Элементов живого вещества

Распространенность атомов главных химических

Средний состав органического вещества растительности суши

(после исключения зольных элементов), %

Биомасса и ее главные компоненты	Химический элемент
С	Н	О	N
Растения суши*				2,8
Биомасса суши**				2,0
Углеводы				1,5
Лигнин				1,0
Липиды				-0,5
Белки				16,0

* По А.П. Виноградову, 1967

** По Е.А. Романкевичу, 1988

В табл. 2.2 обобщены расчеты относительного содержания главных химических элементов в фитомассе суши. Для сравнения приведены аналогичные данные для зоомассы, которые менее обоснованы. Несмотря на некоторые различия, данные X. Боуэна и Е.А. Романкевича о составе фитомассы могут рассматриваться в качестве кларков живого вещества Мировой суши и Земли.

Таблица 22

Относительное содержание химических элементов в живом веществе Мировой суши, %

Химический элемент	Растения	Животные
Сырая масса (А П Виноградов, 1954)	Пересчет на сухое вещество	Сухое вещество (X Боуэн, 1966)	Пересчет на золу	Сухое вещество (Е А Романке-вич, 1988)	Пересчет на золу	Сухое вещество (X Боуэн, 1966)	Сухое вещество (Е А Романке-вич, 1988)
С	18,00	45,00	45,40	_	46,30	—	46,50	51,0
О	70,00	45,40	41,00	—	39,60	—	18,60	26,8
Н	10,50	5,75	5,50	—	6,70	—	7,00	7,4
N	0,30	0,75	0,30	—	1,90	—	10,00	9,8
S	0,05	0,13	0,34	6,8	0,48	1,2	0,50	0,5
Р	0,06	0,175	0,23	4,6	0,20	4,7	1,70-4,40	—
Са	0,50	1,25	1,80	36,0	1,50	35,1	0,02-8,5	—
К	0,30	0,75	1,40	28,0	1,10	25,7	0,74	—
Mg	0,04	0,10	0,32	6,4	0,32	7,5	0,10	—
Na	0,02	0,05	0,12	2,4	0,12	2,8	0,40	—

Окончание табл. 2.2

Cl	0,02	0,05	0,20	4,0	0,20	4,7	0,28	—
Si	0,20	0,50	0,50	10,0	0,30	7,0	0,012-0,60	—
Al	0,005	0,013	0,05	1,0	0,03	0,7	0,004—0,01	—
Fe	0,10	0,025	0,014	0,4	0,02	0,5	0,016	—
Сумма	99,70	99,84	99,87	99,5	98,77	99,9	—

Завершая обзор основных черт химического состава живого вещества Земли, необходимо отметить следующее: при всей уникальности живого вещества как феномена нашей планеты существуют факты, свидетельствующие о его связях с Космосом. Это проявляется как в структурной организации (проявления диссим-метрии), так и в составе. При сравнении распространенности атомов химических элементов А.Дельсемм (1981) обнаружил близость соотношения атомов в составе микроорганизмов, с одной стороны, и в межзвездном газе и газовом веществе комет — с другой. Наши расчеты показали, что такое сходство существует и для живого вещества Земли в целом (табл. 2.3). Конечно, распространенность атомов нужно рассчитывать в реально существующей живой (сырой) биомассе, а не в условной форме сухого органического вещества. В качестве исходных были использованы данные А. П. Виноградова о сырой массе живого вещества (см. табл. 2.2). Распространенность атомов нормирована по отношению к 1000 атомам кремния.

Таблица 2.3

Химический элемент	Распространенность, атомные %
в космосе в целом (А. Камерон, 1973)	в летучей фракции комет (А.Дельсемм, 1981)	в живом веществе Земли
Н	76,50	56,0	63,3
О	0,82	31,0	26,6'
С	0,34	10,0	8,9
N	0,12	2,7	1,2
S	0,0015	0,3	0,01

Относительное содержание химических элементов не дает представления о количестве элементов, содержащихся в живом веществе суши. Для этого необходимо установить массу живого вещества и на этой основе определить массы отдельных элементов. Как отмечено выше, подавляющую часть массы живого вещества суши составляют растения, преимущественно высшие.

Согласно данным Н. И. Базилевич и Л. Е. Родина (1967, 1974), О.П.Добродеева и И.А.Суетовой (1976) естественная фитомас-са континентов до активного воздействия человека составляла 6,25×10¹² т, в пересчете на 40 % сухого вещества — 2,5×10¹² т. В этой массе содержалось при 5 %-й зольности 0,125×10¹² т зольных элементов. В настоящее время под воздействием хозяйственной деятельности людей фитомасса сократилась не менее чем на 25 % и, следовательно, составляет около 1,88×10¹² т сухого вещества, в котором содержится 94×10⁹ т зольных элементов, 865×10⁹ т углерода и 36×10⁹ т азота. Массы других элементов оцениваются в соответствии с их кларками по Е.А. Романкевичу (1988) следующими значениями:

Химический элемент Масса, 10⁹ т

S........................................................................................... 9,0

Р........................................................................................... 3,8

Са........................................................................................ 28,2

К.......................................................................................... 20,7

Mg......................................................................................... 6,0

Na.......................................................................................... 2,3

Cl........................................................................................... 3,8

Si........................................................................................... 5,6

Al........................................................................................... 0,6

Fe........................................................................................... 0,5

Биомасса животных суши немногим более 1 % массы растений.

