Биосфера живое вещество биогенная миграция атомов

Биогенная миграция атомов. Круговорот веществ и эволюция биосферы

Биогенная миграция атомов – это особый вид круговорота в природе химических веществ, происходящий за счет процессов жизнедеятельности живых организмов. Под жизнедеятельность понимается их дыхание, питание, размножение, накопление и расщепление органических элементов.

Что такое биосфера

Знаменитый на весь мир академик В. И. Вернадский впервые ввел понятие биосферы. Расшифровал он его как живую оболочку земли. Данная область жизни появилась в результате взаимодействия живых и неживых веществ. При этом все живые организмы являются главной функцией биосферы и связаны с ней всеми возможными способами.

Живые организмы являются совокупностью всех живых веществ на планете, существующих на данный момент. Каждый из них имеет свой вес, энергию и элементарный химический состав.

По словам Вернадского, все живое вещество связано с окружающей средой токами атомов, биогенная миграция которых происходит вследствие воздействия солнечной энергии.

Основными функциями биосферы являются размножение, рост и обмен веществ живых организмов.

Основы биогенной миграции

Биогенная миграция атомов проявляется в виде круговорота веществ в природе. Биогенами называют элементы, которые участвуют в данном процессе. Сюда относятся такие вещества, как кислород, водород, азот, углерод, фосфор, железо, марганец, цинк, кальций, калий и многие другие неорганические соединения.

На самом деле в природе существует огромное количество изотопов химических элементов, но далеко не все из них входят в состав живых организмов.

Известно, что все живые организмы обладают уникальной особенностью накапливать химические элементы и их соединения. При этом в составе живого можно встретить не только широко распространенные элементы, но также и очень редко встречающиеся. Что очень интересно, концентрация их в живой материи намного выше, чем просто в окружающем пространстве. Например, растения содержат в двести раз больше углерода, чем его содержит земная кора, и в тридцать раз больше азота.

При этом каждая разновидность живых организмов имеет в себе разное количество химических элементов. Например, железные бактерии накапливают в себе просто огромное количество железа, в то время как корненожки накапливают кальций, а водоросли — йод.

Биогенная миграция атомов приводит к тому, что под влиянием живых организмов может изменяться валентность химических элементов. А также образуются новые типы химических веществ. Примерно сорок самых известных микроэлементов принимают активное участие в таком процессе, как биогенная миграция атомов. И человек является тому прямым подтверждением.

Закон биогенной миграции атомов

Данный закон введен академиком Вернадским и имеет очень важное теоретическое и практическое значение. Согласно ему, все химические процессы, происходящие на нашей планете, тесно взаимосвязаны с настоящей и прошлой деятельностью микроорганизмов и невозможны без учета биогенных и биотических факторов. Также сюда можно отнести и влияние эволюционных процессов.

Стоит учитывать, что люди имеют очень большое влияние на биосферу Земли, в частности на все ее живое население, поэтому они способны внести значительные изменения для такого процесса, как биогенная миграция атомов в биосфере.

Согласно данному закону, каждое живое существо является посредником между Солнцем и Землей. При этом, учитывая постоянный солнечный поток, а также относительную неизменность энергетики планеты, можно сделать вывод, что количество живого вещества должно быть постоянным. Такая закономерность была описана Вернадским в его трудах.

О биогеохимических циклах

Биогеохимические циклы – это особая циркуляция химических веществ в биосфере. Здесь решающую роль играют живые организмы. Для жизнедеятельности всех живых организмов нужны определенные питательные вещества, способные давать жизнь. Существует две группы таких элементов: макротрофы и микротрофы.

К макротрофным веществам относятся такие составляющие, которые создают химическую основу всех тканей у живых организмов. Сюда можно отнести калий, кальций, фосфор, кислород, углерод, водород, серу, магний и другие элементы.

А вот к микротрофным веществам относятся микроэлементы и их соединения, необходимые для существования живых организмов в очень маленьком количестве. К микроэлементам относятся цинк, медь, марганец, хлор, железо.

Кроме этого, все биогенные или питательные вещества могут неоднократно использоваться в биосфере. Ведь запасы биогенных микроэлементов не постоянны. Некоторое их количество связано и входит в состав живой биомассы. А это, в свою очередь, значительно снижает количество элементов, остающихся в экосистеме.

Если бы растения и другие живые организмы не участвовали в процессах разложения, то запас всех питательных веществ в мире уже бы давно исчерпался, а значит, и жизнь на планете Земля давно бы прекратилась.

Рассмотрим, как проходят биогеохимические циклы некоторых элементов.

Цикл углерода

Одним из самых важных источников углерода является углекислый газ, содержащийся в составе атмосферы, а также растворенный в воде. Данное вещество используется растениями для синтеза органических соединений.

Во время процесса фотосинтеза углекислый газ способен превращаться растениями в питательные органические вещества, которые служат основной пищей животным.

Такие процессы, как сгорание топлива, брожение и дыхание, способны возвращать данное вещество в окружающую среду. Согласно подсчетам ученых, в атмосфере содержится около семисот миллиардов тонн данного вещества, в то время как в гидросфере – около пятидесяти тысяч миллиардов тонн. Ежегодно в результате процесса фотосинтеза прирост растительной массы в воде и на суше составляет сто восемьдесят и пятьдесят миллиардов тонн соответственно.

Цикл азота

Биогеохимические циклы азота происходит под воздействием различных химических и биологических влияний. Например, нитратный азот может превращаться в белковый, затем переходить в мочевину, превращаться в аммиак и снова возвращаться в нитратную форму.

Цикл фосфора

Самым простым биогеохимическим циклом в природе является цикл фосфора. Его основные запасы содержатся в горных породах, которые под воздействием эрозии отдают свои фосфаты различным экосистемам.

Такие фосфаты используют растения, и с их помощью синтезируют органические вещества. Растениями питаются другие организмы. Так вот, когда они умирают и разлагаются, фосфаты снова возвращаются в почву и снова служат удобрениями для растений.

Биогенные принципы Вернадского

Под биогенной миграцией атомов понимают перемещение веществ, а также соединение их по цепям питания экосистемы. Согласно академику Вернадскому, биогенная миграция подчиняется трем очень важным принципам. Рассмотрим, о чем же говорил ученый:

1. Биогенная миграция всегда стремится к ее максимальному проявлению.
2. Все живые вещества биосферы находятся в постоянном и непрерывном химическом обмене с космосом. А также они создаются и поддерживаются энергией Солнца.
3. Эволюционирование видов, способствующее появлению новых устойчивых форм живых организмов, приводит к ускорению биогенной миграции атомов в биосфере. Способствует этому ускоренное преобразование химических элементов.

Понятие биологического круговорота

Для того чтобы жизнь на Земле бесконечно продолжалась, все органические вещества должны вращаться по замкнутой кривой.

Биологический круговорот – это единственный способ организации жизни. Благодаря распаду всех организмов, другие организмы получают свое питание. Поэтому каждый живой организм, независимо от его вида, является звеном в цепочке питания. Распадаясь, все живые существа отдают свои элементы другим формам жизни. Не стоит недооценивать роль микроорганизмов. Именно они превращают остатки животных и растений в элементарные органические вещества, используемые зелеными растениями для синтеза новой органики.

Биологический круговорот веществ обеспечивается результатами распада. Сложные соединения начинают распадаться, высвобождая при этом энергию и теряя запасы информации, а образованные новые неорганические вещества начинают всю цепочку заново. Благодаря микроорганизмам биосфера способна к естественной саморегуляции.

Звеньями биологического круговорота являются живые организмы, принадлежащие разным систематическим группам. Они способны взаимодействовать между собой благодаря большому количеству разнообразных связей. Стоит учитывать, что все живые вещества биосферы участвуют в круговороте благодаря пищевым цепочкам.

Какие функции выполняют живые вещества в биосфере

В основе биогенной миграции атомов лежит перемещение веществ. Так вот, ученые, проанализировав все свойства такой миграции, смогли сделать выводы о том, какие же функции выполняют все живые вещества на планете Земля. Рассмотрим их:

• Энергетическая. Живые организмы способны аккумулировать питательные вещества, полученные из пищи по трофическим цепочкам.
• Транспортная. Каждый организм способен переносить органику.

• Концентрационная – организмы накапливают питательные вещества в ходе своей жизнедеятельности и используют их при строении своего тела.
• Средообразующая. Все живое способно преобразовывать химические и физические параметры окружающей среды.
• Деструктивная. Участвуют в процессе минерализации неорганических веществ.

