эволюция

231

катализироваться минералом, несущим подобный дефект, обладало способностью ускорять процесс воспроизведения дефектного кристалла и повышать точность копирования,

результате чего численность таких кристаллов по сравне-нию с другими типами быстро возрастала.

Добавлю, что, во-первых, из этого примера хорошо вид-ны возможности для экспансии и роста популяции, во-вторых, явно видятся параллелизм в развитии разных направлений эволюции (химической, биологической и мине-ральной), их коэволюция и различные преадаптации, о кото-рых мы скажем ниже.

Сравнение между кристаллами и живыми организмами очень скрупулезно провел А. Лима-де-Фариа.

Минералам присущи многие свойства, которые обычно считают характерными только для живых организмов. Ука-зывают на пять таких свойств: 1) образование двойников;

неравномерность наращивания слоев; 3) замещение кати-онов; 4) рост в преимущественных направлениях; 5) разломы или расщепления по определенным плоскостям. Все это - свойства, изначально присущие и клеткам, и тканям, что видно из следующих сопоставлений: 1) двойники - это сим-метричные сростки двух одинаковых кристаллов; они напо-минают клетки в начальной стадии деления; 2) неравномер-ности наслаивания приводят к изменению направления ро-ста, что ведет к появлению новых форм; 3) замещение кати-онов (у солей) можно сравнить с заменой оснований, происходящей в ДНК и ведущей к мутациям; 4) рост в пре-имущественных направлениях - основная причина образова-ния характерных конфигураций; 5) прямым следствием раз-лома или расщепления по определенным плоскостям являет-ся разделение на идентичные или сходные образования; подобный процесс лежит в основе репродукции. Вирусы и макромолекулы внутри клетки существуют в кристалличе-ской форме. Типы симметрии, играющие главную роль в со-здании столь многих паттернов у растений и животных, вы-ражены у минералов так же четко, как у живых организмов. Кристаллы минералов обычно обладают симметрией 1-, 2-, 3-, 4- и 6-го порядков. Симметрия 5-го порядка, так часто

232 Глава 11

встречающаяся у растений и беспозвоночных, была недавно обнаружена у квазикристаллов (Лима-де-Фариа 1991: 113).

Группа эволюций и их взаимосвязи. Причины сходств

различных линиях эволюций. Рост разнообразия. Отметим,

что на Земле одновременно шло несколько эволюций, тесно между собою связанных. Важно понимать, что это во многом был единый процесс. И хотя для научных целей можно выделять отдельные ли-нии эволюций, они настолько тесно связаны, что одна не могла бы идти без другой либо результат был бы иным. Только коэволюция

могла дать такой рывок, благодаря которому появились первые организмы. Биохимическая эволюция может быть рассмотрена как ответвление от геохимической. По сути, сама жизнь возникла как ответвление от геохимической эволюции и во многом еще остается ее частью. Помимо химической и планетной (связанной с макроструктурой Земли: ядро и т. д.) также огромное значе-ние имела собственно геологическая эволюция, которая изменяла

особенности верхний слой Земли. Но вместе с тем шла и эволюция минералов или кристаллов. При этом последние стали проявлять зачатки сложного поведения.

Эволюция кристаллов очень интересна сама по себе. Но с ре-троспективной точки зрения важно, что в этой эволюции можно увидеть попытки решить общие проблемы универсальной эволю-

ции - адаптации к среде, роста и экспансии, сохранения видов при внутривидовом разнообразии, репликации и саморепликации объ-ектов с сохранением их основных характеристик (тот самый мат-ричный способ размножения) в неограниченном масштабе. Это значит, что такие задачи стояли объективно, они решались на раз-ных направлениях и в конце концов должны были быть решены. На уровне минералогической эволюции их удалось решить только ча-стично, а на уровне биологической - в полном объеме.

Отметим, что возможность роста и репликации переводила борьбу за ресурсы в принципиально новое состояние, поскольку с появлением такой репликации возможность экспансии для тех или иных видов объектов расширялась колоссально. Экспансия и борьба за ресурсы - это зачатки того, что Ф. Ницше называл волей к жизни. Кроме того, эволюция кристаллов интересна и с коэволю-

Абиогенная химическая эволюция

233

ционной точки зрения, так как она шла в общей упряжке с геологи-ческой и химической эволюцией.

Можно в целом согласиться с мнением Я. А. Виньковецкого (1971: 16-17) о дивергенции минералогической и биологической эволюции.

Некогда на атомно-полимерном уровне планетная эво-люция вещества испытала фундаментальную дивергенцию - расхождение на две основные линии. Одна из них (на мате-риальной основе органических полимеров) привела к проис-хождению жизни; другая (на основе неорганических поли-меров) - к происхождению геологических формаций земной коры и рудных месторождений. Последние являются наибо-лее организованными объектами неживой природы. Послед-нее утверждение звучит очень интересно, но мы обсудим его

следующей книге (о геологической эволюции). Ценной вы-глядит мысль о полимеризации как материальной основе обеих линий эволюции. "Царством полимеризации" назвал этот общий процесс на Земле П. Тейяр де Шарден (1987: 65) Но, уточняя мысль Я. А. Виньковецкого, скажем, что дивер-генция произошла сначала между минералогической и абио-генной химической эволюцией, а уже потом абиогенно химическая начала трансформироваться в биологическую. Кроме того, слово "дивергенция" на первых стадиях оказы-вается слишком сильным, оно скорее приемлемо для более поздних фаз, а в начале пути мы можем говорить о разных линиях, которые, однако, длительное время были очень тес-но связаны между собой, шли в коэволюции, и лишь заметно позже начали дивергировать, да и то не полностью.

Вся функциональная иерархия жизни - от последова-тельности биохимических реакций в живой клетке до гло-бальных циклов биофильных элементов - имеет глубокие исторические причины. Геологическая история и биологиче-ская эволюция связаны настолько тесно, что их можно рас-сматривать как дополнительные процессы в развитии био-сферы (Федонкин 2003). Но я бы сказал более определенно: их нужно рассматривать как коэволюцию.

Теперь становится яснее, что же определяет многие сходства минералов и живых существ.

234 Глава 11

Во-первых, указанная попытка решить эти и другие эволюци-онные задачи лежит в основе параллелизма в функциях минералов

живых организмов. Это похоже на параллелизм в социальной жизни насекомых и людей. Решалась задача повышения уровня за счет создания сложной социальной организации, и решалась она на разных линиях биологической эволюции. Точно так же одна линия оказалась тупиковой, другая - перспективной¹²⁴.

Во-вторых, налицо пересечение минеральной и химической эволюций. Обе эти ветви есть часть геологической и даже у?же - геохимической эволюции, обе перекрываются в своих проявлениях. Поэтому можно и нужно искать у химической эволюции варианты решения тех же задач (энергетической, репликационной, экспансии

т. д.), только в отличие от минеральной эволюции многие наход-ки химической эволюции влились впоследствии в биологическую.

В-третьих, жизнь, организмы - колоссальный геохимический фактор, который активно преобразует геологическое лицо Земли. Соответственно, это преобразование началось еще в абиогенный период химической эволюции, поэтому теснейшая связь минераль-ной и химической (позже биологической) линии не вызывает со-мнений. Но где связь, там и взаимное влияние, а возможно, и ка-кое-то перенимание достижений, некие симбиотические формы.

В-четвертых, имелись некие "генетические" факторы, так как минеральная эволюция на каком-то периоде обогнала химическую (не говоря о биологической) и, соответственно, оказала на них зна-чительное влияние как предшественница. Как пишет А. Лима-де-Фариа, с появлением минералов возник минеральный импринт; он был создан из примерно 3000 существующих в природе соедине-ний, каждое из которых принадлежит к одной из семи кристалло-графических систем. Минералы входят в число непременных ком-понентов многих тканей. Именно минеральные импринты создали тот каркас, на основе которого формировалась эволюция бактерий, растений и животных (Лима-де-Фариа 1991: 352). Таким образом, важно не забывать об интеграции каждого эволюционного уровня

П. Тейяр де Шарден (1987: 64) так определял причины эволюционной тупиковости минеральной эволюции. Во-первых, минеральный мир несколько беднее в комбинациях, чем биологический; во-вторых, для минеральных видов, можно сказать, "биологически" характерно то, что, подобно многим бесповоротно фиксированным организмам, они пошли по пути преждевременного замыкания в самих себе. По природе своих структур молекулы минералов неспособны к увеличению.

Абиогенная химическая эволюция

235

предшествующим. И хотя нам не так много известно о том, как формы и функции животных и растений связаны с формами и функциями минералов и как формы и функции минералов влияли на развитие жизни (Лима-де-Фариа 1991: 351), работа в этом направлении способна многое открыть в общих чертах эволюции. Кроме того, мы не должны забывать, что корни биологической эволюции следует искать в неорганической материи и что она так-же прошла собственный эволюционный путь, подчиняющийся соб-ственным правилам, которые установились до появления биологи-ческого уровня (Там же: 351).

В-пятых, роль минералов высока не только в химической эво-люции (как и наоборот), но и в происхождении жизни. М. А. Фе-донкин довольно полно обобщил ее в химической и биологической эволюции. Важнейшую роль в происхождении жизни могли играть минералы, активно организующие пространство химических реак-ций. Некоторые из них могли служить в качестве шаблона или сор-тировщика при синтезе сложных молекул, например, апатит или кальцит. Последний обладает избирательностью разных граней кристалла в отношении "левых" и "правых" молекул аминокислот. Многие минералы играли роль катализаторов, например, магнетит, вызывающий рекомбинацию атомов азота и водорода с образова-нием аммиака - важного соединения, из которого легче извлекает-ся биологически необходимый азот. Глинистые минералы известны тем, что их слоистые кристаллические решетки могут улавливать короткие молекулы аминокислот в межслоевых пространствах, со-хранять их там длительное время и способствовать их участию в реакциях с образованием более сложных соединений (о возмож-ной роли глин в деле происхождения жизни см. ниже). Минералам группы цеолитов с их своеобразной кристаллической решеткой от-водится роль химических фильтров, способных пропускать мелкие и задерживать крупные ионы и молекулы. Большое значение в пер-вичных биологических реакциях придается пириту, который со-держит железо и серу: эти элементы формируют активный центр многих ферментов. Пирит мог быть источником свободных элек-тронов (на роль пиритов в биохимической эволюции указывали и другие, см. ниже).

236 Глава 11

Есть, конечно, и примеры обратного влияния химической эво-люции на минеральную. Так, некоторые добавки существенно об-легчают образование зародышей кристаллов. Введение в систему малого количества поверхностно-активных примесей может облег-чить образование зародышей и таким образом сузить зону метаста-бильности. Зарождение облегчается также, если в паре присут-ствуют ионы (Егоров-Тисменко 2005: 19).

Некоторые паттерны, предшествующие биологической эво-люции. Существуют несколько важных признаков, которые явля-ются важными или решающими для биологической эволюции. Но некоторые предпосылки для их развития уже имелись ранее или возникли (усовершенствовались) в ходе предполагаемой химиче-ской эволюции.

Способность образовываться группами, даже большими груп-пами, одновременно образуя сообщество. Идет дискуссия (см.: Чайковский 1999; 2006), происходил ли переход к жизни за счет усложнения отдельных образований ("организмов", как полагали А. И. Опарин, Дж. Холдейн и др.) или на уровне образования цено-зов. На самом деле здесь нет противоположностей. Этот переход происходил и на уровне организмов, и на уровне ценозов. Мы пом-ним, что звезды чаще всего рождаются большими группами.

Способность воспроизводить, поддерживать, сохранять (а так-же "бороться" за сохранение) определенной формы объекта. Мы видели, что уже звезды способны поддерживать форму, в том чис-ле за счет саморегуляции и перехода на новый вид топлива. Эта способность имеется также и у планет. Она развивается, как было показано, в процессе эволюции кристаллов.

Относительно способности воспроизводить форму при ее серь-езном нарушении отметим, что она сохраняется как в филогенезе (видовом существовании), так и в онтогенезе (индивидуальном су-ществовании). Звезды и планеты воспроизводят паттерны сфериче-ского тела (под влиянием гравитации). Если крупная планета рас-колется, то в итоге обе ее части воспроизведут паттерн сфериче-ского тела (с дифференциацией вещества, то есть воспроизведени-ем не только формы, но и структуры). Еще дальше идут эти возможности в мире минералов. Кристаллическая структура послед-

Абиогенная химическая эволюция

237

них определяет их изначальную способность воспроизводить некий паттерн. Регенерация минералов делает возможным полное восста-новление всего кристалла в его первоначальном виде из осколка. Оба этих процесса, имеющих первостепенное значение для клеточ-ного деления, существовали в мире минералов задолго до возник-новения генов. Явление, аналогичное сохранению паттерна при слиянии клеток, уже существует в мире кристаллов. При соедине-нии двух кристаллов образуется один кристалл, имеющий ту же форму, но только крупнее. Клетка, образующаяся при слиянии двух клеток, также сохраняет прежнюю форму и имеет более круп-ные размеры (Лима-де-Фариа 1991: 332-333).

Очевидно, что эта способность могла развиться дальше и у слож-ных химических образований, использующих собственные механиз-мы (в виде катализаторов, самокатализаторов или распознавания с помощью определенных веществ).

Способность формировать защитные оболочки, создавать форму изоляции от внешней среды. О защитных оболочках звезд

планет мы много говорили ранее. Планеты имеют целый ряд за-щитных оболочек, и в химической эволюции также шел поиск та-ких оболочек, пока не появились мембраны.

Наконец, нельзя не вспомнить правило эволюционной блочной сборки, в результате которой уже опробованные блоки, подсисте-мы, "узлы" используются при формировании новых систем (орга-низмов) в готовом виде, целиком. Образование минералов и слож-ных химических веществ шло с помощью полимеризации, которая является прекрасным примером эволюционной блочной сборки с выходом на формирование более сложных систем.

11.3. Некоторые идеи о подготовительных стадиях химической эволюции при переходе к возникновению жизни. О некоторых подходах и условиях

Прежде всего стоит сказать, что в абиогенный период, то есть уже до начала жизни, появились химические образования, возможно, даже химические организмы со сложным химическим поведением, по выражению Р. К. Дикерсона (1981: 95). Считается, что началу

238 Глава 11

жизни предшествовали какие-то сложные химические структуры, обладавшие теми или иными функциями, свойственными живым организмам. Ранее полагали, что важной характеристикой этих протоорганизмов могли быть мембраны из органических веществ,

также зачаточные способности к репликации, теперь же в отно-шении мембран распространены представления, что они могли по-явиться и позже (о проблеме того, что появилось вначале, мы еще будем говорить далее). Указанные протоорганизмы нередко, обоб-

щая, называют протобионтами.

Протобионты - появившиеся на Земле в конце абиогене-за (около 4 млрд л. н.) примитивные организмы. Это были самоорганизующиеся, отграниченные от водного окружения системы молекул (коацерваты, по А. И. Опарину, биополи-меры, по Дж. Холдейну и Дж. Берналу, маригранулы, по Х . Янагава и Ф. Эгами [Haldane 1929; 1949; Bernal 1951; Fox et al. 1959]), способные к репликации и трансляционному синтезу белка. По распространенным до 1970-х гг. представ-лениям, органические строительные блоки (абиотического происхождения) они получали из первичного океанического "бульона", так что вначале им не нужны были ферменты для синтеза этих блоков. В результате все еще частых ошибок при репродукции протобионтов возникали разные варианты, что делало возможной дальнейшую эволюцию (об ошибках

репликации и их значении для эволюции см. ниже. - Л. Г.). Общим для всех этих терминов являются попытки создать представление о коллоидных структурах, обеспечивающих

локальном пространстве обмен веществ, достаточный для жизнедеятельности. Однако во всех случаях авторы не ис-следовали пространственно-временную организацию этих структур (Загускин 2014: 276)¹²⁵.

Однако в первичном океане жизнь вряд ли может зародиться, поскольку для этого необходимы соответствующая концентрация

неравновесные условия (Марков 2015). Впрочем, стоит отметить: далеко не все исследователи согласны, что жизнь зародилась в по-

В данном описании использованы одновременно фрагмент из С. Л. Загускина и примечаний

нему редакции издания; к этому перечню можно еще добавить эобионты по Н. Пири. Датировки времени появления жизни 4 млрд л. н. - условная, выше мы видели, что временная вилка рубежа появления жизни может включать в себя до полумиллиарда лет.

Абиогенная химическая эволюция

239

верхностных слоях океана (как считали А. И. Опарин, Дж. Хол-дейн, С. Миллер, Г. Юри и др.). Есть по крайней мере две гипоте-зы, отводящие твердым кристаллам решающую роль в происхож-дении живого вещества. Так, британский химик А. Кернс-Смит,

котором мы уже говорили выше, указывал, что глинистые обра-зования могли приобрести способность адсорбировать или синте-зировать на своей поверхности органические соединения - белки и нуклеиновые кислоты. В дальнейшем эти соединения могли начать самостоятельно воспроизводиться и эволюционировать. А Г. Вех-тершойзер высказал гипотезу, что кристаллы пирита способны ка-тализировать синтез (Габдуллин и др. 2011: 191). Также высказы-ваются идеи о том, что жизнь произошла в глубинах океана, а не на поверхности. Они связаны с найденными археями (археобактерия-ми), выдерживающими очень высокую температуру (см. выше), в самых глубоких регионах его дна, в окрестностях геотермальных источников, выбросы которых богаты водородом и другими веще-ствами (подробнее см., например: Громов 1997). Последние, по мнению ученых, могли скапливаться на склонах пород и давать первой жизни все необходимые пищевые ресурсы и катализаторы реакций. В последнее время высказывались предположения, что органические вещества могли накапливаться в мелководных водо-емах на суше, например, в системе вулканических озер, богатых энергией и разнообразными веществами. Там же могла, в принци-пе, зародиться и жизнь (своего рода возврат к образу "пруда" Ч. Дарвина) (Марков 2016). Это связано с идеей, что многие необ-ходимые реакции (в частности, связанные с синтезом и РНК) нуж-даются в ультрафиолете, которого в бескислородной атмосфере Земли было много. А поскольку ультрафиолетовые лучи не прохо-дят глубже 10 метров водного слоя, то исследователи вновь воз-вращаются к идее зарождения жизни в верхних слоях водоемов (от совсем мелких до океана). Между тем раньше именно тот факт, что ультрафиолетовые лучи губительны для современной жизни, слу-жил аргументом против идей вроде опаринской и холдейновской. Это обычный путь "по спирали" поиска истин в очень сложной и комплексной проблеме. Но это же показывает, что мы пока не

240 Глава 11

представляем до конца, каковы были особенности функционирова-ния предбиологической химобиосферы и химобиоценозов.

Предбиологическая экология и обмен веществ. В принципе ясно, что в общем плане эти эволюционные идеи не противоречат друг другу. Должна была быть какая -то предбиологическая эколо-гия, в которой могли существовать различные варианты прото-бионтов, развивающихся в разных средах, местами взаимодей-ствующих между собой. Отметим, что часть исследователей дела-ют упор не только или даже не столько на конкретные древние исходные организмы, сколько на идею протобиоценозов или прото-экосистем (см. об этом: Чайковский 1999; 2006). В них могли быть различные виды протоорганизмов и цепочки их связей, а главное - складывались подходящие условия: изобилие энергии, воды, раз-нообразие веществ, соединение разных сред, ультрафиолет (плюс лунные приливы и пр.)¹²⁶. Соответственно, в будущем некоторые важные свойства разных линий развития могли соединиться в си-стему.

Здесь стоит отметить и идеи о том, что преджизнь воз-никла раньше протоорганизмов. Как мы уже указывали, об этом, в частности, говорил Дж. Бернал (1956; 1959; 1969), замечая, что , быть может, никакого конкретного начала жиз-ни не было, а всю среду можно было бы назвать живой, но в биохимическом смысле, так как ни одного организма еще не существовало (Он же 1956: 490). Он ввел понятие так назы-ваемых субвитальных территорий, занимавших целые рав-нины, покрытые влажным субстратом, внутри которых шло постепенное обособление множества крохотных эобионтов,

лишь затем появилась наследственность. До ее возникно-вения процессы шли сами собой, как идут вообще природные химические процессы. Интересно, что еще в конце 1920-х - начале 1930-х гг. В. И. Вернадский высказывал мысль, что биосфера первоначально возникла в виде разнородных про-

Одной из древнейших экоситем на Земле (возрастом примерно 3,5 млрд л. н.) были

остаются по сию пору строматолиты - тонкослойчатые колонны или холмики, состо-ящие из карбоната кальция (кальцита). Образуются они в результате жизнедеятельности прокариотного сообщества - цианобактериального мата. Это одна из самых сбалансиро-ванных экосистем за всю историю биосферы: она производит почти столько же органики

кислорода, сколько расходует в процессе своей жизнедеятельности.

Абиогенная химическая эволюция

241

тобиоценозов. Он считал, что изначально морфологический состав живой природы в биосфере должен быть сложным,

первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида первичных организмов, а виде их совокупности, отве-чающей геохимическим функциям жизни (см.: Вернадский 1940: 205, 207). Но В. И. Вернадский, как известно, считал жизнь своего рода атрибутом материи, полагая, что нет гео-химической истории, в которой бы она не участвовала. Сходные с Дж. Берналом мысли высказывал советский био-лог М. М. Камшилов (1970; 1979). Он, в частности, писал: "Одна из главных особенностей жизни - круговорот органи-ческого вещества, основанный на постоянном взаимодей-ствии противоположных процессов синтеза и деструкции. Этот круговорот, по-видимому, возник очень рано. На его основе шло формирование всех других особенностей, отли-чающих живые организмы от тел неживой природы. <...> Если жизнь начала развиваться как единство процессов син-теза и деструкции органического вещества, она, по-видимо-му, на первых этапах не была связана с отдельными орга-низмами. Иначе говоря, жизнь появилась раньше живых ор-ганизмов" (Он же 1979: 10). Камшилов также приводит близкие по содержанию мысли известных советских биоло-гов Б. П. Токина ("Уже с самого начала возникновения орга-нического мира мы имеем не только взаимодействие воз-никшего живого со своим прародителем, неорганическим миром, но и взаимодействие живых веществ, существ" [То-кин 1935: 43]) и И. П. Наумова, что жизнь уже на самых ран-них этапах своего развития "была возможна как круговорот веществ в природе. А ведь этот последний может осуществ-ляться только в сообществах, объединяющих качественно различные организмы. Именно в таких сообществах и могут возникать внутренние противоречия, служащие двигатель-ной силой эволюции" (Наумов 1956: 308). В целом идеи о неразрывной связи появления жизни и особенностей гео-химических круговоротов достаточно часто высказывалась в отечественной науке (об этом писал, в частности, А. С. Рау-тиан). Крайней точкой зрения здесь выступает так называе-мая гипотеза Геи английского исследователя Дж. Лавлока (идея высказана в 1970 г.), который утверждает, что не жизнь

242 Глава 11

приспособилась к условиям планеты, а физические условия на поверхности Земли, в атмосфере и океане были созданы жизнью самой для себя. Безусловно, химическая эволюция абиогенеза влияла на развитие планеты, коэволюция имела место, и здесь не было полностью ведущих и ведомых. Но утверждать первичность жизни как преобразователя - это что-то от эсхатологии, то есть идеи о неизбежности реализа-ции некоторого события в будущем, о том, что все процессы изначально подчинены именно этой реализации (из той же категории и так называемый антропный принцип). Для пол-ноты представлений о преджизни стоит также привести сло-ва П. Тейяра де Шардена (1987: 56) о том, что "наличие жиз-ни предполагает существование до нее беспредельно про-стирающейся преджизни".

