2.2 Газовый состав первичной атмосферы

Вопрос газового состава атмосферы на древней Земле является, пожалуй, ключевым в гипотезе Опарина: от него напрямую зависит химический состав так называемого первичного бульона. Как мы уже отмечали, С. Миллер и Г. Юри в своих опытах по синтезу органических веществ использовали водород (Н₂), метан (СН₄), аммиак (NH₃) и пары воды (Н₂О). Они решили, что именно из этих газов состояла древняя атмосфера. Такой вывод был сделан на основании состава планет-гигантов Юпитера и Сатурна, как раз в те годы установленного по результатам спектрального анализа (Войткевич, 1988). Однако предположения учёных оказались неверными. Атмосферы Юпитера и Сатурна действительно содержат Н₂ и в незначительных количествах СН₄ и NH₃, однако Земля относится к внутренним планетам Солнечной системы, для которых такой состав нехарактерен. Наиболее близкими к ранней атмосфере Земли следовало бы считать атмосферы Марса и Венеры, состоящие преимущественно из CO₂.

При исследовании пород Земли никаких свидетельств существования метаново-аммиачной атмосферы найдено не было. Если бы метан находился в изобилии, то он быстро бы превратился во всевозможные углеводороды, и их модификации отложились бы в самых древних осадочных породах. Но подобных отложений там нет. Если бы в атмосфере присутствовал аммиак, то часть его быстро разложилась бы под действием УФ-волн, а другая часть растворилась бы в океане с образованием сильного основания – гидроокиси аммония. При таких условиях невозможно образование силикатов, которые в больших количествах содержатся в древних породах. Растворились бы в океане и другие предполагаемые газы (Н₂S и SO₂), а Н₂ моментально улетучился бы в межпланетное пространство, поскольку силы тяготения Земли недостаточно, чтобы удерживать его в верхних слоях атмосферы (Крик, 2002; Фолсом, 1982). Глубинные газы первичной мантии Земли, выделившиеся при вулканических извержениях и, как считается, давшие начало первичной атмосфере планеты, содержат главным образом Н₂О, CO₂ и в гораздо меньших количествах N₂, Н₂S, SO₂. Газы аналогичного состава обнаружены в метеоритах. Вся же проблема состоит в том, что различного рода манипуляции с газовыми смесями такого состава привели лишь к образованию аммиака, азотной кислоты и формальдегида. Никаких аминокислот получить не удалось (Войткевич, 1988; Юдасин, 1991; Виолован, 2001).

Ещё одной проблемой для учёных стал вопрос наличия или отсутствия в первичной атмосфере свободного кислорода. Холдейн предполагал, что атмосфера Земли была восстановительной (бескислородной), поскольку кислород моментально окислил бы всю органику, а метан и аммиак разложились бы до N₂, СО₂ и Н₂О. Кроме того, если в атмосфере не было кислорода, то не существовало и озонового слоя, следовательно, ультрафиолет свободно достигал бы Земли, способствуя синтезу органических веществ. Однако Холдейн не учёл, что ультрафиолет с ещё большей лёгкостью разрушит только что синтезированную органику, в том числе и в воде на глубине до 10 м. Не был принят во внимание и тот факт, что под действием УФ-лучей происходит фотолиз паров воды (как сейчас над озоновым слоем атмосферы Земли), и уровень кислорода за относительно короткий период времени поднялся бы до современного4 (Гусев, 2004; Крик, 2002).

Сегодня это предположение находит своё подтверждение. Российский учёный из Института космических исследований РАН, профессор Л. Мухин (1933—2009), многие годы занимавшийся проблемой первичной атмосферы Земли и газового состава метеоритов, пишет: «О составе атмосферы [Земли] можно судить по газам, содержащимся в земных породах и метеоритах на период времени их формирования. Интересно, что эта атмосфера неравновесна: в ней есть полностью окисленные компоненты, такие как СО₂, и есть компоненты восстановленные: нет аммиака, а есть только свободный азот. Тем не менее, эти данные приводят к выводу о том, что 3,8—3,9 млрд. лет назад не было никакой восстановительной атмосферы. Наблюдаются следы кислорода, который должен был образовываться во время высокотемпературных процессов и очень быстро реагировать с другими [веществами]. Это важно потому, что в присутствии кислорода не проходят никакие абиогенные синтезы органических соединений» (Мухин, 2009).

Поэтому на сегодняшний день сценарий восстановительной, метаново-аммиачной атмосферы считается наименее правдоподобным (Крик, 2002; Розанов, 2010; Dose, 1988; Shapiro, 1999). Тем не менее, как мы уже отметили, даже отсутствие кислорода в ранней атмосфере делает невозможным абиогенный синтез органических веществ на Земле.