Что такое биогенная миграция атомов
Биогенная миграция атомов [Биогеохимический цикл, Круговорот веществ]
Биогенная миграция — вид круговорота веществ (химических элементов), при котором он происходит за счёт питания, дыхания, размножения живых организмов, синтезирования, накопления и расщепления ими органических веществ.
Элементы, активно участвующие в биогенной миграции, называются биогенами. К ним относятся углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера, железо, марганец, молибден, магний, медь, цинк, кальций, натрий, калий и др.
Изотопов химических элементов очень много, но в состав живых организмов могут входить только некоторые из них. Например, среди изотопов водорода 1 H, 2 H, 3 H, лишь 1 H является наиболее активным и входит в состав живых организмов. В состав органических веществ входит изотоп 12 C, а неорганических веществ — изотоп 13 C. Среди изотопов кислорода 16 O, 18 O только изотоп 16 O входит в состав воды и углекислого газа и обладает высокой активностью.
Живые организмы обладают свойством накапливать не только широко распространённые в природе химические элементы, но и те, которые встречаются в очень малых количествах. Концентрация химических элементов в живых организмах гораздо выше, чем во внешней среде. В растениях содержание углерода в 200 раз больше, чем в земной коре, а азота — в 30 раз.
Различные организмы обладают способностью накапливать в себе большие количества тех или иных элементов. Так, железные бактерии накапливают больше железа, простейшие корненожки — кальция, губчатообразные, некоторые водоросли — большие количества йода.
В результате биогенной миграции под влиянием живых организмов изменяется валентность некоторых химических элементов и образуются новые химические соединения. Около 40 из известных нам химических элементов активно участвуют в биогенной миграции.
Биогеохимический цикл
Время одного полного круговорота химических элементов называется биогеохимическим циклом. Например, в течение 2000 лет весь кислород атмосферы, в течение 200—300 лет — углекислый газ, в течение 2 млн лет — вся вода биосферы проходят через живое вещество. Материал с сайта http://wikiwhat.ru
Виды биогенной миграции
Существует три вида биогенной миграции. Первый осуществляется микроорганизмами, второй — многоклеточными организмами. Первый вид миграции протекает интенсивнее, чем второй. В настоящее время в биогенной миграции возрастает значение человека (третий вид).
Биогенная миграция
Смотреть что такое «Биогенная миграция» в других словарях:
биогенная миграция — Перемещение химических элементов в процессе жизнедеятельности растений, животных, микроорганизмов … Словарь по географии
Биогенная миграция элементов — перемещение химических элементов в природе в процессе жизнедеятельности растений, животных, микроорганизмов. См. также Биохимический круговорот веществ, Биохимические принципы Вернадского. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная … Экологический словарь
Миграция элементов — их перемещения в земной коре и в пределах ценоэкосистем. Происходит как в процессах круговорота веществ, так и вне их (миграции при почвообразовании, сезонные и суточные миграции легкорастворимых солей, импульверизацня). Большое значение имеет… … Экологический словарь
МИГРАЦИЯ БИОГЕННАЯ ГЕОХИМИЧЕСКАЯ — перемещение хим. элементов в биосфере при участии организмов. М. б. г. охватывает большую часть хим. элементов (Н, С, N, О, Р, S, Cl, К, Са, Сu, Mn, Zn, Mo, Fe, V, Со, Sr, Br, I и др.) и является одним из важнейших факторов геохим. миграции. В ее … Геологическая энциклопедия
МИГРАЦИЯ БИОГЕННАЯ — (лат. migratio, от migro перехожу, переселяюсь), прохождение биогенных веществ через биогеоценоз. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
Закон биогенной миграции атомов Вернадского — «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 (молекулярные кислород … Начала современного естествознания
Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Это понятие не следует путать с понятием «биомасса», которое является частью биогенного вещества. Термин введён В. И. Вернадским[1].… … Википедия
Биогеохимия — часть геохимии (См. Геохимия), изучающая геохимические процессы, происходящие в биосфере (См. Биосфера) при участии организмов. Миграция химических элементов на Земле не может быть понята без учёта влияния организмов. Отражение… … Большая советская энциклопедия
ГЕОХИМИЯ — (от греч. ge Земля и химия), наука о распространенности и миграции хим. элементов в геосферах. Основы Г. разработаны в нач. 20 в. В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, В. М. Гольдшмидтом и Ф. У. Кларком. Предмет Г. как отрасли знаний сформулировал В … Химическая энциклопедия
Биогенная миграция атомов это: примеры
Закон биогенной миграции атомов
Биологический круговорот — циклически повторяющиеся перемещения биогенных элементов в биосфере, в которых участвуют живые организмы и абиотическая среда. Все элементы — углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера и другие, поглощаются организмами из окружающей среды, входят в состав их тел (белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов) и, наконец, в результате минерализации (разложения) погибших организмов, возвращаются в окружающую среду, чтобы использоваться повторно.
