Биологический круговорот элементов

Важным фактором определяющим распределение, форму нахождения химических элементов в земной коре являются биогенные процессы.

Примитивные живые организмы впервые появились около 3 млрд лет назад. Для поддержания метаболизма и в качестве источника энергии они использовали органические молекулы, возникшие абиогенным путем. Они были гетеротрофами (получающие питательные вещества и материал для построения организмов извне).

Время, млн.лет	Геологическая эра	Важнейшие события в истории Земли
	Кайнозойская	Млекопитающие Сосудистые растения Позвоночные     Многоклеточные   Фотосинтез     Бактерии и примитивные водоросли   Абиологическая, химическая эволюция Завершение первых геосинклинальных циклов   Появление больших количеств воды на поверхности Земли   Образование Земли	Возрастание содержания кислорода в атмосфере
Мезозойская
Палеозойская
	Поздне-	Кембрийская
	Средне-
Восстановительная атмосфера
	Ранне-

Бесконечно поддерживать свою жизнедеятельность они не могли. К тому времени когда они почти уничтожили запасы абиогенного органического материала, появились первые фотосинтезирующие организмы.

фотосинтез: nCO₂ + mH₂O à Cn(H₂O)m + nO₂

Кислород был токсичным для организмов того времени. Он выделялся в качестве побочного продукта фотосинтеза

Около 2 млрд лет назад, появились автотрофные фотосинтезирующих организмов (сине-зеленые водоросли) – фотосинтез распространился повсеместно. Считают, что после этого события произошел резкий перелом в развитии Земли. Земная атмосфера начала постепенно окисляться, так как появился свободный кислород. Дальнейшая химическая эволюция внешних оболочек Земли определялась главным образом биотой.

В результате деятельности фотосинтезирующих организмов из атмосферы стал извлекаться СО₂, в водах мирового океана – окисляться двухвалентные ионы Fe²⁺ и Mn²⁺.

4Fe²⁺ + 3O₂ = 2Fe₂O₃

Организмы поглощали из грунта и воды и накапливали Ca, Mg, K, Fe, и др. элементы.

Глобальный переход к аэробной (окислительной) среде произошел примерно 1,5-2 млрд лет назад, когда скорость выделения кислорода превзошла скорость поступления Fe²⁺ в океан.

Специальный раздел геохимии – органическая геохимия изучает процессы образования и разложения органических веществ в оболочках земли.

Рассмотрим кларки живого вещества. Живое вещество в основном состоит из четырех элементов: О (70%), С (18%), Н (10,5%) и N (0,3%), в сумме составляющих 98,8 %. В живых организмах обнаружены почти все элементы периодической системы, но кларки большинства из них очень малы. Так, Мо в живом веществе 2´10^-5%; Ni - 8´10^-5%; Cu - 3,2´10^-4 и т. д. Кларки концентрации элементов в живом веществе А.И. перельман (1989) назвал биофильностью.

Для органической геохимии важным является правильная оценка ежегодной продукции живого вещества и оценка интенсивности разложения ОВ. Это необходимо для подсчета запасов сохраняющегося и захоранивающегося ОВ, которое является основой таких горючих ископаемых как уголь, нефть и газ.

Образование живого вещества и разложение органических веществ образуют единый биологический круговорот атомов (БИК), который в биосфере протекает повсеместно, хотя и в разных формах и с разной интенсивностью (рисунок). Эти циклы называют био гео химическими, так как они захватывают атмосферу и гидросферу и верхние слои литосферы – наиболее заметно зону гипергенеза.

В биогеохимические циклы вовлекаются не только биофильные элементы (азот, кислород, углерод, водород, сера, фосфор), но практически все элементы земной коры.

Биологический круговорот относится к числу основных законов геохимии, согласно которому в биосфере в ходе биологического круговорота атомы поглощаются живым веществом и заряжаются энергией. Покидая живое вещество, они отдают накопленную энергию в окружающую среду. За счет этой биогенной энергии осуществляются многие химические реакции. Главными носителями энергии являются природные воды. биологический круговорот обратим не полностью: часть веществ постоянно из него изымается и захороняется в толще осадочных пород в виде известняков, гумуса, торфа и других пород и минералов. В результате биокосные системы не возвращаются в прежнее состояние, для них характерно поступательное развитие.