Появление организмов. Значение растений в распределении энергии

Глава IV

ПОЯВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ. ЗНАЧЕНИЕ РАСТЕНИЙ В РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭНЕРГИИ

 

Таким образом, до появления органической жизни на земной поверхности запас превратимой энергии был вообще невелик, а главное, распределен неравномер­но в разных частях Земли и мог приходить в дей­ствие только в некоторые эпохи, наиболее для того благоприятные. Появление органической жизни на Земле не только изменило в высшей степени вид и свойства поверхности Земли, но также и количество и способ распределения высших родов энергии.

Мы вовсе не будем здесь входить в рассмотрение спорных пунктов, касающихся первого появления организмов. Укажем только на один факт, самый важный, по нашему мнению: химические лучи Солнца, недействительные по отношению к некото­рым соединениям, например угольной кислоте, ам­миаку и пр., при той температуре, с которой они доходят на земную поверхность, получают способность разлагать их при помощи растений. Следовательно, мы были только отно­сительно правы, говоря прежде, что эти лучи все отражались или превращались в теплоту. Так оно было вначале, но, зная зави­симость химических действий от разных обстоятельств, кажущихся побочными, например продолжительности действия, количества при­сутствующих веществ, формы их распределения, диффузии, электри­ческих процессов и пр., мы должны предполагать, что химические лучи Солнца, недействительные для разложения углекислоты, аммиа­ка и составных частей почвы при обыкновенных обстоятельствах, могут стать действительными при каком-нибудь особом сочетании этих обстоятельств. Прибавим, однако, что обе главные гипотезы о начале организмов, стоящие ныне друг против друга, то есть сотво­рение и произвольное зарождение, кажутся настолько невероятными даже таким знаменитым ученым, как В. Томсон и Гельмгольц, что они склоняются к третьей, именно — к предположению, что первые зародыши организмов были занесены на Землю падающими из все­мирного пространства метеорными камнями ¹.

Гораздо важнее, нежели вопрос о первом появлении организмов, для учения о распределении энергии на земной поверхности вопрос об их распространении. Почему организмы, самое появление которых требовало стечения обстоятельств столь благоприятных и редких, что

¹ Lange. Geschichte des Materialismus. T. II, стр. 236.

мы до сих пор еще не могли проследить, каковы именно эти обстоя­тельства, как скоро появились, то быстро размножились и теперь покрывают собой большую часть поверхности земли и населяют мо­ря? Нам кажется, что на этот вопрос уже легче дать ответ более или менее удовлетворительный. Организмы распространяются, потому что с успехом выдерживают борьбу за существование с неорганической природой, во всех тех случаях, где запас превратимой энергии у них больше, чем в окружающих их неорганических веществах. Действи­тельно, организмы не могут существовать ни в клокочущей лаве вул­канов, ни даже в виде горячих источников или среди песков пусты­ни, часто взрываемых ветром. Даже обыкновенный, быстро теку­щий ключ или вовсе не заключает организмов, или только такие, ко­торые попали в него позже, окрепнувши, а первые стадии своего раз­вития прошли в другом, более покойном месте. Во всех местах, где существует значительное механическое движение, где, следователь­но, превратимой энергии много, организм со своим небольшим коли­чеством высшей энергии не выдерживает борьбы за существование, так как его движение, рост, питание и пр. разрушаются ежеминутно посторонними, более сильными движениями. Напротив, в месте, ли­шенном значительного количества превратимой энергии, движения организма оказываются сильнейшими, и он беспрепятственно про­должает свое развитие.

Весьма интересные опыты Хорвата ¹  послужили исходной точкой для высказанного нами взгляда. Сущность опытов заключается в сле­дующем. Хорват брал четыре, по возможности, одинаковые стеклян­ные трубочки, до половины наполненные одной и той же питатель­ной жидкостью, на пол-литра которой прибавлял по две капли жидко­сти, содержащей бактерии. Число бактерий было так незначительно, что питательная жидкость трубочек оставалась ясной. Все трубочки тотчас же закрывались. Две из них прикреплялись особо приспособлен­ным образом к машине, движимой водой, которая во время своего хода сильно взбалтывала содержимое трубочек. Другие две трубочки ставились в покойном месте, вблизи взбалтываемых. По окончании опыта, через 24 или 48 часов, жидкость трубочек, стоящих в покое, была молочно-мутной и при микроскопическом исследовании оказа­лась содержащей значительные количества Bacterium termo и Bacteri­um bacillus (Cohn). Жидкость в тех трубочках, которые взбалтывались машиной, оставалась ясной. Бактерии в ней не размножались не только во время взбалтывания, но даже и при последующем покое в течение 48 часов при температуре 25° до 30°, если только взбалтыва­ние продолжалось достаточное время, например около 48 часов.

