додати матеріал


Планета Земля - ​​місце проживання людини

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Загальні відомості

У межах Сонячної системи живі організми, а тим більше зараховують нами до "розумним", відомі поки тільки на Землі. Красиві легенди, фантастичні повісті та романи про життя на сусідніх планетах, на жаль, не підтвердилися. За яких же умовах існує життя? Як нам всім разом зберегти ці умови? Як організувати діяльність все зростаючого населення планети так, щоб умови існування життя не погіршувалися зараз і стали для наступних поколінь якщо не найкращими, то хоча б такими ж, якими були в минулому столітті?

Запитань багато. Не на всі з них можна поки обгрунтовано відповісти. Причин тому також багато. До них відносяться і правові, і організаційні проблеми, що мають свою специфіку в кожній країні, а також загальні для різних країн - екологічні та еколого-геохімічні проблеми. Для їх дозволу необхідно, в першу чергу, добре знати зовнішні, природні умови в місці проживання людини - на Землі. Спочатку коротко розглянемо основні природні умови існування на нашій планеті життя (а вона розвивається вже не один мільярд років) і, зокрема, людини.

Земля - ​​одна з дев'яти основних планет Сонячної системи. Вона належить до середніх за масою і стоїть на третьому місці від Сонця після Меркурія і Венери (мал. 1.1). Її середній радіус - 6371 км. Близька до неї за розмірами Венера (табл. 1.1). У Меркурія, Марса і Плутона радіус приблизно в 2 рази менше, ніж у Землі, а в інших планет Сонячної системи - в 3,4 ... 11 разів більше. Середня щільність Землі - 5,52 г/см3, Венери - 5,0 ... 5,9, Марса - 3,9, Меркурія - 5,4. Щільність інших планет в 4 ... 6 разів менше.

Як видно з даних, наведених у табл. 1.1, тільки в атмосфері Землі є вільний кисень, необхідний для життя людей і більшості організмів. Слід також зазначити, що тільки на поверхні Землі виявлені водні розчини. За сучасними геофізичних і геохімічних даними нашу планету можна розділити на три великі частини: ядро ​​і дві оболонки (мантію, безпосередньо навколо ядро, і земну кору). У свою чергу і ядро, і мантію також поділяють на частини: верхню - зовнішню і нижню - внутрішню (рис 1.2). Кордон внутрішнього ядра з мантією проходить на глибині близько 5000 км від поверхні Землі, а кордон мантії із земною корою на материках - на глибині від 30 до 40 км, рідко досягаючи 80 км, на Дні Океану - на глибині від 5 до 15 км. Поверхня розділу мантії та земної кори носить назву границі Мохоровичича і зазвичай позначається буквою М. В земну кору входять гірські породи (зазвичай об'єднуються загальним поняттям "літосфера"), що перекривають їх грунту, гідросфера (моря, океани) і атмосфера. Деякі параметри оболонок і ядра наведено в табл. 1.2.

За однією з найбільш поширених гіпотез ядро ​​складається з Fe і Ni з домішкою Si, AI, С, О. Склад мантії більш достовірний (в окремих точках вона піддавалася безпосередньому випробуванню). У ній переважають SiO2, (43 ... 46), MgO (37 ... 42), FeO (6 ... 8), AI2O3 (3 ... 5), Fe203 (0,4 ... 1, 5) (в дужках процентний вміст). Найбільш добре вивчено склад земної кори. Середні вмісту в ній хімічних елементів отримали назву кларков (на прізвище американського вченого, вперше їх визначив). У земній корі найпоширеніші О, Si, AI, Fe, Ca, Mg, К, Na, в сумі становлять близько 99% його маси. Загальна площа поверхні Землі - 510 млн км2, з яких 149 або км2 припадає на континенти та 361 млн км2 - на моря і океани.

Таблиця 1.1

Порівняльна характеристика планет Сонячної системи.

Планета Діаметр, км Середня відстань від Сонця, млн. км Період обертання по орбіті Період обертання навколо своєї осі Нахил осі обертання Число супутників (лун) Відносна маса (маса Землі = 1) Щільність (густина води = 1) Атмосфера Температура поверхні 0С
Меркурій 4880 57,9 88 сут. 59 сут. 280 0 0,055 5,4 Ні Днем 350, вночі -170
Венера 12258 108,2 224,7 діб. 243 добу. (Зворотне) 30 0 0,815 5,2 CO2 Хмари -33, тверда поверхня 480
Земля 12756 149,6 365,26 добу.

23 год
56 хв. 4 із

23027 ' 1 1,000 5,52

N, O2, CO2,
Ar, H2O

Поверхня грунту, 22
Марс 6774 227,9 687 добу. 24 год 37 хв. 23 з 23059 ' 2 0,108 3,9 CO2, Ar (?)

Тверда поверхня,
-23

Юпітер 142800 778,3 11, 86 років 9 год 30 хв. 30 з 3005 ' 13 317,9 1,314 H, He

Хмари,
-150

Сатурн 120000 1427 29,46 років 10 год 14 хв. 26044 ' 11 95,2 0,704 H, He

Хмари,
-180

Уран 51800 2870 84,01 років 11 год (зворотне) 82005 ' 5 14,6 1,21 H, He, CH4

Хмари,
-210

Нептун 49500 4497 164,8 років 16 год 28048 ' 2 17,2 1.67 H, He, CH4

Хмари,
-220

Плутон 5800 5900 247,7 років 6 діб 9 годин ? 0 0,1 (?) 2 (?) Не встановлено -230 (?)

Води земної кори часто виділяють в самостійну оболонку - гідросферу, а гази, що оточують тверду і рідку поверхню Землі, - в атмосферу.

Щільність порід, що складають планету, нерівномірно зростає з глибиною. На поверхні Землі густина дорівнює в середньому 2,5 г/см3, а прискорення вільного падіння - 982 см/с2.

Назва

Потужність,
км

Обсяг,
1027 см3

Середня щільність,
г/см3

Маса,
1027 р

Маса,
%

Атмосфера
(Зі стратосферою)

50 ... 80 ~ 0,008

1,2 • 10-3
(2 • 10-6)

0, 000005 0,00009

Гідросфера
(В середньому)

3,8 0,00137 1,03 0,00141 0,024
Літосфера 30,0 0,015 2,8 0,043 0,7
Мантія 2870,0 0,892 4,5 4,054 67,8
Ядро 3471,0 0,175 10,7 1,876 31,5
Земля в цілому 6371,0 1,083 5,527 5,974 100

Основні форми знаходження хімічних елементів у земній корі

Основну частину маси земної кори складає літосфера і набагато меншу - гідросфера і атмосфера. Крім цих складових частин земної кори, окремо виділяють живу речовину, під яким мається на увазі вся маса найрізноманітніших живих організмів, від вірусів до слонів, включаючи і людину. Порівнюючи їх між собою, видатний норвезький учений В.М. Гольдшмідт наводив такий приклад: якщо масу літосфери представити у вигляді кам'яної чаші в 13 фунтів (1 фунт - 0,45 кг), то поміщається в ній вода масою 1 фунт буде відповідати гідросфері, масі мідної монети буде відповідати атмосфера, а масі поштової марки - живу речовину. Між літосферою, гідросферою й атмосферою йде постійний обмін речовиною, тобто процес міграції хімічних елементів. Багато в чому він пов'язаний з життєдіяльністю організмів. Найбільше напруження всіх геохімічних процесів міграції на поверхні Землі відбувається "на стику" різних сфер - у грунтах. У зоні найбільшої напруги геохімічних процесів відбувається і вся життєдіяльність переважної більшості людей. Так було, починаючи з появи людей. Отже, можна вважати, що перебування людей у ​​зоні максимальної напруги геохімічних процесів є оптимальним умовою їх нормальної життєдіяльності.

Розглядаючи виділені оболонки з позиції геологічної історії Землі, можна говорити про постійну міграції складових їх хімічних елементів як всередині кожної з оболонок, так і між ними. У той же час у кожний проміжок часу певні, досить великі групи атомів хімічних елементів перебувають у конкретних відносно стійких сполученнях між собою. Такі поєднання і розглядаються як форми знаходження хімічних елементів. Іншими словами, під формою знаходжень хімічних елементів розуміються системи різних щодо стійких хімічних рівноваг цих елементів.

Відносно стійкими вони вважаються тому, що практично всі елементи, складові земну кору, залучаються до великий і малий цикли міграції *. При цьому раніше існували поєднання елементів руйнуються і виникають нові. Однак багато елементів можуть перебувати у відносному хімічному рівновазі досить довго навіть з геологічної точки зору.

Окремі форми знаходження більш-менш незалежні один від одного. Поєднання в кожній з них елементів підпорядковується різним фізико-хімічним закономірностям і можливе тільки при певних зовнішніх умовах (зовнішніх чинниках міграції).

Взагалі в природі існує багато різних форм знаходження хімічних елементів. У залежності від цілей досліджень або узагальнень, а також від рівня розвитку науки різні вчені розглядали тільки окремі з них. Існували (і існують) і різні класифікації основних форм знаходження хімічних елементів у природі. Так, В.І. Вернадським спочатку були виділені чотири найголовніші форми:

гірські породи та мінерали (до них були віднесені природні води і гази);

жива речовина, або біогенна форма знаходження;

магматичні (істотно силікатні) розплави;

стан розсіювання.

Б, А. Гаврусевич (1968) запропонував додатково виділяти ізоморфні домішки, водні розчини і газові суміші. У міру розвитку геохімії, а особливо під впливом проблем, дозволених в тій її частині, яка вважається прикладної, треба було розглядати самостійно ще більше форм знаходження елементів у земній корі.

