Геологическая функция живого вещества

Термин «биосфера» впервые ввел в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. По его мнению, в области взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы можно выделить самостоятельную оболочку — биосферу. В. Вернадский, определяя биосферу, ввел понятие «живое вещество» — совокупность всех живых организмов. Область распространения живого вещества включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу), верхнюю часть твердой оболочки (литосферы). Верхний и нижний пределы распространения жизни могут быть четко определены. Верхний — обусловливается лучистой энергией, приходящей из космоса, губительной для живых существ'. Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах: на глубине 3-3,5 км температура достигает 100 °С. Наибольшую мощность биосфера имеет в океане: от поверхности до максимальных глубин в нем обитают живые существа.

Самым главным в учении о биосфере является то, что она понимается как активная сила, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе человека, проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения. Природа биосферы может быть раскрыта посредством рассмотрения следующих основных функций живого вещества: энергетической, деструктивной, концентрационной и средообразующей.

Энергетическая функция выполняется прежде всего растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. Зеленые хлорофилльные организмы, растения, являются главным механизмом биосферы, улавливающим солнечные лучи и создающим фотосинтезом химические тела, энергия которых в дальнейшем является источником химической энергии биосферы и в значительной мере — всей земной коры. На Земле ежегодно аккумулируется растениями около огромное количество энергии. Внутри экосистемы эта энергия в виде пищи распределяется между животными. Частично энергия рассеивается, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых, служащих в настоящее время энергетической базой для жизни и работы людей.

Деструктивная функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т.д.), которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимается специальная группа организмов — редуценты (деструкторы).

Благодаря живому веществу биотический круговорот пополняется минералами, высвобождающимися из литосферы. Бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и лишайники оказывают на горные породы сильнейшее химическое воздействие растворами целого комплекса кислот — угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы — кальций, калий, натрий, фосфор, кремний и другие микроэлементы. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается уникальное свойство почв — их плодородие.

Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов — это характерная особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности некоторых из них по сравнению с природной средой содержание марганца увеличено в 1 200 000 раз, железа — в 65 000, ванадия - в 420 000, серебра - в 240 000 раз.

Морские организмы активно концентрируют рассеянные минералы для построения своих скелетов и покровов. Существуют, например, кальциевые организмы (моллюски, кораллы, иглокожие, известковые водоросли и т. п.) и кремниевые (диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии). Особо следует обратить внимание на способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. Их концентрация в теле беспозвоночных и рыб может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Благодаря этому морские организмы полезны как источник микроэлементов, но вместе с тем употребление их в пищу может грозить отравлением тяжелыми металлами или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

Средообразующая функция состоит в трансформации физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Можно сказать, что она является совместным результатом всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная функции способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров.

Если живое вещество распределить на поверхности Земли ровным слоем, его толщина составит всего 2 см. При такой незначительной массе организмы осуществляют свою планетарную функцию за счет весьма быстрого размножения, т. е. весьма энергичного круговорота веществ, связанного с этим размножением. Если рассчитать всю массу живого вещества, воспроизведенного за все время биосферой, она окажется равной 2,4 х 10²⁰ т, это в 12 раз превышает массу земной коры. Поэтому на земной поверхности нет химической силы, более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Глины, известняки, бурые железняки, бокситы — это всё породы органического происхождения. Соленость Мирового океана и газовый состав атмосферы определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ.

Рассмотрим более подробно влияние средообразующей функции организмов на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере. Напомним, что повышенная концентрация С0₂ в атмосфере вызывает «парниковый эффект» и способствует потеплению климата. Свободный кислород выделяется при фотосинтезе. Впервые на Земле массовое развитие фотосинтезирующих организмов — сине-зеленых водорослей — имело место 2,5 млрд лет назад. Благодаря этому в атмосфере появился кислород, что дало импульс быстрому развитию животных. Однако интенсивный фотосинтез сопровождался усиленным потреблением С0₂ и уменьшением его содержания в атмосфере. Это привело к ослаблению «парникового эффекта» и как следствие к резкому похолоданию и первому в истории планеты оледенению.

В наши дни накопление в атмосфере углекислого газа (С0₂) от сжигания углеводородного топлива рассматривается как тревожная тенденция, ведущая к потеплению климата, таянию ледников и грозящая повышением уровня Мирового океана более чем на 100 м. В связи с этим следует отметить функцию захвата и захоронения избыточной углекислоты морскими организмами путем перевода ее в соединения углекислого кальция, а также путем образования биомассы живого вещества на суше и в океане. Чистота морских вод — во многом результат фильтрации, осуществляемой разнообразными организмами, но особенно зоопланктоном. Большинство из этих организмов добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что весь океан очищается от взвеси за 4 года.