Извлечение из растворов циркулирующих в коре выветривания щелочных и щелочноземельных элементов

Смотрите также:

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ. Элювий...

Элювиальные коры выветривания...

Древняя кора выветривания ...

Борис Борисович Полынов. Геохимия ...

Полынов о Докучаеве

Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Биология почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Криогенез почв  

Биогеоценология

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

 Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Происхождение растений

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

Общая биология

Мейен - Из истории растительных династий

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Пособие по биологии

§ 37. Многообразные случаи извлечения из растворов циркулирующих в коре выветривания щелочных и щелочноземельных элементов можно расчленить на три главные типа:

 1) извлечение организмами, 2) поглощение котлоидальным комплексом и 3) выпадение в форме солей, достигших пределов своей концентрации в растворах.

Остановимся прежде всего на первом. Анализы как растительных, так и животных организмов обнаруживают присутствие всех интересующих нас четырех элементов: Са, Na, К и Mg, причем ботаники причисляют к органогенам три элемента: Са, Mg и К/а физиология животных присоединяет к ним и четвертый — Na. Извлечение из растворов корнями высших растений растворенных элементов, как известно, прежде всего подчиняется законам диффузии и осмоса и между раствором, поглощенным растением, и внешним должны существовать определенные этими законами количественные отношения. Этим объясняется возможность проникновения в организмы растений всех растворенных в природных растворах соединений безразлично от того, необходимы ли элементы этих соединений для выполнений тех или иных физиологических функций или нет.

Однако, в то же время мы обнаруживаем у растений достаточно явно выраженную избирательную способность по отношению к определенным элементам, в результате которой количественные отношения между захваченными растениями элементами часто совершенно не соответствуют их отношениям в растворе, из которого происходило поглощение. Очевидно, что механизм „избирательной способности- растений состоит в том, что элементы, по отношению которых она проявляется, вступают в различного рода реакции внутри организма, давая новые нерастворимые органоминеральные соединения. Выпадая, таким образом, из раствора, поступившего в организм, они освобождают место для поступления новых ионов этого же элемента из внешнего раствора.

Отсюда следует, что избирательная способность растений появляется по отношению к тем элементам, которые входят в состав различного рода соединений, вырабатывающихся в процессе жизни растительного организма (напр. хлорофилл, белки, различного рода энзимы и пр.). Известно, что, вообще говоря, различные растения обнаруживают различную избирательную способность, и примеры этому приводились уже раньше, но есть элементы, по отношению к которым если не все, то подавляющее большинство растений, проявляют исключительно высокую избирательную способность, и калий является ярким примером таких элементов.

Ниже мы приводим таблицы, в которых показано содержание К20,'Са0 и MgO в семенах, стеблях (соломе), клубнях и корнях, и в ботве различных культурных растений, принадлежащих не только к различным видам и родам, но и различным семействам. Количества эти выражены в граммах на 10 кг сухого вещества растений 

Уже простое сопоставление приведенных данных ясно указывает на преимущественный захват растениями из природных растворов калия, количества которого в составе растительных организмов настолько сильно преобладают над количествами других элементов, что едва ли можно сыскать где-либо природный раствор с такими же отношениями этих элементов. Из всех приведенных примеров мы находим только два исключения: это вегетативные органы гороха и конопли, в которых кальций преобладает над калием. В действительности этих исключений несомненно больше, и мы можем указать, например, что в древесине сосны, как и в коре дуба, кальций также преобладает над калием (хотя в хвое сосны, листьях дуба и семенах обоих растений преобладание остается за калием).

 Эти исключения, однако, касаясь обычно лишь отношений к кальцию, не меняют, понятно, ясного и определенного вывода о громадных количествах калия, которые не в пример прочим щелочным и щелочноземельным элементам захватываются и задерживаются в коре выветривания растениями. Если же принять во внимание, что общее количество калия в земной коре и первичных породах заметно меньше количества кальция, то относительная величина захватываемого растительностью калия приобретает еще большее значение.

Что касается тех форм, которые принимает калий в составе организмов, то они, повидимому, достаточно разнообразны/Быть может достаточно обоснованным является предположение об участии калия в молекуле белковых соединений растений, вполне доказанным следует считать его участие в построении сосудов у высших позвоночных животных и достоверно можно говорить о калийных солях различных органических кислот в организмах растений. Но этим едва ли исчерпываются формы его соединений. Калию приписывают некоторую роль в образовании углеводов, т. е. в процессах фотосинтеза, но он, однако, необходим и для растений, не принимающих участия в фотосинтезе, как, например, для низших грибов и бактерий. Во всяком случае, теперь нам становится понятным, почему в то время когда приблизительно то же количество натрия первичной породы совершает значительную часть своего цикла и поступает в растворенном состоянии в гидросферу, около 60°/о калия остается не извлеченным водой из продуктов выветривания. Это — в значительной степени калий, захваченный организмами суши, и отчасти калий устойчивых против выветривания первичных минералов (например, микроклинов).

Приведенные выше данные в части, касающейся кальция и магния, достаточно ясно указывают на более высокую избирательную способность растений по отношению к магнию.

Даже в тех случаях, когда содержание кальция в растительных организмах превышает содержание магния, их отношения часто значительно отличаются от отношений между этими элементами в природных (почвенных) растворах, где превышение кальция над магнием обычно значительно больше. Из всех приведенных случаев к этим отношениям приближаются только числа, показанные для стеблей бобовых, конопли и ботвы моркови. Но зато немало случаев, в которых магний превышает кальций, что для почвенных растворов представляет редкое исключение. Таким образом, растения явно избирают необходимый им магний, и этот механизм избрания, надо думать, связан прежде всего с образованием хлорофилла, в составе которого магний, как известно, играет роль, аналогичную роли железа в составе гемоглобина. Этим, однако, не ограничивается роль магния, который оказывается необходимым и для бесхлорофильных низших растений, а также и для животных, в организме которых его роль опять-таки связана с кровеобразующими процессами.

Что касается кальция, то на первый взгляд можно было бы полагать, что его поступление в организмы растений обусловлено просто обилием его в природных растворах. Однако, хотя многие низшие растения — грибы и бактерии—могут обходиться без кальция, опыты с зелеными растениями указывают на необходимое присутствие 156 кальция в составе их минеральной пищи. Анализы этих растений показывают, что кальций, в противоположность калию и магнию, скопляется, главным образом, в вегетативных органах: стеблях, древесной ткани, коре и т. д. Он оказывает нейтрализующее действие на органические кислоты в организмах растений, образуя соли (например, щавелевокислый кальций).

Но, кроме того, отдельные исследования обнаруживают и более значительную его роль, например, участие в ассимиляции углерода, передвижении белков, образовании энзим. До последнего времени, однако, остается неясным, в какой именно роли кальций является специфическим, т.е. незаменимым никакими другими элементами. С большей уверенностью можно говорить о специфической „защитной" роли кальция. Опыты показывают, что, в отсутствии или при недостатке кальция, растворы некоторых питательных солей, в частности, солей магния, оказывают ядовитое действие на растения.  Принимая во внимание, что кальций составляет нередко существенный элемент состава различных тканей и органов населяющих сушу животных (костную ткань позвоночных, панцыри наземных моллюсков, скорлупу яиц и т. д.), мы должны признать,-что часть его задерживается в податмос- ферной коре выветривания не только растительными, но и животными организмами.

Переходя к натрию, мы должны отметить, что хотя ботаники и не причисляют его к числу органогенов, часто его количество в составе растений превышает количество кальция, причем такие отношения обнаруживаются даже в тех случаях, когда в почвенных природных растворах кальций явно преобладает над натрием.

Так, например, в литературе приводятся следующие данные: чеснок на 100 г сухого веса растений содержит 110 мг Na20 и 80 мг СаО, чечевица — 243 мг Na30 и 114 мг СаО, морковь — 155 мг Na20 и 83 мг СаО. Таким образом, и натрий может в некоторых случаях „активно" захватываться растениями, т.е., иными словами, использоваться ими для внутренних реакций, в которых он, возможно, играет роль, тождественную другим элементам, являясь их частичным заместителем. Натрий захватывается также и животным населением суши. У высших позвоночных он входит в состав всех тканей, в том числе и крови. Несомненно, однако, что как абсолютное, так и относительное количество натрия, захватываемого в определенный промежуток времени организмами суши, значительно меньше, нежели других рассматриваемых нами катионов. Итак, мы видим, что все интересующие нас элементы захватываются организмами суши, но в количествах далеко не одинаковых. Калий стоит в этом отношении на первом месте, и он является, повидимому, одним из характерных элементов той части биосферы, которая связана с сушей.

До настоящего времени мы рассматривали лишь те формы захвата элементов организмами, которые имеют место на суше — до поступления растворов в речные воды и морские бассейны. Но мы знаем, что при поступлении в моря и океаны эти элементы опять встречают своих многочисленных потребителей в лице морских животных и растений. Несколько выше мы рассчитали, что в некоторый условный момент, в который весь натрий определенной массы первичной горной породы достигает гидросферы и распыляется в ней в форме молекулярного раствора, свыше 95°/о всего кальция, заключавшегося в этой же массе массивной породы, свыше 50% магния и 30°/о калия извлекаются из раствора воды в морях и океанах. Это извлечение несомненно происходит, главным образом, при участии организмов.

Мы видим что на этот раз главная роль среди поглощаемых организмами элементов принадлежит кальцию. Если на суше он уже в значительной степени выполнял роль скелетного элемента, задерживаясь в механических тканях организмов, то здесь такая его роль выявляется во всей полноте, и мы уже знаем, что громадные массы морских животных, построивших из углекислого кальция свои скелеты, раковины и панцыри, слагают из последних мощные толщи подводных осадков. В этих скелетных отложениях к кальцию примешивается и некоторая часть магния, однако, в количествах значительно меньших.  Отношения кальция к магиию в этих известковых отложениях достигают 9 и более и редко опускаются ниже 5.

Значительная часть магния, поскольку он является необходимым элементом хлорофилла, захватывается в верхней части гидросферы хлорофиллоносным фитопланктоном. И здесь, понятно, организмы поглощают калий и в значительно меньшей степени натрий.

К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания