Глобальные биогеохимические циклы

В биосфере существует глубокая связь химического состава земной коры, Мирового океана и атмосферы, обусловленная процессами массообмена между наружными оболочками Земли. Эти процессы изначально имели циклический характер, прежде всего, по причине суточных, сезонных, годовых и более протяженных ритмичных колебаний энергии, поступавшей от Солнца. Цикличности массообмена также способствовало непрерывное удаление водорода вследствие его диссипации. Окисленные соединения, которые возникали в результате фотохимических реакций в верхних слоях атмосфере, возвращались на поверхность Земли.

На протяжении геологической истории процессы циклического массообмена непрерывно изменялись, менялся и состав наружных оболочек планеты. Главным фактором направленного изменения глобальных циклов массообмена и преобразования исходной системы фазовых оболочек в современную систему биосферы было живое вещество. Живые организмы встраивались в систему циклов и выполняли те же функции, что и абиогенные химические процессы, одновременно продуцируя продукты метаболизма и отмирания. Накопление этих продуктов на протяжении длительного времени постепенно изменяло геохимические условия окружающей среды, что, в свою очередь, способствовало эволюции организмов применительно к новым условиям.

Состав Мирового океана, атмосферы и осадочной оболочки тесно связан с фракционированием химических элементов в биогеохимических циклах. Живое вещество формировало среду обитания с помощью непрерывного циклического массообмена. Наиболее ярким примером этому служит педосфера, которая образована посредством жизнедеятельности наземной биоты и вместе с тем обеспечивает существование и воспроизводство главной части биомассы Земли – растительности Мировой суши.

Расчеты распределения масс химических элементов в биосфере и масс, участвующих в процессах биогенной миграции, базируются на двух группах данных. Одна из них включает сведения о средних значениях концентраций элементов в компонентах биосферы: в биомассе растительности Мировой суши, воде рек, педосфере и др. Вторую группу составляют сведения о массе каждого из компонентов биосферы.

В настоящее время данные о массах компонентов биосферы имеют ориентировочный характер. Значения средних концентраций химических элементов установлены еще более ориентировочно. Главным фактором, затрудняющим получение точных данных, является сильная вариация концентраций элементов в конкретных объектах исследования: в образцах растений, воды, почв. Сильная вариация содержания элементов во всех природных объектах является характерной чертой геохимии биосферы и обусловлена биогеохимическими процессами. Эти процессы способствуют не только аккумуляции, но в еще большей мере – рассеянию химических элементов. В итоге результаты расчетов глобальных циклов массообмена химических элементов условны, и данные разных авторов порой не совпадают. Однако по мере поступления новой научной информации количественные и качественные оценки будут соответственно изменяться.

4. Биогенное образование основных газов атмосферы.

Биосфера— экологическая система планетарного, мас­штаба (живая мегасистема) — обладает такими фундамен­тальными свойствами живого, как самовоспроизведение, устойчивость (гомеостаз), саморегуляция и способность к эволюции. За 3,5 млрд. лет существования биосферы на Земле происходили глобальные изменения — смена кли­мата, мощные тектонические процессы, затопления суши, движения материков, но биосфера продолжала существо­вать и развиваться. Все вышеназванные свойства биосфе­ры определяются совокупностью всех живых существ на планете, их способностью к размножению; сложными взаимоотношениями между собой и с неживой природой, окружающей их; способностью к эволюции; «обеспече­ние» круговорота веществ в биосфере.

Именно поэтому В. И. Вернадский отводил главную роль в существовании и развитии биосферы совокупности живых организмов — живому веществу — и выделял четыре функции живого компонента биосферы: газовую, окислительно-восстано­вительную, концентрационную и почвообразовательную. В результате происходящего метаболизма организмов (фотосинтез, дыхание, брожение и др.) регулируется и поддерживается химический состав атмосферы. Биоген­ное образование основных ее газов - кислорода и азота — было показано еще В. И. Вернадским, а сейчас установле­но биогенное происхождение водорода (примерно на 50%), окиси углерода, аммиака и других газов. Поступление и расход кислорода, азота и углекислого газа регулируются орга­низмами. Создав миллионы лет назад атмосферу Земли, организмы обусловили и формирование озонового слоя, который защищает все живое от губительного ультрафио­летового излучения (ультрафиолет обладает к тому же мощным мутагенным и онкогенным воздействием). Всё вы­шесказанное раскрывает смысл понятия - газовая функ­ция живого вещества. Увеличение концентрации кисло­рода в атмосфере повлияло на скорость и интенсивность окислительно-восстановительных реакций в литосфере и гидросфере и, тем самым, интенсифицировало круговорот веществ в биосфере. Способность организмов концентрировать (накапли­вать) в своих телах, скелетах химические элементы, рассеянные в окружающей среде, обусловливает участие живых организмов в образовании осадочных пород — залежи мела, известняка, кремнистые породы, торф, уголь, нефть. Наконец, живые организмы обусловливают процесс поч­вообразования. Почва — особое природное тело, образую­щее верхний слой литосферы и обладающее свойством пло­дородия (то есть способностью удовлетворять потребности растений в питательных веществах, влаге, воздухе и т. д.). Почва образуется из продуктов разрушения поверхностных слоев литосферы под действием микроорганизмов, расте­ний и животных. За счет минерализации органических ве­ществ отмирающих организмов образуется особое органи­ческое вещество почвы — гумус(перегной).