1.3. Химические элементы в организмах
Необходимые организмам элементы называют биогенными. Их делят на макро- и микроэлементы.
Макроэлементы участвуют в строении клеток. Главными элементами являются O, C, H, N и P, поскольку O, C и H образуют глюкозу (С6Н12О6) – начальный продукт синтеза органического вещества клетки, а N и P входят в состав важнейших биополимеров ДНК и РНК. Для микроорганизмов, например, характерно соотношение
C : N : P = 106 : 16 : 1.
Микроэлементы, так или иначе, обеспечивают процессы метаболизма и потому необходимы для существования организмов. Существенную роль играют S, Ca, Si, Mg, Na, K, Cl. Роль некоторых доказана – Cu, Mn, Fe, Zn, Mo, F, I, Se, функции некоторых неясна – Cr, Ni, V, Sn, As. Так, биохимические процессы, связанные с дыханием, обеспечивают ферменты, которые содержат медь, цинк, марганец. За фотосинтез отвечают марганец, железо и медь. Работа щитовидной железы человека невозможна без йода.
Важно подчеркнуть, что биоте доступны лишь определенные химические соединения элементов. Так, растения в процессе синтеза органического вещества используют двуокись углерода, воду и растворимые соединения фосфора, азота и других элементов.
2. Геологический кругооборот углерода. Накопление углерода в осадочных породах и процессы рифтогенеза. Геологический кругооборот углерода
За время существования планеты круговорот углерода менялся. Пузырьки газа в древнейших кварцитах – это следы первичной атмосферы, в которой содержание СО2 достигало 60%. Дегазация мантии приводит к насыщению атмосферы парами воды (до 80% объема) и снижению концентрации СО2. После охлаждения земной поверхности, которое привело к формированию гидросферы, содержание пара уменьшается, а доля СО2 первоначально увеличивается. Позднее она вновь уменьшается, так как СО2 растворяется в воде. В последующие геологические эпохи кругооборот углерода в системе: атмосфера – океан – земная кора, контролируют три цикла: (рис. 12):
А – осадочный, который охватывает выветривание осадочных пород, образование новых осадков и их преобразование в новые осадочные породы;
В – метаморфический, который включает преобразование магматических и осадочных пород, их последующее выветривание и преобразование в новые осадочные породы;
С – магматический, который связан с процессом субдукции океанической коры и появлением новых изверженных пород.
Рис. 3. Упрощенная схема геологического цикла углерода [5]
Миграция компонентов: твердых – сплошные, летучих – пунктирные линии.
Основные циклы: А – выветривание; В – метаморфизм; С - субдукция
В истории Земли соотношение осадочных, метаморфических и изверженных пород, вероятно, менялось. На раннем этапе преобладали изверженные породы. Начиная с архея, возрастала доля осадочных пород, разрушавшихся при выветривании, т. е. цикл А постепенно становится основным.
Сток СО2 из атмосферы и гидросферы связан с образованием карбонатов (известняк, мел, доломит) в мелких водоемах, а также захоронением Сорг. Решающую роль играло накопление карбонатов (Скарб). Оно примерно в 7 раз превышало накопление Сорг.