Основи біогеохімії

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

скачати

Введення
Біогеохімія - наука, що вивчає життєдіяльність організмів в якості провідного чинника міграції та розподілу мас хімічних елементів на Землі. Основоположник біогеохімії - видатний природодослідник і мислитель XX ст. В.І. Вернадський - створенням цієї науки відкрив цілком новий і важливий аспект пізнання складного феномена життя. Предметом вивчення біогеохімії служать процеси міграції та масообміну хімічних елементів між живими організмами та навколишнім середовищем.

1. Основні поняття і уявлення
1.1 Жива речовина
Теоретичну основу біогеохімії складає вчення про живу речовину та біосферу, розроблене В.І. Вернадським.
При великому розмаїтті розмірів, морфології та фізіології живих організмів загальною умовою їх існування є обмін речовин із середовищем проживання. Незважаючи на те, що живі організми становлять мізерну частину маси зовнішніх оболонок Землі, сумарний ефект їх геохімічної діяльності з урахуванням фактора часу має важливе планетарне значення. Організми, поглинаючи хімічні елементи селективно, відповідно до фізіологічних потреб, викликають у навколишньому середовищі біогенну диференціацію елементів. Не менш важливе значення має геохімія метаболізму. Газоподібні метаболіти, вступаючи в газову оболонку, поступово змінюють її склад. Рідкі метаболіти і продукти відмирання впливають на кислотно-лужні і окислювально-відновні умови природних вод, які закономірно перетворять верхню частину літосфери: витягують з неї певні хімічні елементи, втягують їх у водне міграцію і в підсумку сприяють формуванню хімічного складу Світового океану і осадових гірських порід .
Індивідуальний організм смертний, але життя у формі триваючих поколінь нескінченна. Вплив організмів на навколишнє середовище, не перериваючись ні на мить, тривало близько 4 млрд. років, протягом усієї геологічної історії. Тому постійно існуюча планетарна сукупність організмів з позицій геохімії може розглядатися як особлива форма матерії - жива речовина. Його головна властивість - постійний і безперервний массообмен хімічних елементів з навколишнім середовищем. З цієї причини жива речовина відіграє роль провідного чинника геохімічної еволюції зовнішньої частини Землі.
Вчення про живу речовину - одна з областей зіткнення природознавства і філософії. У феномені живої речовини багато неясного і загадкового. Освіта живого тільки з живого не одержала поки наукового пояснення і дає підставу розглядати життя не тільки як земне, але і як космічне явище. Спираючись на праці Л. Пастера і П. Кюрі, В.І. Вернадський вважав, що жива речовина існує в особливому просторі, геометрія якого відрізняється від геометрії земних небіогенних тел. В.І. Вернадський був близький до поглядів іншого видатного вченого і мислителя XX ст. - П. Тейяра де Шардена і поділяв його ідею про те, що «наявність життя припускає існування до безмежно тягнеться преджізні». Не заглиблюючись в ці проблеми, можна впевнено констатувати дуже важливе значення живої речовини для існуючого хімічного складу зовнішніх оболонок нашої планети.
1.2 Біосфера
Термін біосфера був введений в науковий лексикон австрійським геологом Едуардом Зюсом (1831-1914) в 1875 р. Цим терміном Е. Зюсс позначив сферу проживання організмів. В.І. Вернадський розробив уявлення про біосферу як про зовнішній оболонці Землі, охопленої геохімічної діяльністю живої речовини.
У сучасному розумінні біосфера не середовище життя, а глобальна система, де в нерозривному зв'язку існують, з одного боку, інертна речовина у твердій, рідкій і газовій фазах, а з іншого - різноманітні форми життя і їх метаболіти. Біосфера є єдність живої речовини і пронизаної їм зовнішньої частини земної кулі. Живе речовина так само немислимо без біосфери, як остання без живої речовини.
