1.1.3.Атмосфера
По химическому составу атмосфера на 99, 99% представлена четырьмя компонентами (в абсолютно сухом воздухе)[1]:
азот N2 – 75,51%;
кислород О2 – 23,15 %;
аргон Ar – 1,28%;
углекислый газ СО2- 0,046%.
Кроме перечисленных основных компонентов в состав атмосферы входят микрокомпоненты, представленные инертными газами (гелий Не, неон Ne, криптон Kr, ксенон Xe) и водородом (Н2).Содержание микрокомпонентов в атмосферном воздухе находится в пределах от 0,310-5% (водород) до 12510-5% (гелий) [2].
Кроме постоянных микрокомпонентов в составе атмосферного воздуха обычно присутствуют в переменных количествах ксенокомпоненты, являющиеся временными примесями, поступление которых в атмосферу связано с вулканической деятельность, жизнедеятельностью животных и растений, а также деятельностью объектов промышленной и социальной структуры человеческого общества (оксиды азота NO и NO2, оксид углерода СО, метан СН4, диоксид серы SO2, сероводород H2S, фтор F2, хлор Cl2 и др.). Ксенокомпоненты в повышенных концентрациях оказывают отрицательное воздействие на живые организмы и рассматриваются как загрязнители атмосферного воздуха. К числу ксенокомпонентов относятся и пылевые частицы, мигрирующие в атмосфере на значительные расстояния.
Удерживаясь гравитационным полем Земли, атмосфера имеет зональное строение. Около 95% массы атмосферы приходится на ее внутренний слой – тропосферу, простирающийся на высоту до 17 км от земной поверхности. Выше тропосферы на высоте от 17 до 48 км располагается второй атмосферный слой – стратосфера. В стратосфере сконцентрировано основное количество атмосферного озона О3. Мощность озонового слоя при обычных условиях составляет 1,7- 4 мм. Несмотря на столь незначительное содержание, роль атмосферного озона в развитии живых организмов чрезвычайно велика. Для него характерна сильная абсорбция света с длиной волн 200-300 нм, т.е. губительных для организмов (разрушающих их клетки) ультрафиолетовых лучей. Задерживая около 99% поступающего от Солнца высокоэнергетического ультрафиолетового излучения, озоновый слой делает возможным существование биосферы.
1.1.4.Живое вещество
Живые организмы по определению В.И. Вернадского являются мощной геохимической силой на поверхности Земли 1. Особенно значительная роль растений и микроорганизмов.
Живое вещество биосферы в своем составе отражает особенности химического состава литосферы и гидросферы. Наиболее близко живое вещество по своему составу к гидросфере - преобладание в составе живого вещества кислорода (70 %) и водорода (10.5 %). Сравнительно мало в живом веществе распространенных в литосфере, но не характерных для гидросферы элементов кремния (0.15 %), железа (0.02%) и алюминия (0.02 %).
С другой стороны, живое вещество по содержанию ряда элементов резко отличается и от литосферы, и от гидросферы. К таким элементам относятся углерод С и азот N. Содержание углерода в литосфере 0.27 %, азота 0.002 % , а в живом веществе , соответственно, 18% и 0.3 % (степень концентрирования от 60 до 150 раз).
Кислород, водород и углерод растения усваивают из почвы и атмосферы (вода и углекислый газ). Значительную часть азота растения также получают за счет азотфиксирующих бактерий. Остальные химические элементы растения получают из почвы.
В результате химический состав минеральной (зольной) части растений зависит от химического состава почв, но не повторяет его. Благодаря сложившемуся типу обмена веществ растения избирательно поглощают из почвы необходимые элементы, в количествах соответствующих их физиологическим и биохимическим потребностям.
Накопление химических элементов в живом веществе характеризуется коэффициентом биофильности (Кбф)- отношением кларка элемента в живом веществе (в зольной части растений) к его кларку в литосфере (рисунок 1.4). Следует отметить накопление в живом веществе таких элементов, как фосфор Р, сера S, марганец Mn, а также “тяжелых” элементов - медь Cu, молибден Mo, цинк Zn и др. , кларки которых в живом веществе в несколько раз выше, чем в литосфере. Вместе с тем следует отменить избирательность растений в поглощении и накоплении таких токсичных для живых организмов химических элементов как ртуть (Кбф= 0,01), мышьяк (Кбф= 0,17), кадмий (Кбф= 0,077), фтор (Кбф= 0,015).
Рисунок 1.4. Коэффициенты биофильности химических элементов.