Состав живого вещества суши не ограничивается главными химическими элементами. По данным табл. 2.2, в составе живого вещества, рассчитанного разными авторами, имеется общая особенность: сумма значений относительного содержания элементов немногим не достигает 100 %; недостающую часть образуют около 70 химических элементов, рассеянных в живом веществе; они содержатся в ничтожном количестве, измеряемом в мкг/г сухого вещества, или р×р×м (1×10^-4 %).

Масса живого вещества океана составляет менее 1 % массы растительности Мировой суши. Особенность структуры живого вещества океана в том, что масса консументов превышает массу продуцентов — фотосинтезирующих организмов. Согласно данным ^Е. А. Романкевича (1988) суммарная масса животных и бактерий Мирового океана близка к 4,5- 10⁹ т, масса растений — 3,5× 10⁹ т. Преобладающую часть массы продуцентов океана составляет фитопланктон.

Химический состав живого вещества суши и океана неодинаков. Живое вещество океана отличается более высоким содержанием воды (около 80 %), азота и серы, а также значительно большим содержанием зольных элементов, составляющих 40 — 50 % от сухой биомассы.

Средние значения концентрации химических элементов в живом веществе океана окончательно не определены. По данным А.Романкевича (1988) средние значения главных элементов следующие (в процентах сухой массы): С - 50,1; Н - 7,4; О - 29,1; N – 10,4; S – 2,0. Согласно Х.Боуэну в сухой биомассе водорослей содержится (в процентах сухой массы): К — 5,20; Na — 3,30;S_i – 2,0; S – 1,20; Са – 1,00; Mg – 0,52; С1- 0,47; Р – 0,35.

Таким образом, в растениях океана по сравнению с растительностью суши значительно выше концентрация почти всех главных зольных элементов, особенно натрия и магния, а также хлора и серы.

Еще заметнее выражено превышение концентрации многих рассеянных элементов. Так, в фотосинтезирующих организмах океана в сотни раз выше концентрация иода и брома, в десятки раз — некоторых тяжелых металлов (кадмия, цинка, ртути, свинца, ванадия и др.) и близких им поливалентных элементов (мышьяка). Отмеченное иллюстрирует рис. 2.1, где показано соотношение средних концентраций рассеянных элементов в растениях суши и океана.

В левой части графика расположена ассоциация элементов, имеющих повышенную концентрацию в фотосинтезирующих организмах океана, в правой — суши.

Избирательная аккумуляция

организмами моря организмами суши

Рис. 2.1. Соотношение средних концентраций рассеянных

элементов в растениях океана и суши:

Мысль В.И.Вернадского о том, что в живом веществе находятся все химические элементы, долгое время подвергалась сомнению. Это обусловливалось незначительным содержанием многих элементов и отсутствием достаточно чувствительных методов анализа. Систематическое изучение рассеянных элементов в живых организмах было организовано В. И. Вернадским. А. П. Виноградов (1937) впервые рассчитал среднее содержание химических элементов в суммарном веществе живых организмов. Несколько позже аналогичные расчеты произвели английские ученые Д.Уэбб и У.Ферон.

Ранее отмечалось, что концентрация главных элементов в разных биологических объектах изменяется. Размах колебания концентраций рассеянных элементов значительно больше. Известно, что концентрация иода в морских водорослях в несколько сотен раз больше, чем в наземных растениях. В муравьях семейства Gamponitinae концентрация марганца составляет сотые доли процента, а в муравьях семейства Ропеппае — в тысячу раз меньше (Виноградов А. П., 1963). Концентрация рассеянных элементов в одних и тех же организмах, но обитающих в разных местах, также неодинакова. В асцидиях Черного моря концентрация ванадия в 8 — 100 раз и свинца в 10 — 80 раз выше, чем в животных из Охотского моря (Ковальский В. В., 1974). Концентрация рассеянных элементов сильно варьирует в однотипных организмах даже в пределах одного района. Например, средняя концентрация лития в распространенных семействах травянистой растительности в бассейне реки Зеравшан (Средняя Азия) меняется в 100 раз (Ездакова Л. А., 1976).

Так как состав фитомассы суши определяет кларки всего живого вещества Земли, то наибольший интерес представляют данные о содержании рассеянных элементов в растениях. К настоящему времени имеется значительный объем информации, однако она распределена неравномерно и относится преимущественно к вегетирующим органам. На современном уровне знаний можно дать следующую оценку масс рассеянных элементов, находящихся в растительности Мировой суши:

Группа элементов Масса, млн т

I - Мn................................................................................ 100n

И - Sr, Zn, Ti, В, Ва, Сu.................................................... 100n

III - Zr, Вг, F, Rb, Pb, Ni, Cr, V, Li........................................ n

IV - La, Y, Co, Mo, I, Sn, As, Be...................................... 0,1n

V - Se, Ga, Ag, U, Hg, Sb, Cd.......................................0,01n

Следовательно, массы рассеянных элементов, связанные в растительности суши, представлены внушительными значениями: от десятков миллионов тонн до десятков тысяч тонн, а масса марганца приближается к значениям таких элементов, как алюминий и железо.

Дата добавления: 2014-11-20