Планеты и жизнь

Глава V Вулканы-разрушители, вулканы-созидатели

Все началось с того, что в 1971 году в холле Института космических исследований ко мне подошел Н. Кардашев и сказал:

«В следующем году в Армении будет очень интересная международная конференция по связи с внеземными цивилизациями. Хочешь поехать?»

«Конечно, хочу», — ответил я, не сомневаясь ни секунды и не задумываясь о том, какое отношение имею к внеземным цивилизациям.

«Ну тогда поговори с „доктором“. Нужны новые идеи», — добавил Кардашев многозначительно.

Я в то время занимался программой поисков жизни на Марсе и очень интересовался, в порядке хобби, проблемой происхождения жизни и добиологической химией. Уже тогда мне было ясно, что проблема безумно сложная, с новыми идеями туго, но к «доктору» все-таки пошел (уж очень хотелось поехать в Армению). Нужно сказать, что «доктор», замечательный астрофизик, член-корреспондент Академии наук СССР И. Шкловский, один из организаторов конференции, с нескрываемым пренебрежением относился к проблеме происхождения жизни.

«Вот что, — сказал он мне, — нужно что-нибудь новенькое, что-нибудь эдакое. — И рука „доктора“ описала в пространстве сложную директивную фигуру. — Если будет, поедете», — поощрительно сообщил он.

Получив столь определенные указания, я засел за литературу и через два месяца явился к «доктору» с новой идеей.

«Пойдет», — заявил он с присущей ему категоричностью и вручил мне список участников и программу. Взглянув на эти бумаги, я обомлел: в Армению ехала элита мировой науки.

По счастью, мое короткое сообщение в Бюракане было принято весьма благосклонно, и именно после этой конференции я начал самым серьезным образом работать в области предбиологической эволюции.

В чем же заключалась идея, давшая мне возможность обсуждать проблему происхождения жизни с Ф. Криком и Л. Оргелом?

В большинстве прежних экспериментов исследовались процессы, происходящие в атмосфере, — грозы, взаимодействие с газами ультрафиолетового излучения, ударные волны и т. д. В таблице источников энергии, которая обязательно присутствует в любой книге по происхождению жизни, тепловая энергия Земли стоит на последнем месте. Действительно, каждый год один квадратный сантиметр поверхности Земли получает от Солнца энергию в количестве 260 тысяч калорий. Электрические разряды дают около 4 калорий, а вулканы всего 0,1 калории на квадратный сантиметр. Именно поэтому вулканическому теплу придавалось небольшое значение в экспериментах по предбиологической эволюции.

Но ведь электрические разряды и тем более ультрафиолетовое излучение Солнца — явления, распределенные по всей поверхности Земли и всей массе ее атмосферы. Вулканы же — явление строго локальное, и здесь заключалась первая неточность, которую мне удалось обнаружить.

Американский биохимик С. Фокс провел около 20 лет назад любопытные эксперименты по воздействию вулканического тепла на метано-аммиачную атмосферу. В результате своих опытов он получил широкий набор природных аминокислот. Однако можно с уверенностью сказать, что реакционная смесь газов, которую использовал Фокс в своих лабораторных установках, ни в коей мере не соответствовала атмосферным условиям на ранней, или, как еще принято говорить, примитивной Земле.

Необходимо обратить внимание на еще один важный факт. Фокс использовал вулканы только как источник тепловой энергии для синтеза аминокислот. Но ведь вулканы генерируют колоссальное количество газа и твердого материала.

А если рассмотреть подводное извержение? Может быть, там условия для образования биомолекул еще выгоднее. Ведь вокруг вода, и синтезированные молекулы, перенесенные в зону пониженной температуры, будут сохраняться, «закаливаться», как говорят металлурги.

Вулканов много, «живут» они долго, проявления вулканической деятельности весьма разнообразны. А самое главное, в составе вулканических газов встречаются все необходимые для синтеза органических соединений компоненты: метан, аммиак, водород, окись углерода, вода, фосфор, сера и т. д.

Вкратце в этом и состояла новая идея, которая впоследствии была подкреплена обширным экспериментальным материалом.

Тут, конечно, сразу же возникает очень много вопросов, и первый из них состоит в следующем. Чуть раньше говорилось, что в атмосфере Земли не было ни аммиака, ни водорода, ни метана, сейчас же утверждается, что вулканы при извержении выбрасывают в атмосферу все эти газы. Кроме того, все равно надо решать вопрос, сможет ли вулкан «наработать» достаточное количество органики. Чтобы ответить на эти вопросы, придется поближе познакомиться с вулканами и вулканизмом.

«Ничто в природе не вызывает такого интереса и не возбуждает такого ужаса, как крупные вулканические извержения. И нет ничего, что вызывало бы такое суеверное уважение или такое эстетическое наслаждение, как вулканы», — пишет известный американский геолог, в свое время он был президентом Международной ассоциации по вулканизму и химии недр Земли, Г. Макдональд.

Что же такое вулкан? Это место на поверхности Земли, где раскаленные газы и породы поступают из земных недр наружу. Как правило, это холм или гора, образованные изверженными породами.

Еще в глубокой древности извержения вулканов повергали человека в ужас. Легенды различных народов донесли до нашего времени сведения о минувших вулканических извержениях.

Индейцы штата Орегон рассказывают о столкновении доброго бога снега со злым богом огня, обитавшим на высокой горе Мезама. В результате борьбы, окончившейся победой добра, верхушка горы была разрушена, и на ее месте образовалось озеро, которое сейчас называется озером Крейге. Что несет в себе эта аллегория? Описание извержения? По всей видимости, да.

Среди полинезийцев очень популярна была богиня вулканов Пеле, способная появляться перед людьми в различных обличьях. Однажды молодой вождь спускался с холма на санях с костяными полозьями (полинезийцы не знали колеса). Старая женщина, встретившаяся на его пути, попросила одолжить ей сани и получила грубый отказ. Вождь был бы, наверное, более осмотрителен, если бы знал, что встретился с богиней вулканов.

Пеле в ярости топнула ногой. Немедленно Земля разверзлась, и раскаленные камни полетели вверх. Вождь, спасая свою жизнь, бросился к морю, а Пеле кидала ему вслед обломки горячей лавы. Даже в наши дни можно получить «подтверждение» этой истории, так как на побережье острова Гавайи действительно есть холм, на склоне которого виден длинный ряд небольших конусов, сложенных из камней, которые разъяренная Пеле бросала вслед невоспитанному вождю.

Древние греки связывали деятельность вулканов с работой бога — кузнеца Гефеста, кузница которого располагалась под одним из вулканов острова Санторие.

В первом веке до нашей эры римский поэт Вергилий приписал причину извержения Этны телодвижениям титана Энцелада, который был ввергнут в недра горы Юпитером.

По-видимому, первым предложил наиболее правдоподобное объяснение вулканизма Платон, связав это явление с полостями и каналами внутри Земли. Под поверхностью Земли, утверждал он, есть огромная огненная река Пирифлегетон, из которой наружу через вулканические каналы изливаются огненные струи.

Греческий географ и путешественник Страбон, живший во II веке до нашей эры, описал извержение вулкана в Средиземном море. В результате этого извержения возник новый остров. Страбон высказал очень интересную мысль о том, что вулканы — своего рода клапаны, через которые выделяются подземные газы, и чем чаще мелкие извержения, тем меньше вероятность крупных. Это положение остается в силе и сегодня.

В I веке нашей эры Сенека выдвинул положение о том, что извержения связаны с подземными резервуарами, содержащими расплавленное вещество, — точка зрения, абсолютно совпадающая с положениями современной вулканологии. Современник Сенеки, Плиний Старший оставил потомству уникальные описания извержений. Сам он погиб в 79 году нашей эры во время катастрофического извержения Везувия, названного впоследствии в его честь плинианским. Все исторические справки об этом знаменитом извержении составлены племянником Плиния Старшего Плинием Младшим в письмах к Тациту.

Средние века можно считать шагом назад в познании вулканических процессов, так как в соответствии с наиболее распространенной точкой зрения вулканы были воротами в ад, а звуки, которые издавал вулкан, — стонами грешников.

Первое по-настоящему научное описание вулканической деятельности было составлено английским послом при дворе Наполеона сэром У. Гамильтоном. Его письма президенту Королевского общества в Лондоне, в которых рассказывается о Везувии и его извержении, были опубликованы с богатыми иллюстрациями в 1774 году.

Вулканические извержения различаются по характеру и по масштабу. Наиболее опасными считаются взрывные извержения, сопровождающиеся так называемой палящей тучей, хотя, конечно, и другие приносят зачастую немало бед.

Трудно вообразить, какие чудовищные силы вырываются наружу при крупных извержениях. История знает немало трагических событий, связанных с вулканами.

В 1902 году в городе Сен-Пьер, расположенном на острове Мартиника (Малые Антильские острова), жители готовились к выборам. Сен-Пьер, маленький портовый город с населением немногим более 30 тысяч человек, находился у подножия вулкана Мон-Пеле, и всего около шести километров отделяло побережье от кратера.

Последний раз вулкан проявил активность в 1851 году. Прошло полстолетия, и город забыл об этом. Тем более что предыдущие извержения не причинили большого ущерба. Жители нередко поднимались к вершине Мон-Пеле и любовались видом океана и их родного острова.

В середине апреля 1902 года над вершиной вулкана появилось темное облако дыма. Глухие подземные раскаты слышались все чаще. Интенсивность их усиливалась. Моряки, заходившие в порт, рассказывали о появлении в районе острова глубинных волн. Вулкан начал извергать пепел. Первыми, как обычно, стали проявлять беспокойство животные, но население острова не придало значения грозным симптомам.

Пятого мая с вершины вулкана, из озера, находившегося в кратере, ринулся поток горячей грязи, уничтоживший сахарный завод вместе с 30 рабочими. Необходимо было предпринимать экстренные меры по эвакуации населения города. Вместо этого губернатор острова с женой прибыл в Сен-Пьер, чтобы успокоить жителей и заверить их, что для паники нет никаких оснований. В течение двух последующих дней интенсивность выбросов пепла из кратера увеличивалась и достигла нескольких тысяч кубических метров в секунду. Затем наступило относительное затишье.

Однако в ночь с 7 на 8 мая вулкан заработал с новой силой. Люди в страхе бежали к причалам, и с наступлением зари почти все 30-тысячное население города оказалось на берегу океана. В 7 часов 50 минут раздался чудовищной силы взрыв. Огромная черная туча поднялась на многие километры вверх, а раскаленная лавина, состоящая из горячих газов, пепла, кусков лавы, устремилась на город. Скорость ее превышала скорость современных курьерских поездов.

Не прошло и двух минут, как туча ворвалась в город. Трехтонная статуя была на 12 метров отброшена с постамента. Деревья вырваны с корнем, шестидюймовые пушки сдвинуты с лафетов. Каменные стены толщиной более метра рухнули под натиском чудовищной лавины, обломки стен были разбросаны на десятки метров. Из 20 судов, стоявших на рейде, уцелело только два грузовых корабля — «Роддам» и «Рораима». Остальные были перевернуты страшной тучей и сгорели.

А что же люди? В течение нескольких секунд перестал существовать не только город Сен-Пьер. Его жители погибли в палящем облаке, которое, двигаясь по направлению к океану, сначала сожгло людей, а затем сбросило в воду их обугленные трупы. Различные источники по-разному свидетельствуют о числе людей, оставшихся в живых в Сен-Пьере. Согласно наиболее популярной версии уцелел лишь старый негр, находившийся во время катастрофы в глубоком тюремном подвале.

Трагедия Сен-Пьера всегда будет служить людям печальным примером пренебрежения грозными силами природы.

Нередко в кратерах вулканов в период их «спячки» скапливается дождевая вода и снег и образуются так называемые кратерные озера. Когда вулкан пробуждается, он «выплескивает» озеро наружу, и это также приводит к катастрофе. В 1919 году вулкан Келуд на Яве выплеснул кратерное озеро, огромный грязевой поток унес пять тысяч человеческих жизней и уничтожил 130 квадратных километров сельскохозяйственных плантаций.

Иногда самые сильные извержения не приносят людям вреда лишь потому, что происходят вдалеке от населенных мест. Примером служит грандиозное извержение вулкана Безымянный на Камчатке в 1956 году.

Вулкан Безымянный долгое время считался потухшим. Однако с конца сентября 1955 года сейсмостанция в поселке Ключи, в 50 километрах от вулкана, зарегистрировала подземные толчки, число которых все нарастало и к 21 октября достигло 1285 в день. 22 октября началось извержение, сопровождавшееся взрывами.

30 марта 1956 года чудовищный пароксизмальный взрыв уничтожил вершину вулкана. Диаметр воронки взрыва составил полтора километра. Огромная туча поднялась вверх на высоту более 40 километров. Вулкан стал на 180 метров ниже. Объем снесенной вершины вместе с выброшенным материалом — около двух кубических километров! Город размером с Париж мог бы покрыться более чем десятиметровым слоем вулканических продуктов, находись он рядом с вулканом Безымянный. На расстоянии 25 километров деревья были опалены, и на расстоянии 13 километров почву покрыл слой пепла в полметра толщиной.

Нельзя, конечно, не рассказать и о знаменитом извержении Везувия в 79 году нашей эры.

Геологические данные говорят о том, что извержения Везувия были еще около десяти тысяч лет назад. Сформировавшийся после этого древний конус покрылся растительностью, и за столетие до извержения кратер даже послужил убежищем для гладиаторов Спартака.

Сильное землетрясение, сопутствующее пробуждению вулкана, произошло, по свидетельству Светония, во время первого концерта Нерона в Неаполе, в 63 году нашей эры. Менее сильные землетрясения продолжались до 79 года. Сейчас вулканологи смогли бы предупредить население о том, что частые землетрясения в вулканическом районе — неизбежные предвестники извержения. 1900 лет назад вулканологии как науки не существовало, и римляне были спокойны.

Извержение, начавшееся 24 августа 79 года, застало их врасплох. Это извержение было характерно выпадением огромного количества пепла и пемзы. Три цветущих города, Стабия, Помпеи и Геркуланум, были погребены под продуктами извержения Везувия, причем Геркуланум был разрушен грязевыми потоками. Раскопки показали, что большинство жителей Помпеи и Стабии успели покинуть свои жилища и спастись. Плиний Старший умер в районе Стабии в первый день извержения, как полагают, от сердечного приступа.

(Мне довелось видеть на юге Камчатки, в районе вулкана Желтовского, отложения пемзы толщиной около ста метров. Эта цифра поможет нам осмыслить масштабы катастрофы, происшедшей 1900 лет назад на побережье Неаполитанского залива.)

Одно из самых сильных извержений, известных человечеству, связано с вулканом Кракатау, расположенным в Зондском проливе между островами Ява и Суматра. Извержение началось 20 мая 1883 года взрывами средней силы. Около двух месяцев не происходило ничего особенного, но 27 августа раздался взрыв, который впоследствии был назван «стоном Земли». Пепел был выброшен на высоту более 80 километров, а отголоски взрыва дошли до Центральной Австралии и островов западной части Индийского океана, на расстояние более 5 тысяч километров от Кракатау! Если бы эти события не были документально зафиксированы, они казались бы невероятными.

Следы извержения остались на площади в 3,8 миллиона квадратных километров. Сумерки на Суматре стояли в течение 60 часов. Пепел несколько раз обогнул земной шар. Общий объем выбросов составил 16 кубических километров. Цунами, вызванные взрывом, перебросили из моря в глубь острова военный корабль на расстояние более полутора километров. Гигантские волны разрушили все прибрежные деревни. В результате циклопического взрыва две трети острова Кракатау было уничтожено, погибло 36 тысяч человек.

Мне посчастливилось быть свидетелем одного из самых сильных и интересных извержений нашего века. Извержения, сопровождавшегося мгновенным (по геологическим масштабам) рождением нескольких вулканических конусов. Речь пойдет о знаменитом Толбачике — вулкане Ключевской группы, расположенном неподалеку от одного из самых высоких наземных вулканов в мире — Ключевской сопки.

В 1975 году наша экспедиция на юге Камчатки получила известие о начале извержения. Через три дня мы вылетели из Петропавловска-Камчатского в Ключи. Когда наш Як-40 подлетал к Ключам, в иллюминатор самолета стал виден чудовищный столб черного дыма с грибовидным утолщением наверху. Я спросил командира экипажа, какова высота столба.

«Не менее 11 километров», — ответил он.

Через несколько часов вертолет доставил нас к месту извержения. Маленький лагерь вулканологов был разбит на черном безлюдном плато.

Многокилометровая чудовищная струя раскаленного пепла, обломков камней и газа вырывалась из усеченного конуса высотой около 200–300 метров, находившегося приблизительно в полутора километрах от лагеря. Ни с чем не сравнимый монотонный низкий рев стоял вокруг. Даже днем в центре струи были заметны языки пламени в сотни метров высотой. Это означало, что температура продуктов извержения достигала 1000 градусов Цельсия. Выше этих языков струя газа и пепла образовывала, как говорят вулканологи, форму цветной капусты, то есть непрерывно переходящие друг в друга черные вихри, в которых иногда сверкали молнии.

Мне и раньше приходилось наблюдать извержения с борта специального исследовательского самолета, но впечатление от действующего вулкана, находящегося практически рядом, ни с чем не сравнимое зрелище.

Лагерь вулканологов расположился на «границе безопасности». Насколько условной была эта граница, пришлось убедиться буквально через несколько дней. Дело в том, что крупные камни при взрывах падали в нескольких сотнях метров от палаток, а ветер относил пепловую тучу в сторону. Но стоило ветру чуть изменить направление, как горячий пепел и мелкие куски лавы стали падать на лагерь. Началась эвакуация людей и оборудования в более безопасное место. Интенсивность пеплопада была столь велика, что часть вещей пришлось оставить, и они были погребены под толстым слоем черного пепла Толбачика (как здесь не вспомнить Помпею).

Конус вулкана увеличивался с каждым днем. Скорость выбросов газа и пепла превышала скорость звука. Дни и ночи ревел молодой вулкан, и это продолжалось десятки дней. А затем началось излияние раскаленных лавовых рек. Но и этого разбушевавшейся природе показалось недостаточно. Не успел успокоиться один вулкан, как началось рождение следующего.

Я вернулся в эти места через год. Черный пепел, черные потоки застывших лавовых рек, пейзаж, скорее напоминающий Луну, а не Землю. И при взгляде из иллюминатора вертолета на эту совершенно нереальную, фантастическую картину невольно думалось о буквально неисчерпаемых запасах энергии, таящейся в глубинах нашей Земли.

Энергия эта проявляется не только в форме вулканических извержений.

Когда я впервые попал на Камчатку, мне посчастливилось проникнуть в кратер Мутновского вулкана, по моему мнению, самого красивого вулкана Камчатки. Есть на этом удивительном полуострове снежные сопки правильной формы, которые так и просятся на рекламную открытку. Таков Кроноцкий вулкан, вулкан Опала, знаменитая Авачинская сопка. Мутновский вулкан не похож ни на один из вулканов Камчатки.

Представьте себе гору трехкилометровой высоты, разрезанную пополам почти до середины. Через эту громадную щель можно подняться наверх к двум кратерам размером с Центральный стадион в Лужниках. В одном из этих кратеров под ослепительно голубым ледником на площади около 20 тысяч квадратных метров вырываются из отверстий в земле струи пара. Это и есть фумаролы.

Ни с чем не сравнимая по красоте картина таит опасность для новичков, впервые увидевших знаменитые фумарольные поля Мутновки. Горячие газы (их температура достигает 200 градусов) подтачивают ледник, и огромные глыбы льда нет-нет да и сваливаются с грохотом и треском на фумарольное поле. Впрочем, рев от вырывающихся из земли газов стоит такой, что приходится кричать, чтобы услышать друг друга, и шум от ударов ледяных глыб «маскируется» этим ревом.

На Камчатке и Курильских островах много фумарол. Есть они на вулкане Менделеев на Кунашире, есть и в жерле Авачинского вулкана. Фумаролы размещаются как внутри кратера, так и на наружных склонах конуса или же в полосе, окружающей основание конуса. «Живут» фумаролы очень долго — от десяти до ста тысяч лет.

Нам очень важно запомнить, что вместе с водой и углекислотой, составляющими основную часть фумарольных газов, из отверстий в земле выделяются окись углерода, метан, аммиак, сернистый карбонил, тиоциановая кислота (это особенно важно), водород. Есть в фумарольных газах и галогены — хлор, фтор. Поэтому около фумарол нередко можно наблюдать сверкающие ярко-красные кристаллы хлорида железа и белые кристаллические скопления хлоридов аммония и алюминия.

Около отверстий в земле часто вырастают «серные цветы» — желто-зеленые, игольчатой формы кристаллики серы. Они образуются, когда сероводород, также выделяющийся из фумарол, окисляется на воздухе до самородной серы. В кратере Мутновского вулкана несколько лет назад рядом с мощной фумаролой выросло целое архитектурное сооружение из кристаллической серы, напоминающее шалаш. К сожалению, туристы, с трудом добирающиеся до этих мест, разобрали «шалаш» на сувениры. Масштабы выноса серы бывают столь значительными, что иногда используются для промышленной добычи. Так, например, было в Италии в кратере Вулькано и в Мексике в кратере Попокатепетль.

Углекислого газа больше всего выделяют холодные фумаролы с температурой 100–200 градусов. Если топография местности такова, что углекислота может накапливаться, например в низинах и ложбинках (углекислота тяжелее воздуха), это приводит к трагическим последствиям. Животные, попадая в такое место, погибают от удушья. Хорошо известно в Америке Мертвое ущелье, оно расположено около Иеллоустонского парка. Когда это ущелье было впервые обнаружено людьми, они нашли там несколько мертвых медведей. На Камчатке неподалеку от Долины гейзеров также есть Долина смерти, где можно увидеть мертвых птиц и животных. При извержении Геклы в Исландии углекислота скопилась во впадине около подножия вулкана, и погибло стадо овец. Пастухи при этом остались живы и не испытали никаких признаков удушья: головы людей находились выше слоя углекислоты.

Наряду с фумаролами в районах активного вулканизма встречаются также и гейзеры. Из известных человеку гейзеров самым крупным был Ваймангу в Новой Зеландии. Он просуществовал всего пять лет: с 1899 по 1904 год. В расцвете своих сил при каждом извержении этот великан выбрасывал 800 тонн воды. Камни и обломки породы вылетали вместе со струей воды на высоту до 460 метров.

