7.5. общие черты циклов и распределения масс дегазированных элементов

7.5. общие черты циклов и распределения масс дегазированных элементов

Рассмотренные циклы массообмена углерода, азота, серы, хлора имеют общие черты. Во-первых, эти циклы с момента образования поддерживаются поступлением масс газов. По нашим расчетам, на протяжении геологической истории из недр Земли было дегазировано (1015 т): углерода — 96,04; хлора — 33,0; серы — 10,5; азота — 4,47; а также 1600×1015 т воды (порядки цифр те же, что и полученные другими авторами, но числовые значения различаются).

Во-вторых, элементы, находящиеся на поверхности Земли в виде газов, имеют определяющее значение для живых организмов, которые в основном состоят из этих элементов. Само существование жизни как планетарного явления было бы невозможно без постоянного поступления в окружающую среду газов. Факты свидетельствуют, что жизнь и процессы, протекающие в недрах Земли, тесно связаны. Вся история развития жизни определенным образом отражает эндогенные процессы. Ярким примером служит ранее рассмотренная зависимость продукции биологических процессов, в частности, массы фотосинтезируемого органического вещества от количества выделявшегося вулканического СО2.

В-третьих, процессы глобального массообмена дегазируемых элементов глубоко преобразованы деятельностью организмов. Организмы, благодаря их склонности к адаптации и быстрой изменчивости, медленно, но неуклонно изменяли геохимию окружающей среды. При этом первичные абиогенные круговороты постепенно трансформировались в биогеохимические циклы со сложной структурой.

На фоне отмеченных общих черт глобальные циклы массообмена каждого элемента ясно индивидуализированы. Элементы-газы активно участвуют в биологических процессах, вовлекаются и выводятся из жизненных циклов. При этом происходит изменение форм нахождения элементов, что влечет за собой закономерное перераспределение их масс в биосфере.

Как следует из данных табл. 7.5, 99,9 \% всей массы дегазированного в виде СО2 углерода было связано в продуктах жизнедеятельности организмов: 15,6 \% в форме рассеянного в осадочной оболочке органического вещества и 84,3 \% в составе биогенных карбонатов. Одновременно происходил процесс расщепления молекул жидкой воды и выделения свободного кислорода, что постепенно коренным образом изменило геохимическое состояние наружной оболочки Земли и превратило ее в современную биосферу.

Значительная часть всей массы серы также находится в осадочных отложениях, хотя в процентном отношении меньше, чем это имеет место для масс углерода. В осадочной оболочке сосредоточено 88,6 \% всей массы серы, а 11,4 \% содержится в океане в форме растворенных сульфатов. В осадочной оболочке сульфатная сера (55,9\%) преобладает над сульфидной (44,1\%). Таким образом, окисленные формы серы доминируют в биосфере.

Таблица 7.5

Распределение масс химических элементов, поступивших в биосферу в результате дегазации мантии

Формы нахождения хлора в меньшей мере, по сравнению с другими элементами-газами, подверглись биогеохимической трансформации. Большая часть массы этого элемента (80,3 \%) аккумулирована в форме ионов С1~ в Мировом океане и 19,7 \% — в осадочной оболочке.

Основная часть азота благодаря функционированию системы биологических круговоротов находится в атмосфере (86,5 \%), а в осадочной оболочке — лишь 13,4 \%.

В заключение отметим: несмотря на то, что деятельность организмов обусловила существующее распределение масс дегазированных химических элементов, в живом веществе содержится лишь ничтожная часть — миллионные доли всей массы каждого из этих элементов, находящейся в биосфере. Следовательно, живое вещество играет роль не резервуара, а активного геохимического сепаратора элементов. Биогеохимическое фракционирование распространяется не только на элементы, но частично и на их изотопы.

Компоненты живой клетки и внеклеточные метаболиты, как правило, обогащаются легкими изотопами углерода и серы, а остаточные продукты — тяжелыми.

Рекомендуемая литература

Болин Б. Круговорот углерода // Биосфера. — М.: Мир, 1972. — С. 91—104.

Вернадский В. И. Очерки геохимии // Избр. соч.: В 5 т. — М.: Изд-во АН СССР, 1954. — Т. 1. — С. 147-223.

Гаррелс Р. М. Круговорот углерода, кислорода и серы в течение геологического времени. — М.: Наука, 1975. —48 с.

Глазовская Л. А. Роль и функции педосферы в геохимических циклах углерода // Почвоведение. — 1996. — № 2. — С. 174— 186.

Дельвич К. Круговорот азога // Биосфера. — М.: Мир, 1972. — С. 105 — 119.

Заварзин Г. А. Бактерии и состав атмосферы. — М.: Наука, 1984. — 199 с.

Лейн А.Ю., Иванов М.В. Глобальные биогеохимические циклы элементов и влияние на них деятельности человека // Геохимия. — 1988. — №2.-С. 280-291.

Ронов А. Б. Вулканизм, карбонатонакопление, жизнь (закономерности глобальной геохимии углерода) // Геохимия. — 1976. — № 8. — С. 1252-1277.

Фрейд Дж. П. Цикл серы в природе // Химия нижней атмосферы / Под ред. С.Расула. М.: Мир, 1976. С. 223-251.

Контрольные вопросы

1. Почему большую часть циклических процессов массообмена, протекающих в биосфере, можно рассматривать как биогеохимические?

2. Каковы источники поступления масс химических элементов, вовлекаемых в глобальные миграционные циклы в биосфере?

3. Чем обусловлено неодинаковое время оборота масс углерода, связанных в живом веществе суши и океана?

4. Изменялись ли на протяжении геологической истории массы углерода, выводимые из глобальных циклов?

5. Какие биогеохимические процессы обусловливают структуру глобального цикла серы?

6. Назовите основные звенья глобального цикла азота.

7. Каковы общие черты циклов и распределения масс дегазированных химических элементов в биосфере?

Темы для самостоятельной работы

1. На основании среднего значения содержания газообразного азота, растворенного в морской воде, определите количество азота в Мировом океане; сравните с массой азота в атмосфере.

2. Используя результаты реакции фотосинтеза и данные о продуктивности растительности суши до вмешательства человека, определите массу воды, разлагаемой растительностью суши на протяжении года.