Заканчивая изложение своих опытов над бактериями пожелани­ем, чтобы подобные же опыты были повторены и над дрожжами, ин­фузориями, растительными семенами и пр., Хорват приводит следую­щий пример в подтверждение своего мнения о том, что сильные дви­жения препятствуют развитию жизни: «Все те воды, океаны, моря, ре­ки, которые, представляя все выгодные условия для развития жизни ², тем не менее содержат в сравнении со стоячими водами мало расте-

¹ A. Horwath. Ueber den Einfluss der Ruhe und der Bewegung auf das Leben. В Pflü gers Archiv. f. d. g. Physiologie. Bonn, 1878.

² «Т. е. присутствие кислорода, света, теплоты и питательных ве­ществ».

ний и животных, — все эти воды часто бывают в сильном движении и никогда не бывают в покое» ¹.

Таким образом, обладая известным запасом превратимой энергии, известной способностью к механическому движению, например ро­сту корня вниз, а стебля вверх, и встречая почти везде на земной по­верхности отсутствие механического движения, имея, если можно так выразиться, почти что монополию сбережения солнечной энергии, за­ключающей в себе еще значительную часть превратимых в высшую. форму элементов, — растения в действительности стали совершать с успехом это превращение и продолжают его и до сих пор. Громад­ные залежи каменного угля и атмосфера, в значительной степени освобожденная от содержания углекислоты, являются главными сви­детелями многовековой деятельности растений.

В настоящее время принято, для большего удобства расчетов, вся­кий процесс, оканчивающийся образованием химического движения, то есть одной из высших форм превратимой энергии, приравнивать к действию термической машины, то есть такой машины, в которой теплота переходит в работу. Начало такому общему взгляду на про­исхождение механической энергии положено гораздо ранее развития механической теории тепла исследованиями Сади Карно, который уже в 1824 году говорил: «Чтобы рассматривать принцип происхож­дения движения из теплоты во всей его широте, нужно представить его себе независимым от какого бы то ни было механизма, какого бы то ни было определимого вещества; нужно установить ход рассужде­ний, применимых не только к паровым машинам, но и ко всякой во­образимой огневой машине, каково бы то ни было вещество, пущен­ное в ход, и каков бы ни был способ, которым на него действуют». И далее: «Везде, где существует различие в температуре, может быть и происхождение двигательной силы» ².

Мы знаем, однако, что никогда вся теплота не может быть пре­вращена в работу, и наилучше устроенные паровые машины не дают более 1/5 или 1/4 полезной работы. Остальная теплота падает еще ниже относительно превратимости, теряет способность быть даже превращенной в работу, рассеивается. Но для того, чтобы правильно судить о количестве полученной работы и потраченной теплоты, не­обходимо, чтобы в машине совершился круговой процесс превращения теплоты в работу и обратно работы в теплоту, так как иначе мы не имеем возможности точно представить себе количество теплоты, на­ходящейся в полученной работе³. Вот что Карно называет циклом операций или круговым процессом. По его мнению, рассуждать об отношении между полученной работой и теплотой, потраченной на произведение работы, можно только тогда, когда цикл окончен. Взяв известное количество пара и дав ему просто расширяться, мы на основании потраченной во время этого процесса теплоты и получен­ной работы не имели бы право сказать, что исчезнувшее количество тепла представляет эквивалент полученной работы. В самом деле, при окончании действия пары находятся в другом состоянии отно­сительно давления и температуры, чем при начале. Вначале это могли

¹ A. Horwath, l. с., стр. 133.

² Sadi Carnot. Ré flexions sur la puissance motrice du feu. Paris, 1824, стр. 8 и 16.

³ Sadi Carnot, l. с., стр. 20.

