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

Биогенное минералообразование

При разложении органических веществ в телах растений и животных образуются минералы, которые входят в состав клеточных выделений, скелета, панциря, раковин и т.д.

Все эти минералы — "биолиты" обычно имеют органоморфную структуру, т.е. сохраняют форму тех клеток, органов и организмов, в которых они возникли. После смерти растений и животных биолиты поступают в илы и почвы, где постепенно теряют органоморфную структуру и приобретают землистый вид. Так, изучая почвы пойм Дона и Аксая, Б.Б.Полынов обнаружил, что в верхних, наиболее молодых горизонтах аллювия содержатся раковины пресноводных моллюсков, часть которых разрушена. В глубоких горизонтах аллювия (более старых) остатки раковин уже не встречаются, но зато там много скоплений порошковатой углекислой извести, нередко еще сохранивших форму былой раковины или ее части.

Карбонат кальция образуется и в тканях многих растений — в виде кристалликов кальцита в древесине, землистых выделений на поверхности листьев, известкового материала, пропитывающего клеточную ткань, и т.д. В дальнейшем все эти образования, попадая в почву, обогащают ее кальцитом.

Е.И. Парфенова и Е.А. Ярилова описали многочисленные фитолитарии — опаловые тельца, находящиеся в растениях. Из опала состоят и стенки клеток диатомовых водорослей.

После разложения растительных остатков опал поступает в почву, теряет воду, органоморфную структуру и постепенно превращается в халцедон, а затем и во вторичный кварц (SiC>2 при этом частично растворяется и переосаждается). Фитолитарии характерны для черноземных степей, горных лугов, тайги, влажных тропиков.

Другая группа биогенных минералов возникает вне тел организмов из продуктов их жизнедеятельности или в процессе минерализации остатков. Такое биогенное происхождение Полынов предположил для монтмориллонита и других глинистых минералов. Он писал, что все растения содержат в золе некоторое количество глинозема и кремнезема. Вместе с тем в большинстве почв не обнаруживается свободных соединений глинозема, которые должны были бы образоваться при минерализации растительных остатков. Ученый полагал, что при минерализации глинозем вступил во взаимодействие с кремнеземом, образуя глинистые минералы. То есть так же, как из С, N, Н и других воздушных мигрантов при разложении растительных остатков в почве образуются гумусовые вещества, так из Si02, AI2O3, Бе20з, входивших ранее в состав организмов, образуются глинистые минералы.

Эти идеи Полынова основаны на его исследованиях первых стадий почвообразования на изверженных породах. Выяснилось, что часть мелкозема примитивных почв на гранито-гнейсах образовалась не за счет прямого разрушения первичных минералов, а за счет минерализации накипных лишайников. Коллоидная фракция такого мелкозема содержит глинистые минералы, в том числе монтмориллонит, отсутствовавший в изверженных породах.

Теория Полынова о биогенном генезисе глинистых минералов в почвах хорошо объяснила одну особенность кристаллохимии алюмосиликатов — различия структуры минералов, образующихся на земной поверхности и при застывании магмы.

А1 в магматических минералах находится в кислородных тетраэдрах, окружен четырьмя атомами О. Межатомное расстояние А1—О составляет 0,16—0,175 нм (нанометр = 1.10"9 м). Во многих глинистых минералах осадочных пород и почв А1 находится в кислородных октаэдрах, окружен шестью атомами О и расстояние А1—О достигает 0,18—0,2 нм. Следовательно, при образовании глинистых минералов расстояние между атомами А1 и О увеличивается, на что должна затрачиваться энергия, так как между атомами существуют силы притяжения. Поэтому глинистые минералы земной поверхности, по Н.В. Белову и В.И. Лебедеву, обладают большим запасом внутренней энергии, чем алюмосиликаты магматических пород. Одним из механизмов ее поглощения кристаллическим веществом, очевидно, служат процессы минерализации растительных остатков, о которых писал Полынов. Эти идеи Полынова коренным образом изменили представления о природе глинистых минералов почв, которые оказались не менее биогенными, чем коралловые известняки, гумусовые вещества или угли.

По М.А. Глазовской, в еловых лесах Тянь-Шаня склоновые отложения имеют двучленное строение. Верхний глинистый и суглинистый горизонт мощностью в несколько десятков сантиметров обычно не содержит щебенки пород, в то время как подстилающий горизонт переполнен щебнем. Если бы отложения склонов образовались за счет постепенного разрушения подстилающих пород, то они содержали бы щебенку по всему профилю, количество ее постепенно возрастало бы книзу. Глазовская предположила, что верхний мелкоземистый горизонт постепенно нарастает снизу вверх за счет минерализации растительного опада, чем и объясняется отсутствие в нем крупных камней.

Химический состав мелкозема близок к химическому составу золы тяньшанской ели и других растений. Исследования в нивальном поясе Тянь-Шаня показали, что и здесь первичный мелкозем в трещинах представляет собой продукт минерализации лишайников. На высотах более 4200 м, где уже нет видимых признаков жизни, в корочках на скалах Глазовская обнаружила микроорганизмы, количество которых в грамме вещества достигает одного миллиона. Эти микроорганизмы — активные агенты химического разрушения пород, ими обусловлен "высокогорный загар", который в виде темной "лакированной" пленки покрывает поверхность скал. Пленки "загара" включают отмершие клетки зеленых и синезеленых водорослей. Глазовская проследила различные стадии образования загара от эластичной пленки из живых водорослей до мертвой корки, состоящей в основном из минеральных соединений и включающей лишь реликты былых организмов. Следовательно, и здесь, в первичных почвах-пленках, мощность которых не превышает нескольких миллиметров, имеют место те же явления создания и разрушения органического вещества, образования вторичных минералов, что и в развитых ландшафтах.

Итак, грубодисперсная (камни, песок, пыль) и тонкодисперсная (глина) части почв, сформировавшиеся на скальных породах, имеют, вероятно, различное происхождение: первые образовались за счет механического разрушения пород, а вторые — за счет разложения остатков организмов. Вероятно, этим объясняется сходство глинистых минералов в почвах, сформировавшихся на различных горных породах.

Однако, не все мелкоземнстые продукты выветривания биогенны, часть их образовалась за счет прямого разрушения горных пород, в ходе которого элементы вторичных минералов не проходили через тела организмов. Но и в этом случае организмы участвовали в выветривании, поставляя в окружающую среду СО2, органические кислоты и другие агенты разложения пород.

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