Химия биогенных элементов

1. Распространенность химических элементов в природе.

Раздел науки, изучающей химический состав Земли, законы распространения и распределения химических элементов на Земле называется геохимия.

Из 114 химических элементов, составляющих периодическую систему, к природным или естественным относится 89 и они имеют различную распространенность в земной коре:

• наиболее распространенным является кислород (О), на его долю – 49% земной коры

• далее идет кремний (Si) – 27% земной коры

• еще 16 элементов и среди них Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ti, Ba – 23,8% земной коры

Таким образом, 18 элементов образуют 99,8% земной коры.

• на долю оставшихся 70 элементов – 0,2% земной коры.

Распространенность химических элементов в земной коре зависит от заряда ядра атома, радиуса атома и его относительной атомной массы.

Раздел геохимии, изучающий химические превращения в земной коре с участием живых организмов, называется биогеохимия.

В нашей стране основоположником этой науки является Владимир Иванович Вернадский.

Изучая геохимические превращения, происходящие в верхних слоях земной коры, В.И. Вернадский установил, что все изменения в земной коре оказывают определенное влияние на химический состав живых организмов.

Исследование химического состава земной коры, почвы, морской воды, растений, животных и человека показало, что в живых организмах обнаружены все те же элементы, что и в земной коре.

Доказано, что большую долю живого вещества составляют наиболее распространенные химические элементы: О, Н, Са, Na, K и т.д. Их содержание в организме соответствует их содержанию в земной коре.

Но есть исключения, так углерода (С) в земной коре 0,35%, а содержание в живых организмах – 21%, второе место после кислорода (О). И наоборот, алюминий и кремний – наиболее распространенные в природе (7,5% и 27%, соответственно), а в организме – 1·10^–5 от массы тела. Эта непропорциональность объясняется тем, что природные соединения кремния и алюминия практически нерастворимы в воде, поэтому не усваиваются живыми организмами.

2. Человек и биосфера. Экология.

Часть земной оболочки, занятая растительными и животными организмами, называется биосфера.

А по Вернадскому – это определенным образом организованная среда, приспособленная к жизни.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы: т.е. высота 12-15 км, глубина до 5 км.

Согласно Вернадскому специфика биосферы в том, что она является результатом жизнедеятельности организмов, причем в ней постоянно происходит круговорот химических элементов и связанный с ним круговорот потоков энергии, так называемый биогенный круговорот.

Пример: круговорот N, C, P и т.д.

Реальные зоны, в которых происходит круговорот элементов в результате жизнедеятельности организмов, называются экосистемами или биогеоцинозами.

Взаимоотношения человека и биосферы изучает экология.

Районы с аномальным содержанием какого-то химического элемента в почве и водоемах называют эндемическими.

У людей, проживающих в таких областях, протекают специфические биохимические реакции, которые вызывают, так называемые, эндемические заболевания.

Например, Ярославская область является эндемическим районом по недостатку йода (J₂) и кобальта (Со). Поэтому, есть опасность развития эндемического зоба (болезнь щитовидной железы).