Круговороты веществ способствуют саморегуляции и устойчивости экосистем и поддержанию жизни в природе. Все биологические круговороты взаимосвязаны, и их изучение необходимо для понимания функционирования и эволюции биосферы.
Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского гласит — «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, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».
Так происходило и в геологическом прошлом, миллионы лет назад, так происходит и в современных условиях. Живое вещество или принимает участие в биохимических процессах непосредственно, или создает соответствующую, обогащенную кислородом, углекислым газом, водородом, азотом, фосфором и другими веществами, среду.
Этот закон имеет важное практическое и теоретическое значение. Понимание всех химических процессов, которые происходят в геосферах, невозможно без учета действия биогенных факторов, в частности — эволюционных. В наше время люди влияют на состояние биосферы, изменяя ее физический и химический состав, условия сбалансированной веками биогенной миграции атомов.
В будущем это послужит причиной очень отрицательных изменений, которые приобретают способность саморазвиваться и становятся глобальными, неуправляемыми (опустынивание, деградация грунта, вымирание тысяч видов организмов). С помощью этого закона можно сознательно и активно предотвращать развитие таких отрицательных явлений, руководить биогеохимическими процессами, используя «мягкие» экологические методы.
Закон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь — созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. В первую очередь это касается живого вещества, для которого необратимость развития стала ясной после работ Ч. Дарвина (1859).
Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, знаменитый бельгийский палеонтолог Л. Долло (1857—1931) в короткой заметке «Законы эволюции» сформулировал закон необратимости эволюции: «Организм не может вернуться, хотя бы частично, к предшествующему состоянию, которое было уже осуществлено в ряде его предков». В течение истории Земли необратимость биологической эволюции определила необратимость динамики веществ в биосфере, выявляемых по характеру древних осадков.
Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных — с другой.
Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
Низшие организмы — не какой-то случайный пережиток прошлого, они — необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.
Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы «кладовыми органического синтеза», в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные.
Если выразить отдельно биогеохимическую энергию размножения и роста одноклеточных и биогеохимическую энергию размножения и роста многоклеточных, получаются величины несравнимые. Одноклеточные доминировали на нашей планете до последнего времени. На наших глазах это явление начинает меняться в нашу психозойскую эру, когда человек овладел новой биогенной миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его жизни, воли, разума в окружающей среде. В жизни каждого живого организма есть проявление этой формы биохимической энергии.
Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.
Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип.
Этот принцип гласит:
В биогеохимических функциях первого и второго рода мы впервые встречаемся в яркой форме с резким отличием косного и живого вещества в ходе геологического времени.
В то самое время как живое вещество, охваченное эволюционным процессом, меняется до неузнаваемости в своих формах и даёт миллионы новых видов организмов и множество новых химических соединений, косная материя планеты остаётся инертной, неподвижной и по характеру происходящих изменений только в эоны веков закономерно меняет свой атомный состав закономерным радиоактивным процессом.
В геологическое время она практически остаётся неизменной в своём морфологическом характере. В связи с этим биохимические функции могут быть сведены ко второму биогеохимическому принципу. Он указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.
Круговорот веществ и эволюция биосферы
Биогенная миграция атомов
Количество вещества в биосфере конечно, однако биосфера существует 3 — 4 млрд. лет, то есть практически бесконечно. Как объяснить это противоречие? Дело в том, что благодаря биогеохимическим циклам в кругообороте веществ одни и те же биогенные атомы многократно участвуют в жизни на Земле.
Вещество в биосфере находится в состоянии непрерывного обновления с помощью биогенной миграции атомов в биогеохимических циклах отдельных химических элементов. Биогеохимические циклы — это перемещение и превращение химических элементов в биосфере при участии живого вещества.
Биогенная миграция атомов — это перемещение атомов вещества при участии живого вещества.
Биогенная миграция атомов подчиняется трем принципам Вернадского:
1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному проявлению.
2. Эволюция видов, приводящая к появлению устойчивых форм жизни, всегда идет в направлении усиления биогенной миграции атомов.
3. Живое вещество биосферы находится в непрерывном химическом обмене с космосом и создается и поддерживается энергией Солнца.
Нарушение любого из трех принципов Вернадского ведет к неустойчивости и исчезновению жизни.
Например, нарушение третьего принципа — изоляция от Солнца — ведет к исчезновению жизни в глубинах океана или под землей.
Кругооборот веществ поддерживается непрерывно благодаря солнечной энергии, поступающей в биосферу Земли из космоса. Например, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2 тыс. лет, углекислый газ — за 200 — 300 лет, а вся вода биосферы — за 2 млн. лет.
Не полная замкнутость биогеохимических циклов приводит к тому, что в атмосфере накапливаются азот и кислород, а в земной коре — различные химические элементы и соединения.
Какое значение имеют в биогеохимических циклах разные формы жизни? Клеточные формы жизни, такие как бактерии, являются автотрофами в своем большинстве и накапливают азот. Бактерии — гетеротрофы разлагают отмершие организмы и возвращают химические элементы в окружающую среду.
Клеточные организмы, например растения, являются автотрофами и синтезируют с помощью фотосинтеза органическое вещество (углеводы) из неорганического: 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2. Многоклеточные животные — гетеротрофы переносят органическое вещество в биосфере на большие расстояния. Таким образом, различные живые организмы участвуют в биогеохимических циклах кругооборота вещества в биосфере.
Основными биогеохимическими циклами являются циклы С, О, N, Н, P, S и биогенных катионов. Важными являются круговороты воды, углекислого газа, кислорода. Следует отметить особенности биогенной миграции атомов, наиболее распространенных во Вселенной и важных для жизнедеятельности живых организмов:
Углерод С: оборачивается посредством дыхания животных и фотосинтеза растений в составе СО2 и углеводов.
Цикл незамкнут, разложение СО2 приводит к образованию С и оседанию атомов в океане или почве. Оттуда после окисления до СО2 возвращается в атмосферу. Участие человека нарушает естественный цикл, при сжигании топлив и увеличении транспортного потока в мегаполисах образуется избыток окислов углерода в атмосфере. Это приводит к появлению парникового эффекта и изменению климата;
Кислород О: в биосфере существует в виде озона О3, молекулярного О2 и атомарного О кислорода.
Цикл незамкнут, озон, молекулярный и атомарный кислород накапливаются в основном в атмосфере. Вмешательство человека (транспортная проблема и сжигание топлив) в естественный природный цикл приводит к недостатку молекулярного кислорода в атмосфере больших городов и нарушению озонового слоя (озоновые дыры);
Азот N: является основной составляющей атмосферы.
Фиксируется бактериями почвы, затем поступает в растения в виде нитратов и нитритов. Преобразуется в аммоний при помощи фотосинтеза. Цикл незамкнут, азот накапливается в почве и в атмосфере. Сельскохозяйственная деятельность человека нарушает естественный цикл и приводит к перенасыщению почвы азотом;
Водород Н: атом входит в состав воды и в свободном виде в природе практически не встречается.
Поскольку круговорот воды является глобальным и происходит в основном без участия человека (осадки (конденсация), ветер, испарение), биогеохимический круговорот не нарушается;
Фосфор Р: особенность биогенной миграции фосфора состоит в том, что он в атомарном состоянии накапливается главным образом в морепродуктах.
Накапливается также в почве (апатиты). Внесение сельскохозяйственных удобрений нарушает естественный цикл и приводит к избыточной концентрации фосфора в почве.
По отношению к круговороту веществ живые организмы классифицируются следующим образом:
1. ПРОДУЦЕНТЫ — автотрофные организмы, преобразующие неорганические соединения в органические посредством солнечной энергии.
К ним относятся в основном растения.
2. КОНСУМЕНТЫ — гетеротрофные организмы, питающиеся продуцентами. Консументы первого порядка — растительноядные, консументы второго и более порядков — плотоядные.
3. РЕДУЦЕНТЫ (ДЕСТРУКТОРЫ) — организмы, разлагающие органические остатки до неорганического состояния.
Участие перечисленных организмов в круговороте веществ осуществляется благодаря ТРОФИЧЕСКИМ, или пищевым, цепям — связям между организмами, по которым передаются вещество и энергия.
Схематично механизм круговорота веществ в биосфере изображен на рис. 3.1.
Функции живого вещества в биосфере
Из анализа биогенной миграции атомов и трофических цепей вытекают биосферные функции живого вещества Земли:
Аккумулирование, получение из пищи, передача по трофическим цепям.
2. Концентрационная — накопление в ходе жизнедеятельности веществ, используемых для построения тела и удаляемых из организма.
Минерализация (или разложение) неживого органического вещества.
4. Средообразующая — преобразование физико-химических параметров среды.
5. Транспортная — перенос вещества.
Эволюция биосферы
Исторически сложились три группы гипотез происхождения жизни на Земле:
1. Теории, в основе которых лежат религии.
2. Жизнь на Землю была занесена из Космоса.
3. Эволюционная теория.
Рассмотрим подробно третью гипотезу.
Эволюция — это необратимый процесс исторического изменения жизни. Теория эволюции разработана Ч. Дарвиным в ХIХ в. и основана на четырех принципах:
1. Избыточное потомство. Все биологические виды способны давать большее потомство, чем это необходимо для простого воспроизводства родителей. Например, одна пара мышей способна давать по 6 мышат 6 раз в год (36 мышат). Более того, через 6 недель после рождения мышата способны давать потомство. Почему же Земля не наводнена мышами?
Потому что не все потомство выживает и численность популяции имеет тенденцию к стабилизации.
2. Борьба за выживание. Среда воздействует на отдельные особи, стабилизируя численность популяции.
Окружающая среда — это не только пища и условия для размножения, но и хищники и конкуренция. Поэтому в любой популяции не все особи выживают и дают потомство.
3. Некоторые существенные различия. Поскольку все отдельные особи индивидуальны, одни имеют больше шансов на выживание, другие — меньше.
Например, мыши различны по окраске, одни светлее, другие темнее. Темные мыши легче выживают, поскольку неразличимы ночью и их меньше съедают совы.
4. Вопрос наследственности. Следует заметить, что при наследовании осуществляется обмен информацией между системами (например организмами детей и родителей). Наследственная информация передается от родителей к детям.
Некоторые различия между особями одного вида — наследственные, например цвет шкурки у мышей. Поскольку темные мыши лучше выживают, в следующем поколении будет больше темных мышей, чем в предыдущем.
Через много поколений число хорошо адаптировавшихся особей в популяции возрастет. Дарвин назвал этот процесс естественным отбором. Таким образом, воспроизводство живого вещества происходит не простым штампованием, а путем эволюции — постепенных изменений в строении и функциях.
ЗАКОН ЭКОЛОГО-СИСТЕМНОЙ направленности эволюции: любые эволюционные изменения направляются внешними факторами окружающей среды и внутренними системными особенностями.
То есть эволюция не является случайным процессом, а определяется внешними и внутренними причинами. Внутренними факторами могут быть мутации — скачкообразные генетические изменения, тогда скорость эволюции значительно увеличивается. Внешним фактором служит влияние системы более сложной организации. Например, для биосферы- это космос, для любой экосистемы — биосфера Земли, для популяции — сообщества, экосистема и биосфера.
Таким образом, биосфера является открытой системой высшей степени организации и порядка.
Биосфера Земли связана обменными процессами с космосом. Внутри биосферы осуществляется обмен веществом, энергией и информацией — круговорот веществ. Биосфера является динамической системой и подвержена процессу эволюции.
Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.
Это означает, что жизнь стремится заполнить в максимальном объеме любое пригодное для нее пространство.
Эволюция видов, в ходе геологического времени приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.
Данный принцип весьма важен не только для понимания истории жизни, но и для решения современных задач выведения культурных растений, поскольку «увеличение биогенной миграции атомов» есть не что иное как увеличение продуктивности растений и животных.
В течение всей истории планеты ее заселение было максимально возможным для живого вещества, которое тогда существовало.
Указанный принцип тесно связан с другим законом В.И. Вернадского – законом константности: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа.
Живое вещество характеризуется исключительно высокой функциональной активностью.
Она связана с его способностью к неограниченному развитию и количественному росту, названному В.И. Вернадским «напором жизни».
Различают пять основных функций живого вещества в масштабах планеты Земля: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную.
Энергетическая функция состоит в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с излучением Космоса, и, прежде всего, с солнечной радиацией.
Основой указанной функции является фотосинтез, в процессе которого происходит аккумуляция энергии Солнца и ее последующее перераспределение между компонентами биосферы. Накопленная солнечная энергия обеспечивает протекание всех жизненных процессов. За время существования жизни на Земле живое вещество превратило в химическую энергию огромное количество солнечной энергии.
При этом существенная часть ее в ходе геологической истории накопилась в связанном виде (залежи угля, нефти и других органических веществ).
Благодаря газовой функции происходит миграция газов и их превращение, формируется газовый состав биосферы. Отметим, что преобладающая масса газов на планете имеет биогенное происхождение. Так, кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза.
При этом количество молекул кислорода, выделяемых земными растениями, пропорционально количеству связываемых водой молекул диоксида углерода.
Последний поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Другой, не менее мощный его источник – выделение по трещинам земной коры из осадочных пород за счет химических процессов под действием высоких температур.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, которые используются для построения тела.
Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (это в основном соединения железа, марганца и др.).
В результате происходят превращения большинства химических соединений, при этом преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Благодаря деструкционной функции протекают процессы, связанные с разложением остатков мертвых организмов.
При этом происходит минерализация органического вещества, т.е. превращение живого вещества в косное.
Таким образом, живое вещество трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Живое вещество определило современный состав атмосферы, гидросферы, почв и, в значительной степени, осадочных пород Земли.
Биогенная миграция атомов в биосфере
В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой — взаимодействие живого и косного вещества: «живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. Организмы представляют живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, энергии.
Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием, размножением». Таким образом, по мнению В.И. Вернадского, биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая солнечной энергией и проявляющаяся в процессе обмена веществ, роста и размножения организмов, является главной функцией биосферы.
По современным представлениям, биосфера — это оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Живые организмы осуществляют миграцию элементов из литосферы в гидросферу и почву, обмен между элементами, гидросферой, почвой и атмосферой, между сушей и морем, круговорот воды, углерода, азота и других веществ, входящих в состав живого вещества.
В основе круговорота химических элементов лежит наличие в биосфере двух основных типов питания — аутотроф-ного и гетеротрофного, способность организмов аккумулировать солнечную энергию в другие формы энергии, а также способность живых организмов совершать химические реакции с такой скоростью, которая превышает скорость реакций в Неживой природе во много раз.
Непрерывность и накопление результатов деятельности живых организмов в этом направлении обеспечивается их способностью к размножению. По мнению В.И. Вернадского, «. жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности, Под влиянием ее эти атомы находятся в непрерывном Интенсивном движении.
Из них все время создаются миллионы разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейших, археозойских эр, до нашего времени. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным результатам, чем живые организмы, взятые в целом».
Достаточно сказать, что на Земле ежегодно образуется около 4хЮп тонн органического вещества.
В биосфере практически все атомы почти всех химических элементов прошли через состояние живого вещества. Такие элементы, как йод, фосфор, сера, калий, почти целиком находятся в живом веществе, непрерывно обращаясь в живых организмах.
Кислород и азот атмосферы, практически вся углекислота имеют органическое происхождение.
