<<
>>

ГЕОХИМИЯ БИОСФЕРЫ И НООСФЕРЫ 

  А.И. П ер ель ман

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) АН СССР, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Геохимические идеи и методы играют важную роль в изучении биосферы; геохимики много сделали для понимания миграции элементов и превращения энергии в этой системе.

Помимо основополагающих трудов В.И. Вернадского (1926, 1937, 1940), особенно следует отметить работы А.П. Виноградова по химическому составу организмов моря, биогеохимическим провинциям и геохимии редких элементов в почвах, Б.Б. Полынова (1956) и его последователей по геохимии ландшафта (Перельман, 1966) и В.А. Ковда по геохимии почв, биопродуктивности материков и биогеохимическим циклам элементов (1974). Развиваются исследования геохимии биосферы и за рубежом.

Биосфера - это чрезвычайно сложная динамическая большая система со всеми ее особенностями, установленными кибернетикой и теорией информации. Целостность биосферы поддерживается с помощью различных механизмов, среди которых ведущее значение имеет круговорот атомов в двух его основных формах - биологического круговорота и круговорота вода.

Повсеместно в биосфере, наряду с образованием живого вещества и аккумуляцией энергии, протекает и противоположный процесс - превращение сложных органических соединений в простые минеральные: противоположные процессы образования и разрушения органических веществ образуют единый биологический круговорот атомов.

При минерализации органических веществ освобождается энергия, которая была поглощена при фотосинтезе. Она освобождается не только в виде тепла, но и в виде химической энергии, носителями которой являются природные воды. Обогащаясь такими продуктами минерализации, как СО2, гумусовые кислоты, H2S, воды становятся химически высокоактивными, они выветривают горные породы.

Биосфера чрезвычайно разнообразна и не сразу воспринимается ее единство как особой оболочки Земли.

Что же позволяет нам рассматривать атмосферу, почв^ океан и другие природные системы как части единого целого? Сушесгвуюг ли природные процессы, которые характерны для всех частей биосферы?

Именно таким процессом является разложение органических веществ с освобождением действенной химической энергии, он и определяет единство биосферы. Напротив, процессы образования живого вещества из минеральных соединений характерны не для всей биосферы, а только для земной поверхности и верхней части Мирового океана, где протекает фотосинтез. Таким образом, по процессам разложения органических веществ биосфера едина, а по процессам образования живого вещества разделяется на две части - верхнюю, куда проникает солнечный свет и где возможен фотосинтез, и нижнюю, куда свет не проникает и где фотосинтез исключен.

Положение о круговороте атомов составляет один из основных законов геохимии биосферы, который сводится к следующему - в биосфере атомы участвуют в круговоротах, в ходе которых они поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая 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 биосферы, увеличивается ее разнообразие (информация). Само поступательное развитие биосферы осуществляется через систему круговоротов.

Наряду с биологическим круговоротом в биосфере протекает и другой грандиозный круговорот - воды. Это и водообмен океаны-материки,когда вода, испаряясь с поверхности океана, переносится ветрами на континент и с речным стоком снова возвращается в океан, и маленькие круговороты отдельного ландшафта, когда испарение воды в теплую погоду приводит к облачности и выпадению осадков. Солнечная энергия, затраченная на испарение воды, заряжает ее молекулы энергией, которая после конденсации паров воды и выпадения осадков на земную поверхность реализуется в кинетической энергии рек и ручьев.

Так же, как и для отдельного живого организма, геологический эффект деятельности каждой дождевой капли, небольшого ручья ничтожны, но, суммируясь, эти капли и ручьи дают могучие реки, которые за геологические периоды разрушают горные хребты, Круговорот воды до известной степени можно сравнить с биологическим круговоротом, так как источником энергии в обоих случаях служит излучение Солнца. Только круговорот воды - главный агент механической работы, а биологический - химической. Правда, вода тоже выполняет химическую работу (растворение, выветривание и т.д.), но она осуществляется при участии живого вещества - или за счет организмов находящихся в водах, или за счет продуктов их жизнедеятельности - СО о гумуса и других, химически активных веществ.

Накопление энергии и информации, дифференциация веществ

За миллиарды лет существования жизни на Земле живое вещество превратило в химическую работу огромное количество солнечной энергии. Через живое вещество бесчисленное число раз прошли атомы почти всех химических элементов. Накопление солнечной энергии увеличивалось в ходе геологической истории. Действительно, для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, образовавшихся в девонском, каменноугольном, юрском, палеогеновом и других периодах. Понятно, что например, в юрском периоде этих аккумуляторов солнечной энергии было меньше, так как отсутствовали палеогеновые и меловые угли.

