Геохимическая работа живого вещества. Единый биологический круговорот атомов. Закон биологического круговорота

Самая крупная биокосная система — биосфера. Это область жизни, которая включает в себя тропосферу, Мировой океан, ландшафты суши и толщу литосферы мощностью в сотни и тысячи метров, до глубин, где еще возможна геохимическая деятельность бактерий (условная нижняя граница биосферы — горизонты с температурой 100°С).

Таким образом, биосфера резко неоднородна по агрегатному строению вещества — в нее входит часть атмосферы, гидросферы и литосферы.

Это обстоятельство, вероятно, мешало внедрению понятия о биосфере в естествознание, хотя элементы подобного подхода к природе намечались уже в трудах великого французского натуралиста Ж. Ламарка (1744—1829).

Термин «биосфера» н научное пояятие о ней были сформулированы лишь в 1875 г. крупным австрийским тектонистом Э. Зюссом (1831 — 1914).

Специально биосферой Э. Зюсс пе занимался, и разработка современного учения о биосфере, ставшего теоретической основой решения проблемы окружающей среды, связана с именем В. И. Вернадского.

Важнейшая особенность биосферы — геохимическая работа живого вещества, которая складывается из противоположных процессов — из образования органических веществ из минеральных (фотосинтез, хемосинтез) и их разложения с образованием простых минеральных соединений.

В совокупности эти процессы представляют единый биологический круговорот атомов ( 14). К числу основных законов геохимии автор относит п закон биологического круговорота, разработка которого связана в осповном с трудами В. И. Вернадского, Б. Б. Полыно- ва и В. Р. Впльямса.

Этот закон сводится к следующему: в ходе биологического круговорота атомы поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, становясь геохимическими аккумуляторами. Покидая живое вещество, аккумуляторы «разряжаются», отдают накопленную энергию в окружающую среду. За счет этой биогенной энергии осуществляются многие химические реакции, главными носителями энергии являются природные воды. В результате биологического круговорота атомов происходит изменение химического состава бнокосных систем, их поступательное развитие.

В результате биологического круговорота атомов в биокосных системах сформировалась окислительно-восстановительная зональность.

Например, в верхней зоне озер развивается фотосинтез и водные растения выделяют в воду свободный кислород. В глубоких частях озер фотосинтеза уже нет, там идет только разложение органических веществ с потреблением кислорода. В результате количество его уменьшается. В илах местами свободный кислород исчезает полностью и развивается восстановительная среда (глеевая или сероводородная). Таким образом, для озер характерна следующая окислительно-восстановительная зональность: вверху — окислительная зона, внизу — восстановительная.        

Озера — наглядная модель зональности, наблюдающейся и в других биокоспых системах. В водах ландшафта окислительная среда почв склонов сменяется восстановительной в болотах. И для биосферы в целом характерна принципиально та же зональность. В водах земной поверхности преобладает окислительная среда, хотя здесь имеются очаги восстановления в илах и болотах. В глубоких подземных водах биосферы уже нет свободного кислорода или его не хватает для окисления органического вещества. Поэтому там развиваются анаэробные процессы, создрается резко восстановительная среда с сероводородо.м, сульфидами, метаном и другими соединепиямн.

Так, работа живого вещества создала резкоокислитель- ные условия на земной поверхности и противоположные им, резковосстановительные, в болотах, илах и особенно в водоносных горизонтах.

Живое вещество определяет формирование в биокосных системах и щелочно-кислотной зональности. Напомним, что с разложением органических веществ связаио поступление в воды угольной и органических кислот, с окислением сульфидов и серы — серной кислоты. Взаимодействуя с горными породами, кислые воды нейтрализуются или даже становятся щелочными. В почвах, корах выветривания, водоносных горизонтах формируется щелочно-кислотная зональность.

В заключение раздела приведем слова Б. Б. Полынова: «Наиболее могучими, наиболее яркими деятелями в процессах выветривания и почвообразования являются организмы и вода». Это положение вполне можно распространить и на все другие процессы, протекающие в биосфере.

К содержанию книги: Геохимия природных вод