Введення
Біогеохімія - наука, що вивчає життєдіяльність організмівв якості провідного чинника міграції та розподілу мас хімічних елементівна Землі. Основоположник біогеохімії - видатний натураліст імислитель XX в. В.І. Вернадський - створенням цієї науки відкривабсолютно новий і важливий аспект пізнання складного феномена життя. Предметомвивчення біогеохімії служать процеси міграції і масообміну хімічнихелементів між живими організмами та навколишнім середовищем.
1. Основні поняття і уявлення
1.1 Жива речовина
Теоретичну основу біогеохімії складає вчення про живуречовину та біосферу, розроблене В.І. Вернадським.
При великому розмаїтті розмірів, морфології та фізіологіїживих організмів загальною умовою їх існування є обмін речовин зісередовищем проживання. Незважаючи на те, що живі організми становлять мізерну частинумаси зовнішніх оболонок Землі, сумарний ефект їхньої геохімічної діяльності зурахуванням фактору часу має важливе планетарне значення. Організми, поглинаючихімічні елементи селективно, відповідно до фізіологічнихпотребами, викликають у навколишньому середовищі біогенну диференціацію елементів.Не менш істотне значення має геохімія метаболізму. Газоподібніметаболіти, надходячи в газову оболонку, поступово змінюють її склад. Рідкіметаболіти та продукти відмирання впливають на кислотно-лужні іокисно-відновні умови природних вод, які закономірноперетворять верхню частину літосфери: витягують з неї певні хімічніелементи, втягують їх у водну міграцію і в підсумку сприяють формуваннюхімічного складу Світового океану і осадових гірських порід.
Індивідуальний організм смертна, але життя у формітриваючих поколінь нескінченна. Вплив організмів на навколишнєсередовище, не перериваючись ні на мить, тривало близько 4 млрд. років, напротягом усієї геологічної історії. Тому постійно існуючапланетарна сукупність організмів з позицій геохімії може розглядатисяяк особлива форма матерії - живу речовину. Його головна властивість - постійнийі безперервний массообмен хімічних елементів з навколишнім середовищем. За цієюпричини жива речовина відіграє роль провідного чинника геохімічної еволюціїзовнішньої частини Землі.
Вчення про живу речовину - одна з областей дотикуприродознавства і філософії. У феномені живої речовини багато неясного ізагадкового. Освіта живого тільки з живого не отримало поки науковогопояснення і дає підставу розглядати життя не тільки як земне, але і яккосмічне явище. Спираючись на праці Л. Пастера і П. Кюрі, В.І. Вернадськийвважав, що жива речовина існує в особливому просторі, геометрія якоговідрізняється від геометрії земних небіогенних тел. В.І. Вернадський був близькийдо поглядів іншого видатного вченого і мислителя XX в. - П. Тейяраде Шардена і поділяв його ідею про те, що В«наявність життя припускаєіснування до безмежно тягнеться преджизни В». Не заглиблюючись в ціпроблеми, можна впевнено констатувати вельми важливе значення живої речовинидля існуючого хімічного складу зовнішніх оболонок нашої планети.
1.2 Біосфера
Термін біосфера був введений в науковий лексиконавстрійським геологом Едуардом Зюсом (1831-1914) в 1875 р. Цим терміном Е. Зюсспозначив сферу обитания організмів. В.І. Вернадський розробивуявлення про біосферу як про зовнішній оболонці Землі, охопленоїгеохімічної діяльністю живої речовини.
У сучасному розумінні біосфера не середи життя, аглобальна система, де в нерозривному зв'язку існують, з одного боку,інертна речовина в твердій, рідкій і газовій фазах, а з іншого - різноманітніформи життя і їх метаболіти. Біосфера являє собою єдність живогоречовини і пронизаної їм зовнішньої частини земної кулі. Жива речовина так самонемислимо без біосфери, як остання без живої речовини.
