ВВЕДЕНИЕ. Министерство образования и науки РФ

Министерство образования и науки РФ

Российский Государственный Университет

нефти и газа имени И.М.Губкина

Кафедра литологии

Конспект лекций

по дисциплине

Геохимия окружающей среды

(Биогеохимия)

Автор:

профессор,

академик РАЕН,

доктор геолого-минералогических наук,

Флоренский П. В.

Москва 2013

ВВЕДЕНИЕ

Биогеохимия – один из узловых, центральных элементов современного естествознания, причем часть «био» стоит на первом месте.

Жизнь принципиально перестраивает всю поверхность Земли. Все переработано жизнью. Земля находится в особом избранном положении в Солнечной системе. Так как на ней есть вода во всех ее возможных состояниях (на Венере вода испаряется, на Марсе – превращается в лед).

Энгельс: «Жизнь – форма существования белковых». Белок – на воде, вода – только на Земле.

Земля особо расположена по отношению к Солнцу: вода может быть как льдом, как жидкостью, так и паром – это главная особенность нашей планеты. Только на Земле имеют место быть осадочные породы- результаты деятельности жизни. На других планетах этого нет.

Отличия геохимии от химии:

Геохимия рассматривает всё в условиях, естественных для окружающей среды.

Химия, в свою очередь, изучает все соединения, независимо условий, реальны они (природные) или же смоделированы (искусственные) – не имеет значения.

Важнейшее свойство для геохимии – количество элементов. Живое вещество по химическому составу не соответствует составу Земли.

Очень часто геохимию определяют как химию Земли. В этом определении есть доля истины. Но есть и существенные различия между химией и геохимией. Простое перенесение всех химических закономерностей на поведение химических элементов в Земле не позволит ни объяснить их истинное поведение в различных оболочках, ни дать прогноз их поведения в результате каких-то изменившихся условий. Выделяют следующие отличия поведения химических элементов в Земле, а точнее — даже в отдельных ее оболочках, от их поведения в лабораторных условиях:

1) крайне неравномерная распространенность химических элементов в земной коре. В лабораториях обычно не возникает проблемы для осуществления реакций с равными молярными концентрациями элементов. В земной коре содержание одних элементов в миллиарды раз меньше, чем других. В этих условиях у части из них остаются нереализованными многие химические свойства. Так, элементы с малой концентрацией часто не могут образовать достаточное число собственных минералов, попадая в виде примесей (закономерных и случайных) в «чужие» минералы.

2) многие внешние факторы, такие как температура, давление, освещенность и др., в условиях земной коры ограничены гораздо более узкими рамками, чем те, которые существуют в лабораториях. Разница будет особенно большой, если рассматривать не всю земную кору, а только ее внешнюю часть — биосферу, в которой обитают живые организмы. Следует отметить, что в биогеохимии рассматривается в основном именно эта сфера Земли. Ограниченность изменения основных внешних факторов миграции ведет к ограничению проявления многих свойств элементов.

3) в определенной части земной коры химические элементы находятся не только в виде солей (минералов) или растворов, но и образуют довольно разнообразные формы нахождения — системы относительно устойчивых химических равновесий. Пока элементы остаются в этих системах, они не могут проявлять свои собственные свойства. Для этого должны быть разрушены формы совместного нахождения элементов. Многие из них в условиях отдельных оболочек Земли довольно устойчивы.

4) в природных условиях практически никогда не происходят реакции только между отдельными определенными элементами. В них участвуют (хотя и в различной мере) очень многие химические элементы. (В соответствии с законом Кларка—Вернадского в каждом природном объекте присутствуют все химические элементы.) Конечно же, не все они, в прямом смысле, участвуют в определенных химических реакциях. Многие из этих элементов ускоряют или замедляют реакции, другие — создают определенные щелочно-кислотные и т.п. условия, часть из них входит в состав новых образований в виде закономерных и случайных примесей.

Следует также подчеркнуть, что в биосфере все химические реакции происходят или с участием живых организмов, или в среде, созданной под их влиянием. Это определяется одним из законов Владимира Ивановича Вернадского и еще раз подчеркивает отличие процессов, происходящих в биосфере, от реакций, осуществляемых в лабораториях, а также от реакций, идущих в других оболочках и ядре Земли.

Биология в биогеохимии выступает не на видовом, а на более сфокусированном уровне – химическом. Все объекты рассматриваются как сгусток элементов, в том числе и человек.

Биогеохимия – самый важный предмет для экологов.

Биогеохимию создал В. И. Вернадский. Именно им заложена главная аксиоматика этой важной науки. В свое время он открыл множество наук, которые в дальнейшем сам же закрывал.

«Если не я, то кто. Если не сейчас, то когда».

Вернадский выявил:

· Состав живого вещества в целом;

· Состав организмов и растений;

· Состав редких земель.

1923 г. – создание биогеохимической лаборатории (биогел)

1934 г. – Переезд Академии Наук в Москву

Задачи, которые поставил Вернадский перед «новой» наукой

· Методы определения массы всех живых организмов на Земле;

· Полный количественный химический анализ живого вещества разных видов;

· Сравнительный химический анализ органического и неорганического веществ (особенно редких земель);

· Роль живого вещества в образовании полезных ископаемых;

· Радиоактивность.

«Биосфера» Вернадский

1. Концепция живого вещества

Элементы C, H, O, N, P, K, S, Si, Ca, Mg, Na, Fe

Биосфера появилась 3.8 млрд. лет назад

Галактический год длится 180 млн. лет

Как следствие – мы прожили около 200 галактических лет

Живое мертвое вещество – вещество, вышедшее из оборота

Нефть, газ, уголь, карбонаты, древесина.

Живое вещество – мы с вами

2. Концепция биосферы

Эдуард Зюсс – австрийский геолог

Биосферу он считал средой обитания, в то время как по Вернадскому биосфера это не только оболочка, где существует жизнь, но это еще и оболочка, переработанная жизнью. Биосфера, в соответствии со взглядами Вернадского, - единая оболочка, проникающая вся в себя.

Единство биосферы:

· Биокосные системы – сочетание живой и косной материй (человечество, живущее на субстрате)

· Биогеохимические циклы (день/ночь/сутки и т.д.)

· Обратимость/необратимость циклов

· Периодичность – повторение (колесо крутится), цикличность –движение, каждый раз на новом месте (колесо катится)

3. Биогеохимические циклы (трофические цепи)

Солнечный свет – растение – корова – человек