Завершая этот фрагмент, стоит сказать, что идея разви-тия жизни не в виде отдельных протоорганизмов, а в виде сложной системной совокупности их в протоценозах или протоэкосистемах, которые можно назвать биохимоценоза-ми, выглядит достаточно продуктивной. Здесь речь может вестись именно о том, что эволюция идет на самых разных уровнях одновременно, но с различной скоростью, поэтому вперед выходят то достижения более низкого организменно-го уровня, то более высокого - надорганизменного или даже уровня глобального - биосферного. И высказанные выше идеи приходят в противоречие с так называемой гипотезой LUCA¹²⁷. Этот гипотетический предок должен был быть уже довольно сложным организмом. По этому поводу имеет смысл привести фрагмент из книги А. В. Маркова: в нем об-суждаются важные с точки зрения эволюции идеи, которые я выделил курсивом и дал комментарии в квадратных скобках.

Многие биологи полагают, что все разнообразие жизни на нашей планете происходит от единственного исходного вида - "универсального предка" по имени Лука. Другие,

том числе крупнейший микробиолог академик Г. А. Завар-зин, с этим не согласны. Они исходят из того, что устойчи-

вое существование биосферы возможно только при условии относительной замкнутости биогеохимических циклов -

противном случае живые существа очень быстро израсхо-

Last universal common ancestor - последний универсальный общий предок (англ.).

Абиогенная химическая эволюция

243

дуют все ресурсы или отравят себя продуктами собственной жизнедеятельности. Замкнутость циклов может быть обес-печена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биогеохимиче-ские функции. Одни, используя ресурсы среды, наполняют ее продуктами своей жизнедеятельности, а другие, используя эти продукты, возвращают в качестве своих отходов перво-начальный ресурс во внешнюю среду. Примером такого со-общества являются цианобактериальные маты (см. о них выше). Г. А. Заварзин считает, что организм, способный

одиночку замкнуть круговорот, так же невозможен, как и вечный двигатель¹²⁸. (Таким образом, речь идет о крупной надорганизменной системе, в которой в конечном счете раз-витие приводит к формированию определенного круговорота веществ. И эта система не может возникнуть без сложной кооперации, определенных взаимосвязей и взаимозависимо-стей, которые ведут к подгонке разных объектов друг к дру-гу и к общим внешним условиям. Но, добавим, даже при наличии многих участников такого взаимодействия установ-ление более или менее устойчивого равновесия - это дли-тельный и сложный процесс, причем перемежающийся более или менее сильными кризисами. И здесь можно полностью согласиться, что речь не могла идти об одном типе организ-мов.)

Для этапа химической преджизни это еще более очевид-но. Никакая отдельно взятая органическая молекула не смо-жет устойчиво самовоспроизводиться и поддерживать го-меостаз в окружающей среде. На это способны только ком-плексы из довольно большого числа разных молекул, между которыми наладилось "взаимовыгодное сотрудничество" (симбиоз). Если принять этот ход рассуждений, то окажется, что, скорее всего, Лука был не единым видом микроорга-низмов, а полиморфным сообществом, в котором происхо-дил активный обмен наследственным материалом между ор-

Универсальный предок не может существовать, поскольку он представлял бы собой "веч-ный двигатель", даже будучи фототрофом - автотрофным днем и гетеротрофным ночью. Представление об "универсальных предках" логически противоречиво. Изначальная группировка микроорганизмов должна была быть разнородной и функционально ком-плементарной. Иные группировки не могли быть устойчивыми и существовать в течение геологически длительного времени (Заварзин 2003).

244 Глава 11

ганизмами. Разнообразие, симбиоз, разделение функций

информационный обмен - изначальные свойства земной жизни (Марков 2014: 32). (И добавим, что это свойство не только жизни, но и других форм движения материи, других видов эволюции. В связи со сказанным вовсе неудивительно, что Лука, по представлениям многих, был не унитарным ор-ганизмом, а своего рода сообществом неких клеток, отлича-ющихся от прокариотических более примитивными чертами

[Martin 1999; Woese 2000; Марков 2015; см. также: Аниси-мов 2013]¹²⁹.)

Энергетические и иные аспекты. Саморазвитие, самооргани-зация и самоусложнение систем химической эволюции, естествен-но, должны быть обусловлены постоянным потоком трансформи-руемой энергии. Концентрация необходимых веществ, как и их пе-ремещение, перемешивание, а также другие факторы, были очень важны. Соответственно, энергетический аспект развития химиче-ской эволюции исключительно значим (хотя исследований в этом плане немного, см.: Печуркин 2010)¹³⁰. Энергетический аспект ва-жен всегда, но с учетом того, что химическая энергия стала основ-ным источником энергии для биологических систем, нужно осо-бенно отметить, что развитие способности производить больше энергии, распределять и запасать ее являлось как инновацией хи-мического эволюционного процесса, так и залогом его успешности. Можно указать на некоторые моменты развития энергетической линии химической эволюции. Здесь следует выделить два аспекта: внешние условия, обеспечивающие достаточное или даже изобиль-ное количество энергии и веществ, и внутренние процессы, связан-ные с ростом способности абсорбировать энергию, трансформиро-вать и запасать ее, создавая достаточное количество энергии для

Общий предок мог существовать до ДНК. По некоторым оценкам, его возраст около 4,3 млрд лет (Sheridan et al. 2003; см. также: Анисимов 2013), но, скорее всего, он моло-же. Потомки общего предка разделились на две великие ветви - бактерии и археи (Мар-

ков 2014: 32; Митрофанов 2017: 318).

В основе жизнедеятельности лежат биохимические реакции, связанные с переносом элек-трона. Жизнь возникла в среде, насыщенной свободными электронами. Такой представ-ляется бескислородная среда гидротермальных систем или горячего океана ранней Зем-ли. Однако не менее важно постоянное присутствие электрохимических градиентов для поддержания потока электронов и структурной организации проводящих систем (Федон-

кин 2003).

Абиогенная химическая эволюция

245

существования протоорганизмов, а также для экспансии их видов. Оба аспекта теснейше связаны, второй - наиболее важный для эво-люции - формировался как бесконечный поиск ответов на изменя-ющиеся внешние условия.

Внешние условия. В целом первичные условия на Земле вполне обеспечивали мощные дополнительные притоки энергии, тем более что в начальный период формирования Земли пропитывающие земной грунт воды непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления. За счет при-тока и накопления веществ и могли возникать в местах, подобных вышеописанным мелководным водоемам и протобиоценозам, си-стемы органических веществ, способных взаимодействовать с ок-ружающей средой, расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ (Го-релов 2010: 132-133). Еще и сегодня немало таких мест. Недаром очень популярны теории зарождения жизни в районе подводных гейзеров (черных курильщиков, белых курильщиков и др.).

Говоря о первичных условиях, в которых и осуществился важ-нейший переход к новому (в данном случае сначала формированию преджизни, а потом и жизни), следует помнить правило эволюции: для первичного перехода к новому требуются не просто особые, но уникальные условия. Из него следует, что последующие переходы (в других местах, в другое время) никогда не происходят в тех же условиях, в которых осуществляются самые первые прорывы. Ста-нут ли когда-то точно известны эти уникальные условия в конце пятого - начале четвертого миллиарда лет от возникновения Зем-ли? Едва ли. Но, во-первых, повторим, со стопроцентной вероятно-стью можно предполагать, что должно было быть изобилие легко-доступной энергии (здесь А. И. Опарин и другие исследователи, конечно, правы). Во-вторых, неравновесность многими отмечается как важное и необходимое внешнее условие эволюционного разви-тия, также связанное с обилием энергии.

В-третьих, это нестационарность. Стационарность означает неизменность условий, а неизменность препятствует развитию, так как внешних мощных стимулов для этого нет. Изменение внешних условий становилось толчком для движения вперед. Из сказанного

246 Глава 11

следует, в частности, что появление химических систем относи-тельно замкнутых, возможно, было уже более поздним достижени-ем химической эволюции, когда либо условия перестали быть ста-бильными, либо температурные показатели ухудшились и т. п. Протобионты с мембранами, конечно, могли появиться и достаточ-но рано, но они бы не имели до некоторых пор эволюционных пре-имуществ, это качество оставалось какое-то время на уровне важ-ной преадаптации. И, как мы уже говорили, у современных иссле-дователей, занимающихся проблемами происхождения жизни, по поводу времени появления лепидных мембран особенно много несогласия. Данное событие относят как к ранним стадиям, так

к поздним (Марков 2015). При этом обнаружено, что, например, в сложных минеральных построениях в результате работы некото-рых подводных гейзеров и горячих источников возникают много-численные минеральные полости, в которых могут накапливаться необходимые вещества. Иными словами, в таких условиях мембра-ны были не особенно нужны (Там же). Но я полагаю, что послед-ние могли появиться и на ранних стадиях, однако их роль резко возросла на более поздних, что и могло способствовать образова-

нию клеток. Практически всегда важные движения к качественно новым уровням опираются на уже имеющиеся преадаптации.

Внутренние условия. Надо отметить: а) способность у этих про-тоорганизмов к экспансии и численному росту; б) выше сказано о неравновесности. А неравновесность могла достигаться именно за счет дополнительной энергии и концентрации веществ. Но так могло быть только в особых местах. А поскольку особые условия все же достаточно редки, то возможность расширения и экспансии резко ограничивалась. Дальнейшее развитие могло быть связано с совершенствованием энергетических механизмов (ведь в будущем именно энергия, получаемая из химических реакций, станет основ-ной для живых существ). Уже на первых этапах абиогенной хими-ческой эволюции важное значение могли иметь источники и пере-носчики внутренней химической энергии, такие как АТФ, SH-соеди-нения, пирофосфаты и др. (Титаев 1974: 28-33). АТФ, в частности, была синтезирована из аденина и этилфосфата еще в 1960-х гг. (Там же: 28). Аденин, точнее, его химический предшественник, не-

Абиогенная химическая эволюция

247

давно был найден и в космосе, в межзвездном газе. Вещество было обнаружено в окрестностях протозвезды солнечного типа (Глянцев 2019). Но все же АТФ - молекула довольно сложная, поэтому ло-гично предположить, что использовалось что-то пусть не столь эф-фективное, но похожее по действию, и главное - более простое. Действительно, группа биохимиков во главе с известным англий-ским ученым Ником Лейном считает, что на заре жизни главной "энергетической валютой" мог служить ацетилфосфат, молекула которого, устроенная гораздо проще, подходит на эту роль по ряду свойств (Ястребов 2018). И, вероятно, не только на заре жизни, но

при продвижении к этой заре.

энергетическим аспектом химической эволюции связан еще один крайне важный момент, который, может быть, для начала ор-ганической жизни был даже более важен, чем репликация. Речь идет о том, что фактически многие химические протоорганизмен-ные ценозы возникали как некий нарост на теле геохимической эволюции, как некое ее ответвление, связанное со сверхразвитием

(такое сверхразвитие всегда имеет место, это своего рода ис-

точник преадаптаций). На практике это было связано со встраива-нием таких протосистем в природные геохимические процессы, ак-тивизацией их и переключением на свои нужды. Это можно понять по аналогии с нынешними простейшими прокариотами, например археями. Многие из них встроены в геохимические циклы, причем эти циклы чаще всего неорганической природы, иногда и вовсе не связанные с углеродом. А. В. Марков поясняет, что это значит.

поверхностных оболочках Земли - литосфере, атмо-сфере и гидросфере - как в древности, так и поныне проис-ходит множество химических реакций и осуществляется круговорот веществ. Прокариоты с самого начала обладали уникальными высокоэффективными катализаторами - бел-ками-ферментами, которые, в принципе, в состоянии катали-зировать (то есть многократно ускорять) чуть ли не любую мыслимую химическую реакцию. Если реакция идет с выде-лением энергии, эта энергия может быть "подхвачена" фер-ментами - АТФ-синтазами - и использована для синтеза АТФ. Имея запас последнего, другие ферменты получают возможность осуществлять и такие химические реакции, ко-

248 Глава 11

торые идут не с выделением, а с поглощением энергии,

том числе синтез органики из углекислого газа. Вот, соб-ственно, и весь секрет древней микробной жизни, ее химиче-ская основа (Марков 2014; см. также: Заварзин 2007).

Попутно отметим, что такая способность осуществлять реакции, происходящие с поглощением энергии, то есть идти против химического течения, по типу энергетики весьма напоминает то, что сказано выше о создании элементов тя-желее железа (см. гл.10).

Можно предположить, что одно из важнейших направлений химической эволюции еще до появления собственно жизни шло по пути встраивания в геохимические процессы и развития способ-ности: а) ускорять эти процессы с помощью катализаторов; б) ис-пользовать эти процессы себе во благо; в) запасать энергию и затем расходовать ее целенаправленно. Здесь можно предположить огромный прорыв именно в плане открытия линии развития по циклам запасания и расходования энергии в рамках успеха и нужд протосистем и протоорганизмов. Конечно, это были намного менее эффективные энергетические механизмы, чем у архей сегодня, но самое главное, что был сделан принципиально важный шаг. А уже дальнейшее приспособление вело к повышению как эффективности этих энергетических механизмов (через развитие катализа и проче-го), так и через попытки к репликации для сохранения способно-стей к экспансии. В течение миллиардов лет, вплоть до сегодняш-него времени, простейшие остаются частью геохимических круго-воротов веществ, превратив их в биогеохимические (см.: Заварзин 2007).

любом случае нужно отметить, что одно из принципиаль-ных отличий абиогенной химической эволюции состояло в обрете-нии способности к запасанию энергии путем химического преобра-зования в процессе жизнедеятельности системы (чего ранее не было) и дальнейшем ее использовании на собственные нужды. По-явился внутренний энергетический источник эволюции.

условиях необходимости резко повысить концентрацию ве-ществ, эффективное использование энергии и т. п. главные эволю-ционные преимущества получают системы, развивающиеся на ос-нове реакций с максимальной полезной работой. Соответственно,

Абиогенная химическая эволюция

249

особую ценность представляли экзотермические реакции (то есть реакции с внутренним источником энергии) при достаточно высо-ких температурах, могущие протекать в изолированной системе при этих температурах с заметной скоростью (Руденко 1969: 120, 122).

Итак, одним из важнейших направлений химической эволюции было создание систем, которые в наибольшей степени могли под-держивать условия для химических реакций, использовать их энер-гию и были способны воспроизводить их регулярно. Можно, таким образом, сказать, что возникновение сложных химических систем

какими-то формами отделения от внешней среды (и в направлении развития этой способности) в определенной мере является доста-точно логичным результатом предшествующей эволюции. Мы пом-ним, что создание оболочек для отделения от внешней среды и предохранения от неконтролируемого влияния внешней среды (да-леко выходящего за рамки оптимальных параметров, требующихся системе) наблюдается со времен появления звезд. Оно явно про-двинулось в планетной эволюции, а при более глубоком анализе мы видим, что и на уровне базовых элементов (атомов и молекул) это качество присутствует (его можно угадать даже на внутриатом-ном уровне и на уровне элементарных частиц, имеющих способ-ность к сохранению структуры). Иными словами, структурность всегда связана с какой-то формой отделения от внешней среды.

Заметим, что способность поддерживать условия для протекания реакций (температурные и многие другие) стало не просто важ-нейшим, но даже решающим свойством биологических систем. Стоит отметить, что это свойство развивалось до относительно не-давнего времени (когда появились теплокровные животные, выра-щивающие плод в плаценте).

11.4. Катализ и его роль в химической эволюции

Появление катализа. Как известно (и мы говорили об этом выше), катализаторами в классической химии называют вещества, изме-няющие скорость реакции, но не изменяющие своего состава и со-стояния. Соответственно, роль катализа в химической эволюции очень высока. Развитие катализа определяло скорости протекания

250 Глава 11

реакций, концентрации вещества, не требуя дополнительных слож-ных условий (например, высоких температур, высокого давления

т. п.), а потому часто определяло и саму принципиальную возмож-ность тех или иных реакций в природе и в организме. В условиях формирования предбиологических и первых биологических орга-низмов биохимические (точнее, химико-биологические) реакции были основой, и чем быстрее и точнее они совершались, тем ак-тивнее могли совершаться экспансия и эволюция данных организ-мов. Таким образом, для химической эволюции повышение скоро-сти медленно идущих реакций - явно один из магистральных путей развития, а другим был путь осуществления с помощью катализа-торов реакций, которые вообще не могли, "не хотели" идти в наличных условиях.

Предполагается, что на ранних этапах химической эволюции

в условиях высоких температур катализ отсутствовал. Первые его проявления начались при смягчении условий и образовании пер-вичных твердых тел, то есть именно в процессе планетной эволю-ции, особенно - Солнечной системы и Земли (Садохин 2006: 208- 209). Но есть предположение, что они имели место даже раньше, еще во время формирования протопланетного облака (см.: Сныт-ников, Пармон 2004). Таким образом, к тому, что мы говорили вы-ше (в Главе 10) о важности планетологического этапа химической эволюции, следует добавить и появление катализа. При этом роль катализаторов возрастала. Но общее значение катализа вплоть до образования более или менее сложных органических молекул все еще не могло быть высоким. После того как был накоплен опреде-ленный минимум номенклатуры и объема органических и неорга-нических соединений, прежде всего сахаров и аминокислот, роль катализа начала резко возрастать (Садохин 2006: 208-209). Таким образом, появление таких относительно несложных систем, как С₃ОН, НС = СН, Н₂СО, НСООН, HCSN, а тем более оксикислот, аминокислот и первичных сахаров, было некаталитической подго-товкой старта для большого катализа. Но отметим, что неорганиче-ские катализаторы долгое время были вполне эффективны и на ранних фазах жизни. В частности, древнейшие формы жизни пона-чалу активно использовали для осуществления необходимых хи-

Абиогенная химическая эволюция

251

мических реакций простые неорганические катализаторы, в первую очередь соединения железа и серы (Марков 2014). Роль катализа в развитии химических систем начала существенно возрастать после достижения стартового состояния - известного количественного минимума органических и неорганических соединений (Садохин 2006: 208-209; Химическая... 2014). В качестве вывода можно использовать слова А. А. Титаева (1974: 29): "В предбиологиче-скую эпоху первичная Земля представляла собой колоссальную лабораторию органической химии, и ее деятельность, как всякой лаборатории, не могла обойтись без применения катализаторов".

Наконец, полезным будет также привести идеи А. П. Руденко

отношении направлений развития химической эволюции. Они связаны с ростом, повышением энергетической и информационной эффективности:

Интенсивности обмена веществ, обеспечивающей стацио-нарное существование и развитие химических систем энергией.

Уровня организации химических систем, полезного рассеи-вания, уменьшения энтропии организации систем, обеспечиваю-щей развитие химических систем.

Объема общей эволюционной информации (роста потока эволюционной информации), отражающей возможности длитель-ного развития (см.: Руденко 1969: 195)¹³¹.

Важность саморазвития катализаторов. Приведенное выше определение катализаторов, несомненно, является идеализацией, поскольку реакция так или иначе влияет на катализаторы. Вся ис-тория каталитической химии свидетельствует об изменениях со-става и структуры катализаторов, об их отравлении, дезактивации и необходимости регенерации или полной замены (Кузнецов 1989: 200). Поэтому настоящей сенсацией стало открытие американски-ми химиками А. Гуотми и Р. Каннингемом в 1958-1960 гг. явления самосовершенствования катализаторов в некоторых реакциях, в ко-торых обычно происходили отравления и дезактивация любых ка-тализаторов (агентов), ускоряющих химический процесс. Это было совершенно необычное в химии явление, так как ученые установи-ли наличие химических реакций, способных "сами для себя" пере-

Об ограничениях подхода Руденко см. ниже.

252 Глава 11

страивать катализатор в сторону повышения его активности и се-лективности (Гуотми, Каннингем 1960). В Главе 10 мы уже говори-ли, что химическая эволюция стала обозначать себя как автоэво-люцию, и данное открытие особенно наглядно подтвердило это, так как здесь можно говорить о том, что катализаторы и самоорганиза-ция идут вместе (Садохин 2006). Это было первым указанием не только на необходимость коренного изменения взглядов на сущ-ность катализа, но, главное, на принципиально новый в науке эм-пирический факт саморазвития химической системы (Кузнецов 1989: 200). Можно сказать, что с изменением катализаторов (их са-моразвитием) появляется сравнительно малый элемент, несущий критическую функцию перестройки баланса системы (во времен-нСм, энергетическом или ином плане), который тем самым резко меняет баланс в системе и толкает ее к перестройке.

Далее было обнаружено множество случаев саморазвития ката-литических систем. Раз выяснилось, что именно катализаторы спо-собны к саморазвитию, была пересмотрена и их роль в химической эволюции. Тем более стало понятно, что роль каталитических про-цессов в самоорганизации должна усиливаться по мере усложнения состава и структуры химических систем (исходя из того, насколько важна роль ферментов-катализаторов в биохимических процессах

живых организмах, которые ускоряют эти процессы во многие тысячи, а то и миллионы раз, создают необходимую концентрацию вещества)¹³². В отечественной науке активно шло создание "теории эволюционного катализа", а вместе с тем и теории хемо- и биогене-за А. А. Баландиным и (в наиболее системной форме) А. П. Руден-ко, которая у последнего в итоге превратилась в общую теорию химической эволюции и биогенеза, но с саморазвитием катализа как ее центральной части и движущей силы. Сущность данной теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем, иными словами, эво-

¹³² Мы обычно не задумываемся над тем, что большая часть событий, происходящих

клетке, могла бы совершаться и без участия ферментов. В отсутствие ферментов клеточные реакции могли бы протекать своим порядком, но на это потребовалось бы очень много времени. Ферменты очень значительно ускоряют химические реакции, иногда в миллионы раз. Генетический код сделал возможным развитие сверхдинамичного процесса (Лима-де-Фариа 1991: 333-334 со ссылкой на: Loewy, Siekevitz 1970).

Абиогенная химическая эволюция

253

люционирующим веществом являются катализаторы, а не молеку-лы. Эта теория была системно оформлена ученым в конце 1960-х гг. (Руденко 1969).

Ценность подхода А. П. Руденко и его ограничения. Без-условно, Руденко прав, что поиск оптимизации и максимизации производимой работы (энергии) наряду с поиском устойчивости, достижения необходимой скорости реакций и возможности повто-рения условий становился инструментом отбора наиболее совер-шенных эволюционных изменений в химических системах. Как

во многих других смелых гипотезах, здесь видно увлечение автора одним - хотя и крайне важным - параметром изменения, а имен-но - ростом сложности и способности к саморазвитию катализато-ров (и соответственно, процесса катализа в целом). Иными слова-ми, эволюционирующим веществом являются катализаторы. В част-ности, он пишет: "Однако на всех этапах эволюции, при учете лю-бого числа параметров развития основной закон сохраняет неиз-менную черту (выделено мной. - Л. Г.) - он показывает направлен-ность развития, определяемую наибольшей вероятностью или ско-ростью осуществления тех цепей последовательных изменений ка-талитических систем, которые приводят к наиболее прогрессивно-му эволюционному эффекту" (Там же: 6). Иными словами, иссле-

дователь сводит всю химическую эволюцию к одному, хотя и очень важному элементу.

Почему нельзя сводить эволюцию только к одному элементу? Дело в том, что эволюция тогда представляется однолинейной, но

линии как бы имманентно заложено саморазвитие. В одной линии никогда не появляются все находки и достижения, которые мы ви-

дим в качестве ведущих уже в зрелых формах на определенном уровне развития. Разные линии могли иметь разные достижения, которые постепенно или скачкообразно комбинировались и си-стемно объединялись при взаимодействии эволюционных линий.

Именно эту логику перехода к новому не замечают однолинейные эволюционисты, тем самым радикально искажая процесс перехода к новому, рассматривая его почти как запрограммированный. Од-нако саморазвитие есть не некая внутренняя сила, действующая вопреки всему, а селекция наиболее удачных ответов на те или

254 Глава 11

иные вызовы, стоящие перед объектами, популяциями или еще большими группами. Как мы уже говорили, согласно правилам ароморфоза, отдельные ответы, родившиеся для решения конкрет-ных сложностей или проблем, могут иногда (в редких случаях) оказаться настолько удачными, что трансформируются в универ-сальные и способствуют качественному росту эволюции или ее от-дельных направлений. Но такая селекция может происходить толь-ко при определенной конкуренции вариантов, линий и систем.

поскольку эволюция развивается системно, не может быть так, чтобы ее постоянно вытягивал вперед только один компонент. Процесс происходит таким образом, что либо этот ведущий компо-нент постепенно перестраивает всю систему, либо развитие отка-тывается назад, то есть редуцируется к более низкому уровню. Но если система перестраивается, то обычно уже для нового рывка требуется довольно длительное время, диверсификация, заполне-ние ниш, соединение линий и т. п., а потом уже случается прорыв, но чаще всего лидером становится иной компонент либо группа компонентов. Таким образом происходит смена эволюционного лидера.

Здесь можно привести очень интересную идею М. Эйге-на и П. Шустера (1982; Эйген 1973), которые также разраба-тывали концепции, связанные с автокатализом (см. об этом ниже). Множество близких по строению молекул РНК мож-но называть квазивидом. Последний представляет собой со-вокупность "плохих" и "хороших" копий (то есть копий

большим или меньшим количеством ошибок). При опреде-ленных условиях, а именно: а) ограниченном числе особей квазивида, существующих в данное время; б) ограниченном времени существования особи; в) разной эффективности размножения для удачных и неудачных копий - можно по-лучить циклы. В этих циклах оптимальная копия закрепляет-ся отбором, а случайные ошибки, возникающие при несо-вершенном копировании, устраняются. Однако количество информации, сохраняемой и передаваемой таким путем, ограничено величиной ошибки копирования.

Эта картина представляется очень интересной с точки зрения эволюции, химической эволюции в частности. Во-первых, сама идея квазивида исключительно плодотворна.

Абиогенная химическая эволюция

255

Таким образом, мы отходим от представления, что химиче-ские однотипные соединения постоянно одинаковы. На са-мом деле они весьма индивидуальны. Во-вторых, становится ясным, что процесс репликации, копирования, с одной сто-роны, был длительное время неточным и развитие точности копирования представляло собой очень сложную линию раз-вития с неизвестными нам этапами и вариантами успехов. Но с другой стороны, и это совсем выпадает из внимания, такая неточность копирования (то есть химические "мута-ции") колоссально расширяла возможности природных экс-периментов, отбора наилучших вариантов, появления целой вариации квазивидов и улучшения некоторых из них. Таким образом, мы получаем добиологическое видообразование, до-биологические мутации, добиологический отбор в процессе конкуренции и отсева неудачных вариантов.

Возвращаясь к работе А. П. Руденко, заметим также, что хотя он стремится описать процесс как диалектический (это придает его взгляду еще большую ценность), но в реальности процесс химиче-ской эволюции был гораздо более диалектическим, потому что пе-реход к новому качеству - это всегда необычная комбинация име-ющихся достижений, которые перестраиваются в систему, и каких-то находок эволюции, которые позволяют создать принципиально новое качество.

Итак, с одной стороны, движение эволюции никогда не идет одновременно по всему фронту (это связано с правилом локализа-ции эволюционного прорыва [Гринин 2017: 157]): обычно вперед вырываются какие-то отдельные подсистемы, элементы и прочие, которые становятся прорывными, локомотивными, подтягивая че-рез то или иное время и другие элементы/подсистемы, формируя уже новый подуровень. Но, с другой стороны, никогда один и тот же компонент не может постоянно быть лидером. Смена лидеров

любом длительном эволюционном процессе - это закон эволюции.

Мало того, очень часто прежде отстававшие элементы на новом этапе, накопив эволюционный ресурс, становятся локомотивны-ми¹³³. Этот закон одновременно показывает, что прорывы осу-

Здесь еще необходимо учитывать, что в процессе качественного эволюционного развития системы могут сильно увеличиваться в размерах (если они образуются путем объе-

256 Глава 11

ществляются в отдельных местах, а дальнейшее развитие эволюции идет по пути заполнения новых открывшихся ниш.

Смена лидеров эволюции в любом направлении означает, что ресурс развития нового в определенных эволюционных направлени-ях и системах не бесконечен. Только используя разные линии, направления, системы, подсистемы, элементы и объекты, эволюция может постоянно двигаться вперед к новым уровням, однако ее движение часто надолго задерживается, так как сопротивление движению к новому очень велико. По сути, можно говорить о за-коне обратной пропорциональности между высотой нового уровня

необходимыми усилиями для его достижения. Собственно, это значит, что эволюция - по крайней мере, в определенном срезе - на определенных объектах не может быть признана бесконечной. Она может приостановиться и пойти вспять либо закончиться ката-строфой. И об этом нам стоит помнить, так как человечество стало предполагать, будто прогресс бесконечен сам по себе. Но это не так.

После сделанных выше замечаний и комментариев должно быть ясно, что теорию А. П. Руденко нельзя воспринимать как адекватно описывающую химическую эволюцию. Но указанные недостатки никак не умаляют важность и ценность выработки це-лостной и системной теории химической эволюции, напротив, даже подчеркивают вклад исследователя, который смог, опираясь на но-вейшие тогда методологические теории (кибернетики, системного подхода, математических методов, вероятностных подходов и др.), существенно опередить свое время. Он сумел показать механизмы развития химической эволюции хотя бы в одной линии - действи-тельно, очень важной - развития и усложнения катализаторов вплоть до формирования информационных и управляющих цен-тров. Это позволяет составить какое-то комплексное представле-ние, как могла бы развиваться химическая эволюция. Также эта бо-

гатая идеями гипотеза позволяет давать важные комментарии и расширять представления об эволюции. Подробнее о теории Ру-

динения мелких систем в более крупную или получают возможности для роста).

увеличение размеров и сложности сильно меняет характер системы, в результате чего происходит перекомбинация ведущих элементов.

Абиогенная химическая эволюция

257

денко мы надеемся поговорить в другой раз, теперь же ограничим-ся несколькими ценными идеями, которые он высказал и которые позволяют понять общую логику движения химической эволюции

абиогенезе. В частности, он связывал процесс развития катализа-торов высшего уровня с возникновением уже системы синтеза эво-люционно продвинутых катализаторов. А это означает: а) достиже-ние качества повторяемости; б) возникновение системы запомина-ния изменений старой эволюционной информации; в) причем ее объем возрастает (Руденко 1969: 5); г) это означает шаг на пути к созданию кода развития новых систем, к матричному воспроиз-водству; д) переход к новому наследственному порядку функцио-нирования систем после совершения каждого эволюционного пре-вращения (Там же: 396). Хотя, как уже сказано, развитие не могло идти по пути одной-единственной линии, здесь, безусловно, указа-ны важные эволюционные этапы, в процессе появления которых могли сыграть свою роль и катализаторы. В другом месте А. П. Ру-денко еще больше конкретизирует эти этапы, показывая схему, включающую идеи о переходе (здесь она изложена в нашей интер-претации):

- от простых каталитических систем к сложным (включая и этап перехода от химической эволюции неорганических катали-заторов к этапу эволюции органических катализаторов);

- от простейших гетерогенных систем, состоящих из неоргани-ческих веществ, к гомогенным системам неорганических и органи-ческих веществ, а затем снова к микрогетерогенным системам ор-ганических катализаторов и т. д.;

- к формированию охранных компенсационных и стабилизи-рующих механизмов для поддержания условий реакций;

- к формированию вместо простого центра химической реак-ции (катализа) сложного;

- к формированию свойства самовоспроизведения сложных химических (и каталитических) систем. Это, безусловно, должно было в итоге придать дальнейшей их эволюции качественно новый

258 Глава 11

характер и увеличить ее темп. Это стало и важнейшей преадапта-цией к биологической эволюции (Руденко 1969: 199-218)¹³⁴.

11.5. О современных взглядах на механизмы, способствующие происхождению жизни

Не имея возможности остановиться на теориях абиогенеза совре-менности подробно (мы надеемся сделать это в другой работе), скажем об этом лишь немного. Одна из них - теория РНК мира. Она оформилась в середине 1980-х гг. Важность этой теории в том, что она представляет первой молекулой жизни РНК, а не ДНК.

организме основные функции выполняют три вида молекул. ДНК отвечает за хранение наследственной информации, то есть выполняет информационно-репликационную функцию. РНК пере-дает информацию от ДНК к белкам, то есть выполняет информаци-онно-коммуникационную функцию. А белки уже выполняют раз-личные специальные функции, условно обеспечивая работу орга-низма (рабочая функция). Согласно теории РНК мира, все функции в первичных абиотических организмах выполняли разные молеку-лы РНК. То есть РНК могли появиться раньше белков и тем более ДНК. В конце ХХ - начале XXI столетия открытия биохимиков во многом подтвердили правомерность этой гипотезы (об этом до-вольно много написано, см., например: Власов В. В., Власов А. В.

М. Эйген и П. Шустер (1982; Эйген 1973) пришли во многом к похожим выводам относи-тельно развития автокатализа (но позже, чем А. П. Руденко). Ими введено понятие гипер-цикла, который состоит из нескольких циклических реакций, организованных таким об-разом, что побочные продукты одной реакции являются катализаторами другой и послед-няя реакция производит катализатор для первой (выше мы приводили цитату из Дж. Бер-нала, который высказывал подобную гипотезу). При этом такой гиперцикл, если в него будут включены на высших этапах катализа РНК, способен обеспечить в какой-то мере репликацию, накопление информации и проявление нетерпимости к конкурирующим ка-талитическим системам, а соответственно, уже обладающим зачатками отбора (курсив мой. - Л. Г.; важный момент, о котором мы выше писали, формирование работы принци-па "свой - чужой"). Гиперциклы, которые сами по себе еще чистая химия, уже обладают некоторыми признаками живого: круговорот веществ и энергии, воспроизведение с насле-дованием информации, приспособляемость к изменяющимся условиям. Гиперциклы под-

вержены дарвиновскому естественному отбору, но не на уровне видов, а на уровне моле-кул, то есть это гипотеза о молекулярной эволюции, приведшей к созданию первой живой клетки, использующей генетический код для матричного синтеза белка (см. прим. ред. 6 в: Загускин 2014: 276). Интересные идеи об эволюции катализаторов высказывал и М. Кальвин (1971: 149-158), выдвинув теорию возвратного катализа.

Абиогенная химическая эволюция

259

2004; Марков 2014). Биохимики достаточно быстро научились по-лучать методом искусственной эволюции и сознательного проек-тирования функциональные молекулы РНК, то есть рибозимы, спо-собные связываться с кислотами, производить те или иные реак-ции¹³⁵. Также нужно было доказать, что РНК могут размножаться без помощи белков. Удалось продвинуться и в этом направлении. Уже найдены такие рибозимы, которые способны размножать дру-гие рибозимы, правда, здесь еще имеются существенные ограниче-ния. Возможно, на ранних этапах происходила репликация малень-ких РНК, а затем определенные РНК могли их сшивать в длинные молекулы РНК, подбирая подходящие (Марков 2013). Таким обра-зом, на сегодняшний день протоорганизмы, имеющие РНК, выгля-дят как подходящие кандидаты в предки первых живых организ-мов, поскольку РНК пока считаются первыми самовоспроизводя-щимися полимерными органическими молекулами. Но повторим, что априорно можно говорить о наличии не одной, а целого ряда различных линий, конкуренция и взаимодействие которых готови-ли переход к первичной жизни. И если даже гипотеза о последнем универсальном предке всего ныне живого, сокращенно называемом LUCA, верна, то вместе с ним были и продолжали развиваться иные аналоговые ветви, которые должны были оказать то или иное влияние на формирование дальнейшей жизни.

Выше мы так или иначе касались возможных этапов развития химической эволюции на стадии абиогенеза. Но, естественно, го-ворить об этапах и направлениях перехода ко все более сложным системам, обретающим важные преадаптации для будущей биоло-гической эволюции, пока еще можно только в самом общем виде.

настоящее время наиболее обсуждаемой цепочкой событий явля-яется следующая (Марков 2015; 2016; об этой цепочке мы уже го-ворили выше): абиогенный синтез простых органических веществ

Рибозимы - не совсем ферменты: по своей химической природе это не белки, а тоже молекулы РНК, только выполняющие специальные функции. Они служат катализаторами при расщеплении и сшивании других молекул РНК. У рибозимов есть интересная особенность: максимум их активности приходится на низкие температуры. То есть они фактически обеспечивают низкотемпературный катализ (Рибозимы... 2005).

Здесь мы опять сталкиваемся с комплексным развитием: катализ подкрепляет репликацию, репликация - катализ. Можно также вспомнить то, что выше сказано об идеях Эйгена и Шустера (1982) о связи автокатализа и репликации.

260 Глава 11

(происходит даже в космосе); абиогенный синтез более сложных органических соединений, представляющих как бы исходные бло-ки будущей жизни (вроде нуклеотидов); появление первых репли-каторов, то есть объектов, способных к протобиологической эво-люции, размножению и наследственной изменчивости; затем начи-нает работать "дарвиновский эволюционный механизм", который способствует запуску дальнейшего развития, самоорганизации жиз-ни, дивергенции таксонов, адаптации, самосовершенствованию различных подсистем и т. п.¹³⁶ На этом этапе появляются белковый синтез, механизм трансляции, потом ДНК, первые клетки. Замечу: представляется возможным, что как между первым и вторым, так

между вторым и третьим этапами пропущены еще один-два важ-ных этапа. Здесь кстати будет привести достаточно интересный фрагмент из статьи М. А. Федонкина (2003).

Самым существенным качеством жизни является высо-кая скорость биохимических реакций, которые управляются

ускоряются ферментами. Активным каталитическим цен-тром большинства известных ферментов являются атомы металлов. Не исключено, что именно ионы металлов служи-ли в качестве катализатора и источника электронов в началь-ной, возможно, доорганической фазе становления жизни.

(Обратите внимание на саму по себе очень интересную постановку вопроса: доорганическая фаза становления жиз-

ни. То есть ряд важных инноваций химической эволюции мог идти в рамках неорганических реакций; точнее, следует сказать, смешанных неорганических и органических реак-ций. Другими словами, грань между двумя областями хими-ческой эволюции была существенно меньше, чем часто представляют.) Ранние биохимические реакции проходили в насыщенной свободными электронами восстановительной среде, богатой ионами разнообразных, в том числе тяжелых,

металлов-катализаторов (Williams, Frausto da Silva 1997).

Становление жизни на основе органического вещества было

Не углубляясь в обсуждение, просто укажем: мы уже неоднократно говорили, что сводить весь механизм биологической эволюции к дарвиновскому отбору является не просто сильным упрощением, а с точки зрения эволюционистики - в корне неверным подходом; во-первых, сами механизмы отбора гораздо более многообразны (см. об этом также в Заключении), во-вторых, в целом огромную роль играют другие эволюционные меха-низмы, правила, паттерны и т. п.

Абиогенная химическая эволюция

261

следующим этапом, детали которого активно обсуждаются

мировой литературе (сказанное хорошо подтверждает нашу идею о том, что в схеме А. В. Маркова пропущены этапы. Кроме того, это подтверждает мысль о наличии цело-го ряда линий химической и коэволюционно связанной с ней эволюции).

Завершая эту главу, следует сказать: все больше появляется уверенности в том, что абиогенез принципиально возможен, а так-же имеется определенный оптимизм в отношении вероятности раз-гадать загадку происхождения жизни, хотя, конечно, не столь быстро, как надеются некоторые. Тем не менее в последние деся-тилетия, в конце XX - начале XXI в., сделаны значительный шаги по пути разрешения этой проблемы, открыты некоторые механиз-мы абиогенеза, в частности абиогенного синтеза рибонуклеоти-дов¹³⁷, и даже наблюдается определенное ускорение подобных от-крытий (см.: Марков 2016).

Эти нуклеотиды в принципе могут формировать РНК. При этом в конце нулевых годов был найден способ абиогенного синтеза рибонуклеотидов непосредственно из простей-ших углеводов и простейших азотистых соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Эволюционистика и мегаэволюция

данном Заключении мы, опираясь на некоторые основные эволю-ционные идеи, высказанные в книге, поговорим о важных момен-тах, о которых не удалось сказать ранее. Начнем с определения эволюции, что уточнит наши взгляды на данный процесс (совокуп-ность процессов). Далее перейдем к анализу структуры мегаэволю-ции, которая включает в себя схему все более высоких фаз эво-люции, что позволит резюмировать идеи данного исследования. Затем рассмотрим, что определяет единство механизмов и законов эволюции на всех ее фазах и во всех линиях, обобщим несколько полезных выводов о принципах и задачах эволюционистики. В этой части книги термин мегаэволюция мы употребляем, когда говорим обо всех фазах эволюции как об общем процессе.

Определение эволюции

Определений эволюции не так уж и много, поэтому каждое, даже самое нестрогое, имеет свою ценность. Например, В. А. Красилов (1986) считал, что эволюция - это серия последовательных измене-ний с исторически значимым результатом. Здесь важен упор на ис-торический (ретроспективный) взгляд, поскольку влияние измене-ний может быть существенно отсроченным. Мы формулировали

свое время правило отсроченного ароморфоза, то есть ситуации, когда новая система изменений уже готова, но ей приходится более или менее длительное время ждать, пока сложатся необходимые условия для того, чтобы она могла быть широко востребована и за-действована (подробнее см.: Гринин и др. 2008: 58-60). Второй момент - речь идет не просто об изменениях, но о сериях измене-ний. И действительно, эволюционные изменения - это обычно именно длительный процесс, а не одноразовый акт, поэтому где-то можно говорить даже не о серии, а о периоде изменений.

Понятие эволюции в свое время ввел в научный дискурс Г. Спенсер, при этом важно, что он не только сделал это раньше Ч. Дарвина (который, по сути, заимствовал у Спенсера этот тер-

Эволюционистика и мегаэволюция

263

мин), но и то, что он относил это определение к любому типу эво-люции¹³⁸. В дальнейшем же биологи во многом монополизировали данное понятие. Хотя спенсеровское определение эволюции как "изменение от несвязной однородности к связной разнородности"

процессе дифференциации (Spencer 1972: 71) сохранило концеп-туальную и даже эстетическую привлекательность вплоть до настоящего времени, все же сегодня оно выглядит откровенно узко, охватывая только одну, хотя и очень важную линию эволюцион-ных изменений.

Попытка расширить понятие эволюции, включив в него всякое изменение, привело к появлению определений эволюции вроде того, которое, например, дают Ф. В. Воже (Voget 1975: 862) и Х. Й. М. Классен (подробнее анализ этого определения см.: Гри-нин, Коротаев 2009; 2020). Классен рассматривает эволюцию как

"процесс структурной реорганизации во времени, в результате которой возникает форма или структура, качественно отли-чающаяся от предшествующей формы" (Классен 2000: 7; выде-

лено мной. - Л. Г.)¹³⁹.

этого определения есть достоинства, поскольку структурная реорганизация - существенный момент для многих процессов. Од-нако у него есть и серьезные недостатки, которые в целом не поз-воляют двигаться в исследовании эволюции дальше. Ниже мы рас-смотрим их, но наша главная задача - дать собственное определе-ние эволюции. При этом важно иметь в виду, что желательно сде-лать определение, которое покрывало бы как можно больше вари-антов эволюционных изменений, а именно: как поступательную эволюцию, то есть движение от более низкой ее ступени к более высокой, так и трансформации в рамках одной ступени или движе-ние вбок, которые часто способствуют формированию крупных областей реальности (на схеме мегаэволюции ниже как первая,

Благодаря исследованиям Г. Спенсера понятие эволюция стало широко приме-няться в научных кругах уже в 1850-1860-х гг., а Ч. Дарвин обратился к нему только в шестом издании "Происхождения видов", то есть в 1872 г. Спенсер придал эволюционному процессу всеохватывающий масштаб, утверждая, что развитие от простого к сложному, которое совершается в ходе последователь-ных дифференциаций, прослеживается на всех уровнях - от Вселенной, Земли, человечества до языкознания и других сфер человеческой активности.

См. также: Claessen, van de Velde 1982: 11 ff.; 1985: 6 ff.; 1987: 1; Claessen 1989: 234; 2000a; 2000b; Claessen, Oosten 1996 и т. д.

264 Заключение

так и последние хорошо видны). Между тем определение Х. Й. М. Классена предназначено, скорее, для описания изменений

в рамках одной фазы эволюции (фактически оно предназначалось для социальной эволюции). Таким образом, оно опускает наиболее важный процесс формирования принципиально нового, небывало-го, то есть ароморфной эволюции. В любом случае слово "реорга-низация" недостаточно точно. Оно как бы предполагает, что эво-люционирует уже имеющий место объект, структура которого из-меняется, тогда как процесс может быть описан как а) самооргани-зация, то есть создание новой структуры из бесструктурной массы, либо б) возникновение новой структуры при объединении более мелких структур (клеток, социумов и т. п.), либо в) иным образом.

Поэтому в эволюции имеет смысл выделить: а) реорганизацию; б) возникновение новой структуры в результате самоорганизации или объединения; в) разделение; г) усложнение; д) другое. Кроме того, эволюция вовсе не связана только с изменением структуры. Это может быть изменение функции, производительности, приспо-собляемости, появление новых линий, дивергенция и конвергенция существующих видов, линий и т. п., - словом, все, что способству-ет положительному (позитивному) изменению. Точнее, позитив-ному балансу изменений, поскольку позитивные и негативные из-менения всегда идут в комплексе, то есть что-то приобретается,

что-то теряется. Важен общий баланс и итог. Не стоит забывать и про нейтральные изменения.

Позитивные изменения имеют широкий спектр: усложнение; увеличение способности к саморегуляции, вариативности и разно-образия; повышение устойчивости; лучшая адаптация к изменени-ям и окружающей среде; образование новых элементов или услож-нение, оптимизация имеющихся и т. п. При этом даже просто уве-личение числа объектов в крупной системе усложняет взаимо-отношения и вариации, что можно рассматривать как позитивные изменения.

Эволюцию можно рассматривать на разных по длитель-ности периодах времени. Отсюда одни и те же явления могут рассматриваться и как инволюционные, и как эволюционные.

частности, нередко будущие позитивные изменения возни-кают в результате разрушения старых структур, которые по разным причинам оказываются уже не способны к развитию.

Эволюционистика и мегаэволюция

265

точки зрения современника, такое разрушение есть упадок, регресс, деградация и инволюция. Но ретроспективно не-редко видно, что старые структуры оказывались непреодо-лимым препятствием на пути инноваций, поэтому такие периоды разрушений могут быть рассмотрены если не как эволюция, то как подготовка к новому эволюционному цик-лу, процессу. Таким образом, разрушение может быть вар-варским, порой катастрофическим, но может быть и творче-ским.

Необходимо иметь в виду, что эволюция в зависимости от уровня нашего обобщения имеет, условно говоря, разные "цели".

именно:

- с точки зрения объектов, структур и систем это: а) самосо-

хранение и индивидуализация; б) адаптация к изменившимся усло-виям; в) получение конкурентных преимуществ (в том числе сим-биозы и союзы); г) возможность получить больше пространства и ресурсов; д) возможность воспроизводиться во времени; е) другие;

- с точки зрения видов (популяций) новое качество выглядит примерно так же, только процесс намного длительнее по времени. Еще здесь речь должна идти о возможности занять больше про-странства, ниш, пищевых зон, ресурсов. И здесь добавляется изме-нение во взаимоотношениях со средой, для более высоких уровней эволюции - овладение средой. Также задача воспроизводства ста-новится еще более важной;

- с точки зрения эволюции в целом (или определенной области эволюции) качественные изменения существенно меняются. Это:

а) рост сложности и эффективности систем; б) увеличение разно-образия и эффективности эволюционных механизмов; в) расшире-ние охваченных эволюцией ниш; г) канализация эволюции и уси-ление способности к переходу на новые уровни; д) увеличение раз-нообразия; е) сохранение баланса между стабильностью и измене-ниями.

