«Биогеохимия»

часть геохимии (См. Геохимия),изучающая геохимические процессы, происходящие в биосфере (См. Биосфера) при участии организмов. Миграция химических элементов на Земле не может быть понята без учёта влияния организмов. Отражение биогеохимических процессов находит место на геологических картах. Впервые задачи Б. были сформулированы в СССР академиком В. И. Вернадским и разрабатывались в специально созданной биогеохимической лаборатории (ныне институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР). Проблемы Б. широко изучаются в СССР и за рубежом.

Б. рассматривает не отдельные особи или виды организмов, а всю их совокупность, т. н. живое вещество, выраженное в массе, химическом составе и энергии, которую оно привносит в биогеохимические процессы. Живое вещество неравномерно распределяется по поверхности Земли. Известны области его скопления, или сгущения, например планктона в океанах и морях, лесов на суше, гумуса, торфяника в почвах; плотность населения неравномерна и в значительной степени зависит от почвенно-климатических зон. Растительные организмы составляют главную массу живого вещества (около 1% падающей солнечной энергии поглощается растениями, что эквивалентно 3×10¹⁴ кгуглерода: это примерно соответствует массе живого вещества на земном шаре; см. Фотосинтез). Одна масса живого вещества не даёт правильного представления об интенсивности участия его в биогеохимических процессах. Огромное значение имеет скорость размножения организмов, т. е. общая продукция органического вещества, образуемая за определённое время. Особенно это относится к низшим организмам — бактериям, грибкам, водорослям и др., обладающим высокой скоростью размножения. В состав живого вещества входят все известные химические элементы и их изотопы. Но основную массу любого организма составляет ограниченное число известных химических элементов (см. табл.), которые в условиях биосферы образуют легкоподвижные и легкорастворимые соединения, например газы CO₂ или NH₃, H₂O, ионы Н⁺, OH^-, NO₃^-, ⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, а также тяжёлые металлы, образующие высокоокисленные комплексные ионы.

Химические элементы, не образующие, подобно, например, Ti, Zr, Th, в биосфере растворимых и легкоподвижных соединений, несмотря на их заметное количество в породах земной коры, в организмах содержатся лишь в очень малых количествах. Организмы не повторяют полностью химические состава среды, а активно выбирают те или иные соединения. Нередко тот или иной вид организмов накапливает определённый химический элемент, т. е. химический состав организмов является характерным признаком для определённого вида. Т. о., организмы выполняют геохимическую функцию, участвуя в биогенной миграции (См. Биогенная миграция) того или иного химического элемента. Например, кальций издавна использовался организмами для образования скелета в виде CaCO₃. Эта очень древняя геохимическая функция была характерна для многих низших организмов. Позже, наряду со скелетом из CaCO₃, появились организмы со скелетом из фосфата кальция (в первую очередь среди брахиопод), который утвердился и у всех высших организмов. У многих древних низших организмов (включительно до морских губок) встречается также скелет из кремнекислоты. Это указывает на направление эволюции организмов.

Участие живого вещества в биогеохимических процессах проявляется прямо либо косвенно. Так, после гибели организмов живое вещество непосредственно участвует в образовании диатомита, известняков, углей, нефтей и др. Зелёные растения в результате фотосинтетической деятельности создают всю массу кислорода современной атмосферы Земли. Морские водоросли концентрируют значительные количества иода; после их гибели в морских илах происходят захоронение и процесс превращения органического детрита в вещество нефтей. В результате выпрессовывания из захороненных илов жидкой нефти в пористые породы (пески и другие коллекторы) выдавливаются иловые воды, содержащие большое количество иода.

Среднее содержание некоторых химических элементов в земной коре, почвах и организмах (% по массе, данные на 1968)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Химические    | Земная кора          | Почвенный      | Организмы      |

| элементы       | (осадочные породы)      | покров     | (растения)       |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| В    | 1×10^-2    | 1×10^-3      | 1×10^-4      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| С    | 1,0         | 2,0   | 18,0         |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| N    | 6×10^-2    | 1×10^-1      | 3×10^-1      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| O           | 52,8       | 49,0         | 70    |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| F    | 5×10^-2    | 2×10^-2      | 1×10^-5      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Na  | 0,66       | 0,63         | 2×10^-2      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Mg         | 1,34       | 0,63         | 7×10-²      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Al   | 10,45     | 7,1   | 2×10^-2      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Si   | 23,8       | 33,0         | 1,5×10^-1    |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| P    | 7×10^-2    | 8×10^-2      | 7×10^-2      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| S    | 3×10^-1    | 8×10^-2      | 5×10^-2      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Cl   | 1,6×10^-2         | 1×10^-2      | 10^-2          |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| К    | 2,28       | 1,36         | 3×10^-1      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Ca  | 2,53       | 1,37         | 3×10^-1      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Ti   | 0,45       | 4,6×10^-1          | 1×10^-4      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Mn         | 6,7×10^-2         | 8×10^-2      | 1×10^-3      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Fe          | 3,3         | 3,8   | 2×10^-2      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Cu  | 5,7×10^-3         | 2×10^-3      | 2×10^-4      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Sr   | 4,5×10^-2         | 3×10^-2      | 10^-4          |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Zr   | 2×10^-2    | 3×10^-2      | 10^-4          |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| I     | 1×10^-4    | 5×10^-4      | 1×10^-5      |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Ba  | 8×10^-2    | 5×10^-2      | 10^-4          |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| U    | 3×10^-4    | 5×10^-5      | 5×10^-7      |

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ещё более разнообразно косвенное влияние организмов и продуктов их жизнедеятельности на геохимические процессы. Микроорганизмы участвуют, например, в окислении соединений железа, марганца и других элементов, что ведёт к выпадению их из природных растворов и отложению в осадках. Микроорганизмы восстанавливают сульфаты, образуя биогенные месторождения серы и т.д. Под влиянием живого вещества изменяются во времени геохимические процессы. Так, когда на Земле ещё не было биосферы, уран, германий и ванадий концентрировались в осадочных железных рудах, а с её появлением уран, ванадий и германий накапливаются и в некоторых ископаемых углях и битумах.

Исключительную роль живое вещество наряду с H₂O и CO₂ играет в процессах выветривания и образования осадочных пород (биогенных осадков в морях и океанах). Представляет интерес участие организмов в процессах разделения близких по свойствам пар химических элементов, например Si/Ge, Fe/Mn, K/Na, Ca/Sr и т.д. В свою очередь среда обитания отражается на составе организмов. В пределах т. н. биогеохимических провинций (См. Биогеохимические провинции) возникают формы организмов, накапливающие иногда значительные количества химического элемента, т. е. имеет место интенсивная биогенная миграция. Известно также, что организмы участвуют в нарушении изотопного состава ряда лёгких химических элементов (углерода, кислорода, серы). Как правило, в биогенных процессах организмами поглощаются преимущественно более лёгкие изотопы.

Огромную биогеохимическую роль выполняет в результате своей геологической. деятельности человек. Ежегодно из недр Земли извлекается до нескольких десятков тгорной породы на душу населения. Человек влияет на химический и изотопный состав атмосферы, биосферы и земной коры, и это влияние с каждым столетием непрерывно растет.

Лит.: Вернадский В. И., Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М., 1965; Виноградов А. П., Химический элементарный состав организмов моря, «Труды Биогеохимической лаборатории АН СССР», 1935-44, т. 3, 4, 6.

А. П. Виноградов.

БИОГЕОХИМИЯ - раздел геохимии; изучает химический состав живого вещества и геохимические процессы, протекающие в биосфере Земли при участии живых организмов; включает также органическую геохимию.

biogeochemistry

раздел естествознания, изучающий роль живых организмов в геохимических процессах, протекающих в биосфере, и роль геохимической среды в развитии жизни; достижения Б. используются для решения некоторых практических задач медицины и здравоохранения, например в области краевой патологии.

БИОГЕОХИМИЯ

наука, изучающая круговорот хим. элементов в биосфере Земли при участии живых организмов. Б. зародилась и развивалась под влиянием основополагающих трудов В. И. Вернадского, к-рый ввёл в науку представление о живом веществе и показал его роль в планетарных геохим. процессах. Осн. проблемы совр. Б.— построение количественных моделей геохим. циклов биогенных элементов, выяснение природы и установление закономерностей фракционирования изотопов живыми организмами, биогеохим. районирование поверхности Земли, выяснение роли живых организмов в образовании, эволюции и разрушении месторождений полезных ископаемых (углеводородов, самородной серы, фосфоритов, железных и марганцевых руд и т. д.), их биоиндикация и др. Важный аспект Б. — изучение влияния деятельности человека на биогеохим. циклы, прогноз развития биосферы.

биогеохи́мия

раздел геохимии; изучает химический состав живого вещества и геохимические процессы, протекающие в биосфере Земли при участии живых организмов; включает также органическую геохимию.

* * *

БИОГЕОХИ́МИЯ, раздел геохимии(см. ГЕОХИМИЯ); изучает химический состав живого вещества и геохимические процессы, протекающие в биосфере(см. БИОСФЕРА) Земли при участии живых организмов; включает также органическую геохимию(см. ОРГАНИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ).

междисциплинарная наука, исследующая химический состав живых организмов, их роль в геохимических процессах (образование минералов и полезных ископаемых, разрушение горных пород, круговорот и миграция веществ и т. д.), протекающих в биосфере Земли.

— раздел геохимии, рассматривающий роль организмов в геохим. процессах миграции, распределения, рассеяния и концентрации хим. элементов в оболочках биосферы, в организмах и живом веществе. Б. — обл. знаний, имеющая свои сложные теоретические и практические задачи и свои особые методы исследования. Б. можно рассматривать как исторически сложившуюся и развивающуюся систему знаний о роли организмов (живого вещества) в миграции атомов в биосфере Земли в связи с эволюцией биосферы и жизни на Земле. Основные положения Б. сформулированы и разработаны Вернадским и изложены в его классических работах. Они развиты его учениками и последователями — Виноградовым, Самойловым, Ковальским, Кузнецовым, Манской, Малюгой и др. Идея единства геохим. среды и жизни, развиваемая Б., дает новое понимание роли жизни в структуре мира и связи ее с планетной химией. Познание сложных биогеохим. явлений возможно путем сочетания геохим. методов исследования с биологическими (часто биохим.), что позволяет охватить жизнь и ее геохим. среду в их единстве, как природное целостное явление. Поэтому можно считать, что Б. располагает своим особым биогеохим. методом исследования.

В задачи Б. входит изучение многих проблем: 1. Основным является учение о биосфере — сложной оболочке Земли, заселенной организмами. В ней совершается обмен веществ между всей массой организмов — живым веществом и материей планеты. Понимание этих явлений основывается на количественных закономерностях. 2. Разработка учения о живом веществе привела Вернадского к открытию количественных закономерностей биосферы. Они определяются количественными характеристиками живого вещества: массой, элементарным хим. сост. и геохим. энергией. Вернадский ввел биогеохим. константы — предельно наибольшее расстояние, по которому может распространяться жизнь (оно равно земному экватору — 40075721 м), и стационарное число однородного живого вещества (N_max), равное числу особей вида при заполнении им земной поверхности (5,10064
• 10⁸ км²). Константы используются для расчета геохим. энергии живого вещества в биосфере. По расчетам Вернадского,

,

где Δ — показатель прогрессии размножения вида, а 13963,3 — величина, полученная при делении стационарного числа на 365. Геохим. энергия живого вещества зависит также от интенсивности в организмах биохим. процессов обмена веществ. 3. Геохимия орг. вещества изучает изменения остатков живой материи после смерти растительных и животных организмов и определяет стадии геохим. превращения орг. веществ растительного и животного происхождения и механизмы сорбции этими продуктами редких элементов, напр. Ge, V, U — орг. компонентами углей, битумов. 4. Проблема биогенной миграции хим. элементов в биосфере, занимающая центр, место в Б., связана со всеми разрабатываемыми ею направлениями. Геол. масштабы биогенной миграции определяются степенью концентрации хим. элементов организмами, массой живого вещества и его геохим. энергией. Жизнь (живое вещество) — одна из могущественнейших геохим. сил нашей планеты, а вызываемая ею миграция атомов представляет собой важнейшую форму организованности биосферы. Важной задачей является изучение механизмов биогенной концентрации хим. элементов организмами и форм их соединений. 5. Б. изучает роль организмов в образовании биогенных м-лов и г. п. — биолитов (известняки, диатомиты, биогенная S, биогенные руды Fe и Mn), в частности каустобиолитов (торфы, каменные угли и пр.). Большой интерес представляет биогенная концентрация хим. элементов. Напр., йода в некоторых водорослях в 1000 раз больше, чем в морской воде; после отмирания такие водоросли служат источником I в минерализованных иловых водах. 6. Представление о единстве жизни и геохим. среды основывается на изучении хим. свойств геохим. сред жизни и влияния их на живые организмы. Основные геохим. среды жизни — почва, вода и тропосфера (нижняя часть атмосферы) — формируются под влиянием живых организмов и частично абиогенных процессов, поэтому они составляют разл. виды биокосного вещества. Важнейшими задачами биогеохим. изучения геохим. сред жизни является определение их генезиса, элементарного хим. сост. и содер. в них форм соединений хим. элементов. 7. Вопросы геохим. экологии организмов составляют важное направление Б., рассматривающее влияние геохим. факторов — хим. элементов и их соединений, содер. в геохим. средах жизни,— на организмы, их хим. и морфологическую изменчивость, приспособляемость к геохим. среде, а также геохим. причины эндемических болезней растении, животных и человека. 8. Биогеохим. районирование, основанное на изменчивости биогеохим. пищевых цепей (см. Провинции и зоны биогеохимические), позволяет классифицировать основные биогеохим. зоны и провинции и дать их биогеохим. характеристику. Практическими аспектами этого раздела Б. являются: разработка мероприятий по увеличению урожайности растений и продуктивности животных путем подкормки солями микроэлементов; открытие эндемических болезней растений, животных и человека и разработка способов их предупреждения. 9. Важным прикладным разделом Б. является биогеохимический метод поисков руд, основанный на биогеохим. исследованиях почв и растений над рудными телами. 10. Теоретические задачи ставятся перед палеобиогеохимией: реконструкция биосферы Земли и биохим. зон и провинций, существовавших в разл. геол. время. В. В. Ковальский.

биогеохи́мия ж.

biogeochemistry

* * *

biogeochemistry

ж.

biogeochimica f

наук.

біогеохі́мія, біогеохе́мія

наук.

біогеохі́мія, біогеохе́мія

раздел геохимии; изучает хим. состав живого в-ва и геохим. процессы, протекающие в биосфере Земли при участии живых организмов; включает также органич. геохимию.