Химический элементный состав организмов

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Биогеохимические методы поисков рудных месторождений

Эти методы стали разрабатываться в конце 30-х годов в СССР А.П. Виноградовым, Д.П. Малю- гой, С.М. Ткаличем и в Швеции — Н. Брундиным. В ландшафтах рудных полей установлены повышенные содержания в растениях Mo, Си, Pb, Be, Ni, Со, Zn, Cd, Ag, Au и других элементов. Опробование растений позволяет обнаружить биогеохимические ореолы, а по ним и сами месторождения. Биогеохимические методы особенно важны при поисках рудных тел, перекрытых мореной, эоловыми песками и другими аллохтонными отложениями. В последние десятилетия теория методов разработана детально Р. Бруксом, A.J1. Ковалевским, Г. Уорреном и другими геохимиками. Хорошо изучены закономерности накопления растениями элементов индикаторов руд, особенности рудных биогеохимических ореолов, способы интерпретации биогеохимических аномалий, методика составления особых биогеохимических карт. Большое значение имеет выбор объекта опробования: например, в степях Казахстана наиболее пригодно опробование полыней и менее — злаков. Практическое значение данных методов пока невелико, хотя в СССР был накоплен значительный положительный опыт их применения (A.J1. Ковалевский, В.П. Иванчиков, П.В. Ивашов, P.M. Талипов и др.). Анализ коры сосны, например, привел к открытию месторождений Мо и Sr. На основе анализа хвои и ветвей были открыты молибденовые месторождения в Канаде. Методика биогеохимических поисков не одинакова в разных ландшафтах — выявилась важная роль геохимии ландшафта в разработке их теории и практики.

Минерализация органических веществ

Наряду с биогенной аккумуляцией элементов в ландшафте протекают противоположные процессы разложения органических веществ — переход химических элементов из органических соединений в неорганические, идущий с выделением энергии. Эти процессы протекают и в самих растениях, когда в результате дыхания сложные органические соединения разлагаются до СО2 и Н2О. Однако в растениях синтез органических веществ намного превышает их разложение и в целом растения накапливают эти вещества. Интенсивно разлагают органические вещества животные, для которых растения являются единственным первоисточником химической энергии. В организме животных окисляется большое количество органических веществ, конечными продуктами разложения которых служат в основном СО2 и Н2О. Однако СО2, выделяемый животными при дыхании, не компенсирует поглощение его растениями при фотосинтезе. Основную роль в разложении остатков растений и животных играют микроорганизмы. Особенно много их в почвах и илах — до миллиарда в одном грамме, меньше в поверхностных водах, еще меньше в подземных водах и воздухе. За миллиарды лет микроорганизмы приспособились к самым различным условиям — они живут и в горячих источниках, и в холодных мерзлотных почвах, и в сильнокислых, и в сильнощелочных водах. Некоторым микроорганизмам необходим для дыхания свободный О2 (аэробные бактерии), другие существуют в бескислородной среде, используя для дыхания О химических соединений (анаэробные бактерии).

Микроорганизмы превращают белки, жиры, углеводы и другие богатые энергией органические соединений в более простые, бедные энергией, вплоть до конечных продуктов — СО2, Н2О. С той или иной скоростью разлагаются все органические вещества, даже такие устойчивые, как смолы, воск, хитин. Так, микробы очищают ландшафт от остатков организмов. При этом образуются новые формы живого вещества в виде самих микроорганизмов и, следовательно, появляются новые органические соединения. Однако общее количество органических веществ сильно уменьшается, так как часть их минерализуется полностью.

Микроорганизмы, растения и животные образуют единую систему, они находятся в сложных взаимоотношениях, включающих как элементы "борьбы", антагонизма, так и "взаимопомощи". Поэтому для каждого ландшафта характерна вполне определенная комбинация растений, животных и микроорганизмов.

Совокупность процессов разложения органических веществ, в ходе которых химические элементы высвобождаются из сложных, богатых энергией органических соединений, и снова образуют более простые и более бедные энергией минеральные соединения (СО2, Н2О, СаСОз, Na2S04 и т.д.), называется минерализацией органических веществ

При этом одна часть энергии выделяется в виде тепла, другая — в химической работоспособной форме. Носителями последней являются преимущественно природные воды, которые, обогащаясь такими продуктами минерализации, как СО2, органические кислоты и др., приобретают высокую активность и выполняют в ландшафте большую работу (растворение, гидролиз и т.д.). Так, процессы минерализации обогащают ландшафт свободной энергией, делают его неравновесной системой. Например, в речных водах тайги, тундры и влажных тропиков содержатся и растворенный 02, и органические вещества. Согласно законам термодинамики, система стремится к равновесию и гумусовые вещества окисляются 02, растворенным в воде. Однако равновесие никогда не достигается, так как новые порции гумусовых веществ и 02 поступают в воду на место израсходованных.

Хотя ландшафт богат свободной энергией и является неравновесной системой, он может быть устойчивым в течение длительного геологического времени. Однако это объясняется не термодинамическим равновесием, а стационарностью процессов. Ландшафт — это стационарная система, устойчивость которой связана с тем, что она непрерывно получает свободную энергию из среды в количестве, компенсирующем ее снижение в системе. Биогенный ландшафт — это саморегулирующаяся неравновесная, но стационарная (устойчивая) система.

В ландшафте минерализация органических веществ уменьшает сложность, упорядоченность, разнообразие, более сложную биологическую информацию и увеличивает неорганическую. Это процесс уменьшения негэнтропии и увеличения энтропии.

В отличие от процессов образования живого вещества для разложения органических веществ характерна повторяемость и во времени, и в пространстве. Так, болотные воды с высоким содержанием растворенного органического вещества (РОВ), интенсивной миграцией Fe, Мп и многих других металлов характерны для современных влажных тропиков и для болот влажных тропиков палеозоя, мезозоя, кайнозоя. Живое вещество в эти эпохи, напротив, резко различалось. В различных типах ландшафтов одной эпохи водная миграция также может быть близкой, относиться к одному классу. Например, и в равнинной тундре, и на таежных равнинах, и на равнинах влажных тропиков речные воды относятся к кислому кислородному классу, они богаты РОВ и мало минерализованы ("черные тропические реки" — Рио Негро и др., "черные" реки и озера полесий нашей страны). В лесостепи, черноземных и сухих степях речные воды относятся к слабощелочному кислородному классу. То есть процессы разложения органических веществ и обусловленная ими водная миграция значительно однообразнее процессов образования живого вещества: как ни разнообразны живые организмы, после смерти их остатки превращаются в одни и те же простые минеральные соединения — СО 2, Н2О и т.д., а также в вещества гумусового типа.

Накопление в ландшафтах неразложившихся и полуразложившихся остатков растений и животных М.А. Глазовская назвала детритогенезом.

Его количественные характеристики имеют важное геохимическое значение. Это следующие параметры: Oj — ежегодный растительный опад в целом, его количество колеблется от 765 ц/га в тугаях и 250 ц/га во влажных тропиках до 10 ц/га в арктических тундрах и 1 ц/га — на такырах; 02 — зеленая часть опада (от 10 до 90% от 01); О3 — лесная подстилка и степной войлок (15 ц/га в сухих степях, 20 — во влажных тропиках, 450 — в средней тайге, 835 — в кустарничковой тундре). К продуктам детритогенеза относятся также торф, сапропель и гумус. Запасы последнего в почвах России изменяются от 1000 ц/га в тайге до 8000 ц/га в луговых и черноземных степях.

Об интенсивности разложения органических веществ хорошее представление дает отношение массы подстилки к зеленой части опада (в %). Для заболоченной тайги Западной Сибири оно равно 3000, для кустарничковых тундр — 2000—5000, для сухих степей — 100, влажных тропиков — 10% (Н.И. Базилевич).

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов