Биокосные системы Земли - [44]
Итак, чтобы осветить геохимию биокосных систем, необходимо ответить на три основных вопроса: как мигрируют атомы в биокосных системах? как при этом превращается энергия? как изменяется информация? Несомненно, что главная составная часть биокосных систем, определяющая их своеобразие и сущность протекающих в них процессов, это живое вещество, совокупность живых организмов. В каждой биокосной системе протекает биологический круговорот атомов (сокращенно: бик), в ходе которого атомы входят в состав живых организмов и заряжаются энергией, становятся геохимическими аккумуляторами. Вторая ветвь бика — разложение органических веществ и переход атомов снова в минеральное состояние. При этом поглощенная солнечная энергия выделяется в тепловой и работоспособной химической форме. Именно за счет химической работы происходят почвообразование, выветривание горных пород и другие процессы, о которых уже говорилось в этой книге. «Захватывая энергию Солнца, живое вещество создает химические соединения, при распадении которых эта энергия освобождается в форме, могущей производить химическую работу», — писал Вернадский[22].
Разложение органических веществ — это сквозной процесс, характерный для всех биокосных систем, процесс, поставляющий в систему свободную энергию, делающий систему неравновесной. Именно поэтому биокосные системы — это неравновесные системы, и, чем энергичнее идет в них разложение органических веществ, чем больше разлагается этих веществ, тем дальше система от равновесия. Неравновесность наблюдается всюду, но особенно резко она выражена в ландшафтах теплого и влажного климата, где энергично протекает бик. Вспомним черные тропические реки и озера, «коричневые реки» и озера нашей тайги, где в одной и той же системе находятся и сильные восстановители — органические вещества, и сильный окислитель — свободный кислород. Но и биосфера в целом химически резко неравновесна (кислородная атмосфера + органические вещества). Постоянное поглощение солнечной энергии, перевод ее в химическую работоспособную форму определяет информационные особенности биокосных систем — сложность, дифференциацию, самоорганизацию, рост в них разнообразия. Достаточно сравнить в этом отношении однообразную толщу горной породы и сформировавшуюся на ней резко дифференцированную на горизонты почву (А>1, А>2, B>1, B>2, В>3 и т. д.). Напомним, что в почве на расстоянии нескольких сантиметров меняются pH, содержание отдельных элементов, окислительно-восстановительные условия. Итак, биокосные системы — это системы, богатые информацией.
В нашей книге рассматриваются явления преимущественно с позиций геохимии. Нетрудно показать, что и в других отношениях, например по особенностям механических процессов, биосфера также глубоко неравновесна. Постоянно текущие реки, морские течения, ветры, переносящие воздушные массы, свидетельствуют о резкой механической неравновесности биосферы.
Окислительно-восстановительная и кислотно-щелