- •Глобальная экология
- •Курс лекций
- •Для студентов биологического факультета
- •Специальности н.06.01.00 «Экология»
- •Биосфера - глобальная экосистема планеты
- •1. 1. Предмет, задачи и методы глобальной экологии.
- •1. 2. История возникновения учения о биосфере
- •1. 3. Границы биосферы
- •1. 4. Энергетика биосферы
- •1. 5. Возникновение биосферы
- •1. 6. Типы веществ в биосфере
- •1. 7. Химический состав живого вещества
- •1. 8 . Биогеохимические функции живого вещества
- •1. 9. Свойства живого вещества
- •1. 10. Биогеохимические принципы в.И.Вернадского
- •1. 11. Основные свойства биосферы
- •1. 12. Биомасса и продуктивность живого вещества
- •1. 13. Биогеохимические циклы (круговороты) химических веществ
- •1. 14. Характеристика наземных биомов
- •1. Появление человека - новый фактор эволюции биосферы.
- •2. 2. Появление сельского хозяйства
- •2. 3. Промышленноразвитое общество
- •2. 4. Демографическая история человечества ( по : Рамад, 1981).
- •2. 5. Рост населения в развитых и развивающихся странах
- •2. 6. Пирамиды поло-возрастного состава популяций человека
- •2. 7. Общий коэффициент фертильности.
- •2. 8. Темпы прироста населения
- •2. 9. Связь роста населения с экономическим ростом страны
- •2. 10. Демографический переход
- •2. 11. Прогнозы роста численности населения в будущем
- •2. 12. Экологическая ниша человека
- •2. 13. Среды жизни современного человека
- •2. 14. Классификация потребностей человека
- •3. 1. История антропогенных экологических кризисов
- •3. 2. Масштабы техносферы
- •3. 3. Классификация природных ресурсов
- •3. 4. Экологические проблемы атмосферы
- •3. 4. 1. Проблема «парникового», или «тепличного» эффекта
- •3. 4. 2. Проблема озонового экрана
- •3. 4. 3. Кислотные осадки
- •3. 5. Проблемы водных ресурсов.
- •3. 5. 3. Эвтрофирование водоемов.
- •3. 6. Проблемы земельных ресурсов
- •3. 7. Проблемы производства пищи
1. 7. Химический состав живого вещества
Хорошо известно, что живое вещество в ходе своего развития использует в разных количествах и формах многие химические элементы ( табл. 2). Одни из них постоянно встречаются, другие реже. К первым относятся прежде всего водород, кислород, углерод и азот. Только углерод образует с другими элементами не менее двух миллионов органических соединений. По весу на долю углерода в составе живых организмов приходится всего 20, на долю кислорода - 60 -70, водорода 10 и азота 3-5%.
Таблица 2
Средний элементарный состав живого вещества (по А.П.Виноградову,1957)
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾-
Группа Содержание,% от массы Химические элементы
живого вещества
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Макроэлементы 10 0 - 10 1 O, H, C, N, Ca
10-1 - 100 S, P, K, Si
10-2 - 10-1 Mg, Fe, Na, Cl, Al
Микроэлементы 10-3 - 10-2 Zn, Br, Mn, Cu
10-4 - 10-3 I, As, B, F, Pb, Ti, V, Cr, Sr
Ультраэлементы 10-5 - 10-4 Ag, Ba, In
10-6 - 10-5 Au, Pb
10-11 - 10-6 Hg, I
10-12 - 10-11 Ra
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Химический состав растений и животных неодинаков. Так, в организме животных накапливается больше, чем в растениях, N, P, S, C, Ca и меньше Si, Al, Mn. Источником химических элементов для растений является почва, для животных – растения и другие животные. В растениях содержится кислорода больше, чем в литосфере, в 1,1 –1,5 раза, азота – в несколько раз, а углерода и водорода – в десятки раз. P, S, Br, K в растениях меньше, чем в литосфере, в несколько раз; C, Ca, Mg, I, Cu, Mo в десятки, Na, Ba, Mn, Fe, Al, Si - в сотни раз и т. д.
В организме животных по сравнению с литосферой содержание N, C, H в десятки раз больше, P, S - в несколько раз, О - в 1,11 – 1,5 раза. В то же время в организме животных, по сравнению с литосферой, меньше Са, Na , К – в несколько раз, Zn, Br, Mg, As - в десятки, Pb, Cu, F, Fe, B - в сотни, Mn - в тысячи, Si, Ti, Al - десятки тысяч раз
В настоящее время установлено, что биологическая роль химических элементов определяется не столько их количественным содержанием в организме, сколько активностью участия в процессах создания органического вещества. А это зависит, главным образом, от свойств элементов.
Известно, что организмы аккумулируют в основном 11 химических элементов: O, C, H, Ca, N, K, P, Mg, S, Si, Na. В.М.Гольдшмидт, а затем А.Е.Ферсман указывали, что возникновение жизни на Земле и дальнейшее ее существование невозможны без 17 химических элементов (биофилов): C, H, O, N, P, S, Si, I, B, Ca, Mg, K, Na, V, Mn, Fe, Cu. Отношение концентрации элементов в живом веществе к кларку ( кларк – среднее содержание химического элемента в земной коре) А.И.Перельман назвал биофильностью элементов. Наибольшей биофильностью обладает углерод – 7800. Биофильность азота – 160, водорода – 70, кислорода – 1,5, хлора – 1,1, фосфора – 0,75, серы – 1.
Восемь химических элементов-биофилов из приведенного выше перечня являются абсолютыми органогенами, без которых невозможно существование жизни ни в какой форме: O, H, C, N, Mg, K, P, S.
Каждый химический элемент в живом организме выполняет определенную функцию. Так, магний входит в состав молекулы хлорофилла, фитина, каротина и других органических соединений, осуществляющих процесс фотосинтеза, железо - в состав гемоглобина – дыхательного пигмента крови животных и т. п.
Химические элементы после отмирания живых организмов и их минерализации возвращаются в почву (водную среду), а из нее вновь захватываются другими организмами, вовлекаясь в новый биогеохимический цикл.