Главные районы распространения гейзеров на Земле: Камчатка, Исландия, Новая Зеландия, Северная Америка (Йеллоустонский парк). Гейзеры, хоть и очень красивое, но по сравнению с фумаролами и вулканами недолговечное явление. Нередко гейзеры перестают «работать» после землетрясений или изменения структуры подводящего канала из-за отложения там различных минералов.

Каковы же причины, вызывающие вулканические процессы? Когда начались эти процессы на Земле? И, наконец, как удалось доказать, что вулканы не только разрушают все во время извержения, но и имеют прямое отношение к проблемам предбиологической химии, а значит, и к проблеме происхождения жизни.

Постараемся ответить на эти вопросы.

Радиус нашей планеты равен приблизительно 6400 километрам. Земля состоит из трех главных частей: ядра радиусом примерно 3500 километров, мантии, толщина которой составляет около 2900 километров, и тонкой коры, ее толщина изменяется от 55 километров на континентах до 3 километров на некоторых участках океанического дна. Этот чрезвычайно тонкий (по сравнению с мантией) слой состоит главным образом из вулканических продуктов и продуктов глубинной магматической деятельности. Масштабы проявления вулканизма и его роль в образовании коры огромны. Так, в Южной Бразилии в меловом периоде излились базальтовые лавы объемом в полмиллиона кубических километров.

Строение Земли — предмет исследования многих ученых, и мы не имеем возможности подробно рассмотреть здесь этот вопрос. Для наших целей важно одно: вулканы выбрасывают огромное количество газов, жидкого и твердого материала, и нам хотелось бы понять причины этого явления.

Оговоримся сразу, что на сегодняшний день понять эти причины можно лишь в первом приближении. Как сказал Г. Макдовалд, не все оставшиеся пробелы в нашем познании относятся к Космосу. Причины и процессы образования магм (жидких расплавов мантии) раскрыты еще не до конца.

В самом общем виде можно представить себе следующую картину.

По-видимому, каждый вулкан связан с очагом магмы, находящимся на глубине порядка 60 километров. Вообще говоря, мы должны считать мантию Земли твердой, нерасплавленной. Но верхняя мантия находится на самой границе температурной устойчивости. Если температура в верхней мантии повышается до точки плавления, развивается питающий очаг магмы. Это приводит к вулканическому извержению, если магма может излиться на поверхность Земли.

Повышение температуры отнюдь не единственная причина для плавления мантии. Локальное уменьшение давления также способно в принципе привести к появлению расплава. Видимо, не случайно некоторые вулканы располагаются в одну линию, что отражает их приуроченность к глубинным разломам. А эти разломы и есть зоны пониженного давления.

При любом извержении вулкан выбрасывает огромное количество газов. Каков же химический состав газовой фазы вулкана?

Основная составляющая — пары воды. На втором месте углекислота. Именно это обстоятельство привело ученых к мысли, что вулканы породили атмосферу и океан.

Действительно, средняя годовая производительность вулканов по воде — 100 миллионов тонн. Если мы умножим эту величину на время жизни Земли, то как раз получим массу всех океанов Земли.

Но здесь есть одно очень деликатное обстоятельство. Геологи не знают, какая вода извергается вулканами. Вода мантии Земли, и тогда эта идея правильна, или же вода самих океанов, которая в принципе может «подпитывать» очаги вулканов.

Поэтому, если говорить строго, сегодня мы не можем считать вулканизм единственным источником атмосферы и гидросферы. Тем не менее одно ясно. Вклад вулканов в образование атмосферы и Мирового океана велик.

Кроме воды и углекислоты, при извержении вулкан выбрасывает окись углерода, водород, метан, аммиак, азот, соляную и фтористоводородную кислоты, соединения серы и фосфора, металлы. Это обстоятельство и дает возможность предполагать, что вулканы являются огромными природными химическими реакторами.

Действительно, в жерле вулкана температура достигает тысячи — полутора тысяч градусов. И именно в этой высокотемпературной зоне проходят сотни химических реакций, многие из которых приводят к образованию предшественников органических молекул.

А если вулкан при этом находится под водой? Мало того, что число подводных вулканов существенно превышает число вулканов на суше (где их более 500), только под водой создаются наиболее благоприятные условия для синтеза и дальнейшего сохранения образовавшихся органических молекул.

Ведь в огне мало что может сохраниться. Необходимо как можно быстрее вывести продукты реакции из горячей зоны. В случае наземного извержения мощная струя газа рассеивает образовавшиеся органические молекулы на огромные пространства.

А под водой? Мощный слой воды толщиной нередко в несколько километров «поджимает» струю у жерла. Концентрации продуктов резко увеличиваются. Сама струя становится меньше, а органические молекулы выносятся в «комфортные» условия, в воду, где и могут происходить дальнейшие реакции с их участием.

Если же вулканы в древности располагались в небольших внутренних морях или озерах, то совершенно ясно, что они могли их насытить органическими молекулами. И когда число этих молекул достигло некоторой критической концентрации, могли образовываться все более сложные молекулы, давшие наконец толчок для появления первых живых систем.

Не нужно забывать еще об одном проявлении вулканической деятельности. Речь идет о работе уже упоминавшихся гидротермальных систем: фумарол, гейзеров. Их деятельность сравнима по производительности с деятельностью вулканов. Например, фумаролы Мутновского вулкана выбрасывают 200 килограммов водяного пара в секунду, а работают они непрерывно уже в течение тысяч лет. Фумаролы, как мы уже говорили, извергают газы, необходимые для синтезов органических соединений: аммиак, метан, водород и ряд других.

Между Петропавловском-Камчатским и поселком Ключи есть вулкан Семячек. В кратере этого вулкана находится удивительно красивое, бирюзового цвета озеро. На дне озера расположены фумаролы. Посмотрим, что могло бы дать такое озеро 4 миллиарда лет назад, если бы на его дне в течение десяти тысяч лет «работали» фумаролы и выделяли бы именно те газы, о которых мы уже упоминали.

Пусть объем озера — миллион кубических метров, а производительность фумарол такая же, как производительность фумарольных полей Мутновского вулкана. (Я специально беру абсолютно реальные, ненадуманные цифры.) Простые расчеты показывают, что «всего» за десятки тысяч лет жизни такого озера в нем могли бы накопиться сотни тысяч тонн органических соединений. Вот где мог вариться первичный бульон: в вулканических озерах, и внутренних морях.

Палеогеологические данные неопровержимо говорят, нам о том, что миллиарды лет назад вулканические процессы на поверхности Земли были выражены гораздо сильнее, чем сегодня. Почему? В частности, потому, что Луна тогда была гораздо ближе к Земле, чем сейчас. Расчеты показывают, что Луна удаляется от Земли приблизительно на один сантиметр в год. Тогда, миллиарды лет назад, Луна, находясь вблизи Земли, вызывала огромные напряжения в ее коре за счет так называемых приливных сил.

С обычными приливами в океанах, также вызываемыми движением Луны, мы хорошо знакомы. Однако чем ближе планета и ее спутник, тем сильнее их взаимодействие. Вполне возможно, что в те далекие даже по геологическим масштабам времена в земной коре могли образовываться большие трещины, которые способствовали еще более мощному проявлению вулканической деятельности.

То обстоятельство, что в ранние геологические эпохи вулканизм был сильнее, подтверждается наблюдениями в Западной Сибири и Южной Бразилии. В Западной Сибири огромные пространства покрыты лавами, как их называют геологи, траппами. Эти породы датируются временем в миллионы лет назад. Ничего подобного в наши дни наблюдать не удается. Некоторые геологи считают, что вообще вся земная кора — продукт деятельности вулканов.

Но как все-таки удалось экспериментально подтвердить предположение о том, что вулканы могут «генерировать» органику?

Здесь были сделаны две вещи.

Во-первых, мы «смоделировали» в лаборатории вулкан. Причем не просто вулкан, а целых два вулкана — наземный и подводный. Конечно, все полностью воссоздать не удалось. Но мы сделали самое главное: смоделировали состав газовой смеси и жерло вулкана с лавой. В качестве жерла нам служила толстостенная кварцевая трубка, заполненная вулканической лавой и помещенная в печку, которая нагревала эту трубку до тысячи с лишним градусов. А через трубку пропускали воду, метан и аммиак.

В случае нашего наземного лабораторного вулкана мы сразу анализировали продукты, выходящие из трубки, а в случае подводного направляли «извержение» в колбу с водой и потом уже анализировали эту воду. Для анализа использовалась очень чувствительная аппаратура, которая могла обнаружить 0,00000000001 грамма органических соединений. Такие приборы называются газовыми хроматографами и хроматомасс-спектрометрами.

В результате этих работ нам удалось доказать, что при вулканических извержениях должны образовываться и синильная кислота, и альдегиды, и аминокислоты. Из синильной кислоты и альдегидов (вообще говоря, даже только из синильной кислоты) можно получить наиболее важные для биологии молекулы.

Но одно дело провести лабораторные опыты, а иное — попытаться обнаружить эти молекулы в районах действующего вулканизма. Именно для этой цели вместе со своим товарищем, заведующим лабораторией вулканохимии Института вулканологии В. Пономаревым я отправился на остров Атласова, самый северный остров Курильской гряды.

Остров этот необитаемый. Когда подплываешь к нему на корабле и еще не видишь берегов, кажется, что прямо из Охотского моря вырастает огромный ослепительно белый снежный конус. Это вулкан Алаид. В 1972 году он взорвался боковым извержением, у подножия вулкана вырос новый конус, и огромный поток лавы, напоминающий издали доисторическое чудовище, сполз в море. Спустя год из трещин на вершине конуса еще шел горячий газ. Именно этот газ мы и хотели проанализировать на месте.

Не проще ли было отобрать пробы, привезти их в Москву и исследовать на хорошем лабораторном оборудовании? Но дело в том, что хотелось найти именно синильную кислоту, тот самый цианистый водород, которой может давать начало многим биологически важным соединениям, в то же время убивая все живое. И, хотя молекула цианистого водорода устойчива по отношению к теплу, она слишком охотно вступает в химические реакции (особенно с водой). Именно поэтому ее нужно ловить «на месте», потом уже будет поздно.

Есть реактив, который реагирует только на цианистый водород. Если этот реактив поместить в небольшую стеклянную трубочку и пропустить через нее газ, в котором есть хотя бы следы цианистого водорода, трубочка с реактивом покраснеет (вернее, покраснеет реактив). Вот на эту «застенчивость» реактива мы очень надеялись, когда высадились с корабля на остров Атласова.

Для начала нужно было выбрать наиболее подходящую для экспериментов трещину, из которой выходят вулканические газы. Вообще-то вулканических трещин на Алаиде превеликое множество, но вся беда в том, что большинство из них низкотемпературные. Понятие «низкотемпературная» имеет здесь, конечно, весьма относительный смысл, поскольку даже у самых низкотемпературных трещин она около 300–400 градусов. Но это нам не подходило, потому что при таких температурах синильная кислота быстро реагирует с водой. Пришлось искать более горячие трещины. Две мы нашли на самой вершине молодого вулкана. Они представляли собой глубокие разрывы в лавовой корке. Внутри трещин лава меняла цвет от ярко-красного до ослепительно бело-розового. Это нам и было нужно.

Из обеих трещин вырывался раскаленный газ. Мы взяли титановые трубки длиной около двух метров, погрузили их в трещину и стали прокачивать газ через трубочку с реактивом. Они мгновенно покраснели. Сейчас, много лет спустя, уже трудно вспомнить, какую радость мне довелось пережить. Ведь за два года до эксперимента на Алаиде я теоретически предсказал наличие синильной кислоты в вулканических газах.

Мы провели на конусе вулкана несколько дней, и каждый раз результаты наших опытов были положительными. Более того, в следующем году я снова попал на Алаид. Трещины еще «работали», и мы опять стали проверять наш реактив. Он покраснел. Все было в порядке. Вулканы действительно могут генерировать органические соединения.

Позже мы исследовали также на органические молекулы выходы парогазовых струй, связанных обычно с магматическим очагом. Здесь эксперименты были сложнее, так как все выходы обычно загрязнены микроорганизмами и существует опасность открыть органику чисто поверхностного, микробного происхождения. Эта тонкость не всегда учитывается геологами в их работах.

Поэтому мы проводили тщательное микробиологическое исследование проб, взятых из парогазовых струй. В одной из скважин в районе Кошелевского вулкана в стерильной пробе была обнаружена простейшая аминокислота — глицин. Теперь окончательно стало ясно, что вулканизм был одним из решающих факторов, который на ранних стадиях развития Земли играл главную роль в процессах химической эволюции.

Теперь остается ответить на вопрос: почему, если вулканы выделяют метан и аммиак в течение долгого времени, мы не видим этих газов в атмосфере? Почему же сейчас не накапливается органика в районах активного вулканизма?

Ответ прост. Сейчас на Земле есть жизнь, и она очень быстро уничтожает органические молекулы, которые являются хорошей пищей, например, для микроорганизмов. Более того, в Петропавловске-Камчатском в филиале Тихоокеанского института рыбного хозяйства мне говорили, что экспедиции института заметили в южных морях интересное явление. Там, где на дне моря есть подводные вулканы, рыб и водорослей всегда больше. Это, конечно, весьма косвенное, но все-таки доказательство.

Теперь по поводу атмосферы. В ней могут накапливаться только малоактивные с точки зрения химии газы. Поэтому аммиак и другие реакционноспособные газы очень быстро исчезают из атмосферы. Вот почему образование органики интенсивнее идет в локальных вулканических районах, где эти самые газы не успевают рассеяться в атмосфере.

Итак, из смеси простых газов можно получить и аминокислоты, и аденин, и даже более сложные молекулы. Означает ли это, что мы вплотную подошли к решению задачи о создании первого живого организма in vitro, в пробирке?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам надо посмотреть, как построена живая клетка и как она работает.