Вопрос: Назовите важнейшие черты химического состава биосферы

Ответ:До сих пор определение химического состава биосферы представляется довольно сложной проблемой (Вернадский,1987). Существует ряд важнейших закономерностей, определяющих химический состав биосферы: как общие, присущие всем другим сферам, так и специфические. Среди них следует назвать преобладание четных ядер над нечетными (правило Оддо-Гаркинса), а также положение о том, что логарифмическая кривая Кларков является функцией заряда их атомов.

Кроме того, согласно теории Гольдшмидта, наиболее значительная роль в биосфере в силу ее расположения в пределах верхних оболочек принадлежит литофильным и атмофильным элементам, в сравнении с сидерофильными.

Среди специфических закономерностей следует назвать обогащенность биосферы элементами, которые присущи живым организмам. В зарубежных работах подчеркивается, что биосфера карбоксилирована и гидратирована в химическом смысле слова. Ранее также отмечалось, что в химическом составе растений (согласно Тиссену,1954),а они, как правило, чаще всего преобладают в биосфере накапливаются те элементы, которые активно участвуют в построении первичных минералов. Согласно этим эмпирическим сопоставлениям показано, что в основном это элементы до 30 номера (цинка).

Несомненно, что химический состав биосферы каждый раз будет обусловлен подходом при определении ее границ. На суше, при формальном выделении границ, химический состав биосферы будет определяться характером отложений при минимальном вкладе живого вещества. При отождествлении биосферы и живого вещества (в этом случае, как правило, речь идет о растительности) состав биосферы будет целиком зависеть от набора основных эдификаторов, входящих в состав растительного покрова и слагающих данные участки биосферы. В частности за рубежом, исследователи, в частности, прямо пишут о том, что химический состав биосферы рассчитывается на основе использования химического состава растительности. Конечно, растительность один из важнейших компонентов в биосфере, но представляет только наземную часть биосферы. При таком подходе не учитывается биомасса водоемов, включая океан, а также другие виды наземных и водных животных.

Использование функционального подхода при расчете состава биосферы, несомненно, перспективно, при таком расчете особенно будет велик вклад биофильных элементов. Вопрос о химическом составе биосферы может быть решен следующим образом. Следуя положению В.И. Вернадского о том, что большая часть биосферы составляет совокупность живого вещества, биогенного и биокосного, этот комплекс и следует принять за основу при расчете химического состава биосферы. Кроме того, сюда следует отнести и все случаи биогенного минералообразования, например некоторых осадочных пород. При таком подходе резкого преобладания в химическом составе элементов, содержащихся в изверженных и метаморфических породах, не будет и пространственная дифференциация биосферы по химическому составу окажется более существенна.

Таким образом, представляется наиболее реальным рассчитывать средневзвешенный химический состав таких ведущих компонентов биосферы, как живого, биогенного и биокосного вещества, тем более что это может быть сделано наиболее точно по сравнению с другими подходами. Но даже при структурном подходе совершенно очевидно, что при высокой мозаичности биосферы, обусловленной строением земной коры, почв, распространенностью осадочных пород, газа и нефти, а также активностью живых организмов, химический состав биосферы пространственно будет довольно строго различаться. Использование функционального подхода при расчете химического состава биосферы, уже на уровне концептуально-балансовых и математических моделей явно приведет к увеличению вклада биофильных элементов.

Можно сформулировать несколько положений относительно химического состава биосферы. Первое из них сводится к тому, что чем меньше вертикальная мощность рыхлых отложений, чем ближе к поверхности лежат изверженные породы, тем ближе будет состав биосферы к средневзвешенному составу живого, биогенного и биокосного вещества. Таким примером являются участки биосферы с распространением лесных экосистем на изверженных породах. Вертикальная протяженность биосферы может быть ограничена и уровнем залегания многолетнемерзлых пород.

Второе положение заключается в том, что в наибольшей степени вещество биосферы будет карбоксилировано и гидратировано в химическом смысле слова, например на территориях, с широким распространением торфов и гидроморфных ландшафтов. В этом отношении особым примером является Западная Сибирь.

Третье положение говорит о том, что в отдельных регионах распространение специфических биокосных или биогенных тел природы может оказать существенное влияние на региональный химический состав биосферы. Такая ситуация, вероятно, будет характерна для регионов с близким расположением к поверхности нефти, каменного угля, осадочных пород, или районов со специфическими видами сапропелей.

Следовательно, решение проблемы химического состава биосферы самым тесным образом связано с концептуальным подходом, прежде всего к границам биосферы.

Вопрос: Назовите важнейшие последствия функционирования биосферы.

Ответ: Важнейшие последствия функционирования биосферы в самом общем виде можно свести к следующим положениям:

1. Повысилась информативность системы (усложнилось разнообразие).

2.Изменился состав осадочных пород. Согласно Энгелю в составе пород увеличилась доля окисных соединений, калия, кальция.

3. Увеличилась энергия в глинистых минералах (если исходить из гипотезы их синтеза, а не их наследования). В гумидном климате синтез их весьма проблематичен согласно работами Т.А.Соколовой.

4. Из круговорота было выведено громадное количество углерода, что привело к современному составу углерода..

5. Круговорот из абиотического стал биогеохимическим.

6. Появился новый компонент в классе биокосных тел природы — почва.

7.Сформировалась резко окислительная и резко восстановительная среды.

8.Химические элементы стали многократно использоваться, что соответствует принципу бережливости Бэра, который говорит о том, что элемент, попав однажды в поле воздействия живых организмов, далеко не сразу покидает эту сферу.

Вопрос – В какой форме существуют теоретические обобщения в области биосферы?

Ответ: Важнейшие обобщения в области биосферы в настоящее время сформулированы в виде законов, аксиом, принципов, правил. Преобладающая часть из них являются результатом обобщения многих теоретических положений В.И.Вернадского. Нельзя не отметить, что многие из них в работах В.И.Вернадского не носили формулировку закона, а скорее носили характер предположений или гипотез. Но со временем некоторые из них стали назваться законами. Важнейшие из них даются ниже в формулировке выдающегося геохимика А.И.Перельмана, известного исследователя в области биосферы Крапивина и два закона даются в интерпретации Конкорда и Полубесовой.

Закон Вернадского – положение о миграции химических элементов в биосфере при непосредственном участии живого вещества или миграции в среде, свойства которой обусловлены действием живого вещества в настоящем или прошлом (Перельман, 1989).

Закон Кларка-Вернадского – положение о всеобщем рассеянии химических элементов. Для редких элементов оно является основным, так как они не образуют собственных минералов; для большинства элементов это положение преобладающее, и только для кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, натрия, калия и магния главной формой нахождения являются собственные минералы (Перельман, 1989).

Закон сохранения общей биомассы – математическое выражение эмпирического обобщения В.И. Вернадского о постоянстве количества живого вещества в течение всего геологического времени, которое имеет вид:

(t)

N(t) = SNi_(t) = const,

i=1

где Ni_(t) – биомасса i-вида в момент времени t, n(t) – меняющееся во времени число видов (достаточно большое, чтобы его можно было аппроксимировать непрерывной функцией) (Крапивин и др., 1982).

Закон физико-химического единства живого вещества (В.И. Вернадского). Сущность заключается в физико-химическом единстве живого вещества. Частным следствием из закона является то, что вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части. Вредное для одних видов существ вредно и для других (например, пестициды) (Конкорд, 1993).

 

Закон экономного расхода вещества в биосфере – в общем виде закон постулирует относительно замкнутый цикл круговорота при его воспроизводстве в ненарушенных циклах до 90-98%, в которые в биосфере ежегодно вовлекается 20-30 т/км² минеральных веществ суши. В аспекте геологического времени неполная замкнутость биогеохимических циклов приводит к миграции и дифференциации элементов и соединений, а также к концентрированию и рассеиванию элементов. Закон предложен для естественных экосистем (Полубесова, 1983).

Закон Бауэра-Вернадского, выведенный в 1985 г. В.П. Казначеевым (1985), который объединяет общебиологические принципы Бауэра и биогеохимические принципы В.И. Вернадского. Этот закон фактически является характеристикой реальности, в которой происходит взаимодействие двух материальных систем - живого вещества и косной материи в единстве и противоположности.

Закон Бэра -

Закон обратимости биосферы - закон Дансеро (Дедю,1989), в своей основе использует идеи В.И. Вернадского относительно давления жизни и стремления живых организмов занять максимально возможное пространств