Таким образом, необходимо различать эволюцию узкую (то есть в рам-ках отдельных систем и таксонов) и широкую (в рамках Универсума или фаз мегаэволюции).

плане соотношения эволюции отдельных систем и общеэво-люционного движения можно сформулировать принцип: "Эволю-

266 Заключение

ция сильнее объектов", который применительно к жизни П. Тейяр де Шарден (1987) выразил так: "Жизнь сильнее организмов". То есть жизнь продолжается именно потому, что организмы смертны. То же касается и звездной эволюции. Здесь мы могли бы сказать: "Космос сильнее звезд и галактик", ну и в целом: "Эволюция сильнее объек-тов" (Гринин 2013: 139).

Очевидно, что чем выше уровень эволюции, тем релевантнее будет говорить о росте эффективности, повышении репродуктив-ной способности, росте способности к обмену информацией и дру-гим изменениям, которые также можно и нужно относить к пози-тивным.

рамках предложенного деления на узкую и широкую эволю-цию определение того, что есть позитивный баланс изменений, становится еще более нетривиальной задачей. Дело в том, что по-зитивные изменения для определенных объектов или совокупно-стей могут означать негативные изменения для других объектов, систем или совокупностей, которые были, например, отметены отбором, поглощены или деструктурированы, а также в рамках от-дельных подсистем в системе.

Таким образом, эволюционная удача одних может быть обес-печена неудачами других, что мы сформулировали как правило платы за ароморфный прогресс (Гринин и др. 2008: 80-81; см. ни-

же). Но в конечном итоге чья-то эволюционная удача обеспечивает движение большой совокупности систем в определенном направ-лении, поскольку осуществляется приобретение признаков, одина-ково пригодных для широкого комплекса условий существования,

целом к "овладению" средой и увеличению суммы соотношений

нею (Тимофеев-Ресовский и др. 1969: 282). Однако эволюция (как и прогресс) для данных организмов или таксонов ни в коем случае не означает только аддитивность, то есть полное сохранение ста-рых качеств, подсистем и функций и добавление к ним новых. Эво-люция в большей или меньшей степени связана с реорганизацией (как справедливо указывали Ф. В. Воже и Х. Й. М. Классен), а аро-морфная эволюция - с принципиальной реорганизацией отношений

ранее эксплуатировавшимися факторами среды (Раутиан 1988: 103). И все это значит, что появление (усиление) позитивных ка-

Эволюционистика и мегаэволюция

267

честв означает одновременно и потерю каких-то предшествующих эволюционному изменению органов, подсистем, функций и качеств (порой даже дегенерацию, однако такую, которая позволяет до-стигнуть более эффективной адаптации).

учетом сказанного эволюцией можно назвать процесс из-менений во времени форм, структур, функций, свойств и других аспектов у объектов, систем, подсистем, естественных групп

совокупностей разного объема систем и объектов, благодаря которому возникают качественные изменения по сравнению с предшествующим состоянием (вплоть до формирования новых областей или уровней развития). При этом общий баланс таких изменений в целом должен быть положительным (с учетом уровня обобщения). Иными словами сумма изменений должна быть позитив-ной и проявляться непосредственно или в более отдаленном периоде. Позитивный баланс может проявляться в отношении отдельных си-стем (объектов) и/или их узкой или широкой совокупности.

Таким образом, в данном определении мы попытались охватить разные варианты эволюции. Но, конечно, в рамках нашего иссле-дования мы рассматриваем и будем рассматривать прежде всего те, которые связаны с крупными позитивными изменениями (аромор-фозами), открывают возможности для позитивных (или даже про-грессивных) изменений большого числа объектов, систем и их со-вокупностей, а также позволяют перейти на новый организацион-ный или иной уровень сложности в плане строения, способности

овладению средой, репликации, обмена информацией и других важных параметров.

Говоря о переходе на новый уровень, мы рассматриваем уже, по сути, мегаэволюцию, поскольку данные уровни есть крупней-

шие фазы и изменения внутри этих фаз качественных прорывных (ароморфных) изменений в рамках развития Универсума (Вселен-

ной). Системе фаз мегаэволюции посвящен следующий раздел.

Анализ схемы фаз мегаэволюции

Прежде всего представим схему, которая с гораздо большей полно-той, чем обычные схемы эволюции, представляет движение мега-эволюции.

268 Заключение

Рис. Фазы и линии мегаэволюции

Эволюционистика и мегаэволюция

269

На что тут необходимо обратить внимание? Что здесь нового

необычного?

Введена предкосмическая эволюция (о ней мы подробно го-ворили в: Гринин 2013), которую мы здесь назвали инфляционной. Ее введение имеет смысл, поскольку эта фаза эволюции была свя-зана с формированием условий для создания Вселенной и опреде-ленного порядка в ней. На ней происходили: а) быстрые и очень быстрые изменения параметров за счет падения температуры и рас-ширения Вселенной; б) формирование первичных структур микро-мира (протонов, нейтронов, электронов и прочих частиц), а затем атомных ядер и атомов первых элементов. То есть это также

предхимическая эволюция (которая выделена отдельно). Эволю-ционные процессы на данной фазе были весьма специфическими, поскольку шел процесс, по сути, самоорганизации как Вселенной

целом, так и ее макроструктур. С одной стороны, процессы и ре-зультаты данной фазы во многом предопределили процессы даль-нейшей эволюции, с другой - никогда больше таких условий для эволюции не возникало (в частности, скорость эволюции в это вре-мя была наивысшей за счет быстрого изменения параметров). Обо всем этом мы уже достаточно подробно говорили (Там же: гл. 1-3).

Введены, помимо главных, промежуточные, или переходные, фазы эволюции. Это планетологическая в рамках Солнечной си-стемы, абиогенная химическая, биосоциальная фазы и антропоге-нез. О двух последних пойдет речь в следующих книгах. Плането-логическую эволюцию нужно рассматривать как особый уровень эволюции, переходный между эволюцией космоса и эволюцией Земли. Это одна из главных идей настоящей работы, в известной мере новая в эволюционистике, и поэтому мы посвятили ей доста-

точно места. Деление на основные и промежуточные фазы: а) уменьшает качественный разрыв между главными фазами ме-гаэволюции; б) показывает механизмы развития эволюции и меха-низмы ее перехода на более высокий уровень; в) отражает предше-ствующие неудачные попытки эволюции нащупать путь на более высокий уровень. Например, биосоциальная эволюция пробивала путь к социальной в разное время через разные направления: и че-рез общественных насекомых, и через высших животных (не ис-

270 Заключение

ключено, что и другими путями, о чем мы скажем в следующих книгах), пока не удалось совершить этот прорыв через приматов.

Идея об абиогенной химической как переходной к биологи-ческой эволюции не является, конечно, новой, но поскольку эту фазу часто отрывают от предшествующих этапов развития химиче-ской эволюции, а также потому, что системного описания абиоген-ной химической фазы нет (именно как отдельной, со своими осо-бенностями, связями как с предшествующими этапами, так и ко-эволюционными с ней), ее выделение на схеме важно, а наличие большого раздела об абиогенной химической эволюции является важным достоинством данной книги.

Выражена идея сквозных линий эволюции, каковой является химическая эволюция. На схеме легко увидеть, что она присут-ствует в виде составной части более крупных видов эволюции на каждой фазе мегаэволюции, составляя как бы боковую, но необхо-димую часть последней. Только на фазе абиогенной химической эволюции роль химической эволюции резко повышается до пере-ходной фазы (за счет действия правила сужения фронта эволюции). Затем она вновь становится частью более крупной фазы - биологи-ческой. Далее на схеме мы не прослеживаем развитие химической эволюции, но нужно иметь в виду, что в социальной эволюции она стала важной составной частью, которую можно было бы назвать социохимической. При этом ее действие начинает прослеживаться уже на фазе антропогенеза, с момента овладения человека огнем.

Таким образом, мегаэволюция предстает как чередование основных и переходных фаз. Схема дает возможность сделать обобщения, согласно которым:

а) между каждыми двумя основными фазами мегаэволюции должна быть переходная фаза, что в общем-то абсолютно логично.

данной схеме есть даже переходная фаза между предкосмиче-ской (инфляционной) и звездно-космической. Это фаза, которую мы назвали облачной (предзвездной) эволюцией. Как читатель пом-

нит, после образования атомов водорода (так называемой их ре-комбинации) и в меньшем объеме - гелия шел довольно длитель-ный процесс накопления их атомов, а в результате постоянного остывания Вселенной - и консолидация их в гигантские молеку-лярные облака. В этих облаках шли процессы концентрации под влиянием гравитации, а также первые химико-физические процес-

Эволюционистика и мегаэволюция

271

сы на молекулярном уровне, поскольку возникновение молекул происходило именно на данной фазе. Известно, что такие гигант-ские молекулярные облака могут находиться в подобном состоянии миллионы и десятки миллионов лет (см.: Сурдин, Ламзин 1992; Суркова 2005; Гринин 2013; 2017). Неудивительно, что первые звезды во Вселенной датируются возрастом не менее 200 млн лет от Большого взрыва (хотя, возможно, будут обнаружены и более ранние звезды). Для перехода от гигантских молекулярных облаков

звездообразованию требовались триггерные события, которые должны были появиться с тем большей вероятностью, чем больше облаков накапливалось и чем крупнее они были (соответственно, неустойчивость их состояния увеличивалась). За столь длительный срок в облаках, разумеется, должно было происходить много про-цессов, в том числе образование новых химических элементов и более сложных молекул, что можно рассматривать как преадапта-ции к звездно-космической фазе эволюции (а также, возможно, об-разование не столь горячих небесных тел, как звезды);

б) мы видим, что между биологической и социальной распола-гаются даже две переходные эволюционные фазы (биосоциальная и антропогенез). Это связано с тем, что данные процессы нам луч-ше известны (хотя и большая сложность перехода к социальной эволюции должна учитываться). Из этого можно сделать вывод, что переходных фаз между основными фазами должно быть боль-ше, чем одна.

Некоторые такие пути выделены как боковые или тупиковые. Тупиковыми могут быть такие, где развитие прекратилось или по-чти прекратилось. Например, такова минералогическая эволюция на некоторых планетах и спутниках, вроде Меркурия или Луны (что подробно рассматривалось в данной книге). Боковые направ-ления не являются, конечно, маловажными. Просто эти линии не пошли дальше, то есть не стали исходным пунктом для перехода на более высокий уровень. Но они создали колоссальные новые доме-ны эволюции, развитие в которых, кроме того, продолжается. Так, известно, что среди насекомых (которые в целом составляют едва ли не треть известных видов) общественные виды занимают замет-ное место: только видов муравьев известно много тысяч. Среди бо-ковых особо стоит отметить планетологическую эволюцию в рам-ках звездно-космической эволюции до появления Солнечной си-

272 Заключение

стемы. Она фигурирует как тупиковая, поскольку нам неизвестно, каким образом и куда шла эволюция на мириадах планет во Все-ленной. Но очень вероятно, что там имелись переходы на какие-то новые уровни. Кстати будет добавить, что с появлением Солнечной системы и Земли возникает процесс локализации событий. К сожа-лению, мы не знаем, где до и после этого локализовывались те или иные важные процессы эволюции (о локализации эволюционных событий см., например: Буровский 2013; Гринин 2017: 7).

Такие тупиковые ветви показывают, что любой переход на более высокую фазу предварялся несколькими тупиковыми ветвя-ми, которые отражают сложный процесс нащупывания путей к бо-лее высоким уровням, необходимость ряда попыток для этого в разных направлениях (согласно правилам подготовительной рабо-ты эволюции и платы за эволюционный прогресс¹⁴⁰). Мы уделили достаточно много внимания соотношению минералогической, абиогенной химической и биологической эволюций. Одна из идей заключается в том, что удивительная схожесть поведения кристал-лов и живых клеток (организмов) не случайна, а определяется тем, что перед нами разные попытки эволюции решить задачи, связан-ные с переходом к более высокому уровню.

Одной из очень важных идей, проведенных в настоящей кни-ге (и нашедших отражение в схеме), является идея коэволюционно-сти, когда два или три (или даже больше) направления эволюции становятся неразрывными. Коэволюционность означает и повыше-ние скорости (синергетический эффект), и рост сложности, и раз-витие возможности для прорыва. Коэволюция имеет разные мас-штабы и разное выражение. В одних случаях это выделение в рам-ках более крупной фазы (линии) менее крупных, но очень важ-ных - такова биохимическая эволюция в рамках биологической. При этом длительное время идет совместное развитие, а когда на определенном уровне биологическая эволюция (как результат, вы-раженный в более сложном поведении живых организмов) начина-

Напомним: последнее означает, что эволюционный прорыв осуществляется в ре-зультате многочисленных предшествующих неудач, за счет которых накапли-ваются преадаптации, ресурсы и условия. При этом возникновение перспектив-ных морфологических форм, институтов, отношений, с одной стороны, объясня-ется внутренними свойствами организмов и обществ, но с другой - это всегда результат того, что в наличии имеется достаточно иных форм, эволюционные удачи и неудачи которых и подготовили в конце концов "удачный" вариант.

Эволюционистика и мегаэволюция

273

ет обгонять биохимическую, последняя в значительной степени трансформируется в нечто, становящееся особой сигнальной си-стемой. И на этих принципах формируется уже биосоциальная эво-люция, например у насекомых. Но биохимические сигналы также очень важны и для высших животных. В коэволюции с биологиче-ской находится и геологическая эволюция. Не вся, разумеется,

только та ее часть, которая связана с влиянием жизни на измене-ние внешних оболочек Земли, включая и атмосферу. Однако, хотя геологическая эволюция и идет вместе с этим к качественному раз-витию, она очевидно отстает от биологической.

Таким образом, мы постарались дать довольно объемную и диа-лектическую картину разворачивания эволюции вместо примитив-ной схемы: космическая - биологическая - социальная. Но должно быть понятно, что и представленная нами схема далеко не полно-стью отражает сложности мегаэволюционных линий и фаз.

Дополнительно мы хотели показать, что логика перехода от од-ной фазы эволюции к следующей, более высокой, связана с нащу-пыванием эволюцией разных возможностей для такого перехода, формированием разных ее линий. Здесь мы встречаемся с много-линейностью и аналоговостью определенных вещей в разных ли-ниях (как мы видели это при сравнении живой материи и кристал-лов). Очень важным направлением в эволюционистике является исследование механизмов перехода к новому. При этом переход-ные уровни эволюции формируются как ответвления, на первых порах не слишком важные и даже в чем-то маргинальные. Однако им предшествуют, а также и сопровождают важные преадаптации, которые впоследствии становятся пунктами, способствующими прорыву. В более крупном масштабе и вся дополнительная ветвь эволюции (или даже переходная фаза) может быть рассмотрена как преадаптация к основной фазе (так, биосоциальная эволюция ста-новится преадаптацией к социальной). Таким образом, новая форма (фаза) эволюции длительное время развивается в качестве второ-степенной и преадаптационной. И это может объяснить, почему работает правило центра, полупериферийного объекта и перехода к новым уровням, согласно которому новые уровни эволюции возни-кают на полупериферии и в местах достаточного разнообразия условий, соединения пограничных условий.

274 Заключение

Почему мы наблюдаем единство и сходство

механизмах и паттернах на разных уровнях эволюции?

Настоящая книга (и в целом задуманная автором монография), как мы уже не раз говорили, стремится показать общие черты, сходства

механизмах и паттернах, которые бы демонстрировали наличие определенного и бесспорного сходства в функционировании мира

разных областях мироздания и на всех уровнях эволюции. И мы многократно убеждались в том, что эти фундаментальные сходства как в способах и принципах построения и функционирования объ-ектов (систем и т. д.), так и в их изменении и развитии прослежи-

ваются везде. Фактически ни один из важных законов и принци-пов, ни одно из важных правил эволюции не "потерялось" при движении от более низких к более высоким уровням. Нет, они лишь модифицировались, усложнялись, а также появлялись неко-торые новые принципы и правила (причем ретроспективно можно увидеть их зачатки на самых нижних уровнях эволюции).

Причины эволюции. Прежде всего задумаемся, почему вооб-ще возможна эволюция. Общие причины: 1) постепенно меняются условия, соответственно, требуется подгонка структуры, функций и прочего под изменившиеся условия; стремление к наиболее гар-моничному соответствию с внешней средой вызывается стремле-

нием к наиболее выгодному энергетическому состоянию, но про-

цесс этой подгонки иногда дает необычный результат, который может обеспечить какие-то преимущества; 2) конкуренция в связи с ограниченностью ресурсов; 3) стремление к самосохранению; 4) круговорот вещества (см. выше). Но этот круговорот в каждом цикле имеет какие-то отличия, причем последние имеют свойство накапливаться (см. ниже).

Чем же определяется такое единство? Это один из самых важных вопросов, ответ на который может существенно изменить наши подходы к исследованию эволюции. Но его можно дать толь-ко при длительной и многообразной работе в отношении развития эволюционистики. Такую работу, насколько я знаю, практически никто в системе не делал, хотя ряд исследователей и оставили весьма проницательные идеи и догадки. В данном разделе мы хо-тели бы продемонстрировать некоторые срезы и возможности та-

Эволюционистика и мегаэволюция

275

кого исследования, которым надеемся заняться в свое время, пока-жем, в каком направлении может развиваться эволюционистика.

Сходства в первом приближении. Конечно, в самом первом приближении можно сказать, что единство процессов определяется:

а) тем, что все процессы происходят как бы в единой системе, то есть во Вселенной. Понятно, что общая система в известной ме-ре диктует и общие способы и принципы. Собственно, если все происходит в рамках одной системы, одного Универсума, странно было бы, если бы в каждой ветви эволюции были только собствен-ные паттерны;

б) при образовании и формировании этой единой системы ка-кое-то общее единство, несомненно, закладывалось (см. выше);

в) все процессы и системы имеют общую базу элементарных частиц и низовых структурных единиц (атомов и молекул), что ка-нализирует определенные процессы и развитие до определенного предела. Хотя закон эмерджентности гласит, что сумма свойств ча-стей не равна сумме свойств целого, тем не менее, какая-то значимая обусловленность суммой свойств наиболее малых частей, несо-мненно, есть;

г) фундаментальные законы материального мира действуют всегда. Это и законы сохранения, и закон гравитации, и основные силы физической природы, реакция тел и частиц на изменение внешних параметров и т. д. и т. п.;

д) масс-энергетическое единство. Если масса и энергия обра-зуют два полюса состояния материи, то соотношение массы и энер-гии должно прослеживаться на всех уровнях.

Системность, окружающая среда, законы высокой аб-стракции. Также есть вполне очевидные ситуации, законы и пат-терны, которые присутствуют на всех уровнях и во всех системах.

Например, объекты или системы существуют в окружающей среде и должны с ней взаимодействовать. Несмотря на разнообра-зие среды и ситуаций, основных моделей взаимодействия не так уж много; соответственно, они на разных уровнях могут быть доста-точно похожи. 2) Системность сама по себе ведет к определенным сходствам; это было установлено еще в 1950-е гг., а в ряде отноше-ний - и заметно раньше. 3) Законы диалектики, сформулированные Г. В. Ф. Гегелем, также имеют в своем абстрактном виде вполне понятный механизм. Например, закон перехода количественных

276 Заключение

изменений в качественные проявляется потому, что любые силы имеют пределы, за которыми их влияние слабеет, становится не-существенным, а соответственно, когда количественное накопле-ние достигает этого предела, прежняя структура (порядок и т. п.) неизбежно должна трансформироваться. Закон единства и борьбы противоположностей как часть еще более широкого паттерна дво-ичности определяется тем, что для любой структуры или измене-ния нужна хотя бы пара противоположных сил, элементов и т. п.

Двоичность также, как мы видели, связана с универсальностью симметрии, что определяет противоположность частей либо пар-ность элементов (например, положительно и отрицательно заря-женных).

Экономность эволюции. Наличие общих законов и паттернов вполне логично объясняется тем, что во всех аспектах выгоднее иметь несколько универсальных правил, чем множество специаль-ных для каждого случая. Здесь стоит вспомнить о правиле редко-

сти появления новых правил эволюции. Согласно нему, эволюция расточительна в своих "экспериментах", но довольно скупа в ме-ханизмах и паттернах и предпочитает использовать уже готовые, нежели изобретать новые. Каждое новое правило (или паттерн) связано либо с особенностями заполнения эволюционных ниш, ли-бо с появлением каких-то новых подуровней, уровней или блоков. Такой угол зрения позволяет надеяться на выделение в будущем группы первичных (базовых) правил и законов эволюции, которые проявили себя уже в первые сотни миллионов лет, а затем и новых, появившихся позже. Кроме того, в свое время мы сформулировали эволюционную идею о том, что для самоорганизации не требуется большого количества "организаторов" (то есть сил или правил), достаточно ограниченного их числа (Гринин 2017). Мы также го-ворили о том, что разнообразие проявлений основывается на огра-ниченном числе базовых моментов.

Более конкретные механизмы. Многое канализируется доста-

точно жесткими вещами: энергетикой, эффективностью, предыду-щим развитием. Так, выбор наиболее энергетически выгодного ре-жима может проявляться на разных уровнях; то же касается, соот-ветственно, выбора формы и других вещей. Очень важна формули-ровка универсальных правил, паттернов и пр., действующих на всех уровнях. Есть надежда, что при их накоплении удастся сфор-

Эволюционистика и мегаэволюция

277

мулировать более глубокие правила и законы. В настоящий момент эволюционистика находится еще в самом начале своего развития.

Но, конечно, особую ценность имеет показ специфических ме-ханизмов, объединяемых общим законом или правилом мегаэво-люции. Так, некоторые вещи определяются правилом минимизации усилий эволюции, согласно которому используются уже готовые решения, а также правилом эволюционной блочной сборки. Скажем, усложнение структуры на всех уровнях - от атома до социума - ча-сто осуществляется, условно говоря, полимеризацией, то есть сбор-кой типовых "деталей". Все атомы, как мы уже говорили, можно представить как усложнение структуры за счет добавления атома водорода. То же можно сказать о сложных молекулах, многокле-точных организмах, расширении социума за счет присоединения малых структур (скажем, семей).

Но работа по определению конкретных механизмов, которые определяют сходства правил на разных уровнях эволюции, часто наталкивается на ограниченность или отсутствие наших знаний о многих процессах.

Различия и сходства - две стороны одной медали. Здесь сто-ит высказать такую методологическую идею. Для показа пути эво-люции, того, как она усложнялась, переходила на новые уровни, принципиально важно исследовать, фигурально говоря, ее верти-кальное развитие (от простого к сложному). Но если ее исследовать

точки зрения общего, то логично представлять разные уровни как различные проявления изменений в горизонтальном измерении, то есть как многолинейное проявление общего развития. Ведь фак-тически мы говорим об изменениях, трансформациях в разных ча-стях или сферах единого Универсума: в звездах, планетах, минера-лах, молекулах, живых существах и т. д. При этом важно не забы-вать, что развивающиеся более высокие формы - это часть более широкой эволюции. Так, абиогенная химическая эволюция, по су-ти, была ответвлением геохимической, а последняя, в свою оче-редь, была частью геологической. И это уже само по себе опреде-ляет сходства. Кроме того, часть видов эволюции развивается в ко-эволюции, то есть во взаимных влиянии, трансформации и под-держке. При таком взгляде становится понятнее, что имеются не-которые базовые паттерны, которые дифференцируются и приоб-ретают специфические формы, связанные с особенностями той

278 Заключение

формы материи, в которой они проявляются. Но выделить эти об-щие паттерны вполне возможно. Тем более в случае эволюции на Земле, где все ее формы и уровни очень тесно связаны общим ме-стом развития. Таким образом, мы видим единую основу, если рас-сматриваем мегаэволюцию горизонтально, то есть в виде появле-ния новых линий, и находим "генетическое" родство, если рассмат-риваем мегаэволюцию вертикально как дерево. Естественно, что это "генетическое" родство в очень значительной степени определяет не только направленность эволюции и ее канализацию, но и сход-ства в механизмах и паттернах на разных уровнях и линиях.