1.3 Біогеохімічні процеси
Відповідальне місце у викладеній системі уявленьзаймають процеси взаємодії між живою речовиною та інертною матерієюЗемлі. Ця взаємодія відбувається у формі масообміну хімічних елементівміж живими організмами та навколишнім середовищем. Саме процеси масообмінуелементів об'єктивно характеризують геохімічну діяльність організмів,завдяки їм біосфера має і підтримує певну, як її називав В.І. Вернадський,В«Геохімічну організованістьВ». Ці процеси, геохімічні по суті (якзакономірні міграції хімічних елементів), але здійснювані не підвпливом геологічних факторів, а в результаті життєдіяльностіорганізмів, були названі Вернадським біогеохімічними. Очевидно, щобіогеохімічні процеси та їх результати повинні служити головним предметомвивчення біогеохімії.
1.4 Циклічність біогеохімічних процесів
З моменту наукового вивчення взаємодії живих організмівз навколишнім середовищем було виявлено, що процеси біогенного масообміну маютьциклічний характер.
Дослідження останніх десятиліть показали, що життєвіцикли окремих організмів і їх груп поєднуються з циклічними процесами,зумовленими геофізичними і космічними причинами: обертанням Землі навколосвоєї осі і навколо Сонця, закономірностями еволюції сонячної речовини,переміщенням сонячної системи в Галактиці і ін Цикли масообміну різноїпротяжності в просторі і неоднаковою тривалості у часі утворюютьдинамічну систему біосфери.
У І. Вернадський вважав, що історія більшостіхімічних елементів, що утворюють 99,7% маси біосфери, може бути зрозуміла лише зурахуванням кругових міграцій. Він спеціально зазначив, що В«ці цикли оборотні лише вголовної частини атомів, частина самих елементів неминуче і постійно виходить зкругообігу. Цей вихід закономірний, тобто круговий процес не є цілкомоборотним В».
Неповна оборотність мігруючих мас інезбалансованість міграційних циклів допускають певні межіколивання концентрації мігруючого елемента, до яких організми можутьадаптуватися, але в той же час забезпечують виведення надлишкової кількостіелемента з даного циклу.
2. З історії розвиткуідей біогеохімії
Контури біогеохімії вимальовувалися поступово на тлізагального розвитку природознавства і, головним чином, хімії. Як показано вище,основні ідеї біогеохімії орієнтовані на оцінку явищ життя, діяльностіживої речовини з наукових позицій, тобто В«Числом і міроюВ». Разом з тим вонимимоволі стосувалися сфери споконвічних інтересів релігії, філософії і, отже,ідеології. Ця обставина у всі часи вимагало неабияких якостейособистості дослідника. Хоча розвитку ідей біогеохімії сприяли роботибагатьох учених, найбільш помітний слід в історії цих ідей залишили вельми неординарніфігури, що були не тільки великими вченими, але і яскравими особистостями.
В кінці XVIII в. завдяки відкриттю кисню, азоту, діоксидувуглецю (вуглекислого газу) і розшифровці хімічного складу повітря в науковихколах Парижа і Лондона активно обговорювалося значення газів в житті рослин. Вцей час один із засновників хімії Антуан Лавуазьє вирішив задачу кількісноїоцінки хімічних елементів, що беруть участь у реакції, і вивчив явищееквівалентного обміну кисню і вуглекислого газу рослинами. Цими роботамивін заклав основу сучасних уявлень про геохімії вуглецю в біосфері.Переконавшись у тому, що головний хімічний елемент органічної речовини - вуглець- Рослини одержують з повітря, а при розкладі рослинних залишків вуглецьу складі вуглекислого газу знову повертається в атмосферу, А. Лавуазьєприйшов до висновку про універсальність механізму кругообігу при взаємодіїживих організмів з природою.
Незадовго до трагічної загибелі від революційного терору А. Лавуазьєнаписав трактат В«Кругообіг елементів на поверхні земної куліВ», деобгрунтував ідею циклічного обміну хімічних елементів між трьома царствамиприроди: мінеральним, рослинним і тваринним. У цьому трактаті він поставивпитання, на який через двісті років прагне дати відповідь...
