3. Живое вещество биосферы. Биогеохимические круговороты веществ и функции живого вещества.
Живое вещество – совокупность всех живых организмов планеты Земля.
До Вернадского исследователи изучали влияние внешних условий (экологических факторов) на живые организмы. Вернадский впервые предположил, что живое вещество не только находится под воздействием внешних факторов, но и само является мощной геологической силой, определяющей перемещение огромных по масштабам величин химических элементов – биогеохимические круговороты.
Вильямс выделил 2 типа круговоротов веществ на Земле:
1) Большой или геологический круговорот:
- круговорот веществ, происходящий без участия живых организмов.
Пример: круговорот воды – перемещение воды между мировым океаном и сушей, движущей силой которого является тепловая энергия Солнца. Заключается в испарении воды с поверхности мирового океана, выпадении ее на сушу в виде осадков и обратный сток в океан. Полный круговорот воды на Земле – 2 млн. лет.
2) Малый или биологический круговорот:
- круговорот биогенных элементов, движущей силой которого являются живые организмы.
Пример: круговорот углерода:
СО2 атмосферы → фотосинтез → С органических соединений растений (первичная продукция) → С органических соединений животных (вторичная продукция) → деструкция мертвого органического вещества редуцентами → СО2 атмосферы.
Таким образом, особая роль в круговороте биогенных элементов принадлежит зеленым растениям, т.к. они, являясь фотосинтезирующими организмами, служат посредниками между солнечной космической энергией и живым веществом Земли. Если бы не было растений, солнечная энергия тратилась бы лишь на нагревание планеты и перемещение воздушных масс. Энергия бы не задерживалась на Земле и, тем более, не производила бы никакой работы, которую она производит в виде сложных органических молекул. Взаимосвязь между приходящей солнечной энергией и энергией первичного органического вещества выражается количественно. Количество сухого органического вещества приближается к 150 млрд. тонн.
По Вернадскому, биосфера – открытая термодинамическая система, которая аккумулирует и перераспределяет огромные по масштабам величины химических элементов, вовлекая их в биологический оборот.
Биогеохимические функции живого вещества:
1) Энергетическая – способность к образованию первичной продукции. Привела к образованию всего многообразия жизни на Земле.
2) Газовая – способность выделять и поглощать О2 и СО2. Привела к установлению современного газового состава атмосферы.
3) Концентрационная – способность концентрировать химические элементы в телах живых организмов. Если элемента в теле на 10% больше, чем в окружающей среде, то этот элемент концентрируется – концентрационный эффект.
4) Окислительно-восстановительная – способность к протеканию химических реакций с изменением степени окисления атомов в организмах. Привела к появлению множества новых индивидуальных соединений, специфических для живого организма.
5) Деструкционная – способность организма (в первую очередь бактерии и грибы – редуценты) к минерализации остатков до неорганических соединений. Особенно велика на суше – 93% детритных цепей, только 7% - пастбищных.
6) Антропогенная – вмешательства человека в биогеохимические круговороты, в основном, связанные с негативными изменениями в биосфере.