Тема 1. Біогеохімія. Основні поняття.

У сучасний час популярність біогеохімії росте в усьому світі.

Біогеохімія - один з основних предметів природничого напрямку вищої освіти поряд з екологією, географією, геологією, біологією, хімією, медициною й багатьма іншими різними науками по вивченню навколишнього середовища.

Це пояснюється тим, що антропогенний вплив, що збільшується на навколишнє середовище на локальному, регіональному й глобальному рівнях вимагає розуміння механізмів, що визначають стійкість біосфери і її основних компонентів.

Знання теоретичних основ біогеохімії необхідно для запобігання екологічно негативних наслідків господарської діяльності людей і нейтралізації вже виниклих екологічних загострень.

Біогеохімія виникла на початку XX століття як типова міждисциплінарна наука. Базовими природними дисциплінами є - хімія, біологія й геологія.

Біогеохімія – наука, що вивчає роль живої речовини як визначального фактору міграції та розподілу мас хімічних елементів на Землі.

У становленні біогеохімії велику роль відіграла геохімія, з якою біогеохімія тісно пов'язана методологічно.

Обидві ці науки (біогеохімія та геохімія) вивчають розподіл хімічних елементів у просторі й у часі, виникнення й трансформацію різних форм знаходження елементів, процеси їхньої міграції, прояв розсіювання й акумуляції в різних природних умовах.

Розходження двох наук полягає в тім, що:

- геохімія – наука, що вивчає поведінку елементів у природних розчинах, розплавах і продуктах кристалізації, стан і взаємні переходи яких визначаються законами термодинаміки, фізичної хімії й кристалохімії.

- біогеохімія – наука, що вивчає міграцію і розподіл хімічних елементів в біосфері, де головною рушійною силою є діяльність організмів.

Важливими фундаментальними поняттями геохімії є наступні.

1. Міграція хімічних елементів.

Міграція - це переміщення хімічних елементів, що приводить до їх концентрації або розсіювання - двох протилежних сторін єдиного процесу.

• результати концентрації хімічних елементів проявляються в межах родовищ корисних копалин (Au, Cu, Zn),

• результати розсіювання – рознесення елементів техногенного забруднення атмосфери від джерела на різні відстані з атмосферними потоками (CO₂, Cs¹³⁷, Sr⁹⁰).

Відбувається міграція під впливом великої кількості факторів, часто випадкових.

2. Кларк хімічного елементу.

А.Е.Ферсман у 1923 р. запропонував термін “кларк” (за прізвищем американського хіміка-геолога Кларка) для визначення величини, що показує середній вміст хімічного елементу у земній корі або якійсь її частині.

Перші дані Кларка стосувались 10 хімічних елементів, розрахованих за 880 зразками. Але через 100 років у 1944 р. визначилась загальна картина розподілу хімічних елементів у земній корі. Майже всі елементи таблиці Д.І.Менделєєва було знайдено у земній корі і визначено їх кларки, що підтвердило геніальне передбачення В.І.Вернадського про розсіяний стан хімічних елементів.

У ваговому співідношенні в земній корі переважає кремній, а в об'ємних - кисень, що дозволяє називати її оксисферою.

Кларк О - 47%; Si - 29,5; А1 - 8,05; Fe - 4,65; Са -2,96; Na-2,50; К-2,50; Mg- 1,87; Ti - 0,45%. У сумі це становить 99,48 %.

Сумарна кількість інших 80 елементів не перевищують 1%.

Кларки більшості хімічних елементів - 0,01-0,0001. Такі елементи називають рідкісними.

Якщо вони мають і слабку здатність до концентрування – рідкісними розсіяними. Наприклад, U і Вr - їх кларки майже рівні (2,5х10^-4 і 2,1х10^-4 ), але U - рідкісний елемент, тому що відомі його родовища, а Вr – рідкісний розсіяний, тому що він не концентрується в земній корі. У геохімії також вживають термін «мікроелементи», під яким розуміють елементи, кларки яких у даній системі менш 0,01.

А. Е. Ферсман побудував графік залежності атомних кларків для парних і непарних елементів періодичної системи. Виявилося, що з ускладненням будови атомного ядра кларки зменшуються. Але лінії, побудовані Ферсманом, виявилися не монотонними, а ламаними. Ферсман прочертив гіпотетичну середню лінію: елементи, розташовані вище цієї лінії, він назвав надлишковими (О, Si, Ca, Fe, Ba, Pb і т.д.), нижче - дефіцитними (Ar, He, Ne, Sc, Co, Re і т.д.).