Пристрій біосфери і роль живої речовини

У біосфері протікає безліч процесів, організми народжуються, борються з несприятливими умовами зовнішнього середовища і між собою і вмирають, екологічні системи розвиваються і гинуть, на їх місці виникають нові. Але біосфера в цілому являє собою складне і надзвичайно стійке освіту. Механізми стійкості біосфери зрозумілі сьогодні лише в загальних рисах. Біосфера – відкрита система, що знаходиться в нерівноважному стані і обмінюється з зовнішнім середовищем енергією і речовиною. Першорядне значення має для збереження гомеостазису біосфери зовнішнє джерело енергії – енергія сонячної радіації. Потік сонячної енергії, перетворюючись в інші її види, проходить через усі трофічні рівні біосфери, через всі екосистеми, забезпечуючи їх структурування та організацію. Жива речовина володіє унікальною здатністю відбирати із зовнішнього середовища енергію в тих видах і кількостях, які необхідні для самозбереження і розвитку життя. При цьому жива речовина виконує средообразующую функцію, змінюючи фізико-хімічні параметри середовища. Більше того, живе речовина здатна відновлювати в рамках біосфери або окремого біогеценоза умови, сприятливі для життя, якщо вони були порушені внаслідок природних або антропогенних катастроф. Жива речовина є матеріальною основою основних процесів в біосфері – енергетичних, фізико-хімічних, інформаційних. К. Бером належить відкриття «закону ощадливості», образну формулювання якого дав В.І.Вернадський: «Атоми, що увійшли в яку-небудь форму живої речовини, захоплені одиничним життєвим вихором, насилу повертаються, а може бути і не повертаються назад, в відсталу матерію біосфери ». Іншими словами, атоми, перебуваючи в постійному русі, переходячи з однієї живої істоти в інше, дуже рідко покидають сферу життя. «Закон ощадливості» – вираз того факту, що хімічні елементи (рідше хімічні сполуки) в біосфері беруть участь у безперервних біотичних круговоротах речовини. Кругові процеси переносу речовини в біосфері – ще один, крім зовнішнього потоку енергії, фактор стійкості біосфери. Рушійною силою біотичного кругообігу речовини служить сонячна енергія. У круговоротах беруть участь майже всі хімічні елементи: від вуглецю, азоту, кисню, водню, кальцію, сірки, фосфору, кремнію до мікроелементів брому, кобальту, міді, цинку і навіть елементів, що утворюють отруйні речовини – кадмію, миш’яку, селену, а також радіоактивні елементи.

Предмет інтересу хімічної екології – дослідження механізмів таких кругообігів, виявлення загальних закономірностей руху речовини в біосфері, характеристика основних шляхів руху хімічних елементів.

У кожному біогеохімічному циклі розрізняють дві частини: резервний фонд, який містить велику масу повільно рухаються речовин, і обмінний фонд, менший за обсягом, але з швидким обміном між організмами і їхнім оточенням.

За типом резервних фондів біогеохімічні цикли поділяють на 1) кругообіг газоподібних речовин з резервним фондом в атмосфері або гідросфері і 2) осадові цикли з резервним фондом у земній корі.

Висновки про приналежність елемента того чи іншого фонду роблять на основі результатів хімічного аналізу. Звичайно, часто важко однозначно встановити, чи знаходиться елемент в даних конкретних умовах в резервному або обмінному фонді. Наприклад, при аналізі грунтів алюміній, екстрагуються ацетатним буфером з рН 4.8 вважають знаходяться в обмінному фонді, а частина алюмінію, яку додатково можна витягти розчином реактиву Тамма (щавлева кислота і оксалат амонію, рН 3.2), відносять до резервного фонду. Зрозуміло, що таке віднесення досить умовно, і не слід думати, що атоми, що знаходяться в резервному фонді, завжди недоступні для організмів. Людська діяльність суттєво впливає на кругообіг елементів. Люди використовують майже всі існуючі в природі елементи і ряд штучних. В результаті промислового і сільськогосподарського виробництва з резервних в обмінні фонди потрапляють великі кількості речовини, частина елементів, навпаки, виводиться з біосфери, різко змінюється ритм обмінних процесів, у ряді місць створюється дефіцит тих чи інших речовин, а в інших місцях -ізбиток. Зусилля, що вживаються фахівцями в області екологічної хімії, повинні надати відомості про порушення природних кругообігів в результаті антропогенних впливів і створити наукову основу для природоохоронних заходів. В останні роки наукові та технологічні розробки, покликані забезпечити збереження та відновлення екосистем, які постраждали внаслідок хімічного забруднення, відносять до окремої галузі науки, що отримала назву «green chemistry». Одним із завдань цієї дисципліни служить відновлення порушених біотичних кругообігів речовини. Познайомимося докладніше з найбільш важливими круговоротами.

ПОДІЛИТИСЯ: