Биокосные системы Земли
Живые организмы и неорганическая (косная) материя на Земле тесно связаны между собой и образуют в совокупности различные сложные природные системы, которые В. И. Вернадский назвал биокосными. В книге биокосные системы рассмотрены с позиций геохимии.
Характеризуя почвы, подземные воды, биосферу и другие биокосные системы, автор рассказывает не только о том, как перемещаются атомы в этих системах, но и как происходит при этом превращение энергии, изменение информации. В последнее десятилетие изучение биокосных систем приобрело особенно большое значение в связи с проблемой охраны природы и загрязнения окружающей среды. Этим вопросам также уделено внимание.
Почва — особое природное тело 1
Почвоведение в XX в. 2
Почва как биокосная система 5
Илы — подводные почвы 9
Кора выветривания 11
Водоносные горизонты 17
Поверхностные воды 20
Общие черты биокосных систем 28
А. И. Перельман
Биокосные системы Земли
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
доктор геолого-минералогических наук А. В. Щербаков
От автора
Биокосные естественные тела характерны для биосферы. Это закономерные структуры, состоящие из косных и живых тел (напр., почвы), причем все их физико-химические свойства требуют — иногда чрезвычайно больших — поправок, если при их исследовании не учтено проявление находящегося в них живого вещества.
Стремительно развивается естествознание в нашу эпоху. И то, что еще недавно казалось новым, значительным и важным, порой воспринимается уже как вчерашний день науки, достояние истории. Но наряду с быстрым «старением» знания наблюдается порой и обратное явление — возрастание роли представлений, идей, высказанных еще в прошлом столетии. К их числу мы относим понятие о биокосных системах Земли, становление которого связано с именем В. В. Докучаева. Миновало столетие с тех пор, как увидели свет первые труды ученого, науки о Земле изменились неузнаваемо, но роль докучаевских открытий не уменьшилась, а, наоборот, сильно увеличилась, и его идеи заняли почетное место во многих науках.
Значение научного подвига Докучаева легче выразить в терминах нашей эпохи, когда существуют общая теория систем и кибернетика, эти ровесники революции, происходящей в естествознании и технике.
Современники связывали с именем В. В. Докучаева в первую очередь создание нового понятия о почве, заложившего основы почвоведения. Почва оказалась первым типом особого класса природных систем земной коры, которые ученик Докучаева В. И. Вернадский позднее назвал биокосными. Биокосные системы играют огромную роль в механизме природы и жизни человечества, для них характерно взаимопроникновение и тесная связь между живой и неживой (косной) материей.
В. И. Вернадский увидел на нашей планете множество биокосных систем. Ученый подробно охарактеризовал самую крупную из них — биосферу, которая сейчас привлекает большое внимание.
К биокосным системам относятся и многие другие образования земной коры. Так, уже в начале XX в. была установлена биокосная природа коры выветривания, илов. Автор книги обосновал понятие о водоносном горизонте как биокосной системе. К более высокому уровню организации относятся артезианские бассейны подземных вод, моря и океаны. Характерно, что все эти системы изучаются разными науками, порой достаточно далеко отстоящими друг от друга в официальной классификации знания. Так, почвоведение относят к наукам биологическим и сельскохозяйственным, учение о ландшафтах и океанологию — к наукам географическим, изучением подземных вод занимается гидрогеология, илов — литология. Что же касается учения о биосфере, то оно пока еще официально «не приписано» ни к какой науке.
«Ведомственная разобщенность» наук, изучающих биокосные системы, не мешает этим системам обладать многими общими свойствами. Это и позволяет рассматривать биокосные системы в целом с единых позиций. Такая методология разработана геохимией. Она заключается в анализе биокосных систем на атомарном уровне, в изучении свойственной им миграции химических элементов.
В работе над книгой автора поддерживало убеждение, что ознакомить широкие круги читателей с биокосными системами необходимо. Особенно теперь, когда остро стоит проблема «Человек и окружающая среда». Сложности задачи был противопоставлен тот принцип в работе, который всегда выручает ученых и о котором говорил И. П. Павлов, — последовательность. Автор старался рассказать о каждой биокосной системе в отдельности, а потом уже установить и общие черты этих систем. И конечно, надо было начинать с того, как Докучаев открыл почву.
Почва — особое природное тело
Термин «почва» существовал на многих языках до работ Докучаева. Однако под ним подразумевались разные понятия — рыхлые продукты разрушения горных пород (в геологии), пахотный слой (в агрономии), любая поверхность суши вплоть до городской мостовой (в санитарии) и т. п. Этот старый и достаточно неопределенный термин В. В. Докучаев использовал для наименования открытого им особого природного тела. Было это в 70-х годах прошлого века.
Окончив в 1871 г. естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета, Докучаев стал сотрудником вновь учрежденной кафедры геологии.
Профессора Петербургского университета Д. И. Менделеев, А. Н. Бекетов, А. В. Советов, А. М. Бутлеров, А. А. Иностранцев и др. уделяли много внимания сельскому хозяйству, принимали участие в деятельности Вольного экономического общества (ВЭО). В 1877 г. общество обратилось к Докучаеву с предложением изучить черноземную полосу Европейской России. В. В. Докучаев был одним из немногих геологов, изучавших молодые (четвертичные) ледниковые, речные и прочие поверхностные отложения Русской равнины. С геологических позиций почвы в то время относились именно к этим образованиям, и не удивительно, что выбор ВЭО пал на Докучаева.
За 6 лет (1877-1882) Докучаев обследовал огромные пространства юга России, от Бессарабии до предгорий Урала и от долины Оки до побережья Черного моря и Северного Кавказа. К изучению чернозема он подходил не с каких-либо конкретных практических позиций (например, агрономических), а как натуралист-геолог, т. е. изучал червовом как особое природное явление. Докучаева интересовали состав и свойства этой почвы, ее зависимость от рельефа, климата, растительности, подстилающих пород.
Источник
Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Биокосное тело
Биокосное вещество — биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).[ . ]
Биокосное тело — природное тело, сформировавшееся в результате взаимодействия живой и неживой природы, например почва.[ . ]
Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение большего или меньшего геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путем микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.[ . ]
Почва (по В. И. Вернадскому) — биокосное тело природы, занимающее промежуточное положение между биологическими организмами и косными телами (горные породы, минералы). Является гигантской экологической системой, активно участвует в круговороте веществ и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы. Важнейшее свойство почвы — плодородие (способность обеспечить рост и размножение растений) нарушается в результате антропогенной деятельности: выпас скота, вспахивание, выращивание монокультур, уплотнение, нарушение гидрологического режима (уровня грунтовых вод), загрязнение. В связи с тем, что почва — это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязненных веществ в гидросферу, атмосферу, в продукты питания (через растения и животных). Строительство дороги в результате указанных выше причин приводит к снижению плодородия почв.[ . ]
По В. И. Вернадскому, почва является биокосным телом природы, занимая промежуточное положение между живыми (биологическими) организмами и косными телами (горные породы, минералы).[ . ]
Значительная часть биосферы состоит из биокосных тел. Такими являются все скопления живых организмов: леса, поля, планктон, бентос, почвы и морские илы, все земные воды, кроме некоторых рассолов, но даже и в них, как например, в Мертвом море, микробная жизнь существует. Организованные биокосные тела занимают значительную часть по весу и по объему биосферы. Их остатки, после гибели организмов, их составляющих, образуют биогенные породы, которые образуют огромную часть стратисферы.[ . ]
Почва, по определению В.И.Вернадского, — биокосное тело, в котором биологическая и косная системы составляют диалектическое единство, взаимозависимое и взаимообусловленное. Почва — растения и растения — животные — взаимозависимые части агроэкосистемы. Создание ее оптимальной структуры — задача сложная, решение которой возможно на основе взаимозависимой сбалансированности указанных структурных частей формируемого агроценоза.[ . ]
Кора выветривания, ныне активная — определенное биокосное тело — иногда, в отдельных геохорах, может быть прослежена на сотни метров вглубь, особенно в поясах тропическом и подтропическом во влажном климате. К полюсам, в областях, покрытых снегом и льдами, и в областях вечной мерзлоты, занимающих, как известно, огромные участки суши, обычные химические и биохимические процессы ослаблены. Но здесь мы должны считаться, с химической и действенно энергетической точки зрения, со своеобразным положением угольной кислоты, находящейся в области своей концентрации и одновременно в области своей критической температуры. Допустим переход ее в жидкое состояние; явление это, которое должно производить значительные геологические эффекты, совершенно оставлено без внимания, но реально оно должно быть.[ . ]
Но, кроме того, мы встречаем на каждом шагу мелкие биокосные тела разнообразнейшей формы, которые в общем балансе биосферы играют видную незаменимую роль.[ . ]
Не только воды, как было указано, но и другие жидкие минералы, как, например, нефти, являются биокосными телами. Только природные, обычно слабые растворы кислот, например, серной кислоты или соляной, лишены жизни 7Й.[ . ]
Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку — педосферу. Согласно В. И. Вернадскому, почва — это биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных (неорганических) тел — минералов, воды, воздуха, органических остатков.[ . ]
Таковы, например; воды, собирающиеся в дуплах или листьях, тончайшие биоценозы бактерий и воды, рассеянные в виде пленок и тонких корок, разрушающие в конце концов скалы. Такими же биокосными телами являются бесчисленные, взятые в отдельности ничтожные, но взятые в совокупности мощные геологические активные силы структуры коры выветривания (§ 51; подробнее о биосфере, см. ч. II).[ . ]
Почва является трехфазной средой, содержащей твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты. В результате перемещения и превращения веществ почва обычно расчленяется на отдельные слои, или горизонты. Соотношение и протяженность горизонтов по глубине зависит от типа почвы, но самый верхний горизонт, содержащий продукты перегнивания органических веществ, является самым плодородным. Он называется гумусовым или перегнойным, имеет зернистокомковатую или слоистую структуру. Гумус представляет собой растительные и животные остатки, разложившиеся под действием микроорганизмов, разрушающие крахмал, целлюлозу, белковые соединения.[ . ]
В процессе фильтрации через почву вода выпавших на поверхность осадков очищается. Но если почва загрязнена токсическими веществами, они могут вместе с фильтрующейся водой попасть в подземные воды, и затем — в родники, реки и т.д. Вода, как биокосное, тело формируется живыми организмами.[ . ]
Тесная взаимосвязь всех составных частей природы на поверхности суши получила свое выражение в почве — особом природном образовании, состоящем из неразрывно связанных живых и неживых компонентов. Это уникальное, по выражению В. И. Вернадского, «биокосное тело» тонко реагирует на изменение природных условий, что выражается в закономерном изменении его свойств и признаков. Пользуясь научной терминологией конца XX в., можно сказать, что почва является наиболее ярким примером открытых макросистем биосферы, а почвоведение — первой наукой, которая начала систематическое изучение динамики стационарного состояния этих систем и сложного взаимодействия обратных связей в биосфере. Базируясь на принципах генетического почвоведения, можно прогнозировать свойства почвы, изучив составные части окружающей природный среды. И наоборот, на основании определения свойств почвы возможно дать характеристику природных условий. Столь высокая географическая информативность почвы обусловливает ее особо важное значение при географических исследованиях разного масштаба.[ . ]
Почвенные ресурсы. Почвы — одно из главных богатств. Основным свойством, определяющим их значимость и ценность, является способность производить урожай, т. е. плодородие. Академик В. Р. Вильямс определял почву как рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Почва является биокосным телом, образованным совместно климатическими факторами и живыми организмами в результате сложных и медленных почвообразовательных процессов.[ . ]
Почва — продукт физического, химического и биологического преобразования (выветривания) горных пород, является трехфазной средой, содержащей твердые; жидкие и газообразные компоненты. Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты.[ . ]
Литосфера — это «каменная оболочка Земли, верхняя часть земной коры. Рассматривая литосферу как часть биосферы, обычно в первую очередь имеют в виду ее поверхностную часть, измельченную в процессе физического, химического и биологического выветривания и содержащую помимо минерального также и органическое вещество. Эта часть литосферы представляет собой сложное биокосное тело, обладающее особыми свойствами и функциями и называемое почвой. Поэтому нередко вместо термина «литосфера» употребляется понятие педосфера (эдафосфера), означающее почвенную оболочку земной коры1.[ . ]
Установленная окончательно как особое геологическое явление Ж. Ж- Эбель-маном (1814 — 1854) в сороковых-пятидесятых годах прошлого столетия [6], кора выветривания только в последние годы начинает входить в геологическую мысль, когда встретились с ее проявлениями в прошлых геологических периодах и обратили на это внимание. К сожалению, часто забывают, что кора выветривания в химических процессах теснейшим образом связана с живым веществом, была биокосным телом, когда она создавалась и находилась в соприкосновении с тропосферой или когда она вновь, в геологической истории, приближается к земной поверхности. К сожалению, эта область химической геологии запущена.[ . ]
Наиболее важная роль в этих мифационных циклах принадлежит живым организмам, «живому веществу», как назвал суммарное количество всех живых организмов В. И. Вернадский. Живое вещество в неодинаковой мере поглощает разные химические элементы, определенным образом их сортирует и перераспределяет. Этот процесс наиболее активно протекает в почве, так как животные и растительные организмы насыщают ее, являются ее составной частью. Подчеркивая уникальность почвы, состоящей как из неживых, так и живых компонентов, В. И. Вернадский назвал почву биокосным телом.[ . ]
Наряду с атмосферой изменились гидросфера и литосфера. Изменение гидросферы тесно связано с эволюцией атмосферы, так как водный баланс водоемов зависит от режима осадков и испарения. Стала иной и литосфера. Она подверглась мощному физическому выветриванию. На литосферу оказывали влияние организмы, продукты их обмена и распада. В результате сложных процессов, протекающих в литосфере, сформировалась поверхность материков, образовались осадочные породы, почвы. Эволюция биосферы сопровождалась образованием биогенных веществ (каменного угля, горючих газов, торфа и т. д.), биокосных тел, возникших в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Типичным биокосным телом является почва — основной объект сельскохозяйственного производства.[ . ]
Для живого вещества химически и физически связанная вода, явно не теряющая своих свойств, в каждом организме ярко проявляется как таковая. В живых организмах количество ее, за исключением инертных семян и спор, колеблется между 60 и 99,7% по весу. Эта связь организма с водой не может не учитываться. Правильно выразил это явление крупный французский биолог Р. Дюбуа (1860) в словах, что живой организм есть «aeu animée ». Можно теперь сказать, мне кажется, что справедлива поговорка старых натуралистов, например, того же Ламарка (§ 40), что «где вода, там и жизнь». Вода быстро химическими процессами, в ней происходящими, вновь сплачивает расколотые твердые части нижних геосфер. По-видимому, предел жизни в биосфере, в ее глубинах кладет высокая температура (§ 59) и переход воды в горячие пары. Вероятно, подземные воды, когда они будут изучаться более точно, окажутся биокосными телами, проникнутыми живым веществом. Это представление сейчас еще не вошло в сознание натур ал истов и может быть сейчас принимаемо как вероятная научная гипотеза, требующая проверки [II]39.[ . ]
Источник