Эволюционная теория происхождения жизни на Земле

Эволюцией можно назвать необратимые процессы исторических изменений жизни. Данная теория построена на четырех принципах:

1. Избыточное потомство. Все биологические виды живых организмов очень быстро размножаются. Однако далеко не все потомство выживает, поэтому все популяции находятся в стабильности.
2. Борьба за выживание также способствует контролю численности популяции.
3. Наличие несущественных различий. Так как все живые особи индивидуальны, одни виды имеют больше шансов на выживание, в то время как другие меньше.
4. Наследственность. Наследственная информация передается через родителей к потомству. Так вот, благодаря некоторым наследственным различиям, некоторые особи больше способны к выживанию, чем другие.

Выводы

Под биогенной миграцией атомов понимают перемещение веществ. Данный процесс бесконечен и цикличен, поэтому жизнь на Земле существует и до наших времен. В результате активной деятельности человека все созидательные процессы на Земле начинают разрушаться.

Источник

Биогенная миграция химических элементов

Фридрих Энгельс дал классическое определение жизни: «жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь».

Вернадский В.И. работу живого вещества рассматривал в 2-х формах: химической (биохимической) и механической.

Биохимическая деятельность живого вещества связана с построением тел организмов и перевариванием пищи. По подсчетам биолога П.Б. Гофмана-Кадошникова, в течение жизни человека через его тело проходит 75 т воды, 17 т углеродов, 2,5 т белков и 1,3 т жиров. Между тем по геохимическому эффекту своей физиологической деятельности человек отнюдь не самый важный вид разнородного живого вещества биосферы. Геохимический эффект физиологической деятельности организмов обратно пропорционален их размерам, и наиболее значимой оказывается деятельность прокариотов – бактерий и цианобактерий.

Большое значение имеет также 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 пропускают 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 м 2 , 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.

Копролиты (ископаемые остатки экскрементов) известны в геологических отложениях, начиная с ордовика, однако бесспорно, что большинство их при геологических описаниях не учитывается. Происходит это из-за слабой изученности вопроса и из-за отсутствия диагностических признаков для определения копролитов.

В донных отложениях современных водоемов фекальные комочки беспозвоночных распространены очень широко и нередко являются основной частью осадка. В южной Атлантике, например, илы почти нацело слагаются фекалиями планктонных ракообразных, а по берегам Северного моря донные осадки, образованные фекалиями мидий, имеют мощность до 8 м.

Механическая биогенная миграция атомов проявляется в наземных экосистемах с хорошо развитым почвенным покровом, позволяющим животным создавать глубокие укрытия (гнездовые камеры термитов, например, расположены на глубине 2-4 м от поверхности). Благодаря выбросам землероев, в верхние слои почвы попадают первичные невыветрившиеся минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в биологический круговорот. Недаром известный геолог Г.Ф. Мирчинк (1889-1942) называл сурка «тарбагана» лучшим геологом Забайкалья. Его норы окружены «коллекциями» горных пород, добытых с глубины нескольких метров. Понятие «нора» и «гнездо» обычно ассоциируются у нас с грызунами и птицами. Между тем механическая биогенная миграция атомов распространена не только в наземных, но и в морских экосистемах, и здесь ее роль, может быть, еще более значительна. И на дне моря организмы строят себе укрытия, причем не только в мягком, но и в скальном грунте. 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 в скальных породах, которые достигают глубины нескольких метров. Сверлят скальные породы водоросли и губки, бактерии и моллюски, полихеты, морские ежи и рачки.

Сверлильщики появились в далеком геологическом прошлом. Источенные ими породы находят даже в докембрийских отложениях; и поныне они продолжают свою разрушительную работу. 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. 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 механической биогенной миграции можно отнести и 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.

Вернадский, как мы видели, подразделял процессы, осуществляемые в биосфере живым веществом, по характеру самих процессов.

Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере, очень важными являются три основных положения, которые Владимир Иванович называл «биогеохимическими принципами»:

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

II-й принцип: «Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы».

III-й принцип: «В течение всего геологического времени заселение живым веществом планеты было максимальным для конкретных природно-климатических условий».

Источник