Бесплатная консультация юриста:
8 (800) 500-27-29 (доб. 553)
СПб и Лен. область:Санкт-Петербург и область:
+7 (812) 426-14-07 (доб. 318)
Москва и МО:
+7 (499) 653-60-72 (доб. 296)
Получить консультацию

Законы вернадского

Разложение органических веществ

Эти процессы протекают в биосфере повсеместно, они противоположны фотосинтезу. Все растения дышат и, следовательно, наряду с фотосинтезом окисляют органические соединения до СО2 и Н2О. Но фотосинтез — более мощный процесс, чем дыхание, и растения в основном выступают в роли накопителей органических веществ и энергии.

Напротив, животные и большинство микроорганизмов в основном разлагают органические вещества, образуя или простые минеральные соединения (СО2, Н2О, NH3, соли Ca, Mg и т. д.) или менее сложные органические соединения (например, уксусная, муравьиная и другие кислоты, метан, спирты, альдегиды), которые в дальнейшем разлагаются другими микроорганизмами. Конечно, и животные, и бактерии синтезируют и сложные органические соединения своего тела, но только не из СО2 и Н2О, а из других органических веществ

Главные превращения растительные и животные остатки претерпевают в почвах и илах. В дальнейшем в биосфере происходит более медленное их изменение под влиянием подземных вод.

В процессе разложения органических остатков часть их минерализуется полностью, другая сохраняется, третья синтезируется заново (например, черные высокомолекулярные органические соединения гумуса почв, углей, торфа).

Биосфера чрезвычайно разнообразна, ее единство как особой оболочки Земли воспринимается не сразу. Что же позволяет рассматривать атмосферу, почву, океан и другие природные системы как части единого целого? Существуют ли природные процессы, которые характерны для всех частей биосферы? Именно таким процессом и является разложение органических веществ. Напротив, образование живого вещества из минеральных соединений характерно не для всей биосферы, а только для земной поверхности и верхней части Мирового океана, где протекает фотосинтез.

При разложении органических веществ выделяется энергия, которая была поглощена при фотосинтезе. Она выделяется в тепловой форме, но для геохимии наиболее существенно, что при этом совершается и химическая работа, т. е. энергия выделяется также в работоспособной, «действенной», как говорил В. И. Вернадский, форме. Богатство работоспособной энергией определило неравновесность биосферы, одновременное присутствие в ней веществ с резко противоположными свойствами. И там, где энергично разлагаются остатки организмов, этих веществ больше всего. Перенесемся мысленно в лесные дебри Южной Америки, в Амазонию, где во влажной и теплой атмосфере тропиков круглый год исключительно интенсивно работают микроорганизмы. Многие реки этой страны имеют воду черного цвета, а один из крупнейших притоков Амазонки — Рио-Негро, по-испански так и называется — «черная река». Речная вода здесь содержит много растворенных черных органических веществ, поступающих из соседних болот. Но она богата и свободным кислородом, поступающим из атмосферы. Так, в одной природной системе присутствуют и сильные окислители (свободный кислород) и сильные восстановители (органические вещества). В соответствии с законами термодинамики в воде все время протекает окисление органических веществ — система стремится к равновесию. Но оно никогда не достигается, так как новые массы кислорода поступают из воздуха, а органические вещества — из соседних болот. Но то, что наблюдается в черной тропической реке, характерно и для других частей биосферы. Почти везде мы видим неравновесность систем — и в реках тайги и тундры, которые имеют коричневую (от гумуса) воду, и в черноземной почве, где гумус соприкасается с кислородом воздуха в порах почвы. Итак, сосуществование химически активных веществ с противоположными свойствами — характерная особенность биосферы. Это частное проявление общего закона развития — закона единства и борьбы противоположностей.

Чем энергичнее протекает разложение органических веществ, тем интенсивнее многие геохимические процессы в биосфере. Хотя наиболее энергично органические вещества разлагаются в илах теплых морей и почвах влажных тропиков, этот процесс идет в холодных глубоководных илах, в подземных водах и т. д. В водоносных горизонтах, в частности, происходит значительное преобразование водовмещающих пород. За время геологической истории осадочные толщи сильно переработаны подземными водами. Благодаря деятельности макро — и микроорганизмов поверхностные, иловые и подземные воды обогащаются свободной энергией, являющейся главным фактором геохимических изменений пород в биосфере.

Вернемся снова к понятию о геохимических аккумуляторах солнечной энергии. Логично предположить, что, помимо углерода и водорода, к ним относятся и другие химические элементы — Si, Al, Mg, Ca и т. д., которые, входя в состав живого вещества, образуют сложные элементоорганические соединения.

Академик Н. В. Белов и профессор В. И. Лебедев высказали замечательную гипотезу, согласно которой Al, возможно, Mg и другие элементы также могут быть геохимическими аккумуляторами, определяя накопление солнечной энергии в глинистых минералах. Эти ученые обратили внимание на различные структуры алюмосиликатов, образующихся на земной поверхности и при застывании магмы. Из последней кристаллизуются полевые шпаты, в которых алюминий окружен четырьмя атомами кислорода. Межатомное расстояние Al — О составляет 0,16—0,175 нм (нанометр = 1∙10 9 м).

В глинистых минералах алюминий окружен шестью атомами кислорода, в связи с чем межатомное расстояние Al — О увеличивается до 0,18—0,2 нм. Следовательно, при образовании глинистых минералов расстояние между атомами Al и О увеличивается, на что затрачивается энергия, так как между атомами действуют силы электростатического притяжения. Поэтому глинистые минералы обладают большим запасом внутренней энергии, чем полевые шпаты магматических пород. Источником этой энергии в конечном счете служит солнечное излучение.

Белов и Лебедев не рассматривали механизм накопления солнечной энергии глинистыми минералами, так как решение этого вопроса находится за пределами методов кристаллохимии. Характеристика такого механизма содержится в трудах академика Б. Б. Полынова. На основе экспериментов и наблюдений в природе он установил, что при разложении органических остатков в почвах освобождающиеся SiO2, Al2O3, MgO могут вступать во взаимодействие, образуя глинистые минералы. Последние, таким образом, в почвах не менее биогенны, чем гумус, образующийся в процессе разложения органических остатков из C, H и O. Этот механизм хорошо объясняет аккумуляцию солнечной энергии глинами, которые с энергетических позиций оказываются аналогами углей. Различие состоит в том, что для извлечения энергии из углей их надо нагреть до температуры в сотни градусов, а из глин — до тысячи и более. К сожалению, прямые эксперименты с глинами очень сложны и построения Белова и Лебедева пока остаются гипотезой.

В биосфере солнечная энергия не только трансформируется в химическую энергию органических соединений и минералов, она расходуется также на перемещение веществ, их дифференциацию. Биосферу можно рассматривать как гигантский химический комбинат, в котором из смеси элементов (изверженные горные породы, Мировой океан) получаются новые, более простые соединения. К ним относятся, например, залежи поваренной соли, состоящие из двух основных элементов (Na и Cl), известняки (CaCO3), бокситы (Al, Fe, O, Н, Ti), латериты (Fe, Al, Н, O) и т. д. Эта особенность биосферы имеет большое практическое значение — многие концентрации используются в качестве месторождений полезных ископаемых (соли, фосфориты, бокситы, каолины, осадочные железные руды, осадочные сульфиды и т. д.). Для процессов разложения органических веществ характерно резкое уменьшение химической информации. Действительно, как велико число органических соединений живых организмов, которые в ходе разложения превращаются в небольшое число простых минеральных соединений — CO2, Н2O, NH3 и т. д. Правда, при этом образуются и сложные органические соединения гумусового типа, но они все же менее разнообразны и к тому же постепенно сами разлагаются до CO2, Н2O и т. д. Еще важнее, что при разложении органических веществ уничтожается более сложный вид информации — биологическая информация со всем ее колоссальным разнообразием (любые виды растений и животных после смерти превращаются в CO2, Н2O и т. д.).