Здесь стоит вспомнить несколько подходящих для данного ас-пекта правил.

Правило зависимости меньшей системы от более крупной. Суть его в том, что прослеживается значительная зависимость важ-ных черт (и нередко судьбы) меньшей системы от особенностей более крупной, куда входит первая. Это вполне относится к Земле, которая является общей базой для всех остальных видов и уровней эволюции и с которой все они связаны и генетически, и коэволюци-онно¹⁴¹.

отношении предзаданности эволюции можно использовать правило эволюционной инерции (правило Л. Додерлейна и О. Абеля,

сформулированное ими для биологической эволюции). Речь идет об общей зависимости последующей эволюции от предшествую-щей, когда прошлое во многом определяет не только сегодняшнее, но и завтрашнее. Это выражается в значительной зависимости по-следующих филогенетических событий от предшествующих, что интерпретируется как свидетельство инерционного влияния про-шлого эволюции на ее будущее (но необходимо пояснить, что инерционное влияние не значит обязательно фатальное или непре-одолимое, все зависит от многих конкретных факторов, складыва-

Одно из проявлений такой зависимости недавно было подтверждено в биоло-гических исследованиях. Оно подтвердило гипотезу, которую высказывал еще Чарльз Дарвин, что роды животных с большим разнообразием видов также со-здают больше разнообразия (дивергенции) и в подвидах. Так, например, у се-верного жирафа только три подвида, а у рыжей (обыкновенной) лисицы - сорок пять (наибольшее число среди высших животных). Выясняется, что подвиды (и, соответственно, их количество) играют решающую роль в долгосрочной эволюционной динамике и будущей эволюции видов (van Holstein, Foley 2020).

Эволюционистика и мегаэволюция

279

ющихся на каждом этапе развития вплоть до современного анализу момента (Гринин и др. 2008: 129). Инерционность заключается

в схожести механизмов развития, и в том, что каждый переход на более высокий уровень все сильнее канализирует направление раз-вития. Между тем мы слишком привыкли видеть непреодолимый барьер между более и менее высокими уровнями эволюции, абсо-лютизируя различия между живым и неживым, человеческим и животным. Но скорее надо удивляться не сходствам, а различиям. Сходства между уровнями более естественны, поскольку рожде-ние нового не означает отказа от старого. До самого последнего времени эволюция шла как аддитивная, то есть новое не отбрасы-вало старое, а добавляло к нему: элементарные частицы не исчезли с появлением атомов, а последние - с появлением молекул; неорга-нические молекулы остались, но к ним добавились органические,

т. д. Старое, следовательно, оказывает воздействие на новое непрерывно, но и новое начинает влиять на старое там, где может. Все эти правила: локализации эволюционного прорыва; подготови-тельной работы эволюции; необходимости преадаптаций для пере-хода к новому уровню (направлению) эволюции; необходимой раз-нородности компонентов в системе; континуума эволюционных состояний и характеристик¹⁴²; зависимости скорости эволюции от сужения ее фронта - говорят нам о том, что новое не только отли-чается от старого, но и родственно ему, что оно прорывается толь-ко в определенных направлениях (по сути, там, где старое дает ему прорываться), что оно формируется не во всех, а только в некото-рых отношениях.

Сказанное можно проиллюстрировать следующим при-мером. В. Гейзенберг (1989) в своей знаменитой работе "Фи-зика и философия" рассматривает две точки зрения на спе-цифику биологии с позиции использования законов физики и химии. Одна из них пытается свести биологию прежде всего

законам физики и химии. Согласно этой теории, един-ственным понятием, которое необходимо добавить к физике и химии, чтобы понять жизнь, является понятие истории (то есть эволюционной истории, показывающей, как появились,

Отсюда сложность проведения границы между старым и новым в уровне слож-ности и эволюции. Вирусы - хороший пример такой пограничной сложности.

280 Заключение

менялись и усложнялись формы жизни). При этом нельзя указать, кажется, ни одной точки, в которой можно было бы обнаружить действие особой жизненной силы, отличной от известных сил физики. Отсюда следует, что для изучения животных можно применять те же методы исследования, что

для материи вообще, и что законов физики и химии вместе с понятием истории должно быть достаточно, чтобы объяс-нить их поведение.

Другая точка зрения (во времена, когда писалась книга В. Гейзенберга, то есть в конце 1950-х гг., менее распростра-ненная, но, на наш взгляд, более верная. - Л. Г.) формулиру-ется исследователем так¹⁴³. Для понимания процессов жизни, вероятно, будет необходимо выйти за рамки квантовой тео-рии и построить новую замкнутую систему понятий, пре-дельными случаями которой позднее могут оказаться физика

химия¹⁴⁴. История может стать существенной частью этой системы, и такие понятия, как ощущение, приспособление, склонность, также будут отнесены к ней. Если данная точка зрения правильна, то соединения теории Ч. Дарвина с физи-кой и химией будет недостаточно для объяснения органиче-ской жизни.

Разумеется, только такого объединения будет недостаточ-но. Но все же Гейзенберг прав, заключая: всегда будет оста-ваться справедливым то, что живые организмы в широком плане могут рассматриваться как физико-химические систе-мы, как машины, по формулировке Р. Декарта и П.-С. Лапла-са. И если их рассматривать как машины, они будут и вести себя как машины. Кстати, появление кибернетики подтвер-дило эту мысль. Мы приводим фрагмент данного рассужде-

ния, чтобы показать, что новое не может полностью ото-рваться от своей базы, которая цепко держит ее, что сходства в механизмах, свойствах и паттернах между раз-ными уровнями эволюции вполне объяснимы уже одним этим.

С тех пор открыли ДНК, раскодировали геномы и т. д и т. п. Но все же ДНК и гены - это молекулы, то есть формально физика, недаром и биология называ-ется молекулярной.

Синтетическая теория эволюции пыталась построить такую замкнутую систему понятий, но она оказалась весьма узкой. Молекулярная биология в какой-то мере сделала это, но данная система и неполна, и незамкнута.

Эволюционистика и мегаэволюция

281

Эволюционная память. Можно также сделать некоторые пред-положения, что развитие (эволюция) имеет своего рода код и память, которые закрепляются с помощью неких импринтов, а также рабо-тают на основе правила минимизации усилий эволюции (см. выше). Каким образом фиксируется эта память, остается, конечно, неясным, но не приходится сомневаться, что в основе лежат какие-то доста-точно материальные вещи.

Например, мы рассматривали золотое сечение. Но почему про-порция золотого сечения такова?¹⁴⁵ Почему вообще некоторые пат-терны становятся распространенными? Вероятно, потому, что не-которые находки природы, эволюции в своем роде составляют определенный код, тот запас древних решений и комбинаций, бла-годаря которому, с одной стороны, для создания нового исполь-зуются уже готовые решения, с другой - завязанная на эти реше-ния эволюция как бы канализируется, становится автоэволюцией, по А. Лима-де-Фариа (1991)¹⁴⁶. Но это загоняет ее в определенные рамки, когда разнообразие множится, а переход на качественно но-вый уровень отсутствует. Поэтому принципиально новые решения уже даются непросто, только в результате определенного редко происходящего прорыва, созданного особыми, исключительными обстоятельствами.

Каким образом кодируются эти универсальные решения и пат-терны, пока сказать невозможно, но чувствуется, что какой-то ме-ханизм существует. Однако если мы говорим о "генетическом" родстве более высоких уровней эволюции с более низкими (см. выше), то почему должны отрицать возможность "генетической" памяти и "генетического" кода эволюции? Определенная память, как мы видели, имеется даже у относительно простых структур. Своего рода "память" прослеживается и в процессах самооргани-зации, активизации этой "памяти" способствует то, что порядок часто оказывается энергетически выгодным. Другой аспект этого

Напомним, что в процентном округленном значении золотое сечение - это де-ление какой-либо величины на две части в отношении 62 % и 38 %. Это соот-ношение 1,62 - часто встречающаяся пропорция в построении объектов.

То есть в самом общем виде механизм подобен тому, что есть в геноме живых существ, в виде комбинаций генов, которые используются только в экстре-мальных случаях.

282 Заключение

предположения - универсальность информации. Мы все больше узнаем о разных видах информации. В частности, о химических сигналах, которые, оказывается, способны воспринимать даже про-стейшие организмы (бактерии); вероятно, и вирусы обмениваются какой-либо информацией. По сути, информация есть уже на уровне элементарных частиц, где, по-видимому, она синкретична с энерге-тической формой. Но, во всяком случае, важно, что информацион-ное взаимодействие может происходить только при определенном взаимном соответствии свойств объектов (Янковский 2000). А элек-тромагнитное и другие взаимодействия обеспечивают подгонку,

результате чего, например, отрицательно и положительно заря-женные частицы "узнают" друг друга. По сути, они обмениваются "кодами" и оказываются комплементарными, то есть могут созда-вать прочные структуры¹⁴⁷. Повторим, на этом уровне энергетиче-ский и информационный аспекты являются неразрывными, но все же разными аспектами. Большее различие между энергетической и информационной сторонами можно увидеть в таком примере, как каталитическое взаимодействие, которое используется в общей теории информации (Янковский 2000). Напомним, оно состоит в том, что одно вещество - катализатор изменяет скорость протека-ния химической реакции между другими веществами, то есть реа-гентами. Без информации, которая активизирует реагенты, реакция шла бы намного медленнее или могла вовсе не состояться при имеющихся условиях. При этом в идеале сам катализатор остается неизменным по всем своим свойствам. Однако мы помним, что ка-тализаторы обычно портятся, но также имеются особые их виды, которые могут эволюционировать (см. Главу 11). Так или иначе, здесь энергетическая сторона не полностью связана с энергетиче-ской. Зато полностью выполняется условие, что информация меж-ду объектами переносится с помощью обмена веществом или энер-гией. В общей теории информации также формулируется закон со-хранения информации: последняя сохраняет свое значение в неиз-

менном виде, пока остается в неизменном виде носитель инфор-

мации - память. Обмен информацией на самых низких уровнях

Комплементарность элементов особенно наглядно проявляется в генетическом коде ДНК.

Эволюционистика и мегаэволюция

283

уже в микромире показывает, что определенная память (в частно-сти, в виде распознавания и узнавания) имеет место. Думается, что сохранение и передача информации на разных уровнях и в разных системах - не только одна из основ взаимодействия различных объектов, от частиц до галактик, но и в какой-то части способ реа-гирования на изменения в окружающей среде, а именно во взаимо-действии со средой и проявляется большинство правил, законов и паттернов.

Таким образом, имеется общая база, "общий знаменатель" не-прерывности движения и энергетических процессов, во взаимодей-ствиях с участием информационных обменов, в разрушении и новой сборке, других аспектах, для того чтобы общее могло проявляться

поведении различных объектов. При этом оно должно реализо-вываться не только в стандартных, но и в необычных условиях, ко-торые наиболее интересны для эволюционистики, поскольку имен-но необычные ответы на необычные вызовы могут рождать прин-ципиально новые вещи.

Круговорот веществ, "мутации" и эволюционная память.

Выше мы говорили о взаимодействии со средой и информацион-ном взаимодействии. Законы природы (физики и химии) - это, по сути, ответы на взаимодействие в стандартном режиме, в которых, кстати, есть и информационная составляющая. Но в повторении всегда есть отклонение - это тоже правило на уровне всеобщего закона, здесь мы видим зачатки чего-то вроде мутагенеза. И такие отклонения есть форма поиска пути в новое. Подобно тому как движение есть атрибут материи, то есть вне движения нет материи, взаимодействие объектов, повторение циклов есть постоянный симбиоз созидания и разрушения, ассимиляции и диссимиляции, объединения и диссипации, порядка и энтропии и т. д. и т. п. Это достаточно понятно. Но крайне важно, что такой круговорот ве-

щества, энергии и информации никак не мог бы иметь место без той или иной формы памяти, с помощью которой осу-ществляются новая сборка, новые акты самоорганизации. От-

сюда неизбежно возвращаемся к тому, что какие-то механизмы ко-дирования, какая-то организационная, системообразующая память должны быть. При этом, подобно неспециализированным стволо-

284 Заключение

вым клеткам, которые могут специализироваться в разные фор-мы и органы, материя с такой памятью при разных ситуациях может специализироваться в разные формы.

Эволюционистика и недостатки универсально-го эволюционизма

Достоинства и недостатки универсального эволюционизма.

Главе 10 мы говорили о том, что в 1980-х гг. возник эволюцион-ный универсализм (который имеет разные названия, наиболее рас-пространенное на Западе - Большая история). Это было важным шагом вперед. Укрепилась мысль, что все так или иначе эволюцио-нирует, все части Универсума, все его аспекты можно рассматри-вать в историческом развитии, провозглашался важный принцип всеобщего изменения¹⁴⁸. Главные задачи универсального эволюци-онизма - показать, какие основные фазы прошла наша Вселенная, выделить переходы и некоторые причины перехода с фазы на фазу, описать, в какой последовательности шли основные события исто-рии Универсума, жизни, общества. В итоге универсальный эволю-ционизм имеет в своем активе важный принцип всеобщего измене-ния, эволюции, уточняет историю развития, для простоты переиме-нованную в Большую историю, в которой описываются три круп-ные фазы: космическая, биологическая и социальная. Однако такой описательный (нарративный) исторический подход, во-первых, сильно упрощает процесс, во-вторых, стал причиной того, что бы-ли совершенно недостаточно исследованы универсальные причины эволюции. В лучшем случае формулировались один-два сквозных вектора: энергетический, рост сложности, а также одна-две основ-ные сквозные причины (или механизмы)¹⁴⁹. Законы и правила, ко-

"...Начиная с XVIII в. получила развитие идея об изменении как таковом, об изменении на протяжении длительных периодов времени, одним словом, идея эволюции. В нынешних взглядах человека на окружающий мир главенствую-щую роль играет понимание того, что Вселенная, звезды, Земля и все населя-ющие ее живые существа имеют длительную историю, которая не была пред-начертана или запрограммирована, историю непрерывного постепенного изме-нения, обусловленного действием более или менее направленных естественных процессов, соответствующих законам физики" (Майр и др. 1981: 11).

Так, весьма распространена идея так называемого принципа Златовласки (рус-ский аналог - Машенька из сказки "Три медведя"), которая "примеряла" кро-

Эволюционистика и мегаэволюция

285

торые работают в процессе эволюции, почти не формулировались

не исследовались¹⁵⁰. Выделение основных фаз также было огруб-лено, исследователи практически не обращали внимания на пере-ходные фазы и боковые линии. Для объяснения развития каждой фазы использовались главным образом специфические наработки соответствующих наук без попыток интегрировать их с общеэво-люционными причинами.

Все это в итоге сделало универсальный эволюционизм недоста-точно эвристичным, не годящимся быть методологией эволюцион-ных исследований. Причем большинство его приверженцев на За-паде превратили это направление в достаточно примитивное, что годится только для самого общего учебного курса, но не для приращения знаний, не для углубления в механизмы эволюции.

Соответственно в универсальном эволюционизме не имеется обще-

го поля исследования. Это поле, которое пытались оформить эво-люционисты первого поколения вроде Г. Спенсера, включив в него всеобщие законы развития, или марксисты гегелевской закалки, используя законы диалектики, оказалось заброшенным в связи со сложностью науки и усилившимся потом антиэволюционизмом.

Это поле эволюционистики требуется создать заново.

Барьеры в исследовании разных фаз мегаэволюции. Влия-ние развития биологической эволюции на эволюционистику.

Среди всех уровней эволюции наиболее активно исследуется био-логическая эволюция. Ее развитие шло и "идет по двум основным направлениям, имея целью, с одной стороны, установить, какие со-бытия и в какой последовательности происходили в процессе воз-никновения и дальнейшего развития жизни на Земле, а с другой - выяснить причины этих событий" (Мина 1981: 5). То есть важно

вати и стулья у медведей. Суть этого принципа - для появления нового нужны оптимальные условия. На слабую активность в поисках общих законов и пра-вил также имплицитно давило представление, что существуют один-два таких ведущих принципа, которые все объясняют, поэтому искать другие нет необхо-димости.

Правда, в те или иные исследования включались факторы, которые являлись или казались авторам этих работ важными. Среди них рост сложности (идея, пришедшая еще от Г. Спенсера, хотя ныне этот философ в универсальном эво-люционизме практически забыт); идея роста эффективности использования энер-гии с развитием сложности, или рост плотности потока энергии, то есть коли-чества энергии в секунду на единицу массы (Чейсон 2012) и др.

286 Заключение

отметить, что биологическая эволюция почти строго замыкается

кругу собственных исследований и понятий, не интересуясь ана-логичными процессами на других фазах эволюции (за исключением только смежных областей типа психологии животных). В исследо-вании биологической эволюции только в редких случаях привле-каются для анализа общеэволюционные законы или паттерны. То же наблюдается и при изучении других фаз мегаэволюции. Естественно, что ни о какой системе общеэволюционных законов и паттернов речи не идет.

Более того, об общих паттернах не идет речи еще и потому, что биологические эволюционисты, не говоря уже об эволюционистах социальных, считают: биологическая (и тем более социальная) эво-люция коренным образом отличаются от предшествующих им ста-дий. "Между тем биологическая эволюция во многих своих аспек-тах в корне отлична от эволюции космической", - пишет, напри-мер, известный эволюционист Э. Майр (Майр и др. 1981: 11; выде-лено мной. - Л. Г.). А общность эволюции космической и эволю-ции биологической, по Майру, только в том, что Вселенная, звез-ды, Земля и все населяющие ее живые существа имеют длительную историю непрерывного постепенного изменения, обусловленного действием более или менее направленных естественных процессов (Там же). Посредством такого подхода, во-первых, ставится пре-града на пути познания общих механизмов развития, а во-вторых, сам переход на более высокий уровень эволюции приобретает не-понятность и таинственность.

Правда, научные открытия - что в области биохимических абиотических реакций (о которых мы говорили в разделе 3 данного Заключения), что в области биологической психологии и этологии животных (о чем еще будет идти речь в других книгах) - умень-шают эти границы, но все же барьеры между пониманием различ-ных этапов и форм эволюции остаются еще очень значительными.

это мешает понять многие вещи как в целом, так и в каждой эво-люционной области. Я не говорю уже о том, что космическая, пла-нетологическая, химическая эволюция совершенно недостаточно исследована с точки зрения именно эволюции, а социальная эво-люция расплывается между этнологией, антропологией и истори-ей, не находя собственного объекта.

Эволюционистика и мегаэволюция

287

Поэтому и необходима общая эволюционистика, цель которой также - показать, что границы сложности и законов развития меж-ду космической и иными фазами эволюции не столь велики, как это обычно представляется, что понимание общих законов, правил

паттернов эволюции существенно расширит кругозор эволюцио-ниста в отдельных областях, может дать ему ключ к пониманию тех или иных проблем или даже методологию их решения. Как мы видели, даже принцип "свой - чужой" может быть выделен и в хи-мической, и в космической эволюции.

Попытки применить узкие биологические подходы к другим областям эволюции приводят к перекосам в эволюционных иссле-дованиях. Взять, например, понятие отбора. Отбор универсален

может быть найден на любой фазе эволюции и в самых разных вариациях. Но попытки говорить о нем прежде всего как о дарви-новском отборе явно сужают возможности этого понятия и сильно искажают процессы, поскольку дарвиновский отбор как ненаправ-ленный процесс постепенных изменений явно узок даже для био-логии, не говоря уже о других фазах эволюции. Но господство

биологии так называемой синтетической теории эволюции ока-зывает негативное давление и на всю эволюцию. Очевидно, что дарвиновский - только одна из многих форм отбора. Другие формы разнообразны. Например, Г. А. Заварзин говорит об отборе на ос-нове симбиогенеза, то есть симбиоза различных организмов, на-пример животных и бактерий, грибов и высших растений, явления, широчайше распространенного в живом мире (Заварзин 2007: 127). Здесь идет отбор на наибольшую способность к симбиогенезу тех или иных видов. Отбор может проходить через фильтр "свой - чу-жой", то есть это отбор не на выживание, а на возможность коопе-рации, объединения (мы его описывали выше, в частности в отно-шении химических образований и кристаллов). В плане реализации эволюционных возможностей всегда идет отбор условий, то есть наиболее благоприятных условий (как мы показывали в отношении Земли среди других планет). При самоорганизации и образовании каких-либо структур в ситуации хаоса отбор идет по принципу "третий лишний", то есть остаются только немногочисленные "ве-зунчики" из большого количества участников (мы описывали такой отбор в процессе образования зародышей планет и протопланет, см.: Гринин 2017). При объединении ряда мелких объектов в более

288 Заключение

крупную систему идет отбор в отношении того, кто возглавит такое объединение, займет центральное место, а кто - периферийное. Это отбор по месту и роли в будущей крупной системе. Так, объедине-ние удельных княжеств, скажем, на Руси, явило такую борьбу меж-ду Москвой и Тверью за лидерство в будущей системе. Отбор мо-жет быть отсроченным: имея какие-то особенности, объект или ор-ганизм получает преимущества много позже приобретения этого преимущества (а в биологии его получают потомки первоприобре-тателя такого достоинства)¹⁵¹. В этом, собственно, суть преадапта-ции, которая срабатывает в редкие моменты критических измене-ний. Видимо, можно говорить о системном отборе (на уровне си-стем). Также, конечно, исключительно распространен отбор слу-чайный и стохастический. Собственно, разнообразие, которое яв-ляется необходимым условием эволюции, неразрывно связано с от-бором, но то, когда и какое различие/преимущество получит реша-ющее значение, зависит от массы условий и обстоятельств, в целом очень часто складывающихся случайно. Разнообразие и отбор - это способы эволюции находить лучший вариант в любых условиях¹⁵².

Таким образом, давление догматических эволюционных идей, господствующих в современной биологии, может негативно влиять

на поиски в других областях эволюционистики. Но, с другой сто-роны, некоторые моменты из биологической эволюционистики вполне полезно перенести. Так мы пытаемся распространить тер-

мины преадаптация или ароморфоз на всю эволюцию.

Еще раз об общем поле эволюционистики. Итак, общее пози-

тивное влияние идей биологической эволюции (в ее наиболее при-знанной форме СТЭ) исчерпало свои потенции как методология общеэволюционных исследований. Сказанное относится и к уни-версальному эволюционизму, в том числе в форме Большой исто-рии. Требуются не просто сильные, но в чем-то коренные измене-ния. Как отмечали Альберт Эйнштейн и Леопольд Инфельд (2015), развитие в науке, продолжающееся по какой-либо уже принятой

Это часть действия правила отсроченного ароморфоза.

Напомним, что мы говорили о законе эволюционного отбора. Это способ опро-бования различных вариантов и конструкций, орудие, с помощью которого эволюция осуществляет "творческое разрушение". Отбор одновременно и по-вышает, и снижает разнообразие, создавая новые варианты и уничтожая ста-рые. Эволюционный отбор - это и важнейший инструмент упорядочения про-цессов.

Эволюционистика и мегаэволюция

289

линии, эволюционно до тех пор, пока не достигается следующий поворотный пункт, где должно быть завоевано новое поле исследо-вания. Словом, необходимо пересмотреть подходы к пониманию эволюции, а также заново организовывать общее поле эволюцио-нистики. Для этого необходимо находить общее в мегаразвитии различных направлений, формулировать это общее в виде эволю-ционных законов, принципов, правил, паттернов и просто идей, пытаясь понять причины распространенности этих общих моделей. Чем больше мы найдем общего, аналогий, параллелизма в различ-ных эволюционных линиях, тем яснее будет квинтэссенция общей эволюционистики, а также специфика и особенности каждого из эволюционных направлений. Имея общий массив, эволюционист каждого направления сможет увидеть, как известные ему эволюци-онные явления в своей области знаний преломляются в более широ-ком контексте. Эти явления предстанут более объяснимыми и мо-гут быть поняты как частно-специфическое проявление определен-ных общеэволюционных законов и паттернов. Специалист, опираясь на общеэволюционные явления, в некоторых случаях сможет найти новые моменты с точки зрения эволюции в своей области. Именно

данном направлении построены наши работы. Их цель - исследо-вать каждую область, каждое направление эволюции как часть об-щеэволюционного развития Универсума.

Как формируются принципы и идеи эволюционистики. Пе-

рейдем теперь к тому, каким образом формируются идеи эволюци-онистики. Первое, что должно быть понятно: последняя еще не сложилась как сколько-нибудь оформившееся научное направле-ние, поэтому в настоящий момент нужно сделать максимум обоб-щений, проводить параллели, искать сходства в самых разных ас-пектах. Только тогда мы приблизимся к пониманию общих прин-ципов эволюции и эволюционной функционалистики (то есть пока-за общих сходств в функционировании объектов и систем разных уровней эволюции в разных состояниях).

Эволюционистика пока может строиться на выработке общих принципов и подходов, на поиске сходств и т. п. Выше мы пыта-лись сформулировать некоторые исходные принципы. Но здесь важно иметь в виду, что вывести эти принципы каким-то четким образом не представляется возможным. Это можно сделать только некой аксиоматикой (см. ниже).

290 Заключение

Дело в том, что вывод этих принципов отличается от вывода строгих физических законов. Собственно, это касается не только эволюционистики, вывод общих принципов и аксиом всегда осу-ществляется не на основе строгих логических доказательств.

частности, А. Пуанкаре (1990) был уверен, что в основе любой научной теории лежат априорные (то есть предшествующие не только опыту, но и всякому содержательному рассуждению) принципы, которыми научный разум обязан творческому вообра-

жению. Эти принципы, считал он, не только независимы от логики как системы строгих правил, которым следует рациональное мыш-ление, но даже более фундаментальны, нежели эти правила. Пре-вращение подобных принципов в систему, а также организация

совместной деятельности ученых, использующих эти системы

принципы как каркас научных теорий, происходит в результате соглашения - "конвенции", которую заключают члены научного сообщества. Согласно А. Эйнштейну (2001: 7), никто из тех, кто действительно углублялся в предмет, не станет отрицать, что теоре-тическая система практически однозначно определяется миром наблюдений, хотя никакой логический путь не ведет от наблюдений к основным принципам теории. Эти принципы вносятся в теорию на основе частичных эмпирических наблюдений и индуктивных обоб-щений. Таким образом, для вывода таких аксиом мы вынуждены опираться не только на наблюдения и обобщения, но также и на не-которые априорные вещи, доказать которые логически из-за их все-общности не представляется возможным, но распространенность их позволяет нам сделать обобщения путем индукции.

эволюционистике совмещается целый ряд важнейших аспек-тов. Среди них и эволюция собственно эволюционного аспекта развития. Исключительно важно пытаться понять, какие универ-сальные механизмы, правила и паттерны действовали изначально

как они трансформировались от уровня к уровню, от линии к ли-нии. Какие, когда и как появились новые механизмы и паттерны? Почему они появились, как повлияли на другие механизмы? Как вообще происходит переход к более высокому уровню? Почему одни объекты, системы, организмы эволюционируют, а другие - нет? И т. д. и т. п. Отвечая на эти вопросы, постепенно накапливая обобщения, выводы, сравнения и аналогии, мы получаем колос-сальной емкости теорию, с помощью которой можно обобщить

Эволюционистика и мегаэволюция

291

цельный взгляд на все развитие Универсума. Не набор фактов, не сумму знаний по истории Универсума, не историю научных взгля-дов на развитие Вселенной до современности, как делает универ-сальный эволюционизм, который на самом популярном своем уровне перерастает в некий курс концепций современного есте-ствознания¹⁵³, а именно цельный взгляд, объединенный представ-лением об универсальных законах и механизмах изменения Уни-версума, о паттернах, изменениях самих этих законов и механиз-мов от уровня к уровню. Нет ни одной другой области знаний, ко-торая могла бы дать такой всеобъемлющий взгляд. В донаучный

ранненаучный период эту функцию выполняла философия, но она по причине своего метода оказалась не в состоянии адаптиро-ваться к постоянному потоку новых научных фактов и теорий. Од-нако потребность в том, чтобы иметь общий и достаточно цельный взгляд на все громадное развитие мира остается. Эволюционистика ни в коем случае не заменит других наук. У нее свое поле, которое ценно тем, что оно пересекается с полем многих наук о развитии, дает возможность тем, кто нуждается в междисциплинарном зна-нии, увидеть иначе многое недоступное, объединить по-иному сложно объединяемое.

поисках "предустановленной гармонии". Выше мы гово-

рили об основаниях единства различных уровней эволюции и о том, как много процессов, объектов и всего остального оказываются тонко подогнанными друг к другу. Невольно на ум приходит идея предустановленной гармонии Г. Лейбница. Не в том смысле, ко-нечно, что предустановленная гармония обозначает соответствие истин разума истинам факта, а в онтологическом плане, то есть в том, что в мире существуют всеобщая взаимосвязь и согласован-ность его элементов. Собственно, и так называемый антропный принцип есть не что иное, как идея о "предустановленной гармо-нии". В эволюционистике мы постоянно наталкиваемся на это, по-нимая, что такая гармония есть результат системно-генетической общности явлений и их эволюционной подгонки. Но чем глубже мы поймем паттерны и механизмы такой "предустановленной гар-монии", тем явственнее будут вырисовываться основания единства мира и эволюции.

Но даже и такой подход дает много - некую совокупность представлений

Вселенной и различных ее сферах.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Табл. П1.1. Краткие сведения о планетах (структура)

			Мантия		Кора
	Ядро		(у планет-гигантов		(у планет-гигантов
	Ядро				податмосферный		"внутренняя
					податмосферный		"внутренняя
			слой)		атмосфера")
	прибл.	состав	средняя	состав	средняя	состав
	диам., км	состав		состав	толщ., км	состав		толщ., км
	диам., км				толщ., км			толщ., км

1	2	3	4	5	6	7
Мерку-	1800	Fe Ni	500-600	сили-	100-140	базальт
рий		жидкое		каты
Венера	3000	Fe Ni	3000	сили-	50	силикаты
		твердое		каты

Земля	1300 +	внутрен-	ок. 2800	сили-	30-70	осадоч-
	2200 =	нее Fe Ni		каты		ные по-
	3500	жидкое +				роды,
		внешнее				гранит,
		Fe твер-				базальт
		дое
Марс	1480-	Fe S	1460-	сили-	50-125	базальт
	1800	частично	1860	каты
		жидкое
Юпитер	ок. 9500	металли-	42 000-	Газо-	7000-	Газо-
		ческий H	46 000	жидкий	25 000	жидкий
		сили-		и метал-		H
		каты		личес-
				кий H
Сатурн	ок.	металли-	ок.	Газо-	невозможно	опре-
	12 500	ческий H	15 500	жидкий	делить границу
		сили-		и метал-	с атмосферой
		каты		личес-
				кий H
Уран	ок. 5000	сили-	ок.	"Льды"	невозможно опре-
		каты и	15 200	(сверх-	делить границу
		льды		плотная	с атмосферой
				перегре-
				тая жид-
				кость,

293

Окончание табл. П1.1

1	2	3	4	5	6	7
				t =
				2000-
				5000 К)
				H?O,
				NH?, CH?
Нептун	??	Fe, Ni,	до	"Льды"	невозможно опре-
		сили-	15 000 км	(сверх-	делить границу
		каты и		плотная	с атмосферой
		льды		перегре-
				тая жид-
				кость, t =
				2000-
				5000 К)
				H?O,
				NH?, CH?

Табл. П1.2. Краткие сведения о планетах (магнитное поле, атмосфера, вулканизм)

Магнит-

ное поле,

мкТл

1 2

Мерку- ~0,3

рий слабое

Венера - нет

	Атмосфера
	Атмосфера
(у планет-гигантов - верхние слои,
выше границы давления 1 бар)
Давлениеуповерхности,бар	,	tуповерхности, К(дляпланет-гиган-	товна уровне1бар)
Давлениеуповерхности,бар		Плотностьуповерхностикг/мЁ(дляпланет-гиган-товнауровне1бар),				Состав	Вулканизм
						Состав

		мин.		макс.
3	4	5		6	7	8
<5в10џЉ?	-	440		725	Следы	Следы; возраст ~
<5в10џЉ?						О?, Na,	4 млрд лет
					H?, He, К
93,000	65,000	737		737	СО? -	Есть активные
					96,5 %	вулканы. В про-
					N?-3,5%	шлом вулканиче-
					SO? -	ская активность
					0,018 %	оказала значи-
					Приме-	тельное влияние
					си - ок.	на формирование
					0,0136 %	рельефа

294 Приложение 1

Продолжение табл. П1.2

1	2	3	4	5	6	7	8
Земля	25-65	1,014	1,217	184	330	N? -	Есть активные
	сильное					78,08 %	вулканы. Вулкани-
						О? -	ческая активность
						20,95 %	оказала значитель-
						Ar -	ное влияние на
						0,93 %	формирование
						СО? -	рельефа
						0,039 %
						Н?О-1%
						Примеси
Марс	0,06-	0,010	0,020	184	242	СО? -	Множество по-
	0,12					95,32 %	тухших вулканов.
	исчеза-					N? -	Активные вулканы
	юще					2,7 %	не обнаружены.
	слабое					Ar - 1,6 %	В прошлом вулка-
	(оста-					О? -	ническая актив-
	точный					0,13 %	ность оказала зна-
	магне-					CO -	чительное влияние
	тизм)					0,08 %	на формирование
						Н?О -	рельефа. Высо-
						0,021 %	чайший вулкан
						NO -	в Солнечной си-
						0,01 %	стеме (Олимп,
						Примеси	высота, по разным
							оценкам, от 21
							до 27 км)
Юпитер	428	>>1000,000	0,160	-	165	H? -	-
	очень	>>1000,000					89,8Ђ2,0 %
	очень						89,8Ђ2,0 %
	сильное					He -
						10,2Ђ2,0 %
						CH? -
						0,3 %
						NH? -
						0,026 %
						Примеси

							295
							Окончание табл. П1.2

	1	2	3	4	5	6	7		8
Сатурн	21	>>1000,000	0,190	-	134	H? -		-
	сильное	>>1000,000					96,3 %
	сильное						96,3 %
						He -
						3,25 %
						CH? -
						0,4 %
						NH? -
						0,01 %
						Примеси
Уран	23	>>1000,000	0,420	-	76	H? -		-
	(в сред-	>>1000,000					83Ђ3 %
	нем)					He -
	сильное					15Ђ3 %
	неста-					CH? -
	бильное,					2,3 %
	асиммет-					Примеси
	ричное
Нептун	1-100	>>1000,000	0,450	-	72	H? -		-
	от сла-	>>1000,000					80Ђ3,2 %
	от сла-						80Ђ3,2 %
	бого до					He -
	очень					19Ђ3,2 %
	силь-					CH? -
	ного					1,5Ђ0,5 %
	неста-					Примеси
	бильное,
	асиммет-
	ричное

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

История Солнечной системы

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

4,57

Примерное время начала формирования Солнечной системы

4,56-4,45

Стадия набора массы всеми планетами, первичная дифференциация планет земной группы

и силикатных спутников

4,56-4,0

Катархейский

эон

4,52-4,47

Формиро-

Столкновение

Образование

вание планет

Протоземли

Луны в ре-

зультате

земной

с другим

столкновения

группы

телом

Протоземли

с другим

телом

4,51-4,4

Первый пе-

риод эволю-

ции: форми-

рование мак-

роструктуры

лунных недр

Около 4,5

Выход Солн-

ца в Главную

последова-

тельность

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

4,5-4,1/4,0

Первая фаза эволюции планет Солнечной системы

ации

История

ации

4,5-4,1

Первичные

Вероятно,

процессы

дифференци-

Солнечной

4,5-4,3

Возраст пер-

вичных лун-

ных пород

4,5-3,8

Нойский пе-

Мощное

риод, когда

выделение

возникли все

энергии

системы

крупные

ударные бас-

сейны; обра-

зование пер-

вичной коры

4,5-3,0

Формирова-

Интенсивная

Наиболее

ние обшир-

метеоритная

активный

ного желез-

бомбарди-

геологиче-

ного ядра

ровка

ский период

4,45-4,4

Потеря атмо-

297

сферы

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

4,45-4,35

Формирова-

ние первич-

ной коры

4,45-4,25

Возникнове-

ние гидро-

сферы

Не позднее

Процессы

4,4

кристаллиза-

ции верхней

мантии - зон-

источников

морских ба-

зальтов

4,4-4,0

Второй пери-

од развития

Луны

4,35

Завершение

формирова-

ния первич-

ной коры

298

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Более 4,3

Сохранивши-

еся первич-

ные породы;

застывание

коры

Не позднее

Образование

4,25

вторичной

коры, осадоч-

ного чехла,

гипергенных

минералов,

в т. ч. глини-

стых, необ-

ходимых для

зарождения

жизни

4,2-4,0

Активная

метеоритная

бомбардиров-

ка, в резуль-

тате которой

сформирова-

лись гладкие

История Солнечной системы

299

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

равнины по-

гребенных

кратеров

4,1/4,0-3,8

Вторая фаза эволюции планет Солнечной системы

4,1

Начало эпо-

Планетарная

хи "поздней

структурная

бомбарди-

перестройка,

ровки" всех

создавшая

планет и

дихотомию

спутников

между юж-

ным и север-

ным полуша-

риями, разде-

ленными

глобальным

уступом

4,1-3,2

Поздняя эпо-

ха тяжелой

бомбарди-

ровки

300

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Завершение

Не позднее

Найдены по-

4,0

роды возрас-

кристаллиза-

История

том 4 млрд

ции верхней

лет на западе

мантии и

Канады

начало обра-

зования кру-

говых морей.

Солнечной

Завершение

формирова-

ния макро-

структуры

Начало тек-

материков

Начиная

системы

с 4,0

тонической

Завершение

активности

Возникнове-

Около 4,0

Наличие

Дифференци-

первого этапа

мощного

ние бассейна

ация на кору,

геологиче-

магнитного

"Южный

мантию

ского разви-

поля, которое

полюс -

и ядро

тия силикат-

в дальней-

Эйткен" -

ных планет;

шем исчезло

крупнейшего

завершение

ударного об-

формирова-

разования в

ния первич-

Солнечной

301

ной коры

системе

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

4,0-3,9

Образование

круговых

ударных бас-

сейнов

4,0-3,5

Особенно

Рециклинг

высокий уро-

первичной

вень солнеч-

и вторичной

ного

коры и обра-

ветра

зование мик-

роконтинен-

тов (третич-

ной коры)

От 4,0

Период фор-

до 2,6

мирования

земного

ядра

Около

Высокий

Архейский

4,0-2,5

уровень теп-

эон

ловыделения

302

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Около

Полное пре-

4,0-2,0

образование

первичной

коры в север-

ном полуша-

рии базальто-

вым площад-

ным вулка-

Около

Период гра-

низмом

Период орби-

3,97-3,87

витационного

тального ре-

возбуждения

зонанса

Солнечной

Юпитера

системы, вы-

и Сатурна;

званный ор-

Уран и

битальным

Нептун ме-

резонансом

няются орби-

Юпитера и

тами

Сатурна

Около 3,9

Образование

в результате

падения

крупного

небесного

История Солнечной системы

303

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

тела бассей-

на Калорис,

или Равнины

Жары

3,9-3,16

Третий пери-

од эволюции

("морская

фаза"): за-

полнение

базальтовой

лавой лун-

ных морей и

завершение

образования

неоднород-

ностей, свя-

занных с гра-

витационны-

ми аномали-

ями (маско-

нами)

304

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Около

Ударное об-

3,86-3,85

разование

морей (До-

История

ждей, Во-

сточного,

Ясности

и др.)

Уран и

Солнечной

3,85-3,75

Нептун за-

крепляются

на современ-

Образование

ных орбитах

3,85-3,0

системы

последних

гигантских

ударных бас-

сейнов (Им-

бриум и Ори-

ентейл).

Снижение

интенсивно-

сти метео-

ритной бом-

бардировки

до современ-

305

ного уровня

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

До 3,8

Юпитер,

Сатурн -

высокий уро-

вень тепло-

выделения

Около 3,8

Завершение образования Солнечной системы в современном виде

3,8-3/2,8

Третья фаза эволюции планет Солнечной системы

Около 3,8

Наиболее

ранние стро-

матолиты

(ископаемые

остатки

древнейших

организмов)

3,8-3,75

Наиболее

древние гор-

ные породы в

Гренландии

306

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

3,8-3,5

Следы дея-

тельности

История

водных пото-

ков

Около

Миграция

3,8-3,2

пояса астеро-

Солнечной

идов с орбит

1,7 а. е.

на орбиты

3,8-2,8

2,1 а. е.

Гесперий-

ский период.

системы

Глобальные

катастрофи-

ческие изме-

нения клима-

та (от теплого

влажного к

холодному

сухому)

и образова-

ние огром-

ных лавовых

307

полей

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Около

Период пре-

3,8-2,5

образования

континен-

тальной

Более 3,7

коры

Образование

древнего

Аравийского

океана (ныне

Аравийская

равнина)

Около 3,7

Первый пик

Формирова-

активности

ние нагорья

лунного вул-

Фарсида

канизма

Около 3,6

Ослабление

Время фор-

магнитного

мирования

поля

Aeolis Dorsa,

области

с многочис-

ленными

следами су-

ществования

воды в жид-

ком виде

308

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

3,6-3,4

Максималь-

ное тепловы-

деление

Более 3,5

Прекраще-

Существова-

Образование

ние активной

ние плотной

гигантского

деятельности

атмосферы и

кратера

водного по-

Вальхалла

на спутнике

крова

Юпитера

Каллисто

Около 3,5

Начало фор-

мирования

полярных

шапок

3,5-2,0

Сформирова-

лись равни-

ны, залитые

базальтами

Около 3,2

Завершение

Второй пик

эпохи поздней

активности

"тяжелой

лунного вул-

бомбарди-

канизма

ровки",

История Солнечной системы

309

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

резкое со-

кращение

импактной

энергии,

начало ак-

тивного

остывания

некоторых

планет

Катастрофи-

Около 3

Установился

современный

ческий раз-

уровень све-

рыв в марси-

тимости

анской коре,

формирова-

Солнца

ние гранди-

озного кань-

она - долины

Маринера

3/2,8-1

Четвертая фаза эволюции планет

Солнечной

системы

3,16 - наст.

"Послемор-

время

ской период".

Затухание

геологиче-

ской актив-

ности

310

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

3,0-2,0

Остывание и

Возникнове-

потеря маг-

ние глобаль-

нитного поля

ной тектони-

ки плит

2,8 - наст.

Амазоний-

время

ский период.

Формирова-

ние поверх-

ностей с ма-

лым числом

кратеров;

разлитие по

поверхности

лавовых по-

токов

Около 2,6

Минималь-

ный возраст

морских ба-

зальтов

История Солнечной системы

311

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

"Великое

Около 2,5

кислородное

событие" -

начало на-

капливания

свободного

кислорода

в атмосфере

Около

Максималь-

2,5-0,5

ное тепловы-

деление

Около 2

Поздние

столкнове-

ния крупных

астероидов

с Землей

2,0-1,0

Формирова-

ние гигант-

ских вулка-

нов в эквато-

риальной

зоне

312

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

1 - наст.

Пятая фаза эволюции планет Солнечной системы

время

Около 1

Исчезнове-

Смещение

ние магнит-

коры относи-

ного поля

тельно по-

лярной оси

планеты и

перераспре-

деление ле-

довых отло-

жений на

поверхности

0,55

Второй

"кислород-

ный скачок".

Появление

многоклето-

чных орга-

0,5

низмов

Прекраще-

Последнее

ние вулкани-

мощное про-

ческой дея-

явление

тельности

площадного

вулканизма.

История Солнечной системы

313

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Формирова-

ние четырех

крупнейших

щитовых

вулканов

(до 20 км

высотой

и до 700 км

в поперечни-

ке) на плато

Фарсида

0,5-0,3

Завершение

формирова-

ния рельефа

поверхности;

пик и посте-

пенное сни-

жение вулка-

нической

активности.

Грандиозное

обновление

поверхности

в результате

массового

излияния

лавы

314

Приложение 2

Продолжение табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Формирова-

Нептун)

0,4-0,3

ние гигант-

ских вулка-

История

нов Арсия,

Павлина,

Аскрийя

и Олимп

Солнечной

0,115-0,004/

"Эпоха по-

0,002

следних из-

вержений"

0,11

Последний

системы

кратковре-

менный эпи-

зод крупного

потепления

0,07-0,04

Прекраще-

ние деятель-

ности круп-

ных площад-

ных вулка-

нов на плато

315

Фарсида

Окончание табл.

Время

Солнце

Планеты-

гиганты

от наст.,

и Солнечная

Меркурий

Венера

Земля

Луна

Марс

(Юпитер,

млрд лет

система

Сатурн, Уран,

(прибл.)

в целом

Нептун)

Около 0,05

Образование

наиболее

самого моло-

"молодых"

дого кратера

эскарпов (ям,

Земли в шта-

грабенов)

те Аризона

0,05-0,03

Образование

самых "мо-

лодых" кра-

теров с ра-

диотемными

параболами

0,002

Последнее

извержение

вулкана

Олимп

Настоящее время

От 100 л. н.

Процесс

потепления

316

Приложение 2

Постраничный указатель упомянутых эволюционных правил, законов и принципов^*

Законы:

борьбы за ресурсы и жизненное пространство 10, 232;

единства и борьбы противоположностей 20, 32, 88, 92;

научные и эволюционные 74;

неравномерного распределения объектов и вещества 12, 14;

неравномерности концентрации вещества и энергии 12, 72, 83;

неравномерности развития 73;

обратной пропорциональности между высотой нового уровня эволю-ции и необходимыми усилиями для его достижения 256;

отсутствия идеальных характеристик в природе 91;

перехода количества в качество 157, 217, 275-276;

предельной полезности введения новых базовых элементов 211;

распределения объектов 82;

самоорганизации 183, 185, 276;

Спенсера (развитие от несвязной однородности к связной разнород-ности) 263;

эволюционного отбора; виды и механизмы отбора 205, 287, 288;

эмерджентности (сумма свойств частей не равна сумме свойств це-лого) 67, 275.

Паттерны:

более тесных сообществ и ограниченных по размерам групп объектов 80;

воспроизводства и сохранения формы 236;

двоичности/бинарности 20, 93, 103;

кластеризации в результате разнообразия, конкуренции и отбора 33;

комплементарности (дополнительности и соответствия) различных систем (элементов) 59;

концентрации энергии в короткое время 193;

Формулировки в тексте могут несколько различаться в зависимости от контекста.

Постраничный указатель

матрицы (повторения) 23, 94;

образования групповых объектов при образовании новых систем (ор-ганизмов) на всех уровнях эволюции 31, 236;

отделения системы от внешней среды 23, 237;

появления (образования, рождения) одиночных, парных либо групповых объектов 26;

сверхразвития как базы для преадаптаций и дальнейших эволюцион-ных прорывов 247;

сочетания порядка и беспорядка на разных уровнях 111.

