Живое вещество

Биогеохимические функции
живого вещества.
В земной коре существует несколько разных форм нахождения химических элементов, через которые они проходят в течение времени существования.
1 Горные породы и минералы, где преобладают стойкие и неподвижные комбинации элементов – кристаллы и молекулы.
2 Магмы – вязкие смеси газов и жидкостей, находящиеся в состоянии подвижной смеси диссоциированных атомных систем, в которых отсутствуют кристаллы.
3 Рассеяние элементов, когда отдельные элементы находятся в свободном состоянии, отделёнными друг от друга. ( Частный случай – ионы)
4. Изоморфные примеси (смеси); Водные растворы; Газовые смеси;
Коллоидные и сорбированные формы
5 Биогенная форма - Живое вещество
Эти формы одновременно отличаются:
1. характерным термодинамическим полем
2. особым атомным проявлением
3. различной геохимической историей
4. определённым, часто свойственным только данной форме,
отношением атомов разных элементов друг к другу (их парагинезисом)
Биосфера является одной из парагенетических оболочек планеты , которая характеризуется определённым диапазоном температур ,
давлений, химическим свойством, химическим состоянием вещества,
формой нахождения химических элементов.
(Парагенезис элементов – законы совместного их нахождения).
Биосфера - Сложная динамическая система с огромным числом
случайных факторов и вероятностным характером многих процессов.
Главный механизм, определяющий её единство и целостность - это
биотический круговорот атомов (биогенная миграция).
Науку, о влиянии жизни на геохимические процессы, называют
биогеохимией.
Вернадский ввёл понятие живого вещества.
Живое вещество бывает однородное и разнородное.
а) Разнородное живое вещество состоит из разных видов и рас.
б) Однородное живое вещество состоит из организмов одного вида
1
или расы.
Живая природа является сложной смесью составляющих её элементов.
Организм никогда не остаётся неизменным. Организмы размножаются, умирают, питаются, постоянно выделяют в окружающую среду газы жидкость, твёрдые тела и т.д.
Живое вещество: изменяется во времени, наиболее глубокие
изменения в моменты рождения и смерти.
Поскольку среднее время жизни различно, то состав полностью обновляется (у однородного живого вещества) с различной скоростью.
Живое вещество, как часть биосферы, изучается с точки зрения химического состава, массы и энергии.
Живое вещество участвует в геохимических процессах земной
коры своей массой, химическим составом и энергией.
Мерой массы для каждого однородного живого вещества служит
средний вес организма.
Мерой химического состава может служить средний атомный состав организма, который выражается в % веса элементов, или в процентах
количества атомов.
Живые организмы имеют особое геохимическое значение в земной коре только благодаря способности к размножению (в отличии от
косных), т.е. благодаря проявлению энергии.
Энергию можно оценивать по-разному.
Мерой энергии является среднее количество неделимых организмов, появляющихся в единицу времени.
Обычное однородное живое вещество представляет собой механическую смесь.
С геохимической точки зрения однородное живое вещество выделяется как целое – т.е. все неделимые представители данного вида, где бы они
не находились на земной поверхности.
Живое вещество постоянно обменивается химическими элементами
с косной материей. Хотя такой обмен существует и внутри костной природы.
Но эти процессы отличаются для живой и неживой материи
(например: леса, поля или горные породы).
Чем интенсивнее миграция элементов, тем больше отвечающая для
этого энергия. Эту энергию называют геохимической, т.к. она определяет перемещение элементов в земной коре.
Геохимическая энергия живого вещества всегда больше геохимической энергии косного вещества одинаковой массы.
Количественное выражение геохимической энергии различно для
разного живого однородного вещества и является видовым признаком.
2
Геохимическая энергия позволяет выполнять живому веществу его основную работу в биосфере, т.е выполнять свои функции: – транспортную, концентрационную, средообразующую, деструктивную.
Движение химических элементов биосферы производится дыханием (газовый обмен) питанием, метаболизмом организмов вообще, их
ростом и размножением.
Вся работа является проявлением геохимической энергии, свойственной живой материи.
Геохимическую энергию каждого живого тела можно представить
(В.И. Вернадский):
Е=Е1 + Е 2 + Е3
(1)
Е – вся геохимическая энергия, необходимая для существования
живого тела, где Е 1 - энергия производящая массу, Е 2 - энергия метаболизма, Е3 – энергия размножения. (Каждая энергия должна быть специфичной).
Геохимическая энергия, как и любая другая, может быть потенциальной и активной (свободной, кинетической). Только активная энергия
производит работу и представлена в формуле (1). Геохимическая энергия
каждого вида, способного производить работу, является величиной
фиксированной и ограниченной. Это ограничение выражается в продолжительности работы, которую она производит и может производить.
Е1 - прекращает проявление, начиная с некоторого определённого
веса и возраста организма (уменьшается),
Е 2 – определяется продолжительностью жизни, Е3 – количеством
индивидов в виде.
Активная геохимическая энергия живого вещества проявляется
в том, что живое вещество стремиться занять max возможное пространство. При этом существует так называемое «давление жизни», которое
можно наблюдать, например, в колебании растительных покровов, заселении пустующих территорий и т.д.
Но существуют и ограничения. Прежде всего - физические.
Размеры планеты ограничивают max массу вида.
Скорость размножения бактерий (скорость распространения
жизни
Vibrio cholerae asiat, K1 4 *10 8 см 2 , V 1 36920 см/сек (средняя 34000см/сек)
Необходимо отметить то, что геохимическая энергия заставляет
«работать» живое вещество, выполняя биогеохимические функции.
Функции живого вещества:
1. Энергетическая
3
2.
3.
4.
5.
Транспортная
Концентрационная
Средообразующая
Деструктивная
1. Эти функции столь разнообразны и сложны, что не могут выполняться какой либо одной видовой формой жизни.
2. Все без исключения геохимические функции живого вещества могут
быть исполнены простейшими одноклеточными организмами различных видов.
3. В ходе геологического времени виды живого вещества (организмы)
сменяли друг друга без смены функции всего живого вещества.
4. Лишь человек (один организм) оказался способным одновременно
выполнять различные геохимические функции.
Биогеохимические функции живого вещества.
1. Углекислотная функция
2. Углеводородная функция
3. Сероводородная функция сульфатредуцирующих бактерий
3Na 2 SO4
C6 H 12 O6
3Na 2 CO3
3CO2
3H 2 S
Q
+3Н2О
(восст. Серы)
4. Азотная функция N 2 - накапливается.
5. Окислительно- восстановительная функция
3
4
3
2
(восстан. Fe , Mn , Mn , Cu ..)
Происхождение свободного кислорода О2, геохимия фотосинтеза
СО 2 + Н 2 О + свет CH 2 O O2
В результате разложения воды O2 - окислитель
Сильные восстановители – различные органические вещества; О, С,
Н заряжаются энергией.
Хемосинтез бактерии способные окислить аммиак
2NН3 + О 2 = 2НNO2 + 2H2O + 660.7кDж
(Nitrosomonas)
2HNO 2 + O 2 = 2HNO 3 + 160.6кDж
((Nitrjbacter)
энергию эти организмы используют для синтеза органического вещества из СО 2 и Н 2 О, минеральные соли.
Позже были обнаружены микроорганизмы, окислители (автотрофные бактерии)
S, H 2 S, Fe 2 , Mn 2 , Sb 3 , H2, Ch4.
При разложении органики образуются СО 2 , Н 2 О, минеральные вещества.
4