Крім запропонованих, стали виділяти колоїдну форму з рідким дисперсійним середовищем та техногенні сполуки, які не мають природних аналогів (В. А. Олексієнко, 1989), Виділення останньої форми знаходження обумовлено все збільшується, впливом на верхні оболонки Землі антропогенної діяльності і появою нових техногенних сполук, які впливають на міграцію та концентрацію хімічних елементів у біосфері. Подальше збільшення значимість техногенезу у переміщенні елементів на поверхні Землі і велика кількість вступників при цьому в атмосферу і гідросферу найдрібніших частинок пояснюють і необхідність виділяти в особливу форму знаходження елементів колоїди, а також і сорбованих ними речовини.

Ми розглянемо тільки найважливіші форми знаходження: стан розсіювання, самостійні мінеральні види, водні розчини, газові суміші, колоїдну і сорбованих форми, техногенні сполуки, які не мають природних аналогів, біогенну форму.

Стан розсіювання - найбільш часто зустрічається в земній корі форма знаходження хімічних елементів. Ще в 1909 р. В.І. Вернадський, виступаючи на XII з'їзді російських природознавців і лікарів, говорив; "У кожній краплі і порошині речовини на земній поверхні, у міру збільшення тонкощі наших досліджень, ми відкриваємо все нові й нові елементи. Виходить враження мікрокосмічною характеру їх розсіювання. У піщинці або краплі , як у мікрокосмос, відображається загальний склад космосу. У ній можуть бути знайдені всі ті елементи, які спостерігаються на земній кулі ".

Десятиліття, що пройшли після цього виступу, підтвердили геніальне передбачення В.І. Вернадського.

Перші зведення про кількісний поширення хімічних елементів у земній корі були зроблені Ф.У. Кларком. У пам'ять про ці роботи двох великих учених Н.І. Сафронов, один з основоположників вчення про пошуки родовища корисних копалин геохімічними методами, запропонував закон про загальне розсіянні хімічних елементів іменувати законом Вернадського-Кларка. Стосовно до вчення про біосферу його можна сформулювати так: 8 будь-якому природному об'єкті Землі містяться всі хімічні елементи, що знаходяться в її корі.

Мова може йти тільки про недостатню чутливості методів аналізів, що використовуються для виявлення елементів, що знаходяться в дуже малих концентраціях. Ряд дослідників вважає, що межею розсіювання можна вважати концентрацію, відповідну одному атому в 1 см3 речовини. Виходячи із закону Вернадського-Кларка, можна зробити кілька висновків. По-перше, для нормальної життєдіяльності організмів (у тому числі і для людини) в середовищі проживання необхідна наявність всіх хімічних елементів. Це слід пам'ятати при створенні штучних умов життєдіяльності. Другим важливим для вивчення даного курсу висновком можна вважати те, що для живих організмів немає шкідливих і корисних хімічних елементів; питання лише у шкідливих концентраціях (як надлишкових, так і недостатніх) цих елементів.

Практична необхідність враховувати закон Вернадського-Кларка з'явилася останнім часом у зв'язку з розробкою показників, що нормують вміст різних хімічних елементів у середовищі, що оточує людину.

Самостійні мінеральні види - найбільш поширена (по масі) форма знаходження хімічних елементів у земній корі. Практично з мінералів полягає відстала (нежива) частину літосфери. Різні комбінації хімічних елементів утворюють близько 2000 самостійних, що відрізняються один від одного мінеральних видів. Саме вони представляють собою середовище, в якій і за рахунок якої розвивається основна маса живих організмів материків, в тому числі і людей. При цьому складові мінерали хімічні елементи стають доступними організмам або в процесі їх руйнування, або в його результаті. У зв'язку з цим велике значення має не тільки складу мінералів, але і їх міцність, і особливо - розчинність. До числа найважливіших з точки зору екології слід відносити і такі властивості, як радіоактивність, тепло-і електропровідність, а також Колір. Всі вони впливають і на безпеку життєдіяльності людей.

Слід зазначити, що мінерали являють собою основне джерело хімічних елементів для створення різних техногенних сполук. Крім того, великі скупчення певних мінералів (зазвичай це родовища) створюють аномальну екологічну обстановку. Така обстановка при відпрацьовуванні родовищ стає все більш відмінною від природної, а площі її розповсюдження та вплив на людину, як правило, збільшуються.

В даний час немає жодної галузі промисловості, в якій не застосовувалися б природні мінерали або безпосередньо у природному вигляді, або після відповідної переробки. Розвиток сучасного сільського господарства найтіснішим чином пов'язане з використанням мінеральних добрив. Без мінеральної сировини неможливий розвиток паливно-енергетичної бази країни. Ряд мінералів є не лише складовою, але й необхідною частиною їжі людей (в першу чергу кухонна сіль). Застосовуються мінерали в медицині (солі йоду, мірабіліт та ін.) Не можна не згадати про естетичне значення мінералів, що використовуються для виготовлення прикрас, виробів, для облицювання при будівництві. Багато корисні властивості мінералів ще не відкриті, а багато забуті, хоча могли б дати мінералам друге життя.

