1.Биогеохимияның қысқаша

тарихы және ғылым ретінде

қалыптасуы.Биогеохимия пәні,

оны зерттеудің әдістері.

Биогеохимия ғылыми бағыт ретінде геохимия ғылымының қойнауында өмірге келген. Оның негізгі тұжырымдарын кеңестік ғалым, геохимияның, биогеохимияның, радиогеологиялық, ғылыми мектептің негізін түзген В.И.Вернадский (1863-1945) қалаған.Геохиминың ғылым ретінде өмірге келіп, қалыптасуына Д.И.Менделеевтің химиялық элементтердің периодтық заңын ашуы (1869), орыстың атақты топырақтанушысы В.В.Докучаевтың еңбектері, әсіресе оның «Минералдар патшалығында аймақтылық туралы» деп аталатын жұмысы (1899) күшті ықпал еткен. Біздің ғаламшардың сан ғасырлық геологиялық тарихында тірі заттың қандай ғаламат маңызы болғанын көрсету арқылы В.И.Вернадский бұл ғылыми бағытты өзі биогеохимия ( био-өмір, тіршілік, гео- жер) деп атаған дербес ғылым деп тану керектігі жөніндегі қорытындыға келеді. Ол жаңа ғылымның алдында тұрған міндеттерді тұжырымдай келе, биогеохимиялық зертхана ұйымдастырып, оның негізінде Геохимия және аналетикалық химия институтын құрды.Ғалымның идеялары кеңестік топырақтанушы, оқымысты В.Р.Вильямс ұсынған ұлкен геологиялық кіші биологиялық айналым туралы ілімнің негізін қалады.Ғалымның шәкірті А.П.Виноградов биогеохимиялық провинциялар туралы түсінікті қалыстастырып, биогеохимиялық дамуына үлес қосты, ал биогеохимиялық аудандастыруды жүзеге асырған В.В.Ковальский одан әрі өркендетті.

Биогеохимия – тірі ағза құрамы және тірі затпен өнімнің қатысуынан, оның миграцияпроцесіне, таралуына, ыдырауына, химиялық элементтердің жинақталуына орай жіктелуін зерттеумен айналысады.

Биогеохимия бұл биологиямен геохимияның тоғысуынан пайда болған кешенді ғылыми пән, тірі организмдердің химиясын және олардың әр түрлі процестерге қатысуын зерттейді.

Биогеохимия бұл биосфера мен химиялық элементтердің биогенді айналымын жүйелі ұйымдастырылуын зерттейді, оның негізіне өмірдің эволюциялық бірлігі,тірі зат пен қоршаған орта, атомдардың биогенді тасымалы мен биогенді байланыстарын анықтайтын заңдылықтар жатады.

Жоғарыда көрсетілген анықтамаларда көптеген ортақтық бар. Бұл анықтамаларда біріншіден, тірі организмдердің жетекші рөлі, екіншіден, тірі организмдердің құрамындағы элементтердің жағдайын сипаттаудағы рөлі жайлы.

2.Жаратылыстану ғылымдар жүйесіндегі биогеохимияның

басқа пәндермен байланысы

Қазіргі замандағы

биогеохимияның негізгі

міндеттері.

Биогеохимияның міндеттері жалпы түрде мынаған апарады:1.Тірі организмдердің рөлін толығымен зерттейді.2. Биосфераның құрылымдарды-функционалды ұйымдастырылуын зерттейді.3. Тірі организмдер мен биосфераның басқа да компоненттерін, сонымен қатар биосферамен белсенді қарым –қатынасқа түсіп отыратын қабаттарды зерттейді.В.И.Вернадский биогеохимияның маңызды міндеттерін сипаттап, бірнеше биогеохимиялық константтарды айқындап берді:

1 констант - атомдардың орташа саны бөлінбейтін түрде.

2 констант – орташа бөлінбейтін түрдің салмағы (яғни, жеткілікті сандық өлшемнің нәтижесінде) бөлінбейтін түрде.

3 констант - сол организмдердің биосфераға кіруінің орташа жылдамдығына

4 констант - биогеохимия энергияға жауапты. В.И.Вернадский тек бұл төрттікпен шектеліп қалмай келесі міндеттемені былай сипаттады: «Тағы бір маңызды ғылыми жұмыс және ғылыми ойлармен аз қамтылған, қазіргі таңда қарапайым әрі ыңғайлы сандық мәні жоқ құбылыс бар». Бұл құбылыс «правизна- левизна құбылысы»- деді.

