Вселенная океана. Как устроена стихия, которая формирует нашу планету - Хелен Черски

Мел служит временным пристанищем для любопытнейшего океанского пассажира: кальция. Данный элемент относится к металлам, хотя так с ходу и не скажешь: из-за высокой химической активности встретить его в чистом виде в природе невозможно. Кальций идеально подходит для строительства. Не случайно нарядные клеточные покровы кокколитофорид сложены исключительно из карбоната кальция – минерала кальцита. Это главный океанический стройматериал, очень твердый и прочный, а его составляющие присутствуют в водной толще повсюду, что позволяет без ограничений вылеплять всевозможные биологические скульптуры. Морские улитки, мидии, морские желуди, омары, каракатицы, морские ежи и многие другие океанские обитатели, имеющие раковину, строят свои домики, извлекая из воды карбонат кальция[205]. Как и все прочие элементы на Земле, кальций непрерывно мигрирует, претерпевая циклические превращения[206].

Превращения связаны с тем самым круговоротом питательных веществ, который запускают киты. Но одновременно кальций участвует и в другом, гораздо более медленном цикле: он вымывается из горных пород на суше, и реки выносят его в море. В водной толще этот океанский пассажир дрейфует по воле течений, пока его не подберет кокколитофорида или иной подобный организм и не пустит на строительство своего скелетика. После смерти хозяев раковины осаждаются на морском дне, и кальций переходит в состав горных пород. Захороненный таким образом, он на десятки, а то и сотни миллионов лет выпадает из круговорота элементов, включаясь в неторопливый танец массивных литосферных плит. И только когда горы поднимутся из моря и под действием атмосферных осадков начнется процесс эрозии, кальций сможет выйти на свободу из каменного плена и вернуться в океан.

Таким образом, в океане параллельно идут два круговорота: быстрый и медленный. Биохимический цикл переработки является сравнительно краткосрочным и занимает несколько дней или месяцев, от силы лет. Долгосрочный же цикл невероятно растянут во времени. Океанские пассажиры, прервав свое путешествие, оказываются буквально замурованы внутри горной породы. Тысячи, миллионы долгих лет проводят они в геологическом заточении, ожидая, когда вековые тектонические движения соизволят выпустить их на волю.

Результатом процессов рециркуляции кальция становится образование мощных отложений. Вообще кальций – один из самых распространенных элементов на Земле, и все же концентрация его незначительна: в среднем в породах земной коры это лишь один из каждых пятидесяти атомов. А в морской воде кальций пребывает в еще более разбавленном состоянии: на каждые пять тысяч молекул воды приходится меньше одного иона кальция. Но биология работает над тем, чтобы собрать ценный материал в одном месте. Кокколитофориды методично, атом за атомом, поглощают растворенный в воде кальций и мастерят из него свои ажурные известковые чешуйки[207]. Облаченные в минеральную броню, эти крошечные шарики странствуют сквозь пучину как концентрированные сгустки богатой кальцием океанской жизни. Но таких миниатюрных биологических машин – целые мириады, и они беспрестанно множатся, создавая все новые и новые копии самих себя. А карбонат кальция – субстанция тяжелая, так что, когда фитопланктонные организмы отмирают, их частички почти неминуемо падают на дно. Если условия тому благоприятствуют, эти массовые останки накапливаются, слипаются между собой и складываются в богатые кальцием осадочные породы, такие как известняк[208]. Итак, кальций проходит путь от низкой концентрации к высокой, и все благодаря триллионам мельчайших морских обитателей, которые, разумеется, выполняют свою оркеструющую функцию непроизвольно: они лишь заняты выживанием. Без океана эти богатые залежи не образовались бы вовсе, но ценными физическими свойствами кальциевых соединений пользуются не только подводные организмы. Человек с удовольствием пристраивается к медленному локомотиву океанической рециркуляции, создавая с его помощью собственные строительные материалы.

Бетон – изобретение очень древнее. Построенные из римского бетона купол величественного Пантеона и внутренние стены Колизея изумляют нас и сегодня, спустя две тысячи лет. Бетон представляет собой смесь цемента (связующего вещества) с наполнителем, обеспечивающим прочность: щебнем, бутовым камнем, песком. Поистине материал мечты для любого архитектора – крепкий искусственный камень, который можно отлить в какую угодно форму. Новейшая эпоха бетона началась по большому счету только в середине XIX века, с усовершенствованием так называемого портландцемента[209]. Но едва инженеры и зодчие осознали потенциал конструктивных решений на основе бетона (особенно армированного), и вектор строительной эволюции мегаполисов был предопределен. Сегодня бетон – самое широко используемое на планете вещество после воды. Подсчитано, что в мире ежегодно производят 1,4 кубометра этого материала на душу населения. А на Земле, напомню, 8 миллиардов человек.

Тянущиеся к небу громады Канэри-Уорф – горделивые символы современного капитализма, которые так хорошо видны от Биллингсгейтского рынка, – сплошь одеты в рубашки из стекла и металла. Но это лишь внешняя оболочка, камуфлирующая бетонный фундамент и несущие конструкции. Применяемый в архитектурных сооружениях бетон, как правило, скрыт от наших глаз, но сам масштаб постройки красноречиво выдает его присутствие[210]. Если же говорить о мостах, дорогах, паркингах, тротуарах, то в этих конструкциях фактура бетона никак не замаскирована, а во многих модернистских зданиях даже намеренно выставлена напоказ. Бетон так удобен в производстве исключительно благодаря тому, что океан уже сделал за нас всю работу по транспортировке и складированию кальция. Ключевой ингредиент цемента – оксид кальция, или известь, получаемая из известняка. А существованием известняка мы обязаны крошечным морским организмам, которые по крупицам собирали ценный элемент и запасали его в своих телах.

Процесс рециркуляции кальция занимает массу времени – целые геологические эпохи. В конечном счете известняк будет выдавлен на поверхность и подвергнется эрозии, в результате чего кальций вернется в океан, чтобы дать старт новому циклу. Когда мы эксплуатируем эту кладовую природы ради своих строительных нужд, круговорот кальция особенно не страдает: разница лишь в том, что атомы, которые сидели под замком в естественной скале, теперь заперты в скале рукотворной. Но свое заточение в горной породе кальций делит с сокамерником – еще одним элементом, чья судьба следует той же циклической схеме: он тоже дрейфует в водной толще, потом попадает в каменную темницу, а затем высвобождается в океан. Участвует он наряду с кальцием и в более коротких циклах переработки, связанных с жизнедеятельностью зоопланктона и китов. Чтобы из карбоната кальция, составляющего известняк, получить оксид кальция, необходимый для производства цемента, от сокамерника нужно избавиться: выкинуть прочь углерод (в форме углекислого газа). И пожалуй, именно углерод может считаться самым важным океанским пассажиром.

Углерод

В последние два десятилетия слово «углерод» регулярно всплывает в публичных дискуссиях: оковы, когда-то державшие его в плену школьных учебников, ослабли, а потом и вовсе рассыпались в прах. Что такое углерод? Химический элемент с небольшим атомным радиусом, расположенный в правом верхнем углу периодической