Різні мінерали поширені у верхніх частинах літосфери досить нерівномірно. Великі скупчення певних мінералів у багатьох випадках обумовлюють місце проживання людей і розвиток конкретних видів життєдіяльності. Цим пояснюється утворення населених пунктів близько рудників, районів видобутку нафти, газу, підземних вод і т. д., а також вид основної професійної діяльності більшості дорослого населення.

Однак великі скупчення певних мінералів створюють і певну геохімічну обстановку, захоплюючу іноді досить великі території. Вони можуть характеризуватися (саме із-за великих скупчень певних мінералів) нестачею або надлишком ряду хімічних елементів, зміною кислотно-лужних умов підземних і навіть поверхневих вод. Це необхідно враховувати при організації безпечної життєдіяльності мешканців у районах розробок родовищ різних корисних копалин.

Наведемо кілька прикладів, які показують, що без проведення певних заходів у багатьох з описуваних районів неможлива безпечна життєдіяльність населення. Так, в Каратау (Казахстан), в районі широкого розвитку свинцево-цинкових руд в карбонатних відкладах спостерігається різка нестача фтору. Це призводить до порушення структури кісток, зубів, провокує розвиток ряду захворювань. Без фторування питної води безпечна життєдіяльність людей у ​​цьому рудному районі неможлива. Інший приклад - Саякскій рудний район (теж у Казахстані), де розвинені сульфіди міді, заліза, миш'яку, молібдену, кобальту. Ці метали, потрапляючи в підземні води (поверхневих там немає), роблять їх практично непридатними для пиття. У результаті доводиться шукати воду за межами родовищ. На Південному Уралі вивітрювання скупчення сульфідів ряду металів привело до того, що підземні і навіть поверхневі води (озера) стали являти собою розчин кислоти, непридатний для вживання. І таких прикладів досить багато.

Все перераховане дозволяє вважати, що в доступному для огляду майбутньому розробка родовищ, витяг з надр Землі мінералів та їх найрізноманітніше використання буде не зменшуватися, а збільшуватися. При цьому відбувається посилюється (як по дальності переміщення, так і за загальним обсягом) міграція і самих мінералів, та їхніх складових хімічних елементів, що утворюють підвищені концентрації на певних ділянках біосфери.

Все зростаюча потреба в мінеральній сировині призводить до розробки родовищ з більш низьким вмістом певних мінералів, але з великими їх сумарними запасами. Це в свою чергу викликає необхідність переміщати всі великі маси так званої порожньої породи, також складається з мінералів. У кінцевому ж рахунку на все більших площах змінюються мінералого-геохімічні умови, до яких за багато років "звикли" всі живі організми цих районів. При цьому через катастрофічно швидких змін багато тварин і рослинні організми гинуть, не встигаючи пристосуватися до нових умов.

Розглядаючи мінерали з точки зору безпеки життєдіяльності, слід відзначити ще дві їхні особливості. По-перше, поєднання найбільш поширених мінералів створюють в кожному регіоні певний мінералого-геохімічний фон, який не тільки визначає багато умов життя організмів, але часто контролює та їх видову різноманітність. По-друге, доступність для живих організмів хімічних елементів, що становлять мінерали, залежить від властивостей цих мінералів, від їх стійкості в умовах верхніх оболонок земної кори.

Оцінюючи в цілому результати антропогенного впливу на мінерали, необхідно відзначити, що воно сприяє переходу хімічних елементів з мінеральної форми в колоїдну, у водні розчини і в біогенну форми знаходження.

Особливо слід відзначити безпосередній вплив мінералів на людину, що приводить до зменшення безпеки життєдіяльності. Ще в недавньому минулому людей практично постійно оточували природні мінерали. Сучасні будівельні технології помістили людство у світ штучних сполук, істотно відмінний від того, в якому йшли розвиток і еволюція людей. Усі наслідки цієї зміни ще не з'ясовані, але можна розглянути деякі форми впливу мінералів на людину і безпеку його життєдіяльності.

Частина мінералів, особливо містять радіоактивні елементи, зменшує безпеку життєдіяльності навіть на відстані. Крім них, природні скупчення ряду мінералів (наприклад, магнетиту) викликають сильні магнітні й електричні поля і освіта геопатогенних зон, негативно впливають на людину.

