IV. Работа живого вещества в биосфере и биогеохимические принципы

Живое вещество неотделимо от биосферы и я является одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты. В.И. Вернадский, подразделял процессы, осуществляемые в биосфере живым веществом, по характеру самих процессов.

По В.И. Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

- химической (биохимической) – I род геологической деятельности;

- механической – II род геологической деятельности.

Геологическая деятельность I рода – проявляется в обмене веществ внутри живых организмов в результате которого происходит постоянных кругооборот атомов (например, в течение жизни человека через его тело проходит 75 т воды, 17 т углеродов, 2,5 т белков, 1,3 т жиров).

При этом большое значение имеет:

1. Размер организмов – чем меньших размеров организм, тем выше его геохимический эффект. Поэтому, наиболее значимой в биосфере оказывается деятельность прокариот – бактерий и цианобактерий.

2. Количество пропускаемого через организм вещества. В этом отношении максимальный геохимический эффект на суше имеют грунтоеды, а в океане – илоеды и фильтраторы.

Еще Чарлз Дарвин подсчитал, что слой экскрементов, выделяемых дождевыми червями на плодородных почвах Англии, составляет около 5 мм в год! Таким образом, почвенный пласт мощностью в 1 м дождевые черви полностью пропускют через свой кишечник за 200 лет.

В океане с дождевыми червями по “пропускной способности” могут конкурировать их близкие родственники, представители того же типа кольчатых червей – полихеты, а также ракообразные. Достаточно 40 экземпляров полихет на 1 м², чтобы поверхностный слой донных осадков мощностью в 20 – 30 см ежегодно проходил через их кишечник. Субстрат при этом существенно обогащается кальцием, железом, магнием, калием и фосфором по сравнению с исходными илами.

Биогенная миграция атомов II рода – механическая – отчетливо проявляется в наземных экосистемах с хорошо развитым почвенным покровом, позволяющим животным создавать глубокие укрытия (например, гнездовые камеры термитов, например, расположены на глубине 2 – 4 м от поверхности).

Биогенная миграция атомов II рода распространена:

1. В наземных экосистемах - рытье нор различными животными, насекомыми и т.д. Благодаря деятельности землероев, в верхние слои почвы попадают первичные невыветрившиеся минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в биологический круговорот.

2. В морских экосистемах - на дне моря, в зоне прибоя и на перемываемом волнами песке.

Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более. Двустворчатые моллюски зарываются обычно неглубоко, но некоторые из них – солениды и миа – роют норы, которым позавидует и сурок: они достигают глубины нескольких метров.

Водоросли и губки, бактерии и моллюски, полихеты, морские ежи, рачки сверлят скальные породы. Так, сверлящая деятельность моллюсков фолад вызывает иногда катастрофические последствия.

Когда в районе Сочи в результате непродуманного строительства берег обнажился от гальки, он начал отступать со скоростью до 4 м в год. Главным виновником разрушения были фолады, которые заселили каждый метр скального берега, сложенного глинистыми сланцами, и принялись дружно сверлить себе подводные норки. К счастью, был найден выход: берег стали укреплять поперечными стенками, а между ними засыпать гальку. В результате сверлильщики были уничтожены, движущаяся под ударами волн галька перемолола их. А в Западной Европе не менее опасную деятельность проводит случайно завезенный из Китая мохнаторукий краб – он проник во многие реки, и, строя свои норы, подрывает берега и разрушает плотины.

К биогенной миграции II рода можно отнести:

3. Перемещение самого живого вещества. Сюда относятся сезонные перелеты птиц, перемещения животных в поисках корма, массовые миграции животных. Естественно, что все эти разнообразные формы движения живого вызывают и транспортировку небиогенного вещества.

Проблемами геохимической деятельности живого вещества также занимались русские ученые Н.И.Андрусов и Т.В. Аристовская

Никола́й Ива́нович Андру́сов (1861 —1924) - русский геолог, минералог и палеонтолог, химическая деятельность организмов сводил к двум категориям:

- во-первых, к образованию на наружной поверхности или внутри твердых выделений, способных сохраняться;

- во-вторых, к образованию жидких и газообразных выделений, способных вступать в различные химические реакции с окружающим неорганическим миром.

Татьяна Вячеславовна Аристовская (1912 -2004) – российский почвовед-микробиолог, считала:

- что миграция атомов химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом жизнедеятельности организмов (в первую очередь бактерий).

Для понимания работы живого вещества в биосфере В.И. Вернадский ввел три биогеохимических принципа:

I принцип: «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению».

Данный принцип тесно связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. Доказано (теоретически), что при оптимальных условиях:

- одна диатомовая водоросль за 8 дней может образовать массу материи равную объему Земли, а в течение следующего дня удвоить эту массу;

- одна бактерия холеры способна за 30 часов покрыть сплошной пленкой всю поверхность планеты;

- одна инфузория туфелька может за пять лет выработать протоплазму, по объему в десятки тысяч раз превышающую нашу планету.

Однако, идеальная геохимическая активность не реализуется прежде всего:

- из-за ограниченности территории, заполненной живым веществом с определенной плотностью;

- из-за потока солнечных лучей, достигающих земной поверхности.

По подсчетам В.И.Вернадского, каждый момент на Земле размножением создается 10²⁰ - 10²¹ г. живого вещества. Такое же количество вещества разрушается. Этот процесс он назвал динамическим равновесием.

II принцип: “ Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы» или в другой формулировке: «При эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию».

Данный принцип затрагивает вопрос о направленности эволюции организмов. По мысли В.И. Вернадского, преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или “научились” полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах. В ходе биологической эволюции, таким образом, увеличивается “КПД” биосферы в целом. Уменьшению биогенной миграции препятствует борьба за существование.

III принцип: “ В течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало ”.

Данные принцип связан со “всюдностью” или “давлением” жизни. Этот фактор обеспечивает безостановочный захват живым веществом любой территории, где возможно нормальное функционирование живых организмов.

Время захвата данным видом всей поверхности нашей планеты у разных организмов может быть выражено следующими цифрами (сутки):

бактерия холеры - 1,25	птицы (куры) - 5600-6100;
инфузория туфелька - 10,6 (максимум)	крысы - 2800
диатомовые - 16,8 (максимум)	дикая свинья - 37 600;
зеленый планктон - 166-183 (среднее)	слон индийский - 376 000
насекомые (домовая муха) – 366

Воздавая должное памяти основоположника учения о биосфере, геохимик Александр Ильич Перельман (1916-1998) предложил назвать «Законом Вернадского» следующее положение:

«Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

Семинар: Распределение живого вещества в биосфере

- вертикальные сгущения живого вещества на суше (наземная пленка жизни, почвенная пленка жизни, аэробный подземный горизонт, аэробно-анаэробный подземный горизонт, анаэробный подземный горизонт)

- горизонтальные сгущения живого вещества на суше (пойменные сгущения жизни, тропические и субтропические леса гумидных областей, континентальные водоемы)

- сгущения жизни в мировом океане (прибрежные, береговые, рифовые, саргассовые, апвеллинговые).

Дата добавления: 2015-06-27