Правила:

ароморфоза 223, 254;

ароморфоза отсроченного 262, 288; архаичности первичных систем 127, 221; важности неоднородностей и флуктуаций 91; вариативной трансформации вещества 16, 19, 116; единства стандартизации и индивидуализации 32; зависимости меньшей системы от более крупной 79, 278;

зависимости особенностей системы от количества и качества ресур-сов при ее рождении 114;

зависимости скорости эволюции от сужения ее фронта 109, 197, 203, 212, 270, 279;

зависимости сложности структуры от формы ее отделения от сре-ды 249;

заполнения ниши 191; иерархического разнообразия 211; избыточного разнообразия 85, 115, 210;

континуума эволюционных состояний и характеристик 32, 39, 279;

локализации эволюционного прорыва 203-204, 255, 279;

минимизации усилий эволюции 182, 277, 281;

необратимости приобретенных свойств 136;

необратимости процессов в онтогенезе 81;

необходимой разнородности компонентов в системе 122, 279;

Постраничный указатель

319

необходимости преадаптаций для перехода к новому уровню (направ-лению) эволюции 279;

необходимости уникальных условий для появления нового 202, 223, 245;

необходимых ресурсов 256;

нулевой суммы 30;

оптимальных условий и пропорций 114;

отклонения (мутации) от образца при повторении 283;

относительного усложнения пограничных частей и их повышенной эволюционности 24, 203;

платы за ароморфный (эволюционный) прогресс 266, 272;

подготовительной работы эволюции 115, 184, 192, 246, 272, 279;

Пьера Тейяра де Шардена (исчезновения исходных форм) 220;

редкости крупных ароморфозов 223;

редкости появления новых правил эволюции 276;

роста устойчивости и приспособляемости систем 23; синтеза многолинейного развития 253;

сосуществования архаичных и эволюционно продвинутых объектов 13, 16, 116;

формообразующего влияния на организм 23;

центра, полупериферийного объекта и перехода к новым уровням 110, 273;

цикличности смены резких и медленных изменений 111;

эволюционной блочной сборки 181, 185, 237, 277;

эволюционной инерции 278;

эволюционной эстафеты 120;

Принципы:

айсберга 9;

всеобщего изменения 284;

Златовласки 284-285;

изменения параметров систем под влиянием их функционирования и вза-имодействия с окружающей средой 113;

концентрации вещества вокруг более крупных центров 35;

Постраничный указатель

многолинейности эволюции 78, 114, 184, 220; оппозиции 104;

"свой - чужой" 185, 224, 258;

системной иерархичности 79;

соотношения аналогов и классических форм, основных и боковых ли-ний 84, 259;

творческого разрушения 265;

функционального разделения в рамках сложной системы 21

Механизмы, условия, эволюционные идеи, процессы и случаи

идея сквозных линий эволюции 270;

идея сочетания антагонистических качеств 88; индивидуализация 110, 156;

использование уже готовых конструкций или решений с адаптацией к особенностям нового таксона или уровня 70;

концентрация основного количества вещества и энергии в немногих объектах 14;

концентрическая структура систем (центр - полупериферия - пери-ферия) 10, 80;

круговорот вещества и энергии в природе и космосе 120, 122, 186, 192; нестационарность и неравновесность 183;

полупериферийность и периферийность как оптимальное место для нового витка эволюции 196, 200;

порядок возникает из беспорядка 183;

порядок как энергетически выгодный вариант развития 228; преадаптации как резерв эволюции 226;

проблемы пограничных состояний при отнесении того или иного объ-екта к определенной группе 18, 36;

разнообразие проявлений основывается на ограниченном числе базо-вых моментов 276;

распространенный случай в эволюции, когда периферийные процессы становятся главными 109;

рост плотности потока энергии 285;

саморазвитие как отбор наиболее удачных ответов на вызовы 253- 254;

Постраничный указатель

321

симметрия и асимметрия 87-104;

случайности как способ поиска эволюционного пути 74;

смена лидеров в любом длительном эволюционном процессе 255; стремление к наиболее выгодному энергетическому состоянию 274; структурное ограничение для дальнейшего разнообразия 193;

универсальные качества базовых элементов эволюционирующих си-стем 209;

эволюционная память и закрепление паттерна 182; эволюционные и неэволюционные объекты 193; эволюция как континуум размеров 71; эволюция (определение) 263; эволюция сильнее объектов 266.

Библиография

Абрамова О. В., Пшеничнер Б. Г. 2014. Космос. Все о звездах, планетах, косми-ческих странниках. М.: ОГИЗ, АСТ.

Адушкин В. В., Витязев А. В. 2007. Происхождение и эволюция Земли: совре-

менный взгляд. Вестник Российской академии наук 77(5): 396-402.

Адушкин В. В., Витязев А. В., Печерникова Г. В. 2008. В развитие теории про-исхождения и ранней эволюции Земли. Проблемы зарождения и эволюции биосферы: сб. науч. работ / Ред. Э. М. Галимов, с. 275-296. М.: ЛИБРОКОМ.

Азимов А. 1983. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в хи-мии. А. М. Шамин. М.: Мир.

Алексеев Н. В. 2019. О больших планетах Солнечной системы. Академическая публицистика 3: 223-229.

Аминокислоты в глубоком космосе. 2002. Наука и жизнь 11. URL: https://www.

nkj.ru/archive/articles/4985/.

Анисимов В. А. 2013. Гипотеза земного абиогенеза в свете данных палеонтологии, молекулярной биологии и анализа химического состава молекул РНК. Эволюция Земли, жизни, общества, разума / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Коротаев, А. В. Мар-ков, с. 14-31. Волгоград: Учитель.

Баранов В. Б., Измоденов В. В., Краснобаев К. В. 2009. Роль газовой динамики в исследовании космического пространства. Сборник к 70-летию В. А. Садовни-чего, с. 5-24. М.: Изд-во МГУ. URL: http://gasdyn-ipm.ipmnet.ru/~izmod/Papers/ 2009/bik/baranov_to_sadovn%28corrected%29.pdf.

Баринова А. 2015. Самый далекий объект Солнечной системы. National Geograph-ic. URL: http://www.nat-geo.ru/universe/826529-samyy-dalekiy-obekt-solnechnoy-sistemy/.

Батыгин К., Лафлин Г., Морбиделли А. 2016. Рожденные из хаоса. В мире нау-ки 7. URL: https://sciam.ru/articles/details/rozhdennye-iz-xaosa.

Башляр Г. 1987. Новый рационализм. М.: Прогресс.

Белоусов В. В. 1954. Основные вопросы геотектоники. М.: Госгеолтехиздат.

Бергер П., Лукман Т. 1995. Социальное конструирование реальности. М.: Медиум.

Бережной А. А., Сурдин В. Г. 2012. Луна. Солнечная система / Ред. В. Г. Сурдин, гл. 3. М.: Физматлит.

Бернал Дж. 1956. Наука в истории общества. М.: ИЛ.

Бернал Дж. 1959. Проблема биопоэза. Возникновение жизни на Земле. Тру-ды Международного симпозиума 19-24 августа 1957 г. М.: Изд-во АН СССР.

Бернал Дж. 1969. Возникновение жизни. М.: Мир.

Бетехтин А. Г. 2007. Курс минералогии: учеб. пособие. М.: КДУ.

Бондарев В. П. 2003. Концепции современного естествознания. М.: Альфа-М.

Библиография 323

Брынцев В. А. 2017. Эволюция в движении: циклические процессы природы и об-

щества. М.: ЛЕНАНД.

Буровский А. М. 2013. Контрастность, мозаичность, динамизм среды и эволюция. Эволюция Земли, жизни, общества, разума / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Коротаев, А. В. Марков, с. 38-85. М.: ЛКИ.

Бусарев В. В. 2015. Спектральные свойства Европы, Ганимеда и Каллисто как ин-дикаторы процессов окружающей среды. Исследования Солнечной системы: космические вехи / Ред. А. В. Захаров, с. 456-478. М.: ИКИ РАН.

Варфоломеев С. Д., Демина О. В., Ходонов А. А., Лаптев А. В., Николаев Е. Н., Кононихин А. С. 2008. Предбиологическая эволюция макромолекул. Мир пептидов. Проблемы зарождения и эволюции биосферы / Ред. Э. М. Галимов, с. 57-78. М.: ЛИБРОКОМ.

Варфоломеев С. Д., Лущекина С. В., Карпухин О. Н. 2013. Предбиологическая эволюция макромолекул. Термоцикл - условие синтеза и комбинаторного от-бора. Проблемы зарождения и эволюции биосферы: Допланетная стадия раз-вития Солнечной системы. Реконструкция химических и геологических усло-вий на ранней Земле. Теоретические и экспериментальные исследования пред-биологических химических систем. События и факторы эволюции био-сферы / Ред. Э. М. Галимов, с. 287-305. М.: КРАСАНД.

Вейль Г. 1968. Симметрия. М.: Наука.

Вернадский В. И. 1940. Биогеохимические очерки. М.: Изд-во АН СССР.

Веселовский И. С. 2010. Среда, в которой обитает Земля. Природа 6: 56-66.

Вибе Д. 2003. Темная материя и темная энергия. URL: http://www.inasan.ru/~dwi ebe/popart/darkener.html.

Виньковецкий Я. А. 1971. Геология и общая теория эволюции природы. Л.:

Недра.

Витязев А. В., Печерникова Г. В. 1996. Ранняя дифференциация Земли и про-блема лунного состава. Физика Земли 6: 3-16.

Витязев А. В., Печерникова Г. В. 2010. Происхождение и ранняя эволюция Сол-нечной системы. Активность звезд и Солнца на разных стадиях их эволюции. Рабочее совещание-дискуссия. Москва 17-18 декабря 2010: сб. статей, с. 161-

СПб.: Астрономическое общество. URL: http://crydee.sai.msu.ru/~mir/sborn

2010.pdf.

Витязев А. В., Печерникова Г. В., Сафронов В. С. 1990. Планеты земной груп-пы: Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука.

Власов В. В., Власов А. В. 2004. Жизнь начиналась с РНК. Наука из первых рук 2(3): 6-19. URL: http://evolbiol.ru/vlasov.htm.

Водород содержание в земной коре. Б. г. Справочник химика 21. Химия и химиче-ская технология. URL: https://chem21.info/info/701528/.

Габдуллин Р. Р. 2005. Историческая геология: учебник. Кн. 1. М.: Изд-во МГУ.

Габдуллин Р. Р., Ильин И. В., Иванов А. В. 2011. Введение в палеоглобалистику.

М.: Изд-во Моск. ун-та.

324 Библиография

Габдуллин Р. Р., Ильин И. В., Иванов А. В. 2012. Геологическая история Земли. Универсальная и глобальная история (эволюция Вселенной, Земли, жизни и общества) / Ред. Л. Е. Гринин, И. В. Ильин, А. В. Коротаев, с. 232-249. Волго-град: Учитель.

Галанин А. В. 2012. Cтроение и жизнь Вселенной. Вселенная живая. Владиво-сток. URL: http://ukhtoma.ru/universe1.htm.

Галимов Э. М. (Ред.). 2008. Проблемы зарождения и эволюции биосферы: сб.

науч. работ. М.: ЛИБРОКОМ.

Гейзенберг В. 1989. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука.

Глуховский М. З., Кузьмин М. И. 2012. О возможном влиянии масштабных им-пактных событий на ход тектоно-магматической эволюции ранней Земли. Со-временные проблемы геохимии: материалы совещания, с. 40-42. Иркутск.

Глянцев А. 2019. В межзвездной среде впервые обнаружили важнейшую "моле-кулу жизни". URL: https://nauka.vesti.ru/article/1152892.

Гольданский В. И. 1975. Явления квантового низкотемпературного предела ско-рости химических реакций. Успехи химии 44(12): 2121-2149.

Горбачев В. В. 2003. Концепции современного естествознания: учеб. пособие. М.:

ОНИКС 21 век.

Горелов А. А. 2010. Концепции современного естествознания. М.: Академия.

Гринин А. Л. 2016. Саморегуляция как глобальный тренд мегаэволюции. Эволю-ция. Срезы, правила, прогнозы / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Коротаев, с. 17-43. Волгоград: Учитель, 2016.

Гринин Л. Е. 2007а. Философия, социология и теория истории. 4-е изд. М.: Ком-Книга.

Гринин Л. Е. 2007б. Проблемы анализа движущих сил исторического развития, общественного прогресса и социальной эволюции. В: Семенов Ю. И., Гобо-зов И. А., Гринин Л. Е., Философия истории: проблемы и перспективы: сб. статей, с. 148-247. М.: КомКнига.

Гринин Л. Е. 2010. Государство и исторический процесс. Эволюция государ-ственности: от раннего государства к зрелому. М.: ЛИБРОКОМ.

Гринин Л. Е. 2011а. Государство и исторический процесс. Эпоха формирования государства. Общий контекст социальной эволюции при образовании госу-дарства. М.: ЛКИ.

Гринин Л. Е. 2011б. Роль личности в истории: история и теория вопроса. Фило-

софия и общество 4: 175-193.

Гринин Л. Е. 2013. Большая история развития мира: космическая эволюция.

Волгоград: Учитель.

Гринин Л. Е. 2014. Роль личности в истории. Теория и методология истории: учеб. для вузов / Отв. ред. В. В. Алексеев, Н. Н. Крадин, А. В. Коротаев, Л. Е. Гринин, с. 250-262. Волгоград: Учитель.

Гринин Л. Е. 2017. Большая история развития мира: история и эволюция Сол-

нечной системы. М.: Моск. ред. изд-ва "Учитель".

Библиография 325

Гринин Л. Е., Коротаев А. В. 2009. Социальная макроэволюция: Генезис и транс-

формации Мир-Системы. М.: ЛИБРОКОМ.

Гринин Л. Е., Коротаев А. В. 2020. Восток и социальная эволюция (в печати).

Гринин Л. Е., Марков А. В., Коротаев А. В. 2008. Макроэволюция в живой при-роде и обществе. М.: ЛКИ.

Громов А. Н. 2012. Удивительная Солнечная система. М.: ЭКСМО.

Громов Б. В. 1997. Удивительный мир архей. Соросовский образовательный журнал 4: 24-26.

Грэхэм Л. Р. 1991. Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе. М.: Политиздат.

Гуотми А., Каннингем Р. 1960. Действие кристаллической грани в катализе. Ка-тализ. Исследование поверхности катализаторов: сб., с. 74-117. М.: ИЛ.

Давиташвили Л. Ш. 1972. Учение об эволюционном прогрессе: Теория аромор-

фоза. Тбилиси: Мецниереба.

Данилова В. С., Кожевников Н. Н. 2008. Основания астрономической картины мира. Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Ам-мосова 4: 95-100.

Дегенс Э., Ройтер Дж. 1967. Аналитические методы исследования в органической геохимии. Органическая геохимия: сб. М.: Недра.

Дикерсон Р. К. 1981. Химическая эволюция и происхождение жизни. В: Майр Э., Айала Ф., Дикерсон Р., Шопф У., Валентайн Дж., Мэй Р., Мейнардл Смит Дж., Уошберн Ш., Левонтин Р., Эволюция. М: Мир.

Добрецов Н. Л. 2005. О ранних стадиях зарождения и эволюции жизни. Вестник ВОГиС 9(1): 43-54.

Добровольский В. В. 2003. Основы биогеохимии. М.: Академия.

Добротин Н. М. 1983. Диалектика и проблемы развития химической формы дви-жения материи. Материалистическая диалектика: в 5 т. / Отв. ред. Ф. В. Кон-стантинов, В. Г. Марахов. Т. 3. Диалектика природы и естествознания / Отв. ред. В. П. Петленко, гл. III. М.

Докукин М. Е. 2010. Концепции современного естествознания. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Донских С. А., Ушаков А. И. 2007. О строении Солнечной системы. Вестник ТГПИ 1: 44-47.

Евреинова Т. Н. 1966. Концентрирование веществ и действие ферментов в ко-ацерватах. М.: Наука.

Евсюков Н. Н. 1997. Особенности геологии планет разного состава. Космiчна наука i технологiя 3(1-2): 43-60.

Егоров-Тисменко Ю. К. 2005. Кристаллография и кристаллохимия: учебник. М.: КДУ.

Емельяненко В. В. 2010. Структура пояса Койпера как отражение процесса ми-грации планет. Астрономический вестник 44(4): 305-313.

326 Библиография

Емельяненко В. В. 2011. Исследование динамических процессов на поздних эта-пах формирования планетных систем в газопылевых дисках. Астрономический вестник 45: 412-419.

Емельяненко В. В. 2012. Исследование динамических процессов на заключи-тельных этапах формирования планетных систем: резонансное движение пла-нет-гигантов. Астрономический вестник 46(5): 347-355.

Жарков В. Н. 2013. Внутреннее строение Земли и планет. Элементарное введе-ние в планетную и спутниковую геофизику. М.: Наука и образование.

Жарков В. Н., Трубицын В. П. 1980. Физика планетных недр. М.: Наука.

Заварзин Г. А. 2003. Становление системы биогеохимических циклов. Палеонто-логический журнал 6: 16-24. URL: http://evolbiol.ru/zavarzin 2003.htm.

Заварзин Г. А. 2007. Антирынок в природе. Высшее образование в России 4: 123-133.

Загускин С. Л. 2014. Возникновение и эволюция жизни с позиции хронобиоло-гии. Пространство и время 3(17).

Засов А. В., Постнов К. А. 2011. Курс общей астрофизики. Фрязино: Век 2.

Зеленый Л. М., Захаров А. В., Ксанфомалити Л. В. 2009. Исследования Солнечной системы: состояние и перспективы. Успехи физических наук 179(10): 118-140.

Измоденов В. В. 2007. Исследование физических процессов на границе гелиосфе-ры: автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. МГУ им. М. В. Ломоносова. URL: http://www.iki.rssi.ru/rus/izmod.pdf.

Измоденов В. В. 2016. Где границы гелиосферы? Наука и жизнь 5: 12-22.

Иорданский Н. Н. 1977. Неравномерность темпов макроэволюции и ключевые ароморфозы. Природа 6: 36-46.

Кадик А. А. 2008. Дегазация мантии Земли при плавлении и формировании ме-таллического ядра планеты: результаты экспериментального моделирования. Проблемы зарождения и эволюции биосферы / Ред. Э. М. Галимов, с. 367-379. М.: ЛИБРОКОМ.

Кальвин М. 1971. Химическая эволюция. Молекулярная эволюция, ведущая к воз-никновению живых систем на Земле и на других планетах. М.: Мир.

Камшилов М. М. 1970. Биотический круговорот. М.: Наука.

Камшилов М. М. 1979. Эволюция биосферы. М.: Наука.

Карцев А. А. 1969. Основы геохимии нефти и газа. М.: Недра.

Каттерфельд Г. Н., Шмуратко В. И. 1983. Планетологические различия и сходства Земли и Марса. Известия АН Армянской ССР. Науки о Земле XXXVI(6): 62-73.

Кац Я. Г., Козлов В. В., Макарова Н. В., Сулиди-Кондратьев Е. Д. 1984. Геоло-ги изучают планеты. М.: Недра. URL: http://iznedr.ru/books/item/f00/s00/z0000 009/index.shtml.

Кацова М. М., Лившиц М. А. 2014. Активность молодого Солнца. Космические факторы эволюции биосферы и геосферы / Отв. ред. В. Н. Обридко, с. 67-80. СПб.: Изд-во ВВМ.

Кедров Б. М. 2006. О повторяемости в процессе развития. М.: КомКнига.

Библиография 327

Классен Х. Й. М. 2000. Проблемы, парадоксы и перспективы эволюционизма. Альтернативные пути к цивилизации / Ред. Н. Н. Крадин, А. В. Коротаев, Д. М. Бондаренко, В. А. Лынша, с. 6-23. М.: Логос.

Колчинский Э. И. 1990. Эволюция биосферы: Историко-критические очерки ис-следований в СССР. Л.: Наука. URL: http://www.sivatherium.narod.ru/library/ Klchnsky/gl_01_04.htm.

Кондратьев Н. Д. 1991 [1932]. Основные проблемы экономической статики и ди-намики: Предварительный эскиз. М.: Наука.

Кораблев О. И., Засова Л. В., Федорова А. А. и др. 2009. Новое в физике пла-нетных атмосфер. Известия РАН. Физика атмосферы и океана 45(4): 539-553.

Красилов В. А. 1986. Нерешенные проблемы теории эволюции. Владивосток:

ДВНЦ АН СССР.

Круть И. В. 1973. Исследование оснований теоретической геологии. М.: Наука.

Ксанфомалити Л. В. 1997. Парад планет. М.: Наука.

Ксанфомалити Л. В. 2004. Горные потоки и бассейны Марса. Марс: великое про-

тивостояние / ред.-сост. В. Г. Сурдин, с. 199-207. М.: Физматлит.

Ксанфомалити Л. В. 2012а. Венера. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин, гл. 5. М.: Физматлит.

Ксанфомалити Л. В. 2012б. Меркурий. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сур-дин, гл. 4. М.: Физматлит.

Ксанфомалити Л. В. 2012в. Юпитер. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сур-дин, гл. 7. М.: Физматлит.

Ксанфомалити Л. В. 2012г. Уран. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин, гл. 9. М.: Физматлит.

Ксанфомалити Л. В. 2012д. Нептун. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин, гл. 10. М.: Физматлит.

Ксанфомалити Л. В. 2012е. Марс. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин, гл. 6. М.: Физматлит.

Кузнецов В. В. Б. г. Планета Земля: холодная или горячая? (В продолжение дис-куссии о роли космогонической гипотезы О. Ю. Шмидта.) URL: https://vvkuz. ru/books/005.pdf.

Кузнецов В. И. 1989. Общая химия: Тенденции развития. М.: Высшая школа.

Кузнецов Д. 2015. Яшма сдвинула кислородную катастрофу на 830 миллионов лет назад. URL: https://news.rambler.ru/scitech/31555548-yashma-sdvinula-kislorodnu yu-katastrofu-na-830-millionov-let-nazad/.

Кусков О. Л., Дорофеева В. А., Кронрод В. А., Макалкин А. Б. 2009. Системы Юпитера и Сатурна: Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников. М.: ЛКИ.

Лемоник М. 2016. Далекая девятая планета. В мире науки 7.

Лима-де-Фариа А. 1991. Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции.

М.: Мир.

328 Библиография

Лин Д. 2008. Происхождение планет. В мире науки 8: 22-31. URL: http://elementy.

ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430678.

Липунов В. М. 2008. В мире двойных звезд. М.: ЛИБРОКОМ.

Майр Э., Айала Ф., Дикерсон Р., Шопф У., Валентайн Дж., Мэй Р., Мейнардл Смит Дж., Уошберн Ш., Левонтин Р. 1981. Эволюция. М.: Мир.

Маракушев А. А., Зиновьева Н. Г., Панеях Н. А., Маракушев С. А. 2013. Зарож-

дение и эволюция Солнечной системы. Пространство и Время 2(12): 132-41.

Марков А. В. 2006. У бактерий обнаружен новый тип фотосинтеза. URL: https:// elementy.ru/novosti_nauki/430556/U_bakteriy_obnaruzhen_novyy_tip_fotosinteza.

Марков А. 2013. Теория РНК мира. URL: https://www.youtube.com/watch?v=T4Rf QX9p-ng.

Марков А. В. 2014. Рождение сложности. М.: Corpus (АСТ).

Марков А. 2015. Проблемы происхождения жизни. Абиогенез. URL: https://www.

youtube.com/watch?v=3YTkFsWw4_4.

Марков А. 2016. Добиологическая эволюция. URL: https://www.youtube.com/watch ?v=2s6KB5MLq1I.

Маркович Д. Ж. 1993. Общая социология. Ростов н/Д.: Изд-во Рост. ун-та.