Велика частина природних мінералів зменшує безпеку життєдіяльності при безпосередньому зіткненні з людьми. Так, пил галогенідів (Галіт, Сільвіна, карналіту), потрапляючи на шкіру, викликає її подразнення. Пил кварцу, азбесту, вугілля, проникаючи при диханні в легені, викликає важкі захворювання - пневмоконіоз (силікоз, азбестоз і т.д.), туберкульоз, рак легенів. (Ось чому необхідно прийняття спеціальних заходів безпеки при роботі гірників, особливо в підземних виробках.) Найбільш небезпечне потрапляння в легені пилу мінералів радіоактивних елементів, свинцю, цинку, міді, ртуті, кадмію, кобальту, бору, нікелю, молібдену, селену, ванадію і талію. При роботі з ними для забезпечення безпеки життєдіяльності потрібно особливо строго дотримуватися всіх заходів, обумовлені технікою безпеки, що перешкоджає попаданню пилу в легені.

Водні розчини - найважливіша для живих організмів форма знаходження хімічних елементів. Без них практично неможлива життєдіяльність людей, а склад цих розчинів у чому контролює її безпеку. Як вже зазначалося, основна маса природних водних розчинів часто відокремлюється в окрему оболонку Землі - гідросферу. Її велика частина припадає на частку Світового океану, менша - на підземні і поверхневі води континентів. У сумі на частку морів і океанів доводиться близько 71% земної поверхні.

За даними В.М. Гольдшмідт, на 1 см2 поверхні Землі припадає 273 л природних водних розчинів, що розподіляються наступним чином:

Обсяг, л Маса, кг
Морська вода 268,45 278,11
Прісна вода 0,10 0,10
Континентальний лід 4,50 4,50
Водяні пари 0,003 0,003

У більшості випадків саме наявність води контролює розвиток живих організмів. Вода є і основним природним розчинником мінералів, газів і техногенних сполук, що не мають аналогів у природі. Вважається, що у воді взаємодія між іонами в 80 разів слабкіше, ніж в кристалах. Тому для рослин і тварин полегшено вибіркове надходження необхідних їм іонів з водних розчинів.

Без води неможливе життя організмів, що існують зараз на Землі. При цьому для більшості з них, в тому числі і для людей, потрібна не просто вода, а прісна, тобто така, в 1 л якій вміст сухого залишку менше 1 м. А такої води міститься на Землі всього близько 2% її загальних запасів. Велика частина вод відрізняється досить високим ступенем мінералізації. Так, середня солоність морів і океанів (а це більше 70% всієї гідросфери) становить 3,5 г / л, а солоність мінералізованих підземних вод континентів часто доходить до 200 г / л.

Прісну воду люди використовують не тільки для пиття, але і в самих різноманітних техногенних процесах. Вважається, що загальна річна споживання становить близько 3500 км3, тобто на одну людину припадає близько 800 м3 води. Наявністю прісних вод в ще більшій мірі, ніж великими скупченнями певних мінералів, обумовлені виникнення і розвиток населених пунктів. Практично всі великі міста розташовані на річках. Однак досить часто русла річок приурочені до ослаблених зонах літосфери. У разі землетрусів по цих зонах відбуваються найбільші зміщення земної кори, що викликають руйнування споруд і загибель жителів. Це необхідно враховувати при організації безпеки життєдіяльності мешканців таких населених пунктів.

Газові суміші. Хімічні елементи, складові цю форму знаходження, утворюють верхню оболонку Землі - атмосферу. Крім того, значна кількість газів заповнює порожнечі і порожнини в грунтах і в гірських породах, знаходиться в сорбированной стані. Для всіх живих організмів, у тому числі і для людей, найбільш важливі атмосферні та грунтові гази. Оскільки раніше умови життєдіяльності людей визначалися приземної атмосферою, то техногенні процеси впливали на атмосферу в основному на перших кілометрах від земної поверхні; тепер же цей показник змінився і становить вже десятки кілометрів.

В першу чергу слід відзначити, що процеси життєдіяльності впливають на так званий озоновий шар, викликаючи його руйнування. Сам озоновий шар являє собою особливу оболонку у складі атмосфери з максимальною концентрацією озону на висоті близько 20 км. Цей шар різко знижує інтенсивність ультрафіолетової радіації Сонця. У результаті вона мінімальна біля поверхні Землі. Таким чином, озоновий шар забезпечує збереження живих організмів і життя на поверхні Землі в цілому.

Колоїдна і сорбированная форми знаходження отримали максимальний розвиток в грунтах, хоча вони досить широко поширені в гідросфері та атмосфері. У цих формах переносяться і відкладаються дуже багато забруднюючі речовини. Отже, без урахування колоїдів неможливо повно і комплексно охарактеризувати умови безпечної життєдіяльності.

Колоїдні системи зазвичай неоднорідні, гетерогенні, складаються не менше ніж з двох фаз. При цьому одна з них складається з частинок розміром 0,1 ... 1,0 ммк і називається дисперсною фазою. Частинки цієї фази розподілені в іншій - дисперсійному середовищі. Речовини, що становлять різні фази, відрізняються рядом властивостей і мають реальну фізичну поверхню розділу. Сорбція представляє собою концентрування на поверхні частинок лише певних речовин з дисперсійного середовища. Концентрація цих речовин може бути дуже істотною, а зв'язок їх з сорбентом - сильною і зберігається тривалий час.

В результаті антропогенної діяльності маса колоїдів зростає, особливо в атмосфері. За даними В.В. Добровольського, в 1 м3 повітря вміст важких металів над континентами становить n • 10-5 р. Будучи тонкодисперсними, вони, потрапивши в легені людини, можуть швидко і в значних кількостях переходити в кров, що особливо шкідливо, У дуже великих кількостях аерозолі містяться в атмосфері великих міст. У роботах В.А. Олексієнко (1993, 1994, 2000) показано, що основна їх частина досить швидко осідає у межах населених пунктів. Це суттєво погіршує умови життєдіяльності людей у ​​місцях їх найбільшої щільності проживання.

Техногенні з'єднання, що не мають природних аналогів, вперше були виділені автором в 1989 р. як самостійна форма знаходження хімічних елементів у земній корі. Кількість з'єднань, створених людиною і не мають природних аналогів, в останні десятиліття безперервно і дуже швидко зростає як за їх загальній масі, так і за видовим розмаїттям. Посилюється і їх вплив на організми. Не враховувати геохімічної (біологічної) ролі техногенних сполук стає неможливим.

Коротко розглянемо основні групи таких сполук. До них в першу чергу слід відносити різні пластмаси, синтетичні миючі засоби; багато галогеносодержащіх органічні сполуки, пестициди, поліциклічні ароматичні вуглеводні. Їх безконтрольне виробництво вже зараз починає загрожувати безпеці життєдіяльності. Можна впевнено припускати, що в майбутньому ця проблема може увійти до числа основних, що стоять перед людством. Причин, що дозволяють висловити таке припущення, досить багато. Коротко розглянемо три з них, які ми відносимо до основних:

1. Дуже велика кількість техногенних сполук, що не мають природних аналогів, відноситься до токсичних або стає таким, вступаючи в реакції з іншими речовинами. При цьому багато хто з цих сполук створюються не спеціально, а є побічними продуктами різних виробничих процесів.

2. Особливе значення має проблема утилізації речовин, дуже повільно розкладаються в умовах біосфери. Це відноситься до різних пластмас, діоксинів, синтетичним волокнам, фреонам і т. д. Враховуючи досвід інших країн, варто задуматися, чи слід створювати багато пестициди, красиві і важко розкладаються упаковки для різних товарів і багато інших з'єднань на шкоду розвитку живих організмів, включаючи , в кінцевому рахунку, людини.

3. Безпосередній вплив (а особливо його пізно позначаються наслідки) розглянутих сполук на людину та інші живі організми вивчено явно недостатньо. Ймовірно пройдуть ще багато років, перш ніж буде вирішена ця проблема.

До біогенної формі належать хімічні елементи та їх поєднання в земній корі, що утворюють все різноманіття тварин і рослинних організмів. Вперше ця форма була розглянута В. І. Вернадським. Незважаючи на порівняно невеликий зміст живих організмів, що мешкають в земній корі, без урахування їх діяльності неможливо правильно уявити геохімічні процеси, що протікають на поверхні Землі. Особливо відзначаючи це, В.І. Вернадський писав: "... жива речовина в біосфері відіграє активну основну роль і за своєю потужності ні з чим, ні з якою геологічною силою не може навіть бути порівняний за своєю інтенсивністю і спрямованості в часі". До живої речовини біосфери, за визначенням В.І. Вернадського, відноситься сукупність всіх її живих організмів. Не зупиняючись на різноманітті процесів, що протікають під впливом живої речовини, відзначимо лише, що в результаті життєдіяльності та автотрофних бактерій (синтезують з неорганічних сполук органічні, використовуючи енергію Сонця), і гетеротрофних (використовують органічні речовини, створені іншими організмами) утворюється вода. У результаті процесів фотосинтезу виділяється вільний кисень.

Таким чином, ряд живих організмів створює умови, що забезпечують життя і безпеку життєдіяльності людей.

Жива речовина

Поки тільки на одній планеті Сонячної системи - на Землі - відома життя. Форми існування живих організмів численні, В даний час ми виділяємо безклітинні жива речовина (віруси), бактерії (що мають і не мають ядра), рослини, гриби, тварини. Вивчення їх елементного складу показало, що вони складаються з тих же хімічних елементів, що і неживі (відсталі) природні тіла. Проте ще В.І. Вернадським було підкреслено, що "між живими і відсталими природними тілами біосфери немає переходів - кордон між ними на всьому протязі геологічної історії різка і ясна".

Сумарна маса живої речовини (в перерахунку на суху вагу) дорівнює (2,4 ... 3,6) • 1012 т (Реймерс), тобто дуже мала порівняно з масою земної кори (28,46 • 1018 т). {Згадаймо порівняння літосфери і живої речовини, зроблене В.М. Гольдшмідтом.)

Проте слід врахувати, що певна частина живих організмів постійно відмирає, а на зміну їй утворюються нові організми (на думку В. І. Вернадського, загальна маса живої речовини залишається весь час приблизно однаковою). Щоб охарактеризувати протягом цього процесу в часі, використовують такий показник, як щорічна продукція живої речовини. Для Землі в цілому він дорівнює 2,3 • 1011 т. Видатний геохімік нашого часу А.І. Перельман підрахував, що якщо останні 500 млн років річна продукція була близька до сучасної, то її сумарна кількість за цей час перевищила масу земної кори. Щоправда, цілком імовірно, що основна частина хімічних елементів, складових живі організми, в процесі біологічного кругообігу знову потрапляє в організми і істотного обміну між організмами та літосферою не відбувається.

Кожен хімічний елемент, входячи в організм, по В.І. Вернадському, "проходить довгий ряд станів, входить в ряд сполук, перш ніж вийти з нього ... Атоми, що увійшли в яку-небудь форму живого речовини, захоплені життєвим вихором, насилу повертаються назад у відсталу матерію". У зв'язку з цим цікаві дані, отримані при вивченні міграції ізотопів. Вони дозволяють вважати, наприклад, що виділяється при фотосинтезі кисень утворюється переважно за рахунок води, а кисень з вуглекислого газу йде на освіту органічних сполук. Всього ж кисень складає близько 70% маси живої речовини. На частку вуглецю припадає 18%, а водню-10%. Таким чином, в сумі три ці елементи становлять понад 98% усієї маси живих організмів. Ще п'ять хімічних елементів (Са, К, N, Na, Si) утримуються (кожен з них) в організмах в десятих частках відсотка. Природно, що всі інші хімічні елементи зазвичай утворюють в живій речовині концентрації від n • 10-2% до n • 10-12%.

Вважається, що в живій речовині різко переважає фітомаса, а зоомасса не перевищує 2% маси рослин. Ліси ж становлять близько 82% фітомаси.

При вивченні живої речовини окремою проблемою стоїть його специфіка - корінні відмінності від відсталого, неживої речовини. Вперше це питання досить детально розглядалося В.І, Вернадським. До теперішнього часу можна виділити ряд таких основних відмінностей;

1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією. У неорганічний мир з нею можна порівняти лише незастиглий лавові потоки. Але останні, дуже швидко остигаючи, втрачають її.

2. У живій речовині швидкість протікання хімічних реакцій в тисячі (а іноді - в мільйони) разів вище, ніж в неживої. При цьому незначні початкові порції мас і енергії можуть викликати трансформацію набагато більших мас і енергій. Так, певні види гусениць переробляють на добу в 200 разів більше їжі, ніж їх власна маса.

3. Основні хімічні сполуки, що визначають склад живої речовини (білки, ферменти та ін), стійкі в природних умовах тільки в живих організмах.

4. Для живих організмів характерні дві форми руху, виділені В.І. Вернадським: пасивна, обумовлена ​​їхнім ростом і розмноженням, і активна, здійснювана за рахунок спрямованого переміщення. Перша з них характерна для всіх організмів, друга - в основному для тварин.

Пасивне рух організмів відрізняють прагнення заповнити більшість простору. В.І. Вернадський назвав цей процес тиском життя. Його сила (тобто швидкість розмноження) в цілому обернено пропорційна розмірам організмів. Дуже великим тиском мають бактерії, віруси, гриби. В окремих видів бактерій нове покоління утворюється через 22 ... 23 хв. При відсутності перешкод до розмноження вони майже за добу зайняли б всю поверхню Землі. У цих же умовах гриб дощовик (кожен примірник дає близько 7,5 млрд суперечка) вже у другому поколінні мав би об'єм, в 800 разів перевищує розміри нашої планети. Слонам ж для заселення поверхні Землі буде потрібно більше 1000 років. Розглянутої особливістю пасивного руху пояснюється поширення епідемій, викликаних бактеріями і вірусами.

Рух другої форми відбувається за рахунок власного пересування організмів. У раздельнополих воно здійснюється самками, які приносять потомство в нових районах.

5. Для організмів характерно набагато більше морфологічне та хімічна різноманітність, ніж для неживої природи. Говорячи про різноманітність розмірів і морфології, досить порівняти вірус зі слоном або китом. Їх розміри відрізняються в мільярди разів. Хімічний же склад живої речовини визначають більше 2 млн різних органічних сполук. Згадаймо, що число природних мінералів становить всього близько 2 тис., тобто в тисячу разів менше.

Тіла живих організмів можуть складатися з речовин, що знаходяться одночасно в трьох фазових станах, і, незважаючи на це, представляти Єдине ціле.

6. При величезній різноманітності хімічного складу організмів вони побудовані в основному з білків, що містять одні й ті ж амінокислоти. Передача спадкової інформації йде у них по одному шляху (ДНК - РНК - білок) з використанням одного генетичного коду.

7. Нормальний розвиток організмів, у тому числі людини, у природі можливе лише в їх співтоваристві з іншими організмами (біоценоз). Це одне з основних положень безпеки життєдіяльності людей на практиці часто ігнорується. У процесі своєї життєдіяльності ми часто знищуємо багато видів живих організмів (і часто - безповоротно), забуваючи, що тим самим зменшуємо свою безпеку. Перефразовуючи Дж. Дону, можна сказати: знищуючи живі організми, ніколи не питай, по кому дзвонить дзвін - він дзвонить по тобі.

8. Жива речовина існує лише у формі безперервного чергування поколінь. Тому воно генетично пов'язане з організмами минулих геологічних епох.

9. Зі зміною поколінь йде еволюція живої речовини. Як правило, цей процес найбільш характерний для вищих організмів, оскільки примітивніше організм, тим він більш консервативний. Періодично виникає питання про початок життя на нашій планеті. Зазвичай висловлюються дві основні точки зору на цю проблему: життя проникла на нашу планету з космічного простору і життя утворилася якимось невідомим шляхом з відсталої (неживої) матерії в один з найдавніших періодів її геологічного розвитку. Інакше підходив до цих проблем В.І. Вернадський. У роботі 1940 р. "Початок життя та еволюція видів" всі живі організми він об'єднує в "момент життя", "життєве середовище" (не плутати з середовищем існування організмів). Заперечуючи початок життя як точку, від якої в процесі еволюції повинна розходитися пучок гілок, він говорить про паралельні гілках розвитку організмів, незалежних в походженні один від одного, але складових єдиний момент життя. Він залишається в головних своїх рисах постійним протягом геологічного часу. Однак при цьому форми життя змінюються. Відповідно до цього В.І. Вернадський вважає неспроможними і фантастичними спроби пояснити походження наземних організмів з морських. Крім того, в іншій своїй роботі "Біосфера" він вказує, що і "повітряна життя в рамках геологічного часу так само стара, як і морська; її форми розвиваються і змінюються, але ця зміна відбувається завжди на земній поверхні".

Не розбираючи детально гіпотез виникнення життя на Землі, будемо надалі дотримуватися, слідом за В.І. Вернадським, точки зору про практично одночасний формуванні планети Земля і виникненні на ній життя. Результати останніх досліджень в цій області все більше і більше узгоджуються з таким підходом до розглянутої проблеми. З приводу сусідніх з Землею планет поки достеменно можна говорити лише про такі форми знаходження хімічних елементів, що утворюють поверхневі оболонки, як про мінеральну, про газові сумішах і, ймовірно, про стан розсіювання.

Мінерали, визначені на всіх доступних до теперішнього часу планетах, близькі до земних. Склад же газових сумішей, визначений на цих планетах, дуже відрізняється від земної атмосфери (див. табл. 1. Т). В атмосфері найближчих до Землі планет (Венери і Марса), крім зазначених у табл. 1.1, попередньо встановлені у вигляді домішок N2, CO і сліди парів води. Крім того, в атмосфері Венери відзначені пари HCI і HF. Достовірно говорити про наявність на зазначених планетах колоїдної та сорбированной форм поки не можна. З освоєнням космічного простору на найближчих до нас планетах з'явилися елементи у формі техногенних сполук.

Все сказане дозволяє зробити наступні висновки:

1. Планета Земля за своїми параметрами і положенню в Сонячній системі досить близька до сусідніх планет, але істотно відрізняється за формами знаходження хімічних елементів, що утворюють поверхні цих планет.

2. Тільки на Землі до цього часу виявлена ​​біогенна форма знаходження елементів. Швидше за все, відсутністю цієї форми можна пояснити досить істотні відмінності складу газових сумішей на найближчих до неї планетах, а, можливо, і відсутність на них хімічних елементів у такій формі, як поверхневі водні розчини.

3. Створення на нашій планеті умов, що визначають не тільки можливість життя людей, але і безпеку їх життєдіяльності, слід пов'язувати з наявністю на планеті живої речовини. Це необхідно враховувати при будь-яких видах антропогенної діяльності і докладати максимальні зусилля для збереження загальної біомаси організмів і їх наявного біорізноманіття.

4. Різні співвідношення хімічних елементів, що утворюють на поверхні Землі основні форми знаходження, як і саме співвідношення різних форм, часто визначають розвиток того чи іншого виду виробничої діяльності в конкретному регіоні та заходи з безпеки життєдіяльності.

* Існує також міграція елементів, пов'язана з процесами формування та руйнування планет і зірок. Ці процеси розглядаються в іншій науці - у космохімії.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
76.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Планета Земля 4
Планета Земля
Земля планета Сонячної системи
Земля - ​​планета Сонячної системи 2
Земля - ​​планета Сонячної системи
Планета Земля унікальне утворення у всесвіті
Загальні характеристики планет Планета Земля 2
Загальні характеристики планет Планета Земля
Земля як планета Сонячної системи і колиска життя
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru