3. Геофізиологічні гіпотези і їхнє підтвердження

В 1971 р. була висловлена гіпотеза, що живі організми здатні виробляти речовини, які можуть переносити істотні елементи з океанів на сушу (Lovelock, 1972,1989). Її підтвердження відбулося в 1973 р., коли була виявлена емісія диметил-сульфіда (ДМС) і метилйода із відмерлих планктонних організмів океану. Виявляється, це - єдине відоме джерело переносу сірки і йоду з океану на сушу. Крім того, крапельки ДМС служать ядрами конденсації водяної пари, сприяючи утворенню хмар. Хмари локально впливають на мікроклімат (послабляють інтенсивність ультрафіолету, що згубно впливає на живі організми, сприяють утворенню вітру і як наслідок - вітровому перемішуванню біогенів, що у свою чергу сприяє збільшенню продукції водоростей). Сірчисті з'єднання, потрапляючи на сушу, сприяють росту рослин, які прискорюють вилуговування гірських порід. Біогени, що утворюються в результаті цього процесу, змиваються в струмки, ріки й, зрештою - у море, сприяючи росту продукції водоростей. Виявлення подібних, на перший погляд, несподіваних циклічно замкнутих причинних ланцюжків є характерною рисою геофізиології.

В 1981 р. було висловлене припущення, що глобальний клімат, можливо, стабілізується шляхом саморегуляції циклу двоокису вуглецю через біогенне посилення процесу вивітрювання гірських порід (Lovelock, Watson, 1982). У термінах геофізиології, двоокис вуглецю є ключовим метаболічним газом Геї, що впливає на клімат, продукцію рослин і виробництво вільного атмосферного кисню. Джерелом двоокису вуглецю в біосфері є вулканічна діяльність. Розчинений у дощовій воді, вуглекислий газ взаємодіє з вулканічними гірськими породами, багатими карбонатами й силікатами (хімічне вивітрювання).

Результати досліджень Т.Фолька й Д.В.Шварцмана, представлені в журналі «Nature» в 1989 р. підтвердили, що мікроорганізми разом з рослинами в тисячі разів прискорюють вивітрювання гірських порід (В.І.Вернадський звертав увагу на роль біогенного вивітрювання ще в 30-х роках). Рослини всмоктують вуглекислий газ із повітря в ґрунт, підвищуючи його локальну концентрацію в 10-40 разів. Крім того, основна маса загиблих рослин піддається бактеріальному окислюванню й перетворюється у двоокис вуглецю в місцях контакту із сполуками кальцію, силікатами й водою. Продукти вивітрювання переносяться річковим стоком в океан, де також підключаються живі організми. Діатомові водорості використовують кремнієву кислоту, а інші - бікарбонат кальцію для побудови своїх кістяків. До того ж, океанічні водорості всмоктують вуглекислий газ прямо з повітря. Відмерлі водорості формують крейдові вапнякові й кремнієві осадові відкладення. Атмосферний вуглекислий газ створює парниковий ефект. Біота, беручи участь у регуляції його концентрації, тим самим регулює середню температуру атмосфери.

Дуже важлива гіпотеза стосується регуляції клімату шляхом контролю величини хмарного покриву за рахунок емісії водоростями сірчистих з'єднань. Так, виділювані одноклітинними водоростями сірчисті з'єднання служать ядрами конденсації водяної пари й сприяють утворенню хмар. В 1990 р. показано, що хмарність над океанами корелює з розподілом планктону. Альбедо планети, її здатність відбивати сонячну радіацію істотно залежить від щільності й площі хмарного покриву.

Цикл іншого метаболічного газу - кисню прямо пов'язаний із циклом вуглецю. Чим більше захоронюється вуглецю, тим більше звільняється атмосферного кисню. По припущенню Дж.Лавлока, один з важливих механізмів підтримки концентрації кисню в атмосфері на рівні 21% пов'язаний з тим фактом, що при концентрації кисню нижче 15% займання деревини неможливе, а при концентрації вище 25%, займання відбувається досить легко, і лісові пожежі просто знищать всі ліси.

У процесі перевірки знаходиться гіпотеза про те, що відсоток кисню в атмосфері Землі залишався на рівні 21±5% останні 200 мільйонів років, а також те, що в атмосфері Архейської ери переважав метан, що тимчасово замістив вуглекислий газ і підтримав парниковий ефект, необхідний для підтримки сприятливої температури на поверхні Землі.