Криософия – от синтеза достигнутого к образу будущего
advertisement
Криософия – от синтеза достигнутого к образу будущего фундаментальной криологии 1. Особенности момента Современная наука все в большей степени концентрирует свое внимание вокруг наиболее актуальных и злободневных проблем, напрямую касающихся благосостояния и безопасности человека и социума. В естественнонаучном блоке знания, такие проблемы объединяются (с 70-х годов прошлого века) под названием «экологических» и имеют наибольший общественный резонанс, в экологии отмечается заметный рост числа исследователей и публикаций. В нашей стране «классическая» экология приобретает дополнительные отличительные особенности, связанные с климатической и географической спецификой России: устойчивым наличием криогенных условий, процессов и образований, иными словами – криосферой Земли. За последние десятилетия значительно увеличилось число исследовательских структур, так или иначе, занимающихся криосферой, кратно больше, чем IPA (международная ассоциация по мерзлотоведению) принимает новых членов. Трудно уже уследить за новой информацией и дать ей оценку. Предмет криологии изменяется на наших глазах, в круг ее интересов попадают такие разнородные явления как образование жизни и повышение эффективности сельского хозяйства, освоение ближнего космоса и прогнозирование изменения климата. Чтобы говорить на одном языке, необходимо совершенствовать понятийный аппарат, увеличивая емкость понятий, даже, казалось бы, прошедших испытание временем. В этот момент особенно важен широкий панорамный взгляд на предмет, объект и методы криологии, нужна новая – «корпоративная» философия – криософия. Суть криософии в осознании места и роли холодной материи в происхождении и эволюции вещественно-энергетических взаимодействий в мироздании, в зарождении и поддержании жизни. Она должна изучать наиболее общие существенные характеристики и фундаментальные принципы криосферы во всех ее проявлениях, использовать как классические (при исследовании простых физических и химических систем) и синергетические (при исследовании сложного и живого) подходы, продуцирующие знания, так и методы информационной логистики, продуцирующие знания о знаниях. 2. Лед, особенности, водородные связи Несколько упрощая ситуацию, можно сказать, что основным объектом криологии является лед, и, в частности, фазовые переходы вода-лед. Неслучайно температура этого фазового перехода при атмосферном давлении принята за точку отсчета в шкалах Цельсия и Реомюра. 1 На фазовой диаграмме льда – воды – пара показаны области существования различных фаз при разных термодинамических условиях. Видно, что вариативность состояний воды и льда несопоставимы, у льда 17 фазовых состояний (из них 11 выраженных), у воды – одно. Это разнообразие проявляется в физико-химических и биологических процессах и даже в таком рядовом явлении как атмосферные осадки: на нас падает дождь одного типа, снег восьми модификаций и еще два смешанных водоледяных типа осадков. На фазовой диаграмме отмечена область естественных условий жизнеобитания человека на поверхности Земли. Видно, что за счет высокогорий (на 4000 метров над уровнем моря, где практически заканчивается зона расселения человека, – атмосферное давление 50 кПа) область обитания человечества как вида лежит преимущественно в области криосферы. Однако подавляющее большинство времени человечество проводит при условиях существования воды. Таким образам, положительные температуры, несомненно, комфортнее, однако живое адаптируется к холоду как минимум не хуже, чем к теплу. Бытуют трактовки, в которых лед – просто побочный продукт превращений воды. Говорят о трех агрегатных состояниях воды, но никто не скажет о трех агрегатных состояниях льда. Налицо наше субъективно-видовое восприятие мира, нам комфортнее иметь дело с водой, нежели со льдом. На графике отмечена частота употребления слов «лед» и «вода» (ординаты) в печатной продукции за определенный год (абсциссы). 