: Впервые обнаружено, что важнейшие биохимические показатели в эволюции Земли соотношения между содержанием: C/H





МЕТАХИМИЯ

ДИЗАЙНА

РЕФЛЕКСИИ

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

И ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ

Chem.Lab.NCD

Новосибирск 2010

МАТЕРИАЛЫ

МЕЖДУНАРОДНОЙ АКАДЕМИИ

ЦЕНТРА НООСФЕРНОЙ ЗАЩИТЫ

И ежегодники "Химический Дизайн"

(1998-2010гг) смотри на сайтах:

sgups.boom/

kutol.narod/webd.htm

kristall.lan.krasu/Science/journals.html

С.А.Кутолин,

профессор, доктор химических наук,

академик МАН ЦНЗ и РАТ.

Новосибирск, Россия

РЕФЕРАТ: Впервые обнаружено, что важнейшие биохимические показатели в эволюции Земли - соотношения между содержанием:C/H2O; O2/O3 можно представить простыми (с точностью 23% отн.) целыми числами из ряда Фибоначчи, что позволяет указать на промежуточные стадии биохимизма эволюции Земли и при том так, что отношение между каждым последующим и предыдущим числом Фибоначчи есть "золотое сечение".

Введение

Несмотря на многочисленные попытки построения моделей происхождения и химической эволюции Земли, которые строятся с самых разных точек зрения и посылок химического, физического и, конечно, геохимического толка, "многоликость" проблемы в науке остается весьма притягательной1. Общеиз-вестна одна из первых теорий происхождения жизни на Земле, предложенная ак. Опариным в 1924г. и явившая собой пример вульгарно - материалистического подхода к этой сложной проблеме, которая в настоящее время носит биохимическое толкование с привлечением генной теории. В ходе рассмотрения указанной проблемы было бы неразумно отказываться от геохимических представлений о распространенности элементов в различных средах, к которым обычно, с точки зрения геохимии, относятся космос, атмосфера Солнца, хондриты и земная кора. Производимые здесь расчеты выражаются обычно в Si=106. Естественным в рамках метода аналогии при поисках причин развития биосферы на Земле служит установление на определенном этапе химической эволюции соотношений между между углеродсодержащей компонентой (С) и водой (Н2О): С/Н2О; и возникающим по тем или иным причинам (геологический, фотосинтетический) химизм.., определяющий соотношение между килородом(О2) и озоном (О3): О2/О3, т.е. таких механизмов, которые лежат в фундаменте происхождения, сохранения, а может быть, и развития биосферы в планетном явлении Земли.

Опыт эвристического моделирования

Путеводной звездой в этом направлении может служить пример Периодического закона Д.И.Менделеева, поскольку по своей природе "периодичность" есть "круговращение". На протяжении ряда лет и в разное время в публикациях о том, что электронное строение и свойства соединений, и их композиций могут служить предметом компьютерного моделирования2, как и решение задач о распространенности элементов, например, в литосфере Земли3 писалось неоднократно и даже вошло в учебные курсы "Концепции современного естествознания"4. Эвристическая доминанта сути дела сводилась к тому, что распространенность элемента "С" есть функция некоторой величины "С0", представляющую собой ни что иное как распространенность элемента водорода во Вселенной. Это величина расчетная, а не умозрительная и равна: С0 =1.891 109 f-1, где f имеет смысл величины числа степеней свободы, колеблющихся осцилляторов, составляющих атом элемента. По крайней мере, оказалось ясным, что эта величина колеблется в пределах показателя степени q=24 для Z элемен-тов вплоть до свинца(Pb), т.е. того самого элемента, в который, в конечном счете, превращается весь радиоактивный ряд элементов периодической таблицы.Более того, эта величина существенно не влияет на количественное содержание элемента по крайней мере до элемента свинца включительно. Таким образом, содержание элемента в литосфере есть предэкспонента C0 на экспоненту только лишь энтропии элемента в стандартных условиях (э.е.) с учетом газовой постоянной R! Тем самым окончательная формула имеет вид;

где Z - порядковый номер элемента.

Полученная эвристическим путем формула вполне удовлетворительно предска-зывает содержание элемента, а сами расчеты, подкрепленные статистическими выкладками, достаточно убедительно свидетельствуют о приемлемости полученного закона, давая возможность судить о сопоставимости геохимических расчетов с предлагаемой физической моделью понимания "круговращения" - периодичности элементов, в основе которых лежит содержание протоматерии - водорода с концентрацией С0 =1.891 109.

Табл.1 Результаты расчета распространенности элементов в литосфере (К) по закону(1) и данным литературы (Si=106).*)

*)Расхождение между законом(1)и распространенностью элементов в литосфере Земли (К) носит случайный характер,так как отклонение критерия Бернштейна от 1 равно 0.500. Закон распределения - геометрический, а его параметры: среднее=3.000; дисперсия =8.222; асимметрия =1.479; эксцесс =2.297. Вероятность ошибочного отклонения гипотезы о выбранном законе распределения =0.462. Тип кривой распределения Пирсона соответствует кривой с положительной скошенностью и острой вершиной. Коэффициент корреляции для такой эвристической модели(1) весьма высок и составляет более 0.85 (85%).

Эвристический аспект химизма биосферы

Полагая, что эвристический аспект химизма биосферы обязательно включает в себя некоторые критические соотношения, которые непременно должны существовать для возникновения биосферы, т.е. такие соотношения, которые определяются и возможностью появления кислорода на планете Земля в результате геохимических процессов, в которых по какой - то причине образуется кислород в системе С/Н2О, возможно приводящей к образованию на планете сине - зеленых водорослей, продуцирующих дополнительное содержание кислорода безусловно путем фотосинтеза, но, главное, - это сохранение кислорода в атмосфере Земли как планеты путем экранирования биосферы от губительного действия жесткого ультрафиолетового излучения созданием озонового щита. А последнее может быть достигнуто путем возникновения устойчивого соотношения между содержанием кислорода и озона на планете Земля, т.е. некоторой величины О2/О3, для которой возникновение озоновых "дыр" естественно, но не губительно в определенных соотношениях содержания кислорода - озона. Как следует из приведенной таблицы расчетов содержания элементов расчет соотношений величин С/Н2О и О2/О3 не представляет трудностей, поскольку в таких расчетах примет участие только отношение экспонент с величинами S0298/R , а сами величины энтропий для С, Н2О, О2,О3 известны из литературы и равны соответственно( э.е.): 3R; 16,75; 49; 57,08. Следует сделать несколько замечаний относительно углерода и его энтропии в системе С/Н2О. Чтобы оговорить величину энтропии этого "углерода" Земли, нужно иметь ввиду, что эта совокупность простых элементов, для которых, как известна, что молярная теплоёмкость по закону Дюлонга - Пти есть величина равная 3R, а потому "производство" кислорода в системе С/Н2О есть результат катализа "углерод содержащей матрицы", в которой вполне возможно существование как простых элементов как железо, кобальт, никель, так и их нитридов, и карбидов таким путем, что суммарная их энтропия по величине на единицу элемента не превышает 3R энтропийных единиц (э.е.). Тогда имеем для системы С/Н2О:

Получаемое постоянное число, эвристический смысл которого пока не ясен, является столь же постоянным числом и в системе О2/О3 :

Сами по себе эти числа говорят о том, что производитель кислорода в системе "углерод содержащая матрица" - жидкая вода и соотношение кислорода, озона в биосфере Земли являются не просто постоянными, но отличаются от простых постоянных чисел в ряду чисел Фибоначчи u10=55 и u13=233 всего на 2 3 % отн. ошибки.(Табл.2)

Табл.2.Числа Фибоначчи ui от i=114

Отношение каждого последующего к предыдущему из ряда чисел Фибоначчи есть , как известно, "золотое сечение"! Поэтому полученные в соотношениях С/Н2О и О2/О3 можно заменить простыми целыми числами ряда Фибоначчи, u10=55 и u13=233 в пределах рассматриваемой ошибки. Но между числами u10=55, u13=233 есть место ещё двум числам этого ряда: u11, u12, разумное объяснение которым в рамках рассматриваемой модели биосферы Земли может быть представлено аналогично тому, как в периодическом законе Д.И.Менделеев предсказывал свойства экагаллия, но следующим образом: u11 есть

Таким образом, простое число Фибоначчи u11=89 оказывается в модели биосферы ни чем иным как полуразницей между процессами продуцирования кислорода и его соотношением с озоном в биосфере планеты Земля:

u11=89 (С/Н2О - О2/О3)/2.

Но поскольку каждый член ряда Фибоначчи есть сумма предыдущего и последующего члена, т.е. u12= u10 + u11= 55+ 89 =144 есть простое число Фибоначчи, то биохимический путь этого явления описывается так:

u12 = О2/О3 +(С/Н2О - О2/О3)/2=1/2[ (О2/О3) + (С/Н2О)]=144

И по существу u12=144 описывает путь биохимического накопления кислорода на планете Земля и его экранирования слоем озона, во - первых, а во - вторых предельные соотношения между кислородом и озоном в этих геохимических процессах. Справедливости ради следует отметить, что ещё академик В.И.Вернадский в 1934г. писал о возможности "существования простых числовых соотношений, нам ещё неизвестных, между количеством свободного кислорода нашей планеты и массой углей в ней существующих "(цит.[1], с.164).

1 .Войткевич Г.В. Происхождение и химическая эволюция Земли.М.:Наука,1983.

2 .Кутолин С.А.,Котюков В.И.,Писиченко Г.М.Кибернетические модели в материаловедении. Новосибирск:Chem.Lab.NCD,1996.

3 .Кутолин С.А..Физико-химическая механика зернистой среды в материаловедении, технике, науке.Вестник СГУПС,1999.вып1.

4 .Академик Кутолин С.А. Курс лекций: "Концепции современного естествознания". Новосибирск: МАН ЦНЗ,2009.12-е исправ. и перераб. издание.