Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 176с.
Лекция 5. Функции сохранения живого вещества. Закон сохранения живого вещества. Геохимическое представление биосферы
5.3. Геохимическое представление биосферы
В.И. Вернадский постоянно подчеркивал два важнейших с
геологической точки зрения положения: во первых, планетный, геологически
закономерный характер жизни, и во вторых, теснейшую связь всех геологических
процессов в биосфере с деятельностью живого вещества.
Планетарный характер жизни означает, что её
существование (появление) на Земле есть закономерное явление, обусловленное
законами геологической истории, и жизнь есть её неизбежное следствие. Важно
только знать, что появиться жизнь может на планете, где условия на поверхности,
созданные эндогенными процессами, в сочетании с солнечной энергией
соответствуют условиям её существования.
Эти условия представляются с геохимической
точки зрения очевидными, и поскольку жизнь – динамическая система, существующая при постоянном интенсивном
обмене вещества и энергии между организмом и средой, то таким условием является
доступность необходимых для жизни веществ в окружающей среде. Эта доступность
определяется существованием необходимых для жизни химических соединений в
подвижной форме, т.е. в виде газов, водных растворов и т.д. Иными словами,
главное условие существования жизни на Земле состоит в появлении оболочек – атмосферы и гидросферы (рис. 6).
Рис. 6. Геохимическое представление биосферы
В геохимии давно доказано, что оболочки
Земли возникли в результате дегазации земных недр, сопряжённой с выплавлением
из мантии вещества земной коры.
Геохимические и космохимические данные
показывают, что главными газовыми компонентами атмосферы и гидросферы для
построения живого вещества являются вода, углекислота и азот.
Стабильность молекулярного азота,
углекислоты и воды в недрах и на поверхности Земли является основным условием
существования биосферы на нашей планете.
Присутствие в атмосфере Земли биогенного
(возникшего за счёт жизнедеятельности организмов) свободного кислорода и
постоянное его участие в биологическом круговороте свидетельствуют о прямом
влиянии самого живого вещества на специфику земной атмосферы (На Венере и Марсе
свободного кислорода почти нет).
Кислород в составе химических соединений
(воды, углекислоты) поступает на поверхность Земли за счёт процесса дегазации,
а в результате жизнедеятельности организмов изменяется его химическое
соединение: из компонента он превращается в свободный, химически активный газ
(в этом роль жизни).
Молекулярный азот, вода и углекислота
химически стабильны на поверхности, и их форма не изменяется процессами
жизнедеятельности. Вовлекаясь в круговорот живого вещества, расходуясь на
создание органических соединений живых организмов, они возвращаются в той же
химической форме в среду, из которой берутся.
Насколько жизнь, вмешавшись в геологические процессы,
изменила условия среды – это вопрос её дальнейшего существования, взаимного
влияния биогеохимических и геологических процессов.
Такое взаимодействие считается главнейшим
для "организованности" биосферы. В связи с этим Вернадский ввёл
представление о биогеохимических функциях живого вещества, понимая под этим
различные проявления жизнедеятельности организмов в составе среды и в
особенностях миграции химических элементов в биосфере.
Основой жизни является ограниченное число
физико-химических реакций, нарушающих равновесие, создающих богатые химической
энергией нестабильные в условиях биосферы органические соединения. Это реакции
фотосинтеза и хемосинтеза.
С подобными реакциями связаны две главные
биогеохимические функции живого вещества:
1.
Образование биомассы с её необычным химическим составом и соединениями химических
элементов, являющейся резервуаром органического вещества.
2.
Образование резервуара свободного кислорода.
Простейшая схема геохимического круговорота вещества
земной коры и биосферы отражает общую идею о существовании в земной коре и
биосфере различных по своей природе резервуаров вещества, связанных с постоянно
идущими в ходе геологической истории процессами обмена.
Для каждого резервуара и каждого компонента в нём
можно написать уравнение баланса вещества:
,
где
–
масса компонента a в резервуаре i; – поток a из резервуара i в j; – поток a из
резервуара k в i.
Набор таких уравнений описывает все компоненты и
потоки между резервуарами, позволяет анализировать эволюцию системы во времени.
|