1.3 Біогеохімічні процеси
Відповідальне місце у викладеній системі уявлень займають процеси взаємодії між живою речовиною та інертною матерією Землі. Ця взаємодія відбувається у формі масообміну хімічних елементів між живими організмами та навколишнім середовищем. Саме процеси масообміну елементів об'єктивно характеризують геохімічну діяльність організмів, завдяки їм біосфера має і підтримує певну, як її називав В.І. Вернадський, «геохімічну організованість". Ці процеси, геохімічні по суті (як закономірні міграції хімічних елементів), але здійснювані не під впливом геологічних факторів, а в результаті життєдіяльності організмів, були названі Вернадським біогеохімічними. Очевидно, що біогеохімічні процеси та їх результати повинні служити головним предметом вивчення біогеохімії.
1.4 Циклічність біогеохімічних процесів
З моменту наукового вивчення взаємодії живих організмів з навколишнім середовищем було виявлено, що процеси біогенного масообміну мають циклічний характер.
Дослідження останніх десятиліть показали, що життєві цикли окремих організмів і їх груп поєднуються з циклічними процесами, зумовленими геофізичними і космічними причинами: обертанням Землі навколо своєї осі і навколо Сонця, закономірностями еволюції сонячної речовини, переміщенням сонячної системи в Галактиці і ін Цикли масообміну різної протяжності в просторі і неоднаковою тривалості в часі утворюють динамічну систему біосфери.
У І. Вернадський вважав, що історія більшості хімічних елементів, що утворюють 99,7% маси біосфери, може бути зрозуміла лише з урахуванням кругових міграцій. Він спеціально зазначив, що «ці цикли оборотні лише в головній частині атомів, частина ж елементів неминуче і постійно виходить з колообігу. Цей вихід закономірний, тобто кругової процес не є цілком оборотним ».
Неповна оборотність мігруючих мас і незбалансованість міграційних циклів припускають певні межі коливання концентрації мігруючого елемента, до яких організми можуть адаптуватися, але в той же час забезпечують виведення надмірної кількості елемента з даного циклу.

2. З історії розвитку ідей біогеохімії
Контури біогеохімії вимальовувалися поступово на тлі загального розвитку природознавства і, головним чином, хімії. Як показано вище, основні ідеї біогеохімії орієнтовані на оцінку явищ життя, діяльності живої речовини з наукових позицій, тобто «Числом і мірою». Разом з тим вони мимоволі стосувалися сфери споконвічних інтересів релігії, філософії і, отже, ідеології. Ця обставина в усі часи вимагало неабияких якостей особистості дослідника. Хоча розвитку ідей біогеохімії сприяли роботи багатьох вчених, найбільш помітний слід в історії цих ідей залишили дуже неординарні постаті, які були не тільки великими вченими, але і яскравими особистостями.
В кінці XVIII ст. завдяки відкриттю кисню, азоту, діоксиду вуглецю (вуглекислого газу) і розшифровці хімічного складу повітря у наукових колах Парижа і Лондона активно обговорювалося значення газів в житті рослин. У цей час один із засновників хімії Антуан Лавуазьє вирішив завдання кількісної оцінки хімічних елементів, що беруть участь у реакції, і вивчив явище еквівалентного обміну кисню і вуглекислого газу рослинами. Цими роботами він 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 розкладанні рослинних залишків вуглець в складі вуглекислого газу знову повертається в атмосферу, А. Лавуазьє прийшов до висновку про універсальність механізму кругообігу при взаємодії живих організмів з природою.
Незадовго до трагічної загибелі від революційного терору А. Лавуазьє написав трактат «Кругообіг елементів на поверхні земної кулі», де обгрунтував ідею циклічного обміну хімічних елементів між трьома царствами природи: мінеральним, рослинним і тваринним. У цьому трактаті він поставив питання, на який через двісті років прагне дати відповідь біогеохімія: «Якими шляхами здійснює природа цей дивовижний кругообіг речовин між трьома своїми царствами?»
Після робіт А. Лавуазьє стало очевидно, що живі організми в основному складаються з елементів, що утворюють на поверхні Землі гази, і що в хімії житті виключно важливе значення має взаємозв'язок організмів з газами атмосфери. Ця проблема продовжувала залишатися в центрі уваги на початку XIX ст. У 1841 р. два видатних французьких учених - знаменитий хімік, один із засновників органічної хімії Жан-Батист Дюма і Жан-Батіст Буссенго, засновник агрохімії, мандрівник і натураліст, - остаточно сформулювали ідею циклічного кругообігу газів в системі живі організми - атмосфера, виклавши її в яскравій і кілька парадоксальній формі: «... ми бачимо, що первинна атмосфера Землі підрозділити на три великі частини: одна з них утворює сучасний атмосферне повітря, друга представлена ​​рослинами, третя - тваринами ... Таким чином, все, що повітря дає рослинам, рослини поступаються тваринам, тварини ж повертають повітрю; вічний коло, в якому життя тріпоче і виявляється, але де матерія тільки міняє своє місце ».
Як велике значення кругообігу газів, цим обмін речовин між живими організмами та навколишнім середовищем не обмежується. Наступний крок у пізнанні біогеохімічних циклів на суші пов'язаний з дослідженнями видатного німецького хіміка Ю. Лібіха. Він показав, що хімічні елементи надходять у рослини двома шляхами: одні як вуглець з повітря, інші - у вигляді водних розчинів з грунту. Ю. Лібіх провів широкі дослідження, послідовно визначивши склад грунтів і вміст мінеральних речовин у різних органах рослин і тварин, продукти їх життєдіяльності. По суті, він вперше застосував метод спряженого аналізу, широко використовуваний в сучасній геохімії ландшафтів. Численними експериментами він довів, що рослини вибірково поглинають з грунту хімічні елементи. На підставі цього відкриття Ю. Лібіх розробив широко відому теорію мінерального живлення рослин і поклав початок вивченню циклічної міграції елементів у системі грунт-рослини-грунт, що отримала пізніше назву біологічного кругообігу.
Значення робіт Ю. Лібіха для біогеохімії важко переоцінити. Він накреслив шляхи експериментального вивчення біогеохімічних циклів більшої частини хімічних елементів, перевів проблему взаємодії живих організмів і мінеральної природи з області філософських побудов у площину конкретних наукових досліджень і практичної діяльності. Після його робіт біологічний кругообіг хімічних елементів придбав відчутну реальність. Лібіх показав, як людина може їм керувати, штучно вводячи в міграційні цикли додаткові маси елементів. У його знаменитій книзі «Хімія в додатку до землеробства і фізіології рослин», виданої в Німеччині в 1840 р., вперше була зроблена спроба розглянути долю народів і країн у зв'язку з порушенням природного масообміну окремих хімічних елементів. Аналітичне майстерність, широка ерудиція, наукова цілеспрямованість підкорюють і сучасного читача його праць.
У 80-х рр.. XIX ст. в Росії виникло генетичне грунтознавство. Його засновник - яскравий і оригінальний вчений, професор Петербурзького університету В.В. Докучаєв розглядав освіта (генезис) грунту як результат взаємодії багатьох факторів-почвообразователей: почвообразующей гірської породи, рослин і тварин, кліматичних умов, форм рельєфу, грунтових вод.
Вчення В.В. Докучаєва поглибило і конкретизував подання великих хіміків про діяльність живих організмів на прикладі широко розповсюдженого природного утворення - грунтового покриву суші. Одночасно вперше було показано нерозривну єдність живих організмів з іншими компонентами природної системи і неможливість існування цієї системи без явищ життя.
Такі основні віхи розвитку наукової думки про планетарний значенні життєдіяльності організмів і їх тісному взаємозв'язку з неживим речовиною навколишнього середовища. Численні, але розрізнені і важко порівнянні факти і гіпотези потребували узагальненні на новій методологічній основі. Цю основу надала геохімія.
Згідно з принципами цієї науки, будь-який об'єкт можна охарактеризувати співвідношенням утворюють його атомів хімічних елементів. Геохімічний підхід дозволяє зіставляти і порівнювати самі різні природні тіла і процеси. Зокрема, визначивши середній сумарний склад живих організмів Землі і зіставивши його з середнім складом земної кори, можна оцінити спрямованість геохімічної діяльності живої речовини в часі. Визначивши маси хімічних елементів, щорічно захоплюваних приростом рослинності Світовий суші, і маси цих же елементів, що виносяться з річним стоком усіх річок, можна отримати уявлення про значущість кожного з планетарних процесів. Геохімічний підхід дає можливість об'єктивно, на строго науковій основі оцінити планетарний ефект діяльності живої речовини або окремих груп живих організмів.
Розвиток геохімії в різних країнах йшло різними шляхами. У США було покладено початок статистичному вивченню розподілу хімічних елементів. Хімік геологічної служби США Ф.У. Кларк з метою встановлення середніх значень концентрації десяти головних хімічних елементів в основних типах гірських порід, природних водах та інших об'єктах у 80-х рр.. XIX ст. приступив до узагальнення наявних аналітичних даних. З 1889 р. по 1924 р. він кілька разів публікував все більш обгрунтовані відомості про середньому вмісті хімічних елементів. Книга Ф. Кларка «The Date of Geochemistry» стала першим об'єктивним обгрунтуванням закономірностей розподілу головних хімічних елементів у земній корі.
У Європі геохімія складалася на базі мінералогії - науки про природні хімічні сполуки і процеси їх утворення. З цієї причини головна увага приділялася процесам, що визначав розподіл хімічних елементів.
У Норвегії при університеті в Осло склалася сильна наукова школа мінералогів і хіміків, представники якої вивчали розподіл і співвідношення елементів у зв'язку з фізико-хімічними процесами рудо-і породоутворення. У надрах цієї наукової школи сформувався як вчений видатний геохімік В.М. Гольдшмідт. Він розробив вчення про глобальні закономірності розподілу хімічних елементів в залежності від будови їх атомів та іонів.
У Росії становлення геохімії відбувалося на кафедрі мінералогії Московського університету. Очолював кафедру В.І. Вернадський читав оригінальний курс генетичної мінералогії, де увага акцентувалася не тільки на зовнішні властивості та ознаки мінералів, що було властиво класичної описової мінералогії, але і на динаміці їх утворення. Проблеми історії утворення мінералів призвели В.І. Вернадського до вивчення природних процесів на атомному рівні. Надалі він розробив основні положення геохімії про міграцію хімічних елементів, про значення ізоморфізму для розподілу елементів у земній корі, про форми знаходження елементів і явище їх розсіювання.
Перелічені напрямки геохімії зіграли важливу роль у формуванні біогеохімії.

3. В.І. Вернадський і створення біогеохімії
В.І. Вернадський - одна з найбільш видатних особистостей в історії науки XX ст. Його різнобічна діяльність залишила глибокий слід в історії вітчизняної науки. Він є засновником декількох великих наукових напрямків у сучасному природознавстві. Вершина його наукової творчості - створення вчення про живу речовину, його планетарної геохімічної ролі і унікальною оболонці Землі, породженої живою речовиною, - біосфері.
В.І. Вернадський отримав вищу освіту на природничому відділенні фізико-математичного факультету Петербурзького університету в 1881-1885 рр.. У ці роки в столичному університеті був представлений цвіт російської науки. Найбільше враження на юного студента справив В.В. Докучаєв. У 1904 р. В.І. Вернадський писав про свого вчителя: «Це була велика своєрідна фігура, різко виділялася на тлі блідої російської громадськості, і кожен, хто з ним стикався, відчував вплив і усвідомлював силу його своєрідною індивідуальності. В історії природознавства Росії протягом XIX ст. небагато знайдеться людей, які могли б бути поставлені поряд з ним за впливом, яке вони чинили на хід наукової роботи, по глибині й оригінальності їх узагальнюючої ідеї ».
Ідеї ​​В.В. Докучаєва про загальний взаємозв'язок компонентів природи і живих організмах як невід'ємної складової частини грунту і одночасно найважливішому факторі її освіти з'явилися відправною науково-філософської основою, на якій сформувалися розроблені В.І. Вернадським генетична мінералогія і геохімія, а потім біогеохімія і вчення про біосферу.
Концепція живого речовини створювалася на рубежі XIX-XX ст. В.І. Вернадський вказував, що біогеохімічні проблеми почали його цікавити з 1891 р., коли він приступив до роботи над створенням курсу генетичної мінералогії в Московському університеті. Але можна припускати, що думки про направленому вплив живих організмів на неживу природу виникли ще раніше під впливом лекцій Докучаєва про фактори грунтоутворення.
З 1916 р. В.І. Вернадський починає багаторічну роботу зі створення «науки про життя». Перш за все, необхідно було розробити підхід до об'єктивної оцінки живої речовини і ефекту його діяльності. Шляхи вирішення цієї абсолютно нової завдання Вернадський намітив у 1918-1919 рр.., Коли під його керівництвом проводилися перші біогеохімічні дослідження на Україну, де він очолював тільки що організовану Українську академію наук. На початку 20-х рр.. він викладає свої ідеї в доповідях в Петрограді, Празі, а потім у курсі лекцій, прочитаних у Сорбонні. В.І. Вернадський вважав: «... щоб правильно оцінити геохімічне значення живої речовини, ми повинні знати для цього, по-перше, середній елементарний хімічний склад всіх організмів, живої речовини і, по-друге, висловити його кількісно, ​​знати вагу живої речовини. Цей склад і ця вага ми повинні зв'язати з вагою і складом середовища, в якій земна речовина знаходиться ».
У результаті наполегливих зусиль В.І. Вернадського в 1928 р. була створена Биогеохимическая лабораторія АН СРСР, яку він очолював до кінця своїх днів. На жаль, через малу чисельність співробітників лабораторії та недостатності коштів експериментальні дослідження були обмежені визначенням вмісту хімічних елементів в різних організмах. Велика і дуже трудомістка робота з визначення мас живих організмів залишилася нездійсненою. Ця робота була широко розгорнута після смерті В.І. Вернадського в другій половині XX ст. екологами, грунтознавцями, океанологами. Отримані дані про динаміку живої речовини повністю підтвердили думки В.І. Вернадського про біогеохімічних циклах міграції хімічних елементів як основі існування біосфери.
В.І. Вернадський був переконаний у перспективності біогеохімічних досліджень не тільки для пізнання фундаментальних законів життя, але і для вирішення конкретних виробничих завдань. Для надання практичної допомоги народному господарству він наполегливо домагався постановки біогеохімічних досліджень на різних виробничих об'єктах. Його пропозиції не викликали інтересу у керівників сільського господарства країни, але отримали підтримку геологічної служби. З ініціативи Вернадського в середині 30-х рр.. XX ст. було розпочато роботу зі створення біогеохімічного методу пошуків родовищ руд.

4. Співвідношення біогеохімії з геохимией, біологією і почвоведением
Біогеохімія методологічно тісно пов'язана з геохимией. Ці науки вивчають розподіл хімічних елементів у просторі і в часі, виникнення і трансформацію різних форм знаходження елементів, процеси їх міграції, прояви розсіювання та акумуляції в різних природних умовах. Різниця двох наук полягає в тому, що геохімія переважно вивчає поведінку елементів у природних розчинах, розплавах і продуктах кристалізації, стан і взаємопереходів яких визначаються законами термодинаміки, фізичної хімії та кристалохімії, а біогеохімія вивчає міграцію і розподіл хімічних елементів у біосфері, де головною рушійною силою є діяльність організмів. Це відмінність таке ж глибоке, як розходження між неорганічної та молекулярної хімією. Зрозуміло, існують природні обстановки і процеси, в яких дія законів геохімії і біогеохімії тісно переплітаються. Ідеї ​​В.І. Вернадського про планетарну ролі живої речовини збагатили теорію геохімії і створили основу для з'ясування деяких важливих геологічних процесів, у тому числі процесів осадового рудоутворення.
Біогеохімія пов'язана і з іншими науками про Землю, особливо з тими, що вивчають склад гірських порід, мінералів, природних вод і газів, а також розвиток природного середовища протягом геологічної історії.
Своєрідно складалися взаємини ідей Вернадського з біологічними науками. В.І. Вернадський вважав, що вивчення живого організму ізольовано від довкілля методологічно помилково, бо і те, і інше нерозривно пов'язані. Він вважав, що, вивчаючи живі організми, біологи в більшості своїх робіт залишають без уваги нерозривний зв'язок, найтоншу функціональну залежність, існуючу між навколишнім середовищем і живим організмом, замінюють складні явища природи спрощеними моделями.
У той же час відомо критичне ставлення до біогеохімії представників фізико-хімічної біології, які не бачили сенсу у визначенні змісту хімічного елемента в організмі без вивчення його конкретних органічних сполук, розшифровки їх молекулярної структури, вивчення типу зв'язків даного елемента з іншими. Тут доречно ще раз згадати, що головним завданням біогеохімічних досліджень є вивчення масообміну хімічних елементів між живими організмами та навколишнім середовищем. Це завдання не входить в сферу інтересів комплексу наук фізико-хімічної біології (біохімії, молекулярної та біоорганічної хімії), але близька до цілей біологічних наук, які вивчають зв'язки між організмами та середовищем їхнього життя: геоботаніки, біоценології і особливо екології. Ідеї ​​та підходи біогеохімії вельми перспективні для розвитку екології. Вивченню масообміну в екосистемах приділяється велика увага при екологічних дослідженнях.
Завдяки дуже нетривалим життєвим циклам мікроорганізмів геохімічний ефект їх діяльності наочно свідчить про справедливість головного положення біогеохімії: глибокої взаємозалежності складу навколишнього середовища і живої речовини. З цієї причини принципи біогеохімії були органічно сприйняті мікробіологією. З одного боку, мікробіологи встановили закономірне перетворення хімічного складу води замкнутих басейнів під впливом мікробіологічної діяльності і важливу роль мікроорганізмів у глобальному газовому режимі. З іншого боку, було виявлено, що мікроорганізми, що мешкають в мулах і грунтах (бактерії і актиноміцети), можуть адаптуватися до сильно розрізняються рівнями концентрації кобальту, молібдену, міді, ванадію, урану, селену і бору. Ця здатність передається спадково, завдяки чому адаптація супроводжується перебудовою популяцій мікроорганізмів.
Важливе місце у розвитку ідей В.І. Вернадського про живу речовину та біосферу займають його роботи з геохімії грунтів. Ясно уявляючи, що ні в одному з природних утворень немає такого тісного взаємопроникнення і взаємодії живих організмів і неживої речовини, як в грунті, Вернадський називав її біокосній тілом. Можна припускати, що саме поглиблене вивчення грунтів як частини біосфери, максимально насиченим життям, було одним з перших кроків у розробці В.І. Вернадським концепції живої речовини. Поняття про живу речовину було вперше їм викладено в статті, написаній в 1919 р. і присвяченій ролі організмів у грунтоутворенні.
В.І. Вернадський розглядав грунт як центральна ланка біосфери, де сходяться різноманітні міграційні цикли хімічних елементів. «З кожним роком ... все ясніше стає значення грунту в біосфері - не тільки як субстрату, на якому живе рослинний і тваринний світ, але як області біосфери, де найбільш інтенсивно йдуть різноманітні хімічні реакції, пов'язані з живою речовиною».
У 1936 р. В.І. Вернадський ввів в науку поняття про педосфери, яке в даний час широко використовується при глобальних геохімічних побудовах. Він зазначав, що хімічний склад Світового океану тісно пов'язаний з мобілізацією хімічних елементів у педосфери і з планетарним міграційним циклом грунту - води річок - води океану. Не менш відповідальну роль грає педосфера в газовому обміні. В.І. Вернадський вважав, що багато хімічні елементи надходять у грунт не стільки з грунтоутворюючих порід, скільки осаджуються з атмосфери і знову йдуть в неї, захоплюючи вітром. Припущення Вернадського про циклічної міграції хімічних елементів у системі грунт - атмосфера підтвердилося через кілька десятиліть при вивченні динаміки аерозолів, їх «часу життя» і дальності переносу.
Принципи біогеохімії виявилися вельми перспективними для генетичного грунтознавства. Великий грунтознавець, геохімік і географ Б.Б. Полин, спираючись на ідеї В.І. Вернадського, розробив учення про геохімії ландшафту. Послідовники Б.Б. Полинова геохімік-грунтознавці і геохімік-ландшафтоведов своїми дослідженнями сприяли розвитку біогеохімії. В даний час розмежування біогеохімічних, еколого-геохімії-чеських, грунтово-геохімічних і ландшафтно-геохімічних досліджень досить умовно.

5. Практичне значення біогеохімії
Унаслідок того, що основні види виробничої діяльності людей - сільське господарство і промисловість - здійснюються на суші, спрямованість практичного використання біогеохімії також пов'язана з вивченням процесів, що протікають в межах Світовий суші. До останніх років основна практичне застосування біогеохімії було пов'язано з діяльністю геологічної служби, з так званим біогеохімічним методом пошуків родовищ корисних копалин. Сутність цього методу полягає у виявленні ділянок підвищених концентрацій рудообразующих елементів у рослинах, продуктах їх відмирання та метаболізму. Ділянки підвищених концентрацій металів у рослинах і верхньому горизонті грунту - біогеохімічні аномалії - дають підстави припускати наявність на глибині покладів руд, які не виходять на поверхню. У цьому випадку біогеохімічні аномалії можуть розглядатися як ореоли розсіювання рудних акумуляції. Вони утворюються в результаті залучення металів в біологічний круговорот та накопичення їх в рослинності та грунті. Застосування біогеохімічного методу пошуків родовищ корисних копалин у важких лісових районах або на територіях, перекритих пухкими алохтонні відкладеннями, полегшує виявлення родовищ і сприяє здешевленню комплексу геолого-пошукових робіт.
Досвід застосування біогеохімічного методу в нашій країні узагальнено в працях А.П. Виноградова (1954), Д.П. Малюги (1963), А.Л. Ковалевського (1984).
Біогеохімічні дослідження відіграли важливу роль у відкритті багатьох родовищ руд кольорових і рідкісних металів, сировини для атомної промисловості та інших корисних копалин. В даний час біогеохімічний метод значно вдосконалено, є його різні варіанти, розроблені з урахуванням досягнень біогеохімії та сучасних технічних можливостей.
Другий напрямок біогеохімії, важливе в практичному відношенні, полягає у вивченні впливу вмісту хімічних елементів у навколишньому середовищі на організми тварин і людини. Підкреслимо, що мова йде про концентрацію хімічних елементів, зумовленої виключно природними факторами. В окремих районах геохімічні відхилення настільки великі, що викликають відповідні, часто патологічні реакції організмів. Такі райони отримали назву біогеохімічних провінцій (Виноградов А.П., 1962).
В.В. Ковальський і його співробітники (1974) виявили зв'язок між продуктивністю сільськогосподарської худоби і надлишком і нестачею бору, кобальту, міді, молібдену, селену. Аналогічні дослідження в 1973 р. були виконані в Англії та Ірландії під керівництвом Дж. Уебба (1964, 1966), в США - Р. Ібінсом та ін
У деяких місцях встановлено вплив вмісту мікроелементів в питній воді і місцевих продуктах на здоров'я людини. Одним із перших за кордоном до цієї проблеми привернув увагу канадський біогеохімік Х. Уоррен (1961). Крім широко відомих прикладів захворювання щитовидної залози від нестачі йоду необхідно відзначити цікаве дослідження про зв'язок вмісту мікроелементів у грунтах і рослинах із серцево-судинними захворюваннями в Джорджії (США), проведене X. Шаклеттом (1970). Фінський геохімік М. Сальма (1963) виявив зв'язок між вмістом свинцю в гірських породах і захворюванням на розсіяний склероз. Для організації методико-гігієнічних заходів була розроблена методика картографування природних геохімічних умов (Добровольський В.В., 1967).
У другій половині минулого століття було розгорнуто вивчення мікроелементів у зв'язку з проблемами сільського господарства та медицини. Одним з ініціаторів цих досліджень став великий вітчизняний грунтознавець В.А. Ковда. У нашій країні починаючи з 1950 р. систематично проводилися наукові конференції з проблем мікроелементів: у Москві (1950), Баку (1954), Ризі (1958), Києві (1962), Улан-Уде (1966), Ленінграді (1970), Ризі (1975), Івано-Франківську (1978), Кишиневі (1981), Чебоксарах (1986) і Самарканді (1990). Біогеохімік брали активну участь у цій діяльності. Інформація про результати вивчення біогеохімії мікроелементів у різних наукових центрах публікувалася у щорічних збірниках у формі систематичних оглядів. Найбільш значні досягнення у вивченні мікроелементів в системі грунт - рослини. Під керівництвом В.А. Ковда і Н.Г. Зиріна вперше були складені карти вмісту бору, марганцю, цинку, міді і молібдену в грунтах на великій території Східно-Європейської рівнини.
Розглянуті вище напрями існують тривалий час і стали традиційними в біогеохімії. Третій напрям почало складатися в кінці 1960-х - початку 1970-х рр.. і остаточно визначився в 1972 р. після Стокгольмської конференції ООН, присвяченій проблемам стану та охорони навколишнього середовища.
Світова спільнота серйозно стурбоване тим, що виробнича діяльність досягла небезпечного рівня і стала негативно позначатися на стані природи. Робляться зусилля з координації досліджень в галузі вивчення вмісту та розподілу небезпечних забруднювачів та розробці національних і міжнародних програм, спрямованих на організацію контролю за забрудненням навколишнього середовища, вивченням закономірностей, що підтримують нормальний стан біосфери. Були створені програми ООН з навколишнього середовища (UNEP - United Nation Environment Programme), глобального моніторингу (GEMS - Global Environmental Monitoring System), «Людина і біосфера» (МАВ - Man and the Biosphere), «Глобальні зміни» (Global Changes). Програми курують ЮНЕСКО та Науковий комітет з проблем навколишнього середовища Міжнародного союзу наукових товариств (SCOPE - Scientific Committee on Problems of the Environment).
Біогеохімія, предметом вивчення якої служать процеси міграції та масообміну хімічних елементів, що зв'язують в єдине ціле навколишнє середовище та живі організми, може стати теоретичною основою для комплексних біосферних досліджень та здійснення згаданих вище програм. Біогеохімік беруть найактивнішу участь у вивченні сучасного геохімічного стану природних систем та їх трансформації під впливом господарської діяльності людства.
На Стокгольмської конференції ООН серед пріоритетних забруднювачів були названі важкі метали. Їх вплив на живі організми привернуло пильну увагу вчених. Результати досліджень у цій області були розглянуті на серії конференцій, присвячених проблемі «Важкі метали в навколишньому середовищі» («Heavy metals in the Environment»). Перша конференція була проведена в Торонто (Канада) в 1975 р., потім в Амстердамі (Нідерланди) в 1991 р., в Гейдельберзі (Німеччина) в 1983 р. і в Афінах (Греція) в 1985 р.
За ініціативою Домі С. Адріано, керівника відділу біогеохімічної екології Саванахской екологічної лабораторії США, були зроблені зусилля з консолідації досліджень в області біогеохімії розсіяних елементів на міжнародному рівні у формі регулярних міжнародних конференцій: International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements - ICOBTE. Перша конференція ICOBTE відбулася в м. Орландо (США) в 1990 р., друга - в Тайбеї (Тайвань) у 1994 р., третя - у Парижі (Франція) в 1995 р., четверта - у м. Берклі (США) у 1997 р., п'ята - у Відні (Австрія) в 1999 р., шоста - у м. Гуелф (Канада) у 2001 р., сьома передбачається в м. Упсала (Швеція) в 2003 р.
Результати біогеохімічних досліджень публікуються в періодичній науковій літературі багатьох країн. Серед вітчизняних журналів - це «Грунтознавство», «Вісник МГУ» (серії грунтознавства та географії), «Географія і природні ресурси». Цінні матеріали друкуються в працях біогеохімічної лабораторії Російської Академії Наук.
Слід звернути особливу увагу на актуальність викладання основ біогеохімії для підготовки спеціалістів природничого профілю у вищій школі. Знання теоретичних основ біогеохімії необхідно для запобігання екологічно негативних наслідків господарської діяльності людей і нейтралізації вже виникли екологічних загострень.

Література
1. Вернадський В.І. Біогеохімічні нариси. - М.-Л.: Вид-во АН СРСР, 1940. - 241 с.
2. Вернадський В.І. Нариси геохімії / / Избр. соч.: У 5 т. - М.: Изд-во АН СРСР, 1954. Т. 1.
3. Вернадський і сучасність / За ред. Б.С. Соколова і А.Л. Яншина. - М.: Наука, 1986. - 232 с.
4. Вернадський В.І. Праці по біогеохімії й геохімії грунтів. - М.: Наука, 1992. - 437 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
67.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Предмет і значення дисципліни Основи екології Наукові основи раціонального природокористування
Основи аудиту 2 Правові основи
Основи C
Основи енергоаудиту
Основи конструювання
Основи маркетингу 4
Основи медіапланування
Основи реклами 2
Основи БЖД
© Усі права захищені
написати до нас