Геохронологическая шкала

Эра и период	Начало периода, млн лет
четвертичный Кайнозой неоген палеоген	1.5 25 67
мел Мезозой юра ,, ,у триас	137 195 230
*■' '■• пермь карбон Палеозой девон силур ордовик кембрий	285 350 410 440 500 570
поздний Докембрий средний ранний	1750 2600 3800
Самые древние породы Образование Земли	3800 4600
Конденсация солнечной туманности	4600-4750

кие породы образуются в результате осаждения солей в высыхаю­щих замкнутых водоемах (гипс, соль), а биохимические - за счет де­ятельности и концентрации скелетов живых организмов биосферы, как, например, мел, известняк, торф, каменный уголь и др. Следует отметить, что продукты механического и химического разрушений горных пород не всегда остаются на месте первоначального их обра­зования, а преимущественно переносятся водой, ветром, ледниками на большие расстояния и откладываются в морях, океанах и озерах. Например, установлено, что река Желтая в Китае каждую весну сплавляет в море 29 млн м³ осадков в сутки! Если учесть количество

53

малых и больших рек на земном шаре, то нетрудно представить себе глобальные масштабы уноса в море поверхностного слоя суши за миллионы лет! Так, ученые подсчитали, что остров Великобритания понижается на 1 мм всего за 9 лет. Если поверхность острова будет разрушаться с такой же скоростью, то через миллион лет Великоб­ритания исчезнет с лица Земли, затонув в море.

Осадочные породы первоначально состояли исключительно из неорганических веществ - глины и песка. Именно таков был состав осадочного слоя в докембрийские периоды химической (неоргани­ческой) эволюции Земли продолжительностью 4 млрд лет. Возник­новение жизни существенно ускорило химическую эволюцию (орга­ническую) Земли. Продолжительность последующих периодов с мо­мента возникновения простейших примитивных организмов до ны­нешней высокоорганизованной жизни составила всего около 570 млн лет. Так, в исторической последовательности, этап за этапом, на дне морей возникли осадки толщиной в сотни и тысячи метров. В резуль­тате осадкообразования и происходивших тектонических процессов земная поверхность изменялась настолько, что исчезали моря и ока­меневшие остатки растений и животных оказывались на суше. По­явилась возможность по этим окаменелостям восстановить картины эволюции жизни на Земле, установить климатические условия био­сферы в простые геологические эпохи и составить историческую гео­графическую карту материалов и океанов.

2.2. Основы биогеохимии

Биогеохимия - раздел геохимии, изучающий химический состав живого вещества и геохимические процессы, протекающие в биос­фере при участии живых организмов.

Основные химические элементы (биогенные), входящие в состав высушенных растений, это кислород (=44% масс.),углерод (=50% масс), водород (=6% масс), в малых количествах азот, сера, хлор, кальций, калий, натрий и так называемые микроэлементы (Al, Fe, Си, Mn, Zn, Mo, Co и др.), необходимые для обеспечения их нормаль­ной жизнедеятельности. Содержание влаги составляет в среднем около 90% масс, в зеленой массе и = 60% масс, в древесине.

Живые организмы отличаются от неживых объектов обменом веществ, способных к размножению, росту, развитию, активной ре-

54

гулянии своего состава и функций, приспособляемостью к среде су­ществования, наследственностью, естественным отбором и т.п.

Изучением флоры различных геологических периодов установ­лено, что живые организмы впервые появились в морях докембрия. Это были простейшие организмы - бактерии, одноклеточные водо­росли, называемые планктоном, пассивно переносимые волнами и течениями.

На протяжении кембрия и ордовика биологическая эволюция происходила в пределах гидросферы: появились сине-зеленые, за­тем бурые водоросли, достигающие громадных размеров, прикреп­ляющиеся ко дну бассейна. Эволюция наземной растительности на­чалась в силуре: появились сосудистые (мхи) и споровые растения, приспособленные извлекать воду с питательными веществами из почвы. В девоне возникли древние папоротники. В карбоновый пе­риод наземная растительность достигла более высокого уровня эво­люционного развития как в количественном отношении, так и по своему разнообразию. Данный период характеризуется исключи­тельно пышным развитием флоры, которое происходило в теплых влажных районах, соответствующих тропическому климату.

Групповой химический состав растений. Все живые организмы состоят в основном из следующих четырех классов органических веществ: углеводов, липидов, белков и лигнина.

Углеводы - это обширный класс органических соединений с эм­пирической формулой C„(H₂0)_m, образование которых связано с про­цессом фотосинтеза. Углеводы в растениях находятся в виде моно­сахаридов (глюкоза - С₆Н,₂0₆), олигосахаридов (крахмал) и полиса­харидов (целлюлоза - С₆Н₁₀О₅)_п, где п > 10 000. Целлюлоза - основ­ной строительный материал растительных тканей, выполняет в рас­тениях опорные функции и придает им механическую прочность. По распространенности органических веществ на земном шаре она занимает первое место.

Липиды - органические вещества, предназначенные для созда­ния энергетического резерва. К ним относятся жиры, воски, смолы.

Жиры - сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот с нормальной цепью и четным числом атомов углерода от С₁₆до С₂₂ •

Воски - смесь сложных эфиров высших монокарбоновых кислот с 23 - 24 атомами углерода и высших одноатомных спиртов нормаль­ного строения с четным числом углеродных атомов в молекуле от 24

55

до 34. Они покрывают тончайшим слоем стебли, листья и оболочки спор растений, предохраняя их от внешних воздействий. •'

Смолы - смесь циклических и ациклических терпенов и их кис­лородных производных - спиртов, альдегидов, кислот и эфиров. Они выполняют защитную функцию в растениях и находятся в них в виде растворов в эфирных маслах, называемых бальзамами. Растения при повреждении обильно выделяют смоляные экстракты, быстро густе­ющие на воздухе в результате испарения эфирных масел.

Белки - природные высокомолекулярные соединения, являю­щиеся структурной основой всех живых организмов. К ним отно­сятся ферменты - катализаторы многочисленных реакций в жи­вых организмах, дыхательные пигменты, многие гормоны. Число встречающихся в природе белков крайне велико, их частью явля­ются а-аминокислоты H₂N - CH(R) - СООН, где R - углеводород­ный радикал алифатического или ароматического ряда, либо ге­тероциклический радикал, содержащий серу и азот. Различие в химическом строении белков обусловлено количеством и поряд­ком чередования аминокислот в молекуле. Белковые молекуляр­ные цепочки располагаются в пространстве в виде спирали или волокон. Главная особенность белков - способность самопроиз­вольно формировать пространственную структуру, свойственную только данному виду растения, т.е. они обладают «памятью»: мак­ромолекулы белков могут «записать», «запомнить» и передать «наследству» информацию. В этом состоит химический механизм самовоспроизведения.

Лигнин - это полимер ароматической природы, является по рас­пространенности вторым после целлюлозы. Он построен из кисло­родных производных фенилпропана, содержит гидроксильные (спир­товые и фенольные) и карбонильные группы. Лигнин играет роль цементирующего вещества, склеивающего пучки целлюлозных во­локон для придания устойчивости стеблям и стволам. Образование лигнина характерно только для сосудистых растений.

Кроме перечисленных выше органических веществ в растениях, особенно в высших, содержатся в малых количествах хиноны - био­логически активные вещества (лекарства), каратиноиды - красите­ли, хлорофиллы - ответственные за фотосинтез и порфирины - фер­менты (комплексные металлоорганические соединения из микроэле­ментов), регулирующие окислительно-восстановительные процессы в клетках.

56

По групповому химическому составу водная растительность су­щественно отличается от высших наземных растений. У наземных растений главными составными частями являются целлюлоза (30 -50% масс.) и лигнин (15 - 25% масс). Водная растительность не со­держит лигнина и состоит из белков (до 50% масс), углеводов (до 40% масс.) и липидов (до 30% масс).