13. Элементарный состав биосферы и литосферы
| Биосфера Биосфера (животный (животный мир) мир) | г% г% | Литосфера | |||
|---|---|---|---|---|---|
| земная кора | г% | вода и воздух | г% | ||
| Кислород Углерод Водород Азот Кальций Фосфор Калий | 63,43 20,20 9,90 3,06 1,64 1,0 0,20 | Кислород Кремний Алюминий Железо Кальций Натрий | 46,68 27,00 8,05 5,03 3,63 2,72 | Атмосфера* Азот Кислород Редкие газы Углерод Водород | 75,42 23,26 1,30 0,02 0,0007 |
| Сера Натрий Хлор Магний Микроэлементы В том числе железо | 0,16 0,16 0,12 0,05 0,12 0,01 | Калий Магний Титан Фосфор Углерод Водород Марганец Сера Хлор Микроэлементы | 2,56 2,35 0,70 0,15 0,15 0,11 0,10 0,09 0,09 0,27 | Морская w Кислород Водород Хлор Натрий Магний Сера Кальций Калий Микроэлементы | вода 85,96 10,78 1,89 1,06 0,14 0,09 0,04 0,04 0,01 |
*** Сухой воздух.**
верхностной миграции элементов. Геохимические процессы, в которых участвует живое вещество, носят название биогеохимических процессов. Они могут быть прямыми и косвенными. Прямые процессы связаны с синтезом живого вещества из окружающей среды, концентрацией в организмах углерода, азота, водорода, иногда кальция, йода и других необходимых элементов. После смерти растений и животных их остатки разлагаются, часть их участвует в образовании залежей угля, сланцев, известняков и т. п.
В ряде мест органические остатки полностью окисляются с образованием газообразных продуктов. Железо же, медь, фосфор, кальций и другие элементы, не образующие газообразных соединений, остаются в почвах или поступают в водоемы. Если в организмах содержание данного элемента больше, чем в литосфере, конкретной почве, породе, то этот элемент будет накапливаться в окружающей среде. Таков механизм накопления фосфора, серы, меди, цинка, марганца и других элементов в некоторых почвах. В свою очередь, состав почв оказывает влияние на химический состав растений и через них на организм животных.
Косвенные биогеохимические процессы связаны с разложением органического вещества при участии микроорганизмов до конечных продуктов — С 0 2 , Н 2 0 , N H 3 и др. К этой же группе процессов относится разрыхление и растворение горных пород продуктами разложения и жизнедеятельности организмов, особенно бактерий и водорослей [5, 9, 18].
3.2. БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ. БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Биогеохимия рассматривает живое вещество не только всей земной коры, но и отдельных ее частей — морей, материков, стран, ландшафтов, провинций. Такой подход оправдан тем, что химический состав организмов и их влияние на геохимические процессы неодинаковы.
В процессе эволюции организмы адаптировались к определенному химическому составу среды. Это обусловило, с одной стороны, разнообразие химического состава флоры и фауны, а с другой — определило повышенную чувствительность организмов к изменениям концентрации в среде тех или иных элементов (особенно микро- и ультрамикроэлементов).
Поскольку состав поверхности земли неоднородный, на ней обнаруживаются области с повышенным или пониженным содержанием тех или иных химических элементов. Эти области, отличающиеся от соседних областей по содержанию в них химических элементов (соединений) и вследствие этого вызывающие различную биологическую реакцию со стороны местной флоры и фауны, получили название биогеохимических провинций [7, 8, 12].
Биологические реакции организмов на изменение геохимических факторов могут проявляться в следующих формах: а) толерантности (приспосабливаемое™); б) образовании новых рас,
Рис. 3.1. Биологические реакции организмов на изменение содержания химических элементов в среде [13].
видов, подвидов; в) эндемических заболеваний; г) уродств и гибели организмов. Последние формы проявляются в случаях резкой недостаточности или избыточности какого-либо элемента в среде (рис. 3.1).
А. П. Виноградов [8] по генезису выделяет два основных типа биогеохимических провинций. Первый тип связан с определенными почвенно-климатическими зонами (зоной подзолистых и дерново-подзолистых почв), где имеется недостаточность йода, кальция, кобальта, меди и других элементов. Легкоподвижные ионы этих элементов слабо фиксируются такими почвами и легко вымываются вследствие малого содержания в них органического вещества. Соответствующие биогеохимические провинции и эндемии простираются на нашем континенте от Голландии, через Данию, Польшу, Прибалтийские республики, Подмосковье, Урал, до Восточной Сибири и Приамурья.
Второй тип биогеохимических провинций и эндемий не связан с определенными почвенно-климатическими зонами и может быть в любой из них. Возникновение этого типа провинций обусловлено рассеянием химических элементов геохимическими процессами. Так, флуороз животных обнаружен в зонах действующих вулканов и мощных отложений фторапатитов (Италия, Исландия, Индонезия, Северная Африка) , молибденоз — в очагах молибденовых месторождений. Известны геохимические провинции с недостатком или избытком кальция, йода, стронция, фосфора, цинка, меди, кобальта и др.
По мнению некоторых исследователей [16], выделение одной таксонометрической единицы (провинции) на основе двух различных принципов неверно. Провинции должны выделяться по почьенно-климатическому признаку в пределах определенных биогеохимических зон.
Согласно В. В. Ковальскому [11, 12, 13], единицами биогеохимического районирования страны служат биогеохимические зоны и провинции. Вся территория СССР может быть разделена на четыре биогеохимические зоны (регионы биосферы):
1) таежно-лесная нечерноземная с кислыми почвами (недостаток кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, бора; оптимальное содержание марганца и цинка; относительный избыток стронция);
2) лесостепная и степная черноземная с нейтральными или слабощелочными почвами (достаточное количество йода, кобальта, меди, кальция, иногда недостаток марганца, калия, часто — фосфора);
3) сухостепная, полупустынная и пустынная с нейтральными и щелочными почвами (избыток натрия, кальция, хлоридов, сульфатов, часто бора, иногда молибдена, недостаток меди и марганца);
4) горная (недостаток йода, кобальта, меди, наличие очагов с избытком разнообразных химических элементов).