быть насыщенные пары, имевшие известную температуру; в конце же процесса, если были приняты известные предосторожности, пар хотя и мог остаться насыщенным, но температура его была другая; поэтому нельзя сказать — обладают ли эти пары тем же количест­вом энергии, каким обладали в первоначальном состоянии, или нет. Мы не имеем разумного основания для определения количества теп­ла, перешедшего в работу, если рабочее вещество является вначале одним, а в конце другим. Если же при помощи какого-нибудь прис­пособления нам удастся вновь привести рабочее вещество к прежне­му состоянию, в таком случае мы получим право сказать, что так как это вещество вернулось к своему первобытному состоянию, то, зна­чит, в нем не произошло теперь и изменений, — и тогда уже можно рассуждать о всех внешних явлениях, происходивших во время про­цесса, и определять условия эквивалентности между ними.

Другая великая заслуга Карно заключается в мысли о совершенной машине, в которой совершался бы оборотный процесс — оборотный; не в обыкновенном техническом смысле обратного действия частей, а в том смысле, что, кроме превращения теплоты в работу, машина может совершать оборотный круговой процесс и, давая работу, воз­вращать, так сказать, теплоту от холодника к паровику. Здесь мы имеем извращение всего процесса, а не изменение в направлении дви­жения маши­ны. Карно ввел такое понятие и доказал, что если бы уда­лось получить машину, в которой происходил бы оборотный круго­вой процесс, то это была бы машина совершенная, понимая под со­вершенством ма­шины возможность установить условия обратного кру­гового процесса, совершенно независимо от природы рабочего веще­ства в машине ¹.

Мы уже дали краткий очерк учения о тепловой машине, так как оно облегчит нам изложение последующего. Тем не менее растения не могут быть непосредственно сравниваемы с тепловой машиной или с электромагнитной, что в данном случае безразлично. Растения глав­ным образом сберегают только солнечную энергию, но не превраща­ют ее в механическую работу. Они останавливаются на полдороге, превращая ее только в свободное химическое сродство. Поэтому в растениях не может быть и речи о круговом процессе. Количество механического движения, образующегося в растениях, крайне нич­тожно. Движение спор у тайнобрачных, тычинок у некоторых явно­брачных, например барбариса, рост корня и стеблей, закрывание и-открывание цветов, опускание и поднимание листьев у мимоз и др., поворачивание цветов и листьев к солнцу, ловля насекомых мухо­ловками, — все это движения по большей части не быстрые, слабые и совершающиеся на малом протяжении. Они представляют собой всю небольшую сумму механической работы, совершаемой растения­ми. В сравнении с количеством получаемой растениями солнечной энергии, даже в сравнении с частью ее, превращаемой растениями в свободное химическое сродство, механическая работа, доставляемая растениями, настолько незначительна, что мы пока можем оставить ее без подробнейшего разбора.

Гораздо важнее накопление растениями превратимой энергии в фор­ме химического сродства. Мы видели, что растения именно пото­му, что не совершают кругового процесса, не превращают получаемую

¹ Тэт, l. с., стр. 88—89 и Sadi Carnot, l. с., стр. 21.

теплоту, свет и химическую энергию в механическую работу, уже ус­пели в течение веков накопить значительный запас превратимой энергии на земной поверхности. Это накопление энергии, это сбере­жение ее продолжается при помощи растений и в настоящее время. Действительно, мы знаем, что Земля теряет в пространство, рассеивает такое количество тепла, какое соответствует различию температуры между поверхностью Земли и пространством. Но при совершенно одинаковой температуре количество энергии, в том числе и скрытого, нелегко освобождаемого тепла, в разных случаях может быть очень различно. Совершенно правильно говорит Секки ¹: «Солнечные лучи, падая на растения, не отражаются и не разбрасываются так, как это случается, когда они падают на голые камни или на пески пустыни. Они в значительной мере задерживаются, и механическая сила их колебаний потребляется на разрушение соединений, составленных из кислорода с углеродом и водородом, соединений устойчивых, извест­ных под именем углекислоты и воды».

Но что же при этом происходит? Часть солнечной теплоты пропа­дает, как теплота. Она задерживается на поверхности Земли, не нагре­вая ее, не повышая ее температуры, не увеличивая ее потери. При равной потере Земля получает больше энергии или при равном по­лучении теряет меньше. Как бы мы ни рассматривали этот процесс, в обоих случаях на поверхности вследствие деятельности растений получается накопление энергии и притом не рассеянной энергии в роде тепла, электричества или даже света, а высшей, сохранимой ве­ками и способной ко всем возможным превращениям. Именно потому, что растения во время своей жизни не дают полного кругового про­цесса, они действительно увеличили и продолжают увеличивать за­пас превратимой энергии на земной поверхности. На земле расте­ния — злейшие враги мирового рассеяния энергии.

