ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.05.2019
Просмотров: 2161
Скачиваний: 1
21. Классификация биосферного вещества. Живое вещество биосферы. Функции живого вещества (энергетическая, газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная и деструкционная).
Классификация по Вернадскому:
• Живое вещество – совокупность всех живых организмов на планете (микроорганизмов, растений, животных).
• Косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) – вещество неорганического происхождения, т. е. образуемое в процессах, в которых живое вещество не участвует (магматические руды, продукты их преобразования абиогенного и т. д.).
• Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (торф, уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.).
• Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (вода, почвы, илы).
• Вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада (радиоактивные элементы).
• Рассеянные атомы, непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения.
• Вещество космического происхождения (космическая пыль, обломки метеоритов и т. д.).
Живое вещество — это совокупность существующих (или существовавших в определенный отрезок времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором.
В пределах биосферы везде встречается либо само живое вещество, либо следы его деятельности: атмосферные и некоторые гидросферные газы, нефть, каменный уголь, известняк, сланцы, торф и др.
В отличие от живых существ на всех уровнях их организации живое вещество, как биогеохимический фактор, в понимании В. И. 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, большинства осадочных пород.
Живое вещество биосферы химически и геологически очень активно. При его участии образуются биогенные (каменный уголь, нефть, известняк и др.), а также биокосные вещества (почти вся вода биосферы, почва, кора выветривания и т. д.).
Различают пять главных функций живого вещества в биосфере: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную. В ряде литературных источников эти функции называют функциями биосферы.
Энергетическая функция — обеспечение потока энергии через живые организмы.
В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность растений и фотосинтезирующих бактерий, в процессе которой происходит аккумуляция солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают практически все жизненные явления на Земле.
Газовая функция — осуществление миграции газов и их превращения, обеспечение газового состава биосферы.
В процессе функционирования живого вещества создается основная масса газов в биосфере. Биогенное происхождение имеют азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.
Реализация газовой функции живого вещества указывает на его могущественность как геохимического фактора. Ведь именно живые организмы изменили химический состав атмосферы Земли, насытив ее кислородом, содержание которого в настоящее время составляет в среднем около 21%. До появления жизни доля кислорода в атмосфере составляла всего лишь десятитысячные процента.
Концентрационная функция — извлечение и накопление живыми организмами биогенных элементов окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В живом веществе преобладают атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, калия, кальция, магния, алюминия, кремния, серы, хлора и т. п. Они входят, к примеру, в состав клеточных мембран и цитоплазмы, ферментов и гормонов, различных пигментов, например хлорофилла (магний), гемоглобина (железо), скелетных образований (кальций, кремний). Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни, а иногда и в тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объяснятся неоднородность химического состава биосферы.
Окислительно-восстановительная функция. Благодаря данной функции происходит превращение большинства химических соединений. На поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления, которые происходят либо при участии организмов, либо внутри них.
Деструкционная функция обусловливается разложением организмов после их смерти и минерализацией органического вещества. В результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы. Другими словами, благодаря этой функции в биосфере существует круговорот веществ.
22. Геологический круговорот веществ.
Геологический круговорот веществ — процесс циркуляции воды, минеральных веществ и газов между сушей, атмосферой и Мировым океаном.
В процессе геологического круговорота с одного места в другое в масштабе всей Земли перемещаются минеральные соединения, вода, газы, а также изменяется агрегатное состояние воды (жидкая; твердая — снег, лед; газообразная — пар). В основе этого круговорота лежит абиотический круговорот воды, который происходит без участия живых организмов. Наиболее интенсивно вода циркулирует в газообразном состоянии.
Источником энергии для большого круговорота выступает Солнце. Геологический круговорот очень энергоемкий процесс. Около половины от всей поступающей энергии от Солнца расходуется на испарение воды. До 30% солнечной энергии отражается облаками и поверхностью Земли, около 20% поглощается в верхних слоях атмосферы облаками и пылевыми частицами, содержащимися в воздухе.
Солнце нагревает поверхность Мирового океана, и вода испаряется. В процессе этого она меняет свое агрегатное состояние, т. е. из жидкого состояния переходит в газообразное — пар (рис. 5.1.3).
В атмосфере водяной пар конденсируется в мельчайшие капельки воды, из которых состоят облака. Затем вода выпадает в виде осадков (дождь, град, снег) на землю. Испарение воды происходит и с поверхности суши, хотя и в значительно меньших количествах, чем с поверхности океана. Круговорот воды в биосфере основан на том, что ее суммарное испарение с поверхности Земли компенсируется выпадением осадков. При этом из океана испаряется воды больше (что объясняется большей площадью), чем возвращается с осадками. На суше, наоборот, больше выпадает осадков, чем испаряется воды. Излишки ее стекают в водоемы и водотоки, а оттуда снова попадают в океан.
Вместе с водой в биосфере осуществляется интенсивная миграция газов. Благодаря круговороту воды с суши в Мировой океан в растворенном виде попадает масса минеральных веществ. В обратном направлении минеральные вещества из океана мигрируют на сушу в результате приливов.
23. Биологический круговорот веществ. Круговороты углерода и серы.
Биологический круговорот веществ — процесс циркуляции биологически важных химических соединений между живыми организмами и окружающей средой в пределах экосистем и биосферы.
В биологическом круговороте самыми важными моментами являются синтез и разрушение органических веществ.
В противоположность геологическому, биологический круговорот не является энергоемким процессом. На создание первичного органического вещества затрачивается всего 0,1—0,2% падающей на Землю солнечной энергии. Больше половины аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии расходуется продуцентами на дыхание и другие жизненные процессы, а остальная часть поступает в пищевые цепи.
Миграцию веществ в биогеохимических циклах можно рассмотреть на примере круговорота углерода. В атмосфере углерод содержится в виде углекислого газа. Круговорот углерода начинается с фиксации углекислого газа фотосинтезирующими растениями, зелеными и пурпурными бактериями, а также цианобактериями в процессе фотосинтеза.
Углерод, входящий в состав молекул углекислого газа, идет на построение молекул первичного органического вещества продуцентов, при этом высвобождается кислород. Частично, в виде углекислого газа, углерод выделяется из организма продуцентов во время дыхания растений. Фиксированный в молекулах органического вещества продуцентов углерод потребляется консументами, которые в ходе миграции веществ по пищевым цепям перераспределяют это вещество между собой. Консументы при дыхании также выделяют углекислый газ. Умершие продуценты и консументы разлагаются редуцентами, в результате чего углерод мертвого органического вещества окисляется до углекислого газа и снова попадает в атмосферу. Подобный круговорот углерода совершается и на суше, и в водной среде.
Круговорот серы совершается в результате жизнедеятельности бактерий, окисляющих или восстанавливающих ее. Процессы восстановления серы происходят несколькими путями.
Под влиянием гнилостных бактерий - клостридий, протея - в анаэробных условиях при гниении белков, содержащих серу, происходит образование сероводорода и, реже, меркаптана. Большие количества сероводорода накапливаются также в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Они восстанавливают сульфаты почвы, ила и воды. Сероводород, образовавшийся в процессе восстановления, частично улетучивается в атмосферу, а частично накапливается в почве и воде. В дальнейшем он окисляется.
Процессы окисления, которым подвергается образовавшийся сероводород, совершаются при участии серобактерий и тиобацилл. Серобактерии используют сероводород в биоэнергетических процессах окисления, обеспечивая себя энергией. В результате этих реакций сероводород окисляется до серы, которая накапливается в цитоплазме бактерий. После того как запасы сероводорода во внешней среде исчерпаны, сера окисляется до серной кислоты и сульфатов, используемых растениями. Тиобациллы окисляют серу, сероводород, гипосульфит. Они накапливают серу внутри клетки и вне ее, иногда окисляют серу до сульфатов. Среди тиобацилл встречаются аутотрофы и гетеротрофы.