2 И эта ситуация стандартна, но не нормальна. Не случайно «Стандартные условия» (Standard Ambient Temperature and Pressure, СУ на фазовой диаграмме ниже) – давление 750 мм рт. ст. и температура 25 °С, а «Нормальные условия» (Standard temperature and pressure, НУ на фазовой диаграмме) – давление 760 мм рт. ст. и температура 0° C. Условия жизни – это нормальные условия – центр естественных условий жизнеобитания. Определение планетарного льда может быть таким: лед – химическое соединение основных элементов нижних слоев атмосферы планет – твердое тело, превращающееся в жидкое или газообразное состояние при изменении рТ - условий, имеющее, как правило, кристаллическое строение с микро или макро включениями жидкостей, газов и твердых частиц. Известно, что исследования физических свойств льда проводили несколько ученых, получивших Нобелевские премии в 40-х, 50-х и 70-х годах. Лед объединяет в себе противоположные свойства: кристалл – аморфное тело, упругость – пластичность, полупроводник – диэлектрик, легче воды – имеет твердость стального ножа. Лед имеет вектор достижения идеальной структуры – при постоянной низкой температуре со временем мера упорядоченности возрастает, т.е. при постоянной температуре энтропия уменьшается со временем. Снег не поглощает свет определенных частот, поэтому его цвет белый. Лед прозрачен, т.к. в нем не возникают свободные электроны. Снег, состоящий из прозрачных кристаллов льда белый по той же причине, что и истолченное прозрачное стекло – белый порошок. Поверхность льда – квазижидкость, при отрицательной температуре близкой к 0°С молекулы воды в ней расположены хаотично, но ориентация диполей становится упорядоченной (в отличии от кристалла). Только кристаллы льда построены на одних водородных связях, т.е. можно считать лед – стандартом водородных связей. Мерой для сравнения. Эти же водородные связи играют важнейшую роль в белках, нуклеиновых кислотах, в биополимерах. Сама жизнь обязана возникновением водородным связям, т.к. все биохимические процессы в живом организме – это процессы, когда рвутся и возникают вновь водородные связи. В кристаллах льда, молекулы воды располагаются таким образом, что электростатические и дисперсионные силы (деформация электронных облаков при сближении двух молекул при которых возникают силы притяжения) строго уравновешиваются обменными силами отталкивания (вызываются квантовомеханическими причинами). Межмолекулярное расстояние, т.е. «длина» водородной связи равная 2,76 А, определяется именно этим условием. Когда лед тает, превращаясь в воду, водородные связи разрушаются. Пар – состояние, когда все водородные связи разорваны. Система: вода – лед – пар – это система с сильными ковалентными связями (вода), чисто водородными (лед) и разорванными водородными связями (пар). 3 3. Криокосмос Эволюция Вселенной от первых мгновений появления материи из элементарных частиц - протонов, нейтронов и электронов, появившихся при взрыве, далее непрерывно связана с водородом, который вместе с гелием первыми образовались при остывании. Далее - концентрация этих элементов в будущие галактики, преобразование вещества в «сгустки» - звезды из водорода и гелия; термоядерные реакции, новые взрывы, синтез новых элементов, (О, N, С и другие) образование новых звезд, далее новые элементы и так вся таблица Менделеева вместе с ее еще не синтезированными на Земле элементами. Гиперсистемность Криосферы вытекает уже из того, что лед во Вселенной существовал до возникновения Солнечной системы и ее планет, до появления воды и жизни на Земле и останется во Вселенной даже после расширения и разогрева Солнца и трансформации нашей планеты в нечто похожее на одну из безжизненных горячих планет. Криосфера Солнечной системы является естественным (и достаточно традиционным по методам) расширением объекта исследования криологии. Важное практическое значение в среднесрочной перспективе будет иметь информация о криосфере планет и их спутников. Разнообразие условий планет и других крупных объектов Солнечной системы, их удаленность от Солнца, характер траекторий, продолжительность года и суток, химический состав, наличие и состав атмосферы, позволяют иначе взглянуть на криосферу Земли. Она воспринимается в этом подходе не как уникальный объект, а как типичное явление, наделенное в силу различных обстоятельств исключительным биопротективными свойствами. Не следует забывать также, что граница собственно Солнца достаточно условна, плотность солнечного ветра (излучаемой Солнцем плазмы) настолько велика, что околосолнечную область на расстоянии по крайней мере 100 а. е. от Солнца (гелиосферу) можно рассматривать как аналог планетарной атмосферы. Таким образом, необходимо определить собственно криосферу Солнца (и на Солнце есть криосфера). Последние успехи космонавтики, основанные в первую очередь на скачке коммуникативных технологий, показали нам впечатляющие криогенные процессы и явления на планетах Солнечной системы и их спутниках. Еще более яркие картины мы уже готовы увидеть. На их фоне традиционный объект криологии Криосфера Земли не выглядит завораживающе, но она остается чрезвычайно важной для человечества и всего живого на нашей планете. 4. Криосфера Земли Когда мы определяем Криосферу как гиперсистему, то Криосфера Земли встает на место подсистемы или системы второго уровня со своими подсистемами, такими как атмосферные отрицательно-температурные разноуровневые слои со своими особенностями, покровные компоненты, литосферная мерзлота. Но и этот классический объект криологии должен быть естественным образом расширен как географически, так и в области временных, энергетических и пространственных масштабов. Наличие зоны глубинных растворов с фазовыми переходами, обязывает нас вводить в понятийный аппарат криологии условия, далекие от поверхности, и наличие переохлажденной воды и льда (льдоподобного вещества) на больших глубинах. Иначе мы неправомерно ограничиваем пространство, относящееся, по сути, к Криосфере Земли, выводя из нашего предмета трансформации среды, обязанные криогенным процессам при разных рТ-условиях. Наибольшая глубина, известная на сегодня, проникновения криогенных условий процессов и образований – это глубина газовых гидратов на континентах и в океанах, которые создают пояс положительно-температурной криолитозоны, расширяющий ее пространственные границы. 4 Современное научное мировоззрение, система знаний, формируемая высшей школой у специалистов естественников не содержит в достаточной степени представлений о влиянии криогенных процессов и явлений на формирования геологического образа Земли, на формирование живого. Тезис Вернадского о роли льда и снега не раскрыт, и что явно упущены знания криологов о взаимодействии криосферы и других геосфер, а также исследования криобиологов и криогеохимиков, которые видимо в силу своей определенной изолированности в век дифференциации наук не влились ни в одну титульную науку, и им просто не хватило энергии увлечь своими прекрасными работами научное сообщество. Но то, что они уже наработали за последние 30-40 лет, постепенно входит в фундаментальные основы наук о жизни и о земле. В прошлом году мы отметили 130 лет со дня рождения немецкого ученого геофизика А. Вегенера - автора теории дрейфа материков и первой гипотезы мобилизма. Забытое и оживленное десятилетия спустя, сегодня это общепризнанное учение о тектонике плит, мысль о котором возникла скорей всего в его первой гренландской экспедиции, в наблюдениях за динамикой ледникового щита. Задача криологии внести свой вклад в геологическую историю, углубленным изучением роли оледенений в развитии абиогенной и биогенной составляющих земной коры. До настоящего времень геокриологи занимались, в основном, четвертичным периодом, а, похоже, самое интересное было значительно раньше на 2 – 2,5 млрд. лет. Примерно с этого времени прослеживаются циклические оледенения разной продолжительности и интенсивности. Исследована корреляция «начала» и «конца» оледенений с особенностями состава атмосферы (изменения количества СО2 и серы). Однако и более ранняя история Земли требует новых подходов и гипотез, так как научное сообщество разделено на сторонников и противников как горячей, так и холодной Земли на этапах ее рождения и формирования. Одно из возможных направлений исследований, которое вытекает из строения атмосферы и тектоники плит – это взаимодействие перемещающихся платформ и формирующейся атмосферы. Первичная атмосфера, как известно, коренным образом отличалась от современной и по строению, и по составу. Зная о том, что на планетах и их спутниках существуют водный лед, углекислый, аммиачный и метановый можем предположить, что и на Земле могли существовать все или часть видов льдов, менявших со временем свой состав. Под натиском новых данных о строении Вселенной, возможностей вычислительной техники, химии и физики трудно сохранить свою стройность гипотезам формирования планет и зарождения жизни популярным еще 15-20 лет назад. Однако и 5 новые химизированные и математизированные модели не лишают нас основы для вхождения в раннюю историю Земли с нашими криосферными подходами. Новейшие данные по наиболее древним сохранившимся до наших дней австралийским цирконам свидетельствуют о наличии водных бассейнов в эпохи 4,4 – 4,1 миллиаррдлетней давности. А это означает присутствие атмосферы 6-7 мбар. Анализ следов 129Хе - продукта распада 129J показывает наличие динамики этого продукта, его поглощении газогидратами. Таким образом, как минимум газовые гидраты компонент Криосферы, уже были. Да и предполагаемые термоциклы ранней планеты с диапазонами +2000 ~ -1000С предполагают различные фазовые переходы, т.е. являются определенным этапом эволюции криосферы Земли. Гипотеза Земля-снежок тоже не списывается из истории ранней планеты, так как мощнейшая дегазация, а, следовательно, охлаждение атмосферы могли начать формирование среды благоприятной для льдонакопления. Существование в остывающей мантии многочисленных циклических процессов уже тогда меняли облик атмосферы и укрепляющейся поверхности. И очевидно последствия циклических явлений были более быстрыми и ярковыраженными, т.к. барьеры в виде Земной коры и маломощной атмосферы еще были слишком слабыми. Земля-снежок могла появляться в истории неоднократно и задача криологии искать следы этих эпох. Появились работы мерзлотоведов, обнаружившие признаки криогенеза в карбоне. Геологами, так или иначе, установлены признаки многочисленных оледенений, но это были, в основном, свидетельства, не привязанные к тектонике плит. С точки зрения мобилизма, мы должны признать, что большая часть архива бесследно ушла в расплав верхней мантии. Но кое-что сохранилось из эпох от 4 млрд. лет назад, в том числе и на территории России и СНГ. Необходимо определить функциональные роли, физикохимические и другие проявления льда на ранних этапах развития Земли. Это откроет нам глаза на те следы, которые в холодные периоды истории планеты в принципе могли быть оставлены. Изучая иные планеты, мы надеемся больше узнать о ранней истории Земли и ее будущем. Но найдя новые средства изучения молодой Земли, мы тем самым значительно повысим точность интерпретации данных, получаемых космическими аппаратами. Мерзлотоведам и гляциологам невозможно не увлекаться четвертичным периодом – периодом ярчайшего похолодания на Земле с четырьмя крупными оледенениями и с самыми разнообразными свидетельствами истории событий. Но и ранней истории криосферы необходимо уделять пристальное внимание, несмотря на убывающее в крутой зависимости от прошедшего времени число свидетельств. Очевидна потребность в создании и развитии специального направления «криотрасологии» (фр. trace – след), занимающегося исследованием взаимодействий льда с абиогенными и биогенными компонентами среды. Все оставляет свой след, главное уметь его отыскать. Инструментарий ХХI в. уже позволяет определять самые разнообразные отпечатки событий. Нужны идеи взаимодействий, системный подход и широкий поиск. 5. Энтропийные циклы. Выявление циклических процессов существенно упрощает описание исследуемых явлений – достаточно детально описать один цикл и мы будем иметь полное представление обо всем процессе. Наличие в одной системе нескольких циклов делают ее поведение много богаче, приводя к нелинейным резонансным эффектам. Криосфера тесно связана с циклами, причем эта цикличность заметно разнообразнее, чем принято думать. В «холодное время года» (в северном полушарии осень – зима – весна) для криогенных систем важны циркадные (суточные циклы). На протяжении суток происходят фазовые переходы вода-лед, стабилизирующие температурный режим для живого. Заметнее проявляется годовая цикличность криосферы, снег и лед длительное время находятся в устойчивом состоянии, создавая 6 криогенные условия. Надо отметить, что в полярных регионах циркадные циклы естественным образом исчезают (полярные день и ночь длятся по полгода) и живое тоже приспосабливается к этому (например, северные олени не имеют биологических часов). На криосферу влияют и другие крупнопериодические циклы: одиннадцатилетние и 270летние циклы солнечной активности. Более сложная цикличность наблюдается в таких криогенных образованиях, как ледники. Испарившиеся молекулы льда кристаллизуются на температурном атмосферном фильтре в облаках и выпадают в виде снега. Если за теплый период года снег не успевает растаять, происходит аккумуляция ледника – вязко-пластичного массива льда и фирна. Под действием силы тяжести ледник постепенно стекает в область абляции, где механически разрушается, тает и испаряется. Таким образом, каждый ледник определяет собственный характерный период времени, зависящий от климата (температуры и влажности) и географии местности (рельефа и строения горных пород). Периодичность таких циклов может быть самой разнообразной, от нескольких лет в горах и приполярных областях, до десятков тысяч лет (в Гренландии и Антарктиде). Интересны задачи взаимодействия разнопериодических циклов в таких системах. Необходимо отметить, что и для циклических процессов криосферы прослеживается связь между холодом и жизнью: и в том и в другом случае можно говорить об энтропийных циклах в условиях интенсивных тепло-массо обменов. И рождение живого, и образование льда из воды и пара понижают энтропию системы, формируя самоупорядоченные сложные системы. 6. Атмосфера От поверхности Земли вверх простирается тропосфера, в которой заключено около 80% всей массы атмосферного воздуха и до 90% всего водяного пара мощностью до 8-10 км. - в полярных областях, до 10-12 км - в умеренных и до 16-18 км. - в тропических широтах. Высотная отметка тропосферы меняется изо дня в день. У земной поверхности средняя температура воздуха около +260С на экваторе и до 0 23 С на Северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около -700С, над Северным полюсом зимой около -650С, а летом около -450С. Температура убывает с высотой со средним вертикальным градиентом 0,650С/100 м. Излучение Земли, в основном, находится в инфракрасном спектре, которое интенсивно поглощается воздухом, при этом понижается температура. Понижение обусловлено тем, что нагретый воздух становится более легким и поднимается вверх, попадая в область с более низким давлением, он расширяется и соответственно охлаждается. Этот феномен, кстати, был подмечен еще Д.И. Менделеевым и описан в его заметках и трудах, посвященных метеорологии. Таким образом, по температуре тропосфера, как правило, двухслойна. По массе воздуха отрицательно-температурная и теплая части тропосферы примерно одинаковы. На границе со стратосферой, особенно в тропиках, увеличивается статическая устойчивость атмосферы. Этот переходный слой – тропопауза, толщиной от нескольких сотен метров до 1-2 км. Из-за турбулентности и конвекции в тропосфере высота тропопаузы колеблется, как при прохождении циклонов и антициклонов, так и в зависимости от времени года. Верхняя часть первого отрицательно-температурного слоя находится в стратосфере с почти изотермичным режимом, но с высоты 20 км, температура быстро растет, в районе 40 км достигает 00С, а на высоте около 50 км повышается до десятков градусов. Этот слой с плюсовой температурой обязан своим появлением озону, поглощающему ультрафиолетовое излучение Солнца. Если бы не было озонового слоя, падение температуры, характерное для тропосферы сохранилось бы вплоть до высоты 80 км, т.е. два отрицательно-температурных слоя это сравнительно молодое (с геологических позиций) явление. 7 Разогрев атмосферы выше 90 км обязан коротковолновому (130-170 нм) излучению Солнца, ионизирующему молекулярный кислород. Ниже этой отметки коротковолновое излучение не проникает. Отрицательные температуры в верхнем холодном слое обязаны низкому содержанию озона. Распределение стабильных молекул в атмосфере до высот порядка 100 км определяется барометрическим законом, т.е. уменьшением количества с высотой по экспоненте. 