Қазіргі биогеохимияның басқа ғылыми пәндермен байланысы

Биогеохимия 20 ғасырда биология, химия, геология, ғылымдарының шеңберінде қалыстасқан аралық ғылыми пән болып табылады. Биогеохимия - жер туралы ғылымдармен тығыз байланысты, әсіресе геологиялық жыныстар, минералдар, табиғи сулар мен газдардың құрамын зерттейтін ғылымдар, биологиялық ғылымдар. Биогеохимияның принциптері микробиологиямпен байланысты кең қолданылады. Микроорганизмдермен ортаның құрамы бір – бірімен тығыз байланысты, сондақтан биогеохимиялық зерттеулерді көптеген микробиологтар кеңінен қолданады. Бұған бактериалды биогеохимия анық мысал болады. Бактериялардың атмосфераға, топыраққа, табиғи суларға, миграция процестеріне және әр түрлі элементтердің глабальды биогеохимиялық циклдеріне әсерін бағалауда биогеохимиялық әдістер қоладнылады. Іс жүзінле биогеохимиялық идеялар мен әдістер геологияда, геохимиялық экологияда және биотехнологияда дамып отырады. Биогеохимияның жетістіктері қазіргі таңда көптеген ғылым салаларында кеңінен қолданылып отыр:

1,Биогеохимиялық әдістерді пайдалы қазбалар орнын барлау барысында қолдану.2. Адам мен жануар денсаулығын бағалауда геохимия жағайдын сандық сипаттау.

3. Қоршаған ортаға антропогендік әсерді азайтуда биогеохимия стандарттарды қолдану.

4. Биогеохимиялық зерттеулерді геологиялық экологияда қолдану, яғни қоректік тізбекті құрайтын маңызды элементтерінің сарқылған және тапшы түрлерін, жануарлар мен тұрғындарға зиян келтіретін биогеохимиялық аномалилерді зерттейді. Аномалилік зерттеулерді АҚШ ғылымдары, Англия мен Ирландия ғылымдары жүргізді 3. Химиялық эволюцияның заңдылықтары және литосфераның қалыптасуы. Литосфераның беткі қабатының мүжілуі

Химиялық эволюция ерте кезеңдерінде-ақ түрлі өзгерістерге ұшырап алдымен биохимиялық, кейін биологиялық эволюцияға айналды. Жер бетіндегі қазіргі тіршілік оттекті атмосферадан түзіле алмаған болар еді. Пайда болған тіршілік үздіксіз эволюция процесін басынан өткізген және өткізуде. Биологиялық эволюция ең алғашқы организмдер алғаш рет өздерін өздері жасай алған кезден басталды. Жерде тіршіліктің басталуы белок молекулаларын жасай алатын нуклеин қышқылдарының түзілуінен басталды.

Биохимиялық эволюция теориясын төмендегі схема бойынша беруге болады. Коацерваттар мен органикалық заттардың түйіртпектерінің шекарасында күрделі көмірсутектер молекулалары орын алды, нәтижесінде коацерваттардың тұрақтылығын қамтамасыз ететін қарапайым клеткалық мембрана пайда болды. Коацерватқа өздігінен көбейе алатын молекуланың енуі нәтижесінде өсу процесіне қабілетті қарапайым клетка түзілген болуы керек.

Ядросыз клетканың (прокариоттардың) эволюциясы 1 млрд тан астам жылға созылды. Алғашқы бір клеткалы ядросыз, бірақ ДНК жіпшелері бар организмдер қазіргі бактериялар мен көк-жасыл балдырларды еске түсіреді. Бұл ең ертедегі организмдердің жасы 3.3 млрд жылдан асады. Келесі кезеңде (шамамен бұдан 2 млрд. жыл бұрын) клеткада ядро пайда болады. Бұл бір клеткалы ядросы бар организмдер эукариоттар деп аталады. Қазіргі кезде олардың 25-30 мыңдай түрлері бар. Шамамен 1 млрд пен 2 млрд жыл арасында биологиялық эволюция жыныстық көбею процесінің пайда болуына байланысты тез қарқынмен дамыды. Осыған байланысты организмдердің оларды қоршаған ортаға бейімделу мүмкіндіктері ұлғайды. 1 млрд жыл бұрын алғашқы көп клеткалы организмдер пайда болып, барлық тірі организмдер екі патшалыққа бөлінді- өсімдіктер және жануарлар. Олар: 1) клетка құрылысы мен өсуге қабілеті; 2) қоректену типі; 3) қозғалуға қабілеттілігі бойынша үш топқа бөлінді. Патшалыққа бір ғана белгісі бойынша емес, бірнеше ерекшеліктері бойынша бөлінді. Мысалы, кораллдар, моллюскалар мен өзен губкасы қозғалмай тіршілік ететіндер, дегенмен де олар жануарларға жатқызылды.

Литосфера - жердің қатты қабығы.

Литосфера — жер қабығы (грек. lithos- тас, sphaira — шар) — жердің сыртқы қатты қабаты жоғарғы гидросфера және атмосферамен шектеседі. Жер қабығының жоғарғы бөлімі — шөгінді қабық; ол шөгінді тау жыныстарынан тұрады, кейде бұған эффузивтер жамылғысын да енгізеді. Жер қабығының тербеліс тарихы қозғалысына байланысты, оның қалыңдығы әр орында әр түрлі болып келеді. Шөгінді қабықтың астында граниттік қабат орналасады; бұл қабат мұхит ойыстарында ұшырамайды. Граниттік қабаттың астында аралық немесе «базальттық» аса тығыз жыныстар қабаты жатады.

Литосфера - Жер планетасының біршама берік тау жыныстары кешендерінен тұратын, төменгі жапсары ішінара балқымалы яки онша берік емес атмосфера қабатымен шектелетін ең сыртқы қабаты. Литосфера жер қыртысын (Жердің ең сыртқы қатты қабыршағын) және осы қыртыс пен атмосфера аралығын қамтитын қатты заттардан тұратын, литосфералық мантия деп аталатын жоғарғы мантияның ең жоғарғы қабатын біріктіреді. Литосфералық мантия қабаты жер қыртысынан Мохоровичич шегі арқылы дараланады, бұл қабатты құрайтын тау жыныстарының құрамы негізінен оливин мен пироксеннен тұратын аса негізді жыныстарға сәйкес келетін болса керек. Литосфераның беткі жазықтығы атмосферамен немесе гидросферамен шектеледі. Литосфера қалыңдығы 50-200 шақырым аралығында деп есептелінеді. Тау жынысының топыраққа айналуы қабыса және бір мезгілде жүретін екі -мүжілу және топырақ түзілу үрдістерінің нәтижесінде жүреді.

Физикалық мүжілу — бұл тау жыныстары мен минералдың химиялық құрамы өзгермей механикалық майдалануы, үгілуі. Мұндай мүжілудің факторларының бірі болып температураның ауытқуы саналады. Тау жыныстарын құрастыратын минералдардың түстері әр түрлі болады. Сондықтан қара түсті минералдардың көлемі қыздырған кезде, ашық түсті минералдарға қарағанда көбірек ұлғаяды. Салқындатқан кезде олардың көлемі осы қезекпен кішірейеді. Нәтижесінде тау жынысында әр түрлі бағыттағы жарықшалар пайда болады. Бұған тағы да, минералдың көлемдік және ұзындық кеңею коэффициенттерінің әр түрлілігі де ықпал жасайды.

Борпылдақ тау жыныстарына тірі ағзалар қоныстанудан бастап биологиялық мүжілужүреді. Тірі ағзалар шығарған көмірқышқыл газ бен органикалық қосылыстар минералдың еруіне және гидролизденуіне мүмкіндік жасайды. Одан басқа өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтары ыдырағанда, минералды тау жыныстарына талқандағыш әсер ететін крен қышқылы пайда болады. Биологиялық ыдырауда жоғарғы сатыдағы ағзалардан басқа, бактериялар, саңырауқұлақтар, балдырғандар қыналар белсенді рөл атқарады. Тау жынысының талқандалуына дамып келе жатқан, қысымы 10-15 кг/см² жететін тамыр жүйесі де әсер етеді. Биологиялық мүжілуде топырақ түзіледі, сондықтан да оны мүжілудің негізгі түрі деп санайды.

4.

Химиялық эволюцияның негізгі заңдылықтары және атомосфераның қалыптасуы. Атмосфераның химиялық

құрамы және құрылысы

.

И.Опарин 1924ж. «Химиялық эволюция концепциясын” жасаған. Осы коацерваттық теория бойынша химиялық эволюция биологиялық эволюцияға ауысады, кейін ерекше жүйе пайда болуы (қоршаған сыртқы ортамен өзара әрекеттесуге қабілетті) протобионттар эволюциясы жүреді.Химиялық эволюция ерте кезеңдерінде-ақ түрлі өзгерістерге ұшырап алдымен биохимиялық, кейін биологиялық эволюцияға айналды. Жер бетіндегі қазіргі тіршілік оттекті атмосферадан түзіле алмаған болар еді. Пайда болған тіршілік үздіксіз эволюция процесін басынан өткізген және өткізуде. Биологиялық эволюция ең алғашқы организмдер алғаш рет өздерін өздері жасай алған кезден басталды. Жерде тіршіліктің басталуы белок молекулаларын жасай алатын нуклеин қышқылдарының түзілуінен басталды. Басқа сөзбен айтқанда, бір клеткалы ядросыз организмдер пайда болғанға дейін 1 млрд жылдай үзіліс болған. Пайда болған алғашқы мұхит органикалық қосылыстардың химиялық реакциялары жүретін және тіршіліктің химиялық эволюциясы үшін қажетті тамаша орта болды. Оның үстіне, бос оттегі мен озон қабаты болмағандықтан Күннің ультракүлгін сәулелері құрлық пен мұхит беттеріне жақсы түсті. Бұл сәулелер мен найзағай жарқылдарынан алғашқы атмогидросферада аминқышқылдарының түзілуіне қажетті энергия бөлінді, ал үздіксіз түзілген аминқышқылдары алғашқы мұхитты “сорпаға”айналдырды. Түзілген амин қышқылдарының молекулалары бір-бірімен соғылысып, қосылып белок молекулаларын, ал олар одан да күрделі көмірсутектерді түзді. Дәл осылай химиялық эволюция биохимиялық эволюцияға ұласты деп жорамалдануда.

1953 жылы С.Л.Миллер мен Г.К. Юри деген америкалық ғалымдар Опариннің теориясы негізінде жасанды атмосферамен бірінші болып тәжірибе жасады. Олар Жердің алғашқы атмогидросферасының құрамында болған сутегі (H2), метан (CH4), аммиак (NH3) пен су буының (Н2О) қоспасынан амин қышқылын алды. Газдардың бұл құрамы вулкан газдарының құрамдарына толық сәйкес келетіндігі белгілі. Газдардың осы қоспасына күшті электр тоғы беріліп, содан соң конденсациялады. Басты факторлардың бірі тотығу - қалпына келу үрдістері белсенді жүруіне мүмкіндік беретін бос оттегінің болмауы және энергияның жеткілікті мөлшері еді. Атмосфера — Жер шарының ауа қабығы, ол салмақ күшіне байланысты ғаламшармен бірге айналып, қозғалысқа түседі. Жалпы массасы 5-1015 т шамасында болатын атмосфера түрлі газдардан, су тамшылары мен шаң-тозаңнан тұрады. Атмосфераның төменгі бөлігі Жер бетімен шектесіп жатыр. Ал жоғары шекарасы ретінде соңғы ғылыми деректер бойынша 1000 км биіктік алынады, бұдан әрі қарай ауа өте сиреген күйде болады. Шамамен 100 км-ге дейінгі биіктік аралығында ауа құрамы мынадай газдардан: азот — 78%, оттек — 21%, инертті газдар — 1%-ға жуық (оның 0,93%-ы аргон), көмірқышқыл газынан — 0,03%-ы тұрады. Ауа құрамындағы криптон, ксенон, неон, гелий және сутек газдары өте аз мөлшерде болады. Атмосфераның төменгі қабатында ауа құрамы салыстырмалы түрде тұрақты болады, тек өнеркәсіпті аудандар мен ірі қалалар үстінде көмірқышқыл газының үлесі он есеге дейін артуы мүмкін. Лас ауаның құрамында бөгде қосылыстар да кездеседі. Шамамен 200—1000 км биіктікте ауа құрамында оттек басым, ол ультра- күлгін сәулелер әсерінен атомдарға ыдыраған күйінде болады. 1000 км-ден биікте сиреген атмосфера негізінен гелий мен сутектен турады, сутек зарядталған атомдар күйінде таралған.