Вихрь жизни захватывает химические элементы из окружающей среды, перемещает их из одних живых тел в другие, из атмосферы в гидросферу и литосферу и благодаря солнечной энергии удерживает их в биохимическом круговороте.
Рассеянные атомы
вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).
Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Она слабо развита в пустынях, тундрах, глубинах океана. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши и гидросферы, на границах раздела основных сред, где в массе развиваются зелёные растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы.
Более 90% всего живого вещества биосферы, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97— 98% биомассы суши).
Общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1,8— 2,5 1018 г (в пересчете на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы биосферы (3-1024 г).
Тем не менее Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарною развития. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И.
Вернадский назвал «пленками жизни». Такми образом, В.И. Вернадский подчеркивал, что живое вещество – самая активная форма материи во Вселенной.
В основу учения Вернадского о биосфере положено представление о планетарной геохимической роли живого вещества. Биосфера – продукт длительного превращения веществ и энергии в ходе геологического развития Земли. «Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности, — писал Вернадский.
— Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейших археозойских эр до нашего времени. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».
По Вернадскому, живое вещество — эго совокупность существующих (или существовавших в определенный отрезок времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором.
В отличие от живых существ изучаемых биологией на всех уровнях их организации, живое вещество как биогеохимический фактор в понимании Вернадского характеризуется элементарным химическим составом, массой и энергией. Оно трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот.
Через живое вещество многократно прошли атомы почти всех химических элементов. В конечном итоге живое вещество определило состав атмосферы, гидросферы, почв и в значительной степени осадочных пород нашей планеты.
«Прекращение жизни, — писал Вернадский, — было бы неизбежно связано с прекращением химических изменений если не всей земной коры, то во всяком случае ее поверхности — лика Земли, биосферы».
В биосфере Земли происходит практически полный рециклинг материи — вторичное использование атомов, постоянный процесс движения и перераспределения вещества, который определяет даже формирование литосферы за счет осадочных горных пород под влиянием живого вещества.
Жизнедеятельность организмов и связанные с ней процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов и их биогеохимические циклы.
В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное число раз через живое вещество. Так, например весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 200-300 лет, вся вода биосферы – за 2 млн. лет.
Итак, закон В.И. Вернадского о биогенной миграции атомов в биосфере формулируется следующим образом: атомы большинства химических элементов проходят бесчисленное число раз через живое вещество.
Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.
Это означает, что жизнь стремится заполнить в максимальном объеме любое пригодное для нее пространство.
Эволюция видов, в ходе геологического времени приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.
Данный принцип весьма важен не только для понимания истории жизни, но и для решения современных задач выведения культурных растений, поскольку «увеличение биогенной миграции атомов» есть не что иное как увеличение продуктивности растений и животных.
В течение всей истории планеты ее заселение было максимально возможным для живого вещества, которое тогда существовало.
Указанный принцип тесно связан с другим законом В.И. Вернадского – законом константности: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа.
Живое вещество характеризуется исключительно высокой функциональной активностью. Она связана с его способностью к неограниченному развитию и количественному росту, названному В.И. Вернадским «напором жизни».
Различают пять основных функций живого вещества в масштабах планеты Земля: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную.
Энергетическая функция состоит в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с излучением Космоса, и, прежде всего, с солнечной радиацией.
Основой указанной функции является фотосинтез, в процессе которого происходит аккумуляция энергии Солнца и ее последующее перераспределение между компонентами биосферы. Накопленная солнечная энергия обеспечивает протекание всех жизненных процессов.
За время существования жизни на Земле живое вещество превратило в химическую энергию огромное количество солнечной энергии. При этом существенная часть ее в ходе геологической истории накопилась в связанном виде (залежи угля, нефти и других органических веществ).
Благодаря газовой функции происходит миграция газов и их превращение, формируется газовый состав биосферы.
Отметим, что преобладающая масса газов на планете имеет биогенное происхождение. Так, кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза. При этом количество молекул кислорода, выделяемых земными растениями, пропорционально количеству связываемых водой молекул диоксида углерода.
Последний поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Другой, не менее мощный его источник – выделение по трещинам земной коры из осадочных пород за счет химических процессов под действием высоких температур.