7. Условия происхождения и развития жизни Неоспоримо, что именно наличие атмосферы с ее температурным экраном, агрегирующим молекулы воды в частицы льда, не позволяет воде покидать Землю. Именно этот фактор является ключевым для возникновения жизни на нашей планете. Все изменения в криосфере Земли, так или иначе, воздействуют на формирование и эволюцию среды жизнеобеспечения. Как известно, озон в атмосфере образовался около 400 млн. лет назад. И только после этого жизнь из океана шагнула на сушу. Рождаясь в атмосфере, озон стремится к распределению по высоте аналогичному распределению воздуха. Важнейший вывод, который напрашивается из этого это то, что выход живых организмов из воды и отрыв от Земли, т.е. свободное существование в атмосфере (тропосфере) – это результат слабости и непрочности водородных связей. Биологическая роль водорода в энергетике древнейших биосистем первостепенна. Водород – первичный источник электронов и протонов, главный субстрат микробной жизни, основа энергетики метаболизма. Он определяет прочность и пластичность макромолекул. Молекулярный водород Н2 осуществляет универсальный процесс трофической (энергетической) связи между микроорганизмами, живущими на разных субстратах, т.е. по существу он первичный конструктор прообраза экосистем. Водород как энергетический продукт – фактор конкурентной борьбы многих групп прокариот. Добавим, что способности молекулярного водорода служить восстановительным факторам, формировать протонные градиенты как средство временного сохранения энергии – все это и многое другое говорит о водороде как об одном из важнейших элементов среды, сыгравшем ключевую роль в происхождении жизни. Предмет нашей науки в большей степени – это трансформации и взаимодействия первоэлементов из начальной и второй волны - Н и О. Криосфера может занять свою нишу в концепциях происхождения и эволюции жизни, если истоки эволюции вынести за рамки конкретной планеты. Основной комплекс криосферы – лед (предшественник воды) ведет свое происхождение из первых мгновений возникновения Вселенной, когда появляется водород и, чуть позже, кислород. Их агрегирование и появление водородной связи лежит в основе и костного, и живого вещества. По мнению Э.М. Галимова возникновению жизни на Земле предшествовала фаза предбиологической химической эволюции. Предположение автомодельности последовательности кризисов в истории цивилизации и биосферы (ускорение исторического времени), четко прослеживаемой на протяжении 4 миллиардов лет истории Земли, определяет в качестве точки старта предбиологической эволюции момент формирования галактического диска около 10 млрд. Именно в это время, практически в момент возникновения Галактики, лед начинает появляться как фаза, предлагая образцы молекулярных взаимодействий для живого. Сложно согласится с представлениями, согласно которым одним из атрибутов жизни является фазовая обособленность: «живой объект всегда четко отделен от окружающей среды». Заметим, что живой объект остается живым лишь за счет интенсивных обменов энергией и веществом с окружающей средой. Можно согласиться с тем, что на определенном этапе развития жизни – химической эволюции произошло физико-химическое концентрирование абиогенно образованного органического вещества в пробиотах. Отбор, возникающий уже на предбиологическом 8 этапе, действовал не на отдельные молекулы, а на целостные фазово-обособленные структуры. Синтез живого шел из того, что давала среда – вещество и условия. Создав живое, среда непрерывно продолжала обеспечивать живое тем же – веществом и условием, непрерывно изменяясь вместе с живым по эволюционным законам. Ближе к истине не фазовая обособленность, а устойчивое неравновесие или коэволюция по Н. Моисееву. Многие исследования происхождения жизни продолжают работы ОпаринаХолдейна по химической эволюции, хемогенезу, возникновению сложных белковых форм из более простых соединений. Академик Н. Юшкин предполагает, что «минералы могли послужить катализаторами для возникновения все более сложных углеводородов, передать первым биомолекулам часть своей структуры. Передавать в смысле информационном, генетическом. Основная мысль, высказанная Н.