Косное и биокосное вещество
Косное вещество, по В.И. Вернадскому, –это совокупность веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвовали и не участвуют, например, магматические, частично метаморфические породы, космическая пыль, метеориты.
К косному веществу относят многие минеральные ресурсы суши и океана, используемые без участия в круговоротах прочей биоты, а только в антропогенных превращениях (ресурсных циклах).
К этим же веществам относятся минералы и материнские (горные) породы, образованные минералами. В результате выветривания минералов и пород освобождаются химические элементы, служащие элементами питания для растений и микроорганизмов. Таким образом, косная природа является источником элементов питания для живых организмов. Выветрившаяся горная (рыхлая) порода становится опорой для растений и домов
животных и микроорганизмов, определяя условия жизни всего живого.
Минералы и породы образовались в результате геологических (эндогенных и экзогенных) процессов. Химический состав минералов и пород является важным фактором (условием) среды обитания. К неживой природе относят физические условия существования живой природы: свет, температура, влага (осадки). Организмы постоянно взаимодействуют с элементами неживой природы, а также оказывают влияние друг на друга. Все организмы при взаимодействии с неживой природой поддерживают известное динамическое равновесие или гомеостаз.
Живые организмы и неживая природа существуют и развиваются совместно образуя единое целое или систему. Такие системы получили название экологических систем, или экосистем.
Экосистемы являются биокосными системами, состоящими из двух частей живой или неживой природы, живого или неживого (абиотического) вещества. Самой крупной биокосной системой, известной нам, является биосфера, которая включает все живые
организмы планеты, находящиеся во взаимодействии с физико-химической (абиотической) средой Земли –атмосферой, гидросферой и литосферой.
Таким образом, биокосное вещество создается в биосфере одновременно живыми и косными процессами, представляя динамические системы тех и других. Биокосные вещества планеты–кора выветривания горных пород, почвы, сапропели, природные воды, атмосферный воздух, вода, углекислый газ, кислород и др. Элементы и вещества за длительные периоды в круговоротах проходят через живое вещество.
Сапропель (греч. «sapros» –гнилой, «pelos» –грязь, ил) – природный ил водоемов, содержащий значительное количество органического вещества, остатков водных растений и животных, а также неорганические компоненты биоминерального и наносного происхождения. В свежем состоянии сапропель оливкового, бурого, почти черного цвета, а при наличии известковых материалов и глинистых примесей –розового или серого цвета.
Биогенные объекты
Биогенные объекты возникли как результат деятельности разнообразных животных и растительных макро- и микроорганизмов. Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностью живых организмов. Это источник большой
потенциальной энергии (угли, битумы, известняки и др.). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны или не живут вообще.
Торф –результат анаэробного разложения растений под водой. Торфяники образуются в местностях с избытком влаги и умеренным климатом. По берегам озера и старицы селится болотная растительность: осока, камыш, тростник, водяной хвощ, кувшинки, рдесты, водоросли и др. растения, не поднимающиеся над поверхностью воды. Под водой растительные остатки не могут разложиться до минеральных веществ, и образуется торф.
Водная поверхность сокращается –осоковое болото превращается в моховое болото. Со временем поселяется травянистая и древесно-кустарниковая растительность, скрывая бывшее болото и запасы торфа. Это, в основном, современный биолого-геологический процесс. В торфе содержится 55-59% углерода.
Бурый уголь –результат обугливания древесной породы ранних геологических эпох, причем процесс обугливания заходит значительно дальше, чем в торфе, поэтому содержание углерода выше, чем в торфе –60-75%.
Каменный уголь –результат обугливания гигантских древовидных растений прошлых геологических эпох. Здесь процесс обугливания зашел еще дальше, и количество углерода колеблется в пределах 75-93%.
Антрацит –уголь, где количество углерода колеблется от 93 до 98%, он имеет металлический блеск, черный цвет, более плотный, чем каменный уголь. Значительные залежи каменного угля находятся в Кузбассе, Донбассе, Воркутинском бассейне и
К органогенным породам относится и нефть (жидкость бурого, желто-зеленого, черного цвета). Она состоит из жидких углеводородов. Существуют версии происхождения: результат естественного разложения под высоким давлением и температурой жировых веществ, трупов морских животных, а также водорослей и растений; может быть ил органического происхождения дна морей, от скопления отмирающего планктона, действия большого давления и высокой температуры.
Органогенной породой считается и газ, который занял значительное место среди энергоносителей России.
Таким образом, все вещества и системы Земли являются объектами природопользования, составляют природно-ресурсный и эколого-экономический потенциал.
Биосфера
Биосфера (греч. bios — жизнь + sphaira — шар) — наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Термин «биосфера» предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.
Биосфера — совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.
Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).
Границы биосферы
Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части — тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).
Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.
Вещество биосферы
Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:
- Живое вещество
Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ — важнейший фактор геологических изменений планеты.
Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.
Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.
Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.
К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва — уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.
Функции живого вещества
Важнейший компонент биосферы — живое вещество, то есть — живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ — главное условие зарождения новой жизни.
Перечислим важнейшие функции живого вещества:
- Энергетическая
Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам — сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.
Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.
Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?
Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет — раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых — известняка (мела).
В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое — торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.
Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.
Без разрушения «старой» жизни, невозможно возникновение «новой». После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда — это главное условие жизни.
Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.
При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.
Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.
Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка — все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами — великое чудо и немыслимая случайность.
Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.
Ноосфера
Ноосфера (греч. noos — разум и sphaira — шар) — термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.
Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы — разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.
К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.
Круговорот веществ
Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей — карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.
Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с выхлопными газами.
Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.
Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).
В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота — цикл замыкается.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.