Биосфера

Биосфера — оболочка Земли, в которой сосредоточена жизнь, — была выделена в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом, однако ее особое значение для геологических и геохимических процессов было выявлено значительно позднее акад. В. И. Вернадским. Биосфера окружает Землю сплошной оболочкой. Только кратеры действующих вулканов, потоки незастывшей лавы и, может быть, некоторые замкнутые ^водоемы с особенно высокой концентрацией минеральных солей и кислот могут считаться временно безжизненными, но только временно. Нижняя граница биосферы, по В. И.Вернадскому, «должна лежать выше областей, где господствуют горячие пары воды и температура не опускается ниже 100° С, в среднем на уровне 3—4 км от уровня геоида», т. е. положение этой границы определяется предельной (достаточно высокой) температурой, при которой могут существовать простейшие организмы.

Так, в термальных источниках камчатских вулканов колонии бактерий живут при температуре 85° С, а при температуре 82° С к ним присоединяются простейшие циановые водоросли. Споры некоторых растений (например, грибов) переносят температуру до 140° С, а некоторые микробы до 180° С. Богатая флора разнообразных бактерий (в том числе и аэробных, для жизни которых необходим свободный кислород) была обнаружена в водах нефтяных месторождений Кавказа на глубине до 1600 м и далее до 2—3 км, т. е. значительно глубже, чем была известна жизнь до тех пор. Организмы, по мнению В. И. Вернадского, для поддержания жизни на этих глубинах используют кислород, выделяющийся при радиоактивных превращениях, так как кислород воздуха на эти глубины уже не проникает. По подсчетам В. И. Вернадского, масса живой органической материи на Земле составляет примерно 0,001% от массы земной коры. Большая часть этой материи сосредоточена в океане, главным образом в форме планктона.

Геологическое значение живых организмов огромно. Каждый организм при жизни захватывает из окружающей среды то или иное количество химических элементов и также неизменно возвращает их обратно в окружающую среду, но уже в других сочетаниях. Количество вещества, пропускаемое и перерабатываемое таким образом живыми организмами, огромно. За 13 лет, например, организмы пропускают через себя такое количество углерода, которое в 10 раз превышает все его содержание в земной коре. В. И. Вернадский считает весь кислород атмосферы продуктом жизнедеятельности организмов. Скопления каменного угля, торфа, нефти, мела, известняков, фосфоритов, многих железных и марганцевых руд и т. п. — результат жизнедеятельности организмов, так же как почва — результат взаимодействия организмов с горными породами. При этом в биохимических процессах, происходящих на земной поверхности, первостепенное значение имеет энергия солнечного излучения. Она улавливается зернами хлорофилла зеленых растений и в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды создает углеводороды с выделением свободного кислорода, играющего огромную роль во многих геологических процессах, происходящих на земной поверхности. Из растений солнечная энергия в виде создаваемых ею продуктов попадает во все другие организмы, которые не могут непосредственно использовать энергию солнечных лучей.

Элементы, захваченные живыми организмами, проходят сложный и длительный путь. Углерод, например, извлекаемый растениями из воздуха в результате фотосинтеза, поступает в состав клетчатки, белка и т. д. Из растений он частично попадает в тела животных, т. е. в состав других организмов, и в процессе дыхания снова возвращается в атмосферу в виде наименее активной формы — С02. Другая часть углерода после гибели организмов сохраняется в их остатках — сапропелях, каменных углях, нефти — и лишь через очень длительное время возвращается в свою исходную малоактивную форму — СО 2. Этот круговорот углерода происходит исключительно за счет энергии солнечных лучей, трансформируемых хлорофиллом зеленых растений, и иначе не может происходить. Для представления масштабов работы, производимой живыми организмами, приведем некоторые данные из работы В. И. Вернадского (1925 г.).

К. Эренберг (начало XIX в.) доказал, что одна кремневая водоросль (диатомея), если не встретит препятствий, за 8 дней может дать массу материи, равную массе Земли. Одна бактерия в благоприятной ее росту среде может в один день дать количество неделимых, превышающее септиллионы особей (1025). Согласно Ф. Кону, бактерия холеры может в течение четырех с половиной суток дать потомство, объем которого равен объему океана, а плотность превышает плотность последнего. Скорость передачи геохимической энергии для бактерии холеры равна приблизительно 330 м/сек, т. е. близка к предельной скорости звука. В то же время наиболее медленно размножающийся организм — индийский слон — передает энергию со скоростью примерно 1 мм/сек.

В состав организмов входят различные элементы — одни в больших количествах и постоянно, другие в малых количествах и, возможно, не всегда. К первой группе относятся С, О, Н, N, S, Р, К, Fе. Однако этот список расширяется все больше и больше. К числу биогенных элементов, т. е. элементов, несущих определенные жизненные функции, относится, например, йод, концентрирующийся в щитовидной железе позвоночных животных, марганец — в окислительных ферментах клюва птиц, цинк — в яде змей, медь в составе дыхательных пигментов некоторых моллюсков и т. д. В настоящее время в составе организмов с несомненностью установлено 60 элементов, причем по мере совершенствования методики определения количество это постоянно увеличивается.

Роль организмов как концентраторов некоторых элементов чрезвычайно велика: достаточно вспомнить концентрацию углерода в месторождениях каменных углей, нефти, торфа, кальция в известняках и т. д. Всего известно 20—22 химических элемента, которые могут концентрироваться в организмах в значительных количествах.

В золе каменных углей часто в том или ином количестве концентрируются такие элементы, как Рb, Zn, Ni, Рt, Ве, U, редкие земли. Зола некоторых углей рассматривается как руда на редкие элементы. Установлено, что часто накопление редких элементов в углях связано с растительностью, из которой они образовались: через корни растений вместе с почвенными растворами попадают различные элементы, часть которых вообще не нужна для жизни растений. Установлено также, что химический состав среды, в которой живут те или иные организмы, оказывает на них самое непосредственное влияние. С одной стороны, среда определяет распространение организмов, с другой — вызывает их изменение. Организмы реагируют на избыток или недостаток тех или иных химических элементов в среде их обитания. Этим прежде всего часто определяется подбор организмов: приспособленные к данной среде виды вытесняют менее приспособленных. Многие болезни, так называемые эндемии, возникают в связи с избытком или недостатком различных элементов в среде обитания организмов: недостаток, например, в почвах магния, марганца и железа вызывает хлороз и другие заболевания растений, недостаток фосфора и кальция — заболевание костей, недостаток йода — появление зоба у людей ит. д.

Приспособляясь к среде, организмы испытывают соответствующие биологические изменения, которые сводятся к повышению или понижению в тканях организма количества тех или иных химических элементов, со временем закрепляющихся и переходящих по наследству. Так (по акад. А. П. Виноградову), организмы с богатым содержанием натрия были в недавнем прошлом связаны с областями солончаков, многие тропические и субтропические растения, богатые алюминием, по-видимому, рослина латеритах ит. п. Выяснено, что некоторые растения, живущие над месторождениями цинка, содержат в золе до 13% цинка. Солянка, растущая на солончаках, содержит до 10% КаСl. Д. П. Малюга показал, что над месторождениями никеля и кобальта, приуроченными к древней коре выветривания, растут растения, богатые этими металлами, и т. д. Свойство растений захватывать из почвы различные элементы и концентрировать их в своих тканях используется в настоящее время при поисках полезных ископаемых.

Взаимодействие биосферы с земной корой, гидросферой и атмосферой более подробно рассматривается ниже.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>