П. Юшкиным – «многие биогенные и биологические процессы определяются базовыми для всей природы процессами кристаллизации, образования упорядоченной структуры. Образование биологических структур явилось переходом вещества на качественно новый уровень порядка». 8. Условия существования и среда обитания То, что средняя годовая температура на Земле длительное время не отклонялась значительно от точки фазового перехода лед-вода, представляется довольно естественным. Лед, как и вода, имеет уникальные термоинерционные свойства, которые в сочетании с их распространенностью на поверхности Земли, позволяют криосфере выполнять функцию стабилизатора температуры. Для сравнения теплоемкость воды (4,183 кДж/(кг·K), здесь и далее все физические величины в СИ) в 5 раз выше средней теплоемкости почвы, а ее объемная теплоемкость в 3,3 тыс. раз выше теплоемкости воздуха. Так, для нагрева 1 л воды на 1°С придется затратить в 3300 раз больше энергии, чем при нагреве 1 л воздуха. Высокие теплоемкости воды и льда (2,060) делают их главными аккумуляторами солнечной энергии на планете. Но и это еще не все. Сама точка фазового перехода обладает дополнительной, и тоже аномальной, термоустойчивостью. Удельная теплота плавления льда (332 кДж/кг) в 5 раз больше, чем у золота (66,2) и, например, в 28 раз больше, чем у ртути (12). Температурная устойчивость определяет благоприятные для возникновения и развития живого условия. Лед выступает в роли биопротектора, стабилизируя параметры внешней среды 9. Криобиология – Сродство льда и живого Союз криологии с биологией напрашивался уже с первых лет официального существования мерзлотоведения в СССР. Находки мамонтов, оживающие насекомые, добытые из мерзлоты, будоражили умы уже в первой половине прошлого века. А если вспомнить, что цивилизованная Европа в упор не видела явления вечной мерзлоты, даже по одной очевидной в ХIХ веке причине – лес на мерзлоте произрастать не может. Признание пришло от великого А. Гумбольдта и лишь затем мерзлота получила «право на существование» в европейской науке. Сегодня работы по криобиологии можно читать как фантастику: ожившие гусеницы, бабочки, т.е. высокоорганизованные существа после длительного замораживания до -2690С, беспозвоночные – коловратки, нематоды переносили в высушенном состоянии глубокое охлаждение до -2710С. Так что жизнь в мерзлых породах в естественных условиях – это просто курортное существование для микроорганизмов. Как показали керны со станции Восток, природа куда надежней человека сохраняла температурный режим, сотни тысяч лет обеспечивая плавность и охлаждения и прогревания то, что и нужно для адаптации. То, что уже сегодня наши ученые получили из палеобиоты это только лишь удачное начало и основные открытия еще впереди. Задача криологии – получить из мерзлоты препараты для обеспечения качества жизни. Лед среда обитания или точнее – коэволюционизирующая система с устойчивым 9 неравновесием, при этом микроорганизмы следует рассматривать как неотъемлемую составляющую льда или другой мерзлой породы. Вместе с биологией криология должна еще проложить общую дорогу к пониманию функции льда в зарождении и поддержании жизни, в концепции периодически нарушаемого равновесия Элдриджа и Гоулда. Уж слишком много плюсов у льда по сравнению с другими средами. Физические свойства таковы, что лед – это убежище от смертельных излучений, это термостат с минимальными температурными градиентами, это защита от химических и биологических мутагенов, это постоянно обновляющаяся среда. Одной только силы трения микрообъема внутри льда достаточно для появления пленочной воды, уже было сказано о водородных связях молекул льда, которые по какойто «случайности» – основа связей в белках, РНК и ДНК. У криологии появляются совершенно новые задачи в исследованиях криогенных и криогенетических образований, процессов и условий на стыке с критическими для модернизации страны биоинженерными и биомедицинскими технологиями. Возьмем хотя бы последние результаты электронной микроскопии, полученные В.П. Роговым. Картинки, вызывающие множество вопросов: почему эти шарики-бактерии находятся в середине микрожилы льда, размножаютсяя или нет, чем живут, куда уползают и зачем, если движутся, то какие механизмы и скорости и многое, многое другое… По Л.М. Кондратьевой, В.И. Ивановой в свежем номере журнала «Биосфера» имеем: «В период замерзания воды на реках в криосфере происходят сложные продукционно-деструкционные процессы, которые по масштабам не уступают круговороту веществ в толще воды и донных отложениях». В 2008 году группа учёных под руководством профессора Брента Крайстнера обнаружила, что за образование почти всех осадков могут отвечать бактерии, в частности, Pseudomonas syringae. Было доказано, что бактерии могут путешествовать с облаками на дальние расстояния и быть причиной осадков по всему миру при достаточно высоких температурах. Ничего удивительного в этом нет – кристаллизация происходит на неоднородностях. Бактерии, имея относительно малый удельный вес, являются главными претендентами на роль зародышей новой фазы на больших высотах, где и образуются осадки – другие геометрически крупные объекты туда не поднимаются. Но важно именно то, что это не является удивительным. Мы опять наблюдаем сродство живого и холодного. Аналогия – эффективнейший и наверно самый древний инструмент познания. Человеку свойственно познавать мир, описывая неизвестное в терминах понятного. Многие традиционные философии отмечают изоморфизм человека и мира, микро и макрокосм. Джеймс Хаттон, «отец» современной геологии уже в 1785 году высказал предположение о том, что Земля — сверхживой организм, имеющий свои системы обмена веществ и дыхания которые и выражаются геологическими процессами. Идеи и аналогии Хаттона были развиты Лавлоком в его концепции Геи, согласно которой Земля является саморегулирующейся системой, способной удерживать комфортный климат и химический состав для организмов, населяющих её при различных уровнях энергии, поступающей от Солнца. Сравнение нашей планеты с организмом продуктивно в том отношении, что и Земля, и человек являются сложными системами, уже некоторое время разумными, функционирующими в соответствии с принципами общей теории систем. Владимир Вернадский говорил об исключительно большой роли живого вещества в формировании и регуляции параметров геохимической среды Земли, физических характеристик биосферы, атмосферы и гидросферы. Криосфера может претендовать на связующую роль во взаимодействии между жизнью и планетой, на роль инструмента сначала выпестовавшего живое, а потом инструмента позволяющего разуму, создавать комфортные условия существования жизни. 10 10. Заключение Процессы, в которых ключевую роль играют лед или вода вблизи точки фазового перехода многообразны, их проявления часто очевидны, часто парадоксальны. Разнообразные факты складываются в мозаику, ключом к которой является сродство льда и живого, их способность образовывать новые комплексные объекты, устойчивые системы, имеющие новые эмерджентные свойства. Криология все чаще оперирует несвойственными классической прикладной науке терминами: разнообразие, устойчивость, сложность, эмержентность, системы объединяются в метасистемы, на смену моделям приходят их иерархии. Все это придает ей черты постнеклассической науки основными особенностями которой являются междисциплинарность и актуальность – направленность на конкретные злободневные проблемы. В условиях лавинообразного расширения предмета исследования, методология, наработанная геокриологией, не может давать удовлетворительных результатов. В этот момент, в момент необыкновенно высоких темпов прироста знаний и взаимопроникновения наук, перемен образовании и положении ученого в обществе, криософия должна создать образ криологии будущего – расширить ее объект предложить продуктивную методологию исследований, определить перспективы и ожидаемые результаты. Криософия должна сохранить в тонусе внимание к криогенным процессам и явлениям, «короткому замыканию» живого и холодного, как классических геокриологов, так и специалистов смежных областей, традиционно занимающихся новыми для нашего сообщества вопросами – биофизиков, биологов, планетологов, метеорологов. Толька тогда, когда они начнут мыслить категориями криологии и исследовать лед и холод, геокриологи перестанут с восторгом неофитов «открывать» давно известные явления и процессы. 11