Мелихов И. В. 2018. Физико-химическая эволюция твердого вещества. М.:

БИНОМ. Лаборатория знаний.

Мина М. В. 1981. Предисловие редактора перевода. В: Майр Э., Айала Ф., Дикер-сон Р., Шопф У., Валентайн Дж, Мэй Р., Мейнардл Смит Дж., Уошберн Ш., Левонтин Р., Эволюция. М.: Мир.

Митрофанов И. Г. 2015. Вода и жизнь на Марсе. Исследования Солнечной си-стемы: космические вехи. Материалы научной сессии, посвященной 80-летию академика М. Я. Марова / Ред. А. В. Захаров, с. 155-167. М.: ИКИ РАН.

Митрофанов И. Г. 2017. Поиски внеземной жизни в Солнечной системе: статус и

перспективы. Астрономический журнал 94(4): 315-322.

Михайлов П. А. 2008. Концепции современного естествознания: учебник. СПб.:

Питер.

Монин А. С. 1980. Популярная история Земли. 2-е изд. М.: Наука.

Мэй Б., Мур П., Линтотт Б. 2007. Большой взрыв: полная история Вселенной. М.:

Никола-Пресс.

Нагель Э. 1977. Детерминизм в истории. Философия и методология истории / Ред. И. С. Кон, с. 94-114. М.: Прогресс.

Наймарк Е. 2008. Возраст самых древних пород земной коры - 4,28 млрд лет. URL: https://elementy.ru/novosti_nauki/430858/Vozrast_samykh_drevnikh_porod_ zemnoy_kory_4_28_mlrd_let.

Наймарк Е. 2014. "Великое кислородное событие" на рубеже архея и протерозоя не было ни великим, ни событием. URL: https://elementy.ru/novosti_nauki/ 432202/Velikoe_kislorodnoe_sobytie_na_rubezhe_arkheya_i_proterozoya_ne_bylo _ni_velikim_ni_sobytiem.

Библиография 329

Наумов И. П. 1956. Взаимодействие со средой единичных организмов и популя-ций животных. Философские вопросы биологии: сб. М.: Изд-во МГУ.

Николис Г., Пригожин И. 2003. Познание сложного. Введение. М.: УРСС.

Объекты пояса Койпера: 2003 EL61 (Санта). 2005. URL: http://galspace.spb.ru/in dex82.html.

Одинцова А. 2017. Тайна девятой планеты: откуда в Солнечной системе взялся "новичок". Russia Today на русском 14 января . URL: https://russian.rt.com/ science/article/350418-9-planeta-solnechnoy-sistemy.

Опарин А. И. 1957. Возникновение жизни на Земле. М.: Изд-во АН СССР.

Опарин А. И. 1968. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. 2-е изд., доп.

М.: Наука.

Ортега И. 2019. Атмосфера молодой Земли перевернула представления ученых о прошлом планеты. URL: https://life.ru/t/%D0%BD%D0%B0% D1%83%D0% BA%D0%B0/407575/atmosfiera_molodoi_ziemli_pierieviernula_priedstavlieniia_ uchionykh_o_proshlom_planiety.

Павлов А. Н. 2006. Геофизика. Общий курс о природе Земли. СПб.: Изд-во РГГМУ.

Печуркин Р. С. 2010. Энергетическая направленность развития жизни на пла-нете Земля (Энергия и жизнь на Земле). Красноярск: Сибирский федеральный университет.

Пикельнер С. Б. 1976. Физика космоса: Маленькая энциклопедия. М.: Советская

энциклопедия.

Полак Л. С., Михайлов А. С. 1983. Самоорганизация неравновесных физико-химических систем. М.: Наука.

Поппер К. 1983. Логика и рост научного знания. М.: Прогресс.

Постнов К. А., Засов А. В. 2005. Курс общей астрофизики. М.: Физический фа-культет МГУ.

Пригожин И. 1960. Введение в термодинамику необратимых процессов. М.: ИЛ.

Пригожин И. 1985. От существующего к возникающему: Время и сложность в

физических науках. М.: Наука.

Пригожин И., Стенгерс И. 2000. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с при-родой. М.: УРСС.

Пуанкаре А. 1990. О науке. 2-е изд., стер. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит.

Пугачева С. Г., Шевченко В. В. 2015. Древние вулканические типы рельефа Марса, Венеры, Меркурия и Луны. Происхождение, морфология, возраст. М.: Наука.

Расцветаев Л. М. 1980. Закономерный структурный рисунок земной поверхности

его динамическая интерпретация. Проблемы глобальной корреляции геологи-ческих явлений. Труды ГИН АН СССР 340 / Отв. ред. А. В. Пейве, Ю. Г. Лео-

нов, с. 145-216. М.: Наука.

Раутиан, А. С. 1988. Палеонтология как источник сведений о закономерностях

факторах эволюции. Современная палеонтология 2: 76-118.

330 Библиография

Рибозимы - катализаторы древнего мира. 2005. URL: https://elementy.ru/novosti_ nauki/164694/Ribozimy_katalizatory_drevnego_mira.

Ридпат И., Тирион У. 2001. Космос. М.: Астрель, АСТ.

Ридпат Я. 2004. Звезды и планеты: Атлас звездного неба. М.: ACT, Астрель.

Романова П. 2017. Где заканчивается Солнечная система? URL: http://inosmi.ru/ science/20170212/238710937.html.

Руденко А. П. 1969. Теория саморазвития открытых каталитических систем.

М.: Изд-во МГУ.

Савченко В. Н., Смагин В. П. 2013. Концепции современного естествознания:

2 т. Т. 2. Планетное, химическое, биологическое, эволюционное, философия и инструменты, мегаистория Вселенной. Владивосток: Изд-во ВГУЭС.

Садохин А. П. 2006. Концепции современного естествознания: учебник. 2-е изд.,

перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА.

Самыгин С. И. 2003. Концепции современного естествознания. 4-е изд., перераб.

и доп. Ростов н/Д.: Феникс.

Свергузов А. Т. 2014. Концепции современного естествознания. Казань: Изд-во

КНИТУ.

Северцов А. С. 1987. Критерии и условия возникновения ароморфной организа-ции. Эволюция и биоценотические кризисы: сб. / Отв. ред. Л. Т. Татаринов, А. П. Расницын, с. 64-76. М.: Наука.

Северцов С. А. 1936. Морфологический прогресс и борьба за существование. Из-вестия АН СССР 34: 895-944.

Серебровская К. Б. 1971. Коацерваты и протоплазма. М.: Наука.

Синицын М. П. 2010. Следы изменения солнечной активности в лунном реголите на разных этапах солнечной эволюции. Активность звезд и солнца на разных стадиях их эволюции / Отв. ред. В. Н. Обридко, Ю. А. Наговицын, с. 63-70. СПб.: Астрономическое общество.

Сиротин В. И. 2006. Сравнительная планетология: учеб. пособие. Воронеж: Изд.-полиграф. центр Воронежского гос. ун-та.

Сиротин В. И. 2009. Сравнительная планетология (Очерки результатов исследо-вания Земли, Солнечной системы и Космоса). Воронеж: ВГУ.

Сиротин В. И. 2010. Доархейская и архейская история Земли: этапы, геодинамика

и зарождение литогенеза. Вестник ВГУ. Серия "Геология" 2: 32-46.

Сиротин В. И. 2013. Астероидно-метеоритная бомбардировка Земли и ее геохро-нологические рубежи. Вестник ТГУ 18(3): 1081-1083.

Сиротин В. И., Лебедев И. П. 2001. О литогенезе ранней истории Земли (по дан-ным сравнительной планетологии и раннего архея Воронежского кристалличе-ского массива). Вестник Воронежского университета. Серия "Геология" 12: 20-38.

Снытников В. Н. Пармон В. Н. 2004. Жизнь создает планеты? Наука из первых

рук 0(1): 20-31.

Библиография 331

Сорохтин О. Г., Ушаков С. А. 2002. Развитие Земли. М.: Изд-во МГУ.

Спиридонов В. 2019. Происхождение жизни на Земле: доказанная теория или не-

раскрытая тайна. URL: https://ria.ru/20180518/1520873401.html.

Стрельник О. Н. 2012. Концепции современного естествознания. М.: Юрайт.

Сурдин В. Г. 2011. Разведка далеких планет. М.: Физматлит.

Сурдин В. Г. (ред.) 2012. Солнечная система. М.: Физматлит.

Сурдин В. Г., Ламзин С. А. 1992. Протозвезды. Где, как и из чего формируются звезды. М.: Наука.

Суркова Л. П. 2005. Звезды и звездные группировки в нашей Галактике. Чита:

ЗабГПУ.

Тебиева Д. И. 2015. Планетология. Владикавказ: Изд-во СОГУ.

Тейяр де Шарден П. 1987. Феномен человека. М.: Наука.

Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В. 1969. Краткий очерк теории эволюции. М.: Наука.

Титаев А. А. 1974. Эволюция органических соединений на Земле. М.: Наука.

Токин Б. П. 1935. Вопросы биологии. Ташкент: Госиздат УзССР.

Уайтхед А. Н. 1990. Избранные работы по философии / Общ. ред. М. А. Кисселя.

М.: Прогресс.

Угай Я. А. 1997. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа.

Уиппл Ф. Л. 1984. Семья Солнца. Планеты и спутники Солнечной системы. М.: Мир.

Федонкин М. А. 2003. Сужение геохимического базиса жизни и эвкариотизация биосферы: причинная связь. Палеонтологический журнал 6: 33-40. URL: http://evolbiol.ru/fedonkin2003.htm.

Фишер Д. 1990. Рождение Земли. М.: Мир.

Фламмарион К. 2004. Живописная астрономия. Марс: великое противостояние /

Ред.-сост. В. Г. Сурдин, с. 18-47. М.: Физматлит.

Флоренский К. П. Базилевский А. Т., Бурба Г. А. и др. 1981. Очерки сравни-тельной планетологии / Отв. ред. В. Л. Барсуков. М.: Наука.

Франк С. Л. 1992. Духовные основы общества: сб. / Сост. П. В. Алексеев. М.: Рес-публика.

Хаин Е. В., Короновский Н. В. 2007. Планета Земля. От ядра до ионосферы. М.: КДУ.

Хаин В. Е., Короновский Н. В., Ясаманов В. А. 1997. Историческая геология.

М.: МГУ.

Хауэлл Э. 2015. Юпитер своими перемещениями уступил дорогу Земле. ИноСМИ 26 июня. URL: http://inosmi.ru/world/20150626/228794756.html.

Хакен Г. 1985. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир.

Хейзен Р. 2015. История Земли. От звездной пыли - к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет. М.: Альпина нон-фикшн.

332 Библиография

Химическая эволюция Вселенной. 2014. URL: http://www.studfiles.ru/dir/cat18/subj 430/file12649/view126375.html.

Холщевников К. В. 2012а. Небесная механика. Солнечная система / Ред. В. Г. Сур-дин, гл. 2. М.: Физматлит.

Холщевников К. В. 2012б. Пылевые околопланетные комплексы. Солнечная си-стема / Ред. В. Г. Сурдин, гл. 13. М.: Физматлит.

Хоровиц Н. Х. 1988. Поиски жизни в Солнечной системе. М.: Мир.

Хорошавина С. Г. 2005. Концепции современного естествознания: курс лекций.

4-е изд. Ростов н/Д.: Феникс.

Чайковский Ю. В. 1999. Загадка начала жизни. Биология. Комплект изданий "Первое сентября" 11.

Чайковский Ю. В. 2006. Как возникла жизнь? Эволюция 3: 9-11.

Чейсон Э. 2012. Космическая эволюция. Универсальная и глобальная история / Ред. Л. Е. Гринин, И. В. Ильин, А. В. Коротаев, с. 197-207. Волгоград: Учитель.

Черникова В. (Ред.). 1989. Краткий миг торжества. О том, как делаются науч-ные открытия. М.: Наука.

Чертко Н. К. 2008. Геохимия: учеб. пособие. Минск: БГУ.

Шевченко В. В. 2014. Наша уникальная Солнечная система. URL: http://selena.

sai.msu.ru/Shev/Publications/Solar_System/Solar_System.htm.

Шевченко В. В. 2015. Современные проблемы лунных исследований. Исследова-ния Солнечной системы: космические вехи. Материалы научной сессии, по-священной 80-летию академика М. Я. Марова / Ред. А. В. Захаров, с. 37-70. М.: ИКИ РАН.

Шематович В. И. 2015. Газовые оболочки ледяных спутников. Исследования Солнечной системы: космические вехи. Материалы научной сессии, посвящен-ной 80-летию академика М. Я. Марова / Ред. А. В. Захаров, с. 270-310. М.:

ИКИ РАН.

Шкловский И. С. 1987. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука.

Шкодзинский В. С. 2017. Природа различий планет земной группы. Наука и тех-ника в Якутии 2(33): 10-15.

Шноль С. Э. 1979. Физико-химические факторы биологической эволюции. М.: Наука.

Шумилова Л. В. 1979. Фитогеография. Томск: Изд-во Томского ун-та.

Эглинтон Дж. 1974. Органическая геохимия (подход химика-органика). Органи-ческая геохимия / Ред. Дж. Эглинтон, М. Т. Дж. Мэрфи, с. 13-61. Л.: Недра.

Эйген М. 1973. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромоле-кул. М.: Мир.

Эйген М., Шустер П. 1982. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромоле-кул. М.: Мир.

Эйнштейн А. 2001. Эволюция физики. М.: Устойчивый мир.

Эйнштейн А., Инфельд Л. 2015. Эволюция физики. Развитие идей от первона-чальных понятий до теории относительности и квантов. Вып. 3. М.: Амфора.

Библиография 333

Элкинс-Тантон Л. 2017. Солнечная система всмятку. В мире науки 1(2): 90-99.

Язев С. А. 2011. Лекции о Солнечной системе: уч. пособ. / Ред. В. Г. Сурдин.

СПб.: Лань.

Язев С. А. 2018. Астрономия. Солнечная система: уч. пособ. для СПО. 3-е изд.,

перераб. и доп. Иркутск: Иркутский гос. ун-т.

Янковский С. Я. 2000. Концепция общей теории информации. М.: Бета-Издат.

Ястребов С. 2018. Источником энергии для древнейшей жизни мог служить аце-тилфосфат. URL: https://elementy.ru/novosti_nauki/433284/Istochnikom_energii_ dlya_drevneyshey_zhizni_mog_sluzhit_atsetilfosfat.

Batygin K., Brown M. E. 2016. Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar Sys-tem. The Astronomical Journal 151(2): 22. URL: http://stacks.iop.org/1538-3881/ 151/i=2/a=22.

Bernal J. D. 1951. The Physical Basis of Life. London: Routledge and Kegan Paul.

Bottke W. F., VokrouhlickЩ D., Minton D., NesvornЩ D., Morbidelli A., Brasser R., Simonson B., Levison H. F. 2012. An Archaean Heavy Bombardment from a De-stabilized Extension of the Asteroid Belt. Nature 485(7396): 78-81. DOI: 10.1038/ nature10967.

Bunzl, M. 1997. Real History: Reflections on Historical Practice. London; New York:

Routledge.

Canup R. M., Asphaug E. 2001. Origin of the Moon in a Giant Impact Near the End of the Earth's Formation. Nature 412: 708-712.

Claessen H. J. M. 1989. Evolutionism in Development. Vienne Contributions to Ethno-logy and Anthropology 5: 231-247.

Claessen H. J. M. 2000a. Problems, Paradoxes, and Prospects of Evolutionism. Alter-natives of Social Evolution / Ed. by N. N. Kradin, A. V. Korotayev, D. M. Bonda-renko, V. de Munck, P. K. Wason, p. 1-11. Vladivostok: FEB RAS.

Claessen H. J. M. 2000b. Structural Change: Evolution and Evolutionism in Central

Anthropology. Leiden: CNWS Press.

Claessen H. J. M., Oosten J. G. (Eds.). 1996. Ideology and the Formation of Early States. Leiden: Brill.

Claessen H. J. M., van de Velde P. 1982. Another Shot at the Moon. Research 1: 9-17.

Claessen H. J. M., van de Velde P. 1985. The Evolution of Sociopolitical Organiza-tion. Development and Decline. The Evolution of Sociopolitical Organization / Ed. by H. J. M. Claessen, P. van de Velde, E. M. Smith, pp. 1-12. South Hadley, MA: Bergin & Garvey.

Claessen H. J. M., van de Velde P. (Eds.). 1987. Early State Dynamics. Leiden: Brill.

Delsanti A., Jewitt D. 2006. Solar System Beyond The Planets. Solar System Update, pp. 267-293. URL: http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/papers/2006/ DJ06.pdf.

Dones L., Weissman P. R., Levison H. F., Duncan M. J. 2004. Oort Cloud Formation and Dynamics. Comets II / Eds. M. C. Festou, H. U. Keller, H. A. Weaver, pp. 153-

334 Библиография

Tucson: University of Arizona Press. URL: http://www.lpi.usra.edu/books/ CometsII/7031.pdf.

Early Solar System Impact Bombardment II: Program and Abstract Volume. 2012.

Houston: Lunar and Planetary Institute.

FernАndez J. A. 1997. The Formation of the Oort Cloud and the Primitive Galactic En-vironment. Icarus 129(1): 106-119. DOI: 10.1006/icar.1997.5754.

Fox S. W., Harada K., Kendrick J. 1959. Production of Spherules from Synthetic Pro-teinoid and Hot Water. Science 129(3357): 1221-1223.

Gomes R., Levison H. F., Tsiganis K., Morbidelli A. 2005. Origin of the Cataclysmic Late Heavy Bombardment Period of the Terrestrial Planets. Nature 435(7041): 466- 469. DOI:10.1038/nature03676.

Grasset O., Pargamin J. 2005. The Ammonia Water System at High Pressures: Impli-

cations for the Methane of Titan. Planetary and Space Science 53(4): 371-384.

DOI: 10.1016/j.pss.2004.09.062.

Guillot T. 1999. Interiors of Giant Planets Inside and Outside the Solar System. Science 286(5437): 72-77. DOI: 10.1126/science.286.5437.72.

Haldane J. B. S. 1929. The Origin of Life. Rationalist Annual 148: 3-10.

Haldane J. B. S. 1949. What is Life? London: Lindsay Drummond.

Hartmann W. K. 1997. A Brief History of the Moon. The Planetary Report XVII(5) 4-11.

Head J. W., Solomon S. C. 1981. Tectonic Evolution of the Terrestrial Planets. Science 213(3): 62-76.

Holstein L. van, Foley R. A. 2020. Terrestrial Habitats Decouple the Relationship be-tween Species and Subspecies Diversification in Mammals. Proceeding of Royal Society B. Biological Sciences 287(1923). URL: https://royalsocietypublishing.org/ doi/10.1098/rspb.2019.2702.

Johnson B. C., Melosh H. J. 2012. Impact Spherules as a Record of an Ancient Heavy Bombardment of Earth. Nature 485(7396): 75-77. DOI: 10.1038/nature10982.

Kuskov O., Kronrod V. 2001. Core Sizes and Internal Structure of Earth's and Jupi-ter's Satellites. Icarus 151(2): 204-27. DOI: 10.1006/icar.2001.6611.

Kuskov O., Kronrod V. 2005. Internal Structure of Europa and Callisto. Icarus 177(2):

550-69. DOI:10.1016/j.icarus.2005.04.014.

Lyons T. W., Reinhard C. T., Planavsky N. J. 2014. The Rise of Oxygen in Earth's Early Ocean and Atmosphere. Nature 506: 307-315.

Loewy A. G., Siekewitz P. 1970. Cell Structure and Function. 2^nd ed. London: Holt, Rinehart and Winston.

Martin W. 1999. Mosaic Bacterial Chromosomes: a Challenge en Route to a Tree of

Genomes. Bio Essays 21: 99-104.

McCord Th. B., Sotin C. 2005. Ceres: Evolution and Current State. Journal of Geo-

physical Research 110(E5): E05009.

Morbidelli A. 2005. Origin and Dynamical Evolution of Comets and their Reservoirs.

URL: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512256.

Библиография 335

Morbidelli A. 2011. Modern Celestial Mechanics. Cambridge.

NASA Radar Finds Ice Deposits at Moon's North Pole. N. d. URL: https://www.nasa.

gov/mission_pages/Mini-RF/multimedia/feature_ice_ like_deposits.html.

Oort J. H. 1950. The Structure of the Cloud of Comets Surrounding the Solar System and a Hypothesis Concerning its Origin. Bulletin of the Astronoimical Institutes of The Netherlands 11(408): 91-110. URL: http://adsabs.harvard.edu/abs/1950BA N....11...91O.

RamМrez I., MelИndez J., Cornejo D., Roederer I. U., Fish J. R. 2011. Elemental Abudance Differences in the 16 Cygni Binary System: a Signature of Gas Giant Planet Formation? The Astrophysical Journal 740(2): 76. DOI: 10.1088/0004-637X/740/2/76.

Ryder G., Koeberl Ch., Mojzsis S. J. 2000. Origin of the Earth and Moon. Tucson:

University of Arizona Press.

Sheridan P. P., Freeman K. H., Brenchley J. E. 2003. Estimated Minimal Divergence Times of the Major Bacterial and Archaeal Phyla. Geomicrobiology Journal 20: 1-14.

Sohl F., Hussmann H., Schwentker B., Spohn T., Lorenz R. D. 2003. Interior Struc-ture Models and Tidal Love Numbers of Titan. Journal of Geophysical Research: Planets 108 (E12). DOI: 10.1029/2003JE002044.

Spencer H. 1972. On Social Evolution: Selected Writings. Chicago: University of Chi-cago Press.

Voget F. W. 1975. A History of Ethnology. New York, NY: Holt, Rinehart & Winston.

Williams M. 2016. What is the Oort Cloud? Universe Today: Space and Astronomy

News. URL: https://www.universetoday.com/32522/oort-cloud/.

Williams R. J. P., Frausto da Silva J. J. R. 2002. The Involvement of Molybdenum in Life. Biochemical and Biophysical Research Communications 292(2): 293-299.

Woese C. R. 2000. Interpreting the Universal Phylogenetic Tree. Proceedings National Academy Sciences 97: 8392-8396.

Содержание

Введение 3

Часть I. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ.

КРАТКИЕ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

И ЭВОЛЮЦИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

Глава 1. Современная Солнечная система. Общие характеристики 8

Глава 2. Солнце и его характеристики 19

Глава 3. Планеты Солнечной системы. Некоторые общие характери-

стики и сравнения 31

Глава 4. Некоторые эволюционные наблюдения 69

Глава 5. Роль симметрии и асимметрии. Асимметрия в строении

планет 87

Часть II. ИСТОРИЯ ПЛАНЕТНЫХ ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Глава 6. Планеты в начале пути. На эволюционном распутье 105

Глава 7. Общие эволюционно-исторические процессы и фазы на пла-

нетах и телах Солнечной системы 119

Глава 8. Некоторые процессы в истории отдельных планет 140

Глава 9. Геологические процессы и некоторые исторические факты,

связанные с формированием рельефа 159

Часть III. ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ В КОНТЕКСТЕ

ПЛАНЕТНОЙ ЭВОЛЮЦИИ

Глава 10. Химическая эволюция до начала абиогенной фазы на Земле .. 180

Глава 11. Абиогенная химическая эволюция 220

Заключение. Эволюционистика и мегаэволюция 262

Приложение 1. Краткие сведения о планетах 292

Приложение 2. История Солнечной системы 296

Постраничный указатель упомянутых эволюционных правил,

законов и принципов 317

Библиография 322

Гринин Леонид Ефимович Большая История Развития Мира: планеты Солнечной системы. Их история и эволюция. Химическая эволюция в космосе и на Земле

Гринин Леонид Ефимович
Большая История Развития Мира: планеты Солнечной системы. Их история и эволюция. Химическая эволюция в космосе и на Земле