Сколько именно растения сберегают солнечной энергии, например, в течение года, вычислить еще очень трудно, так как для этого сле­довало бы знать количество тепла, получаемое всеми растениями на Земле, и количество рассыщенного сродства, сберегаемое в них в те­чение года через разложение углекислоты, аммиака и других насы­щенных или близких к насыщению соединений. Так как в некото­рых странах Европы уже сделаны расчеты необходимого числа гра­дусов тепла, нужных для того, чтобы довести до зрелости разные сор­та хлебов и других возделываемых растений; так как, кроме того, средние урожаи этих растений также известны, а состав почвы всег­да может быть определен, то можно надеяться, что скоро удастся определить, какой процент получаемой от Солнца энергии может сбе­речь в высшей форме питательного вещества и топлива десятина пшеницы или в материале для одежды десятина конопли и т. п. В настоящее время наибольшее затруднение для такого определения энергии заключается не в вычислении энергии сбереженной, но в оп­ределении энергии получаемой. Несомненно, что на жизнь растений -имеют влияние, кроме теплоты солнечных лучей, еще и свет, и хими­ческое действие их, а для них эквиваленты в теплоте или механиче­ской работе еще не могут быть найдены с достаточной точностью.

Таким образом, в растениях совершается работа поднятия части солнечной энергии с низшей ступени на высшую, точно так, как по-

¹ Secchi. Le Soleil. T. II, стр. 300.

добная же работа совершается в воде, испарившейся под влиянием тепла и накопившейся потом в каком-либо резервуаре на возвышен­ном месте, или в воздухе, нагретом и приведенном таким образом в состояние большей упругости. Главная разница между этими процес­сами заключается в том, что у растений энергия накопляется в фор­ме химического сродства, в воде же и воздухе непосредственно в ви­де потенциального или кинетического механического движения. Но ни та, ни другая энергия, предоставленная сама себе, не служит к поднятию нового количества энергии на высшую ступень. Воздух, потеряв при переходе в более холодное место часть своего тепла, теряет и упругость, заставлявшую его двигаться. Работа его превра­щается в теплоту и рассеивается. Вода, прорвав препятствия, кото­рые ее задерживают, сбегает по склону горы в реку, а оттуда в море, Работа ее также превращается в теплоту через трение о дно ее рус­ла, о камни, которые она с собой уносит и т. д. В конце концов эта работа бесполезно рассеивается в пространстве. Растения, предостав­ленные самим себе, или сгнивают и разрушаются, окисляясь на кис­лороде воздуха и рассеивая сбереженную в себе энергию, или при бла­гоприятных обстоятельствах обугливаются, и уголь этот сохраняется под новыми слоями осевшей почвы. В последнем случае значительная часть энергии растений сберегается, но только складывается в запас, а не способствует поднятию нового количества низшей энергии на высшую ступень. Энергия, сбереженная в каменном угле, есть, в сущ­ности, только сбереженное солнечное тепло, но еще не высшая энер­гия, потому что понятно, что химическое сродство угля для того, что­бы дать действительно высшую ступень энергии, т. е. механическую работу, должно быть предварительно обращено в теплоту, и затем теп­лота уже в механическую работу. При этом, конечно, происходит всегдашнее рассеяние тепла.

Таким образом, если проследить историю сбережения солнечной энергии на земной поверхности, то мы увидим, что в то время, когда температура земной поверхности поддерживалась, главным образом, изнутри Земли, сбережения этого вовсе и не происходило. Уже позже, когда главным источником тепла для земной поверхности стало Солн­це, когда появились на Земле пояса и прочие различия температуры, часть солнечной энергии стала превращаться воздухом и водой в ме­ханическую работу. Некоторая, незначительная часть энергии при этом сберегалась, но при своем потреблении все-таки целиком рассе­ивалась в пространстве. Доля энергии, сберегаемая растениями, уже гораздо значительнее, но и она пока не ведет к поднятию новой энер­гии на высшую ступень. О небольших, так называемых произволь­ных движениях растений мы уже упоминали и по незначительности их не рассматривали подробнее. Каменноугольные пласты представ­ляют, правда, громадный запас превратимой энергии, но лишь потен­циальной, не переходящей, за исключением разве движения угольных газов в пустотах, в кинетическую. Тем более энергия, сбереженная растениями и сложенная внутри Земли, не служит сама собою к про­изводству новой высшей энергии.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: