Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. — 176с.

Лекция 5. Функции сохранения живого вещества. Закон сохранения живого вещества. Геохимическое представление биосферы

5.3. Геохимическое представление биосферы

В.И. Вернадский постоянно подчеркивал два важнейших с геологической точки зрения положения: во первых, планетный, геологически закономерный характер жизни, и во вторых, теснейшую связь всех геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества.

Планетарный характер жизни означает, что её существование (появление) на Земле есть закономерное явление, обусловленное законами геологической истории, и жизнь есть её неизбежное следствие. Важно только знать, что появиться жизнь может на планете, где условия на поверхности, созданные эндогенными процессами, в сочетании с солнечной энергией соответствуют условиям её существования.

Эти условия представляются с геохимической точки зрения очевидными, и поскольку жизнь – динамическая система, существующая при постоянном интенсивном обмене вещества и энергии между организмом и средой, то таким условием является доступность необходимых для жизни веществ в окружающей среде. Эта доступность определяется существованием необходимых для жизни химических соединений в подвижной форме, т.е. в виде газов, водных растворов и т.д. Иными словами, главное условие существования жизни на Земле состоит в появлении оболочек – атмосферы и гидросферы (рис. 6).

Рис. 6. Геохимическое представление биосферы

В геохимии давно доказано, что оболочки Земли возникли в результате дегазации земных недр, сопряжённой с выплавлением из мантии вещества земной коры.

Геохимические и космохимические данные показывают, что главными газовыми компонентами атмосферы и гидросферы для построения живого вещества являются вода, углекислота и азот.

Стабильность молекулярного азота, углекислоты и воды в недрах и на поверхности Земли является основным условием существования биосферы на нашей планете.

Присутствие в атмосфере Земли биогенного (возникшего за счёт жизнедеятельности организмов) свободного кислорода и постоянное его участие в биологическом круговороте свидетельствуют о прямом влиянии самого живого вещества на специфику земной атмосферы (На Венере и Марсе свободного кислорода почти нет).

Кислород в составе химических соединений (воды, углекислоты) поступает на поверхность Земли за счёт процесса дегазации, а в результате жизнедеятельности организмов изменяется его химическое соединение: из компонента он превращается в свободный, химически активный газ (в этом роль жизни).

Молекулярный азот, вода и углекислота химически стабильны на поверхности, и их форма не изменяется процессами жизнедеятельности. Вовлекаясь в круговорот живого вещества, расходуясь на создание органических соединений живых организмов, они возвращаются в той же химической форме в среду, из которой берутся.

Насколько жизнь, вмешавшись в геологические процессы, изменила условия среды – это вопрос её дальнейшего существования, взаимного влияния биогеохимических и геологических процессов.

Такое взаимодействие считается главнейшим для "организованности" биосферы. В связи с этим Вернадский ввёл представление о биогеохимических функциях живого вещества, понимая под этим различные проявления жизнедеятельности организмов в составе среды и в особенностях миграции химических элементов в биосфере.

Основой жизни является ограниченное число физико-химических реакций, нарушающих равновесие, создающих богатые химической энергией нестабильные в условиях биосферы органические соединения. Это реакции фотосинтеза и хемосинтеза.

С подобными реакциями связаны две главные биогеохимические функции живого вещества:

1. Образование биомассы с её необычным химическим составом и соединениями химических элементов, являющейся резервуаром органического вещества.

2. Образование резервуара свободного кислорода.

Простейшая схема геохимического круговорота вещества земной коры и биосферы отражает общую идею о существовании в земной коре и биосфере различных по своей природе резервуаров вещества, связанных с постоянно идущими в ходе геологической истории процессами обмена.

Для каждого резервуара и каждого компонента в нём можно написать уравнение баланса вещества:

,

где  – масса компонента a в резервуаре i; – поток a из резервуара i в j;  – поток a из резервуара k в i.

Набор таких уравнений описывает все компоненты и потоки между резервуарами, позволяет анализировать эволюцию системы во времени.