За время геологической истории общая масса живого вещества в земной коре превысила ее неорганическую массу. А если учесть, что живое вещество - это чрезвычайно активная "действующая масса", то станет понятной и грандиозная энергетическая роль живого вещества на Земле.

Конечно, часть этой энергии, в соответствии со вторым законом термодинамики, выделилась в форме тепла и в значительной степени обесценилась, но зато другая часть была в действенной химической форме и совершила в земной коре работу.

Богатство свободной энепгией определило неравновесность биосферы, одновременное присутствие в ней веществ с резко противоположными свойствами.

И там, где энергично работает живое вещество, там этих веществ больше всего. Перенесемся мысленно в лесные дебри Южной Америки, в Амазонию, где во влажной и теплой атмосфере тропиков круглый год исключительно интенсивен биологический круговорот. Многие реки этой страны имеют воду черного цвета, а один из крупнейших притоков Амазонки - Рио-Негро, по- испански так и называется - "черная река". Речная вода здесь содержит много растворенных черных органических веществ, поступивших в реку из соседних болот. Но речная вода богата и свободным кислородом, поступившим из атмосферы. Так в одной природной системе присутствуют и сильные окислители (свободный кислород) и сильные восстановители (органическое вещество). В соответствии с законами химии в воде в'се время протекают процессы окисления органических веществ - система стремится к равновесию. Но оно никогда не достигается, так как новые массы кислорода поступают из воздуха, а органические вещества - из соседних болот.

Но то, что наблюдается в черной тропической реке, характерно и для других частей биосферы - почти везде мы здесь видим неравновесность природных систем.

В биосфере солнечная энергия не только трансформируется в химическую энергию органических соединений и минералов, она расходуется также на перемещение веществ, их дифференциацию. Биосферу можно рассматривать как гигантский химический комбинат, в котором из смеси элементов (изверженные горное породы, Мировой океан) получаются новые, более простые соединения. К ним относятся, например, залежи поваренной соли, состоящие из двух основных элементов^а и С1), известняки (СаСОз),бокситы (AI,

Fe, О, Н, Ti \ латериты (Fe, Al, Н, О) и т.д.

Эта особенность биосферы имеет большое практическое значение - многие концентрации используются в качестве месторождений полезных ископаемых (соли, фосфориты, бокситы, каолины, осадочные железные руды, осадочные сульфиды и т.д.).

Дифференциация нарастала в ходе геологического времени, так как в современную эпоху в земной коре имеются осадочные месторождения, накопив- шиеся в архее, протерозое, палеозое, мезозое и кайнозое.

Следовательно, в мезозое дифференциация была меньше, в палеозое - еще меньше и т.д.

Дифференциацию веществ можно трактовать и с информационных позиций, поскольку разделение веществ ведет к увеличению разнообразия в биосфере, т.е. к росту информации. Носителями "биологической информации" служат живые организмы, которые обладают способностью не только накапливать, но и перерабатывать информацию. Палеонтологи установили, что в ходе эволюции число видов резко возрастало и, хотя за время геологической истории немало видов вымерло (особенно в эпохи "великих вымираний", например в конце палеозоя и мезозоя) все же им на смену появилось еще большее количество новых видов.

В последние десятилетия произошел новый качественный скачок в развитии Земли как планеты - стала резко выявляться геохимическая деятельность мыслящего человека.

В наши дни человеческое общество превратилось в могучую геохимическую силу, преобразовавшую биосферу в ноосферу.

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме ГЕОХИМИЯ БИОСФЕРЫ И НООСФЕРЫ :

  1. §12. Живое вещество – научная составляющая феномена жизни (Владимир Вернадский)
  2. Проблема множественности временных шкал у А. Бергсона, В. И. Вернадского и в современных исследованиях
  3. Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере
  4. ГЕОХИМИЯ БИОСФЕРЫ И НООСФЕРЫ 
  5. Оптимизация ноосферы
  6. мантия земная кора биосфера ноосфера
  7. Регионы биосферы и исследованные биогеохимические провинции СССР, входящие в состав некоторых регионов биосферы
  8. Пространственное сочетание процессов миграции вещества
  9. Литература
  10. Становление эволюционизма в естествознании
  11. 4.7. НООСФЕРА И ПРОБЛЕМА ЕЕ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ
  12. Природные, антропогенные и техногенные источники трансформации окружающей среды
  13. Роль и место экскретологии в науках о природе, обществе и земле
  14. ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ВЕРНАДСКИЙ (1863—1945)
  15. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО И БИОСФЕРА Биосфера и ноосфера
  16. Приложение 11 Рабочая программа курса повышения квалификации «Экологическая компетентность личности в профессиональной педагогической деятельности» (в сокращенном варианте)
  17. Глава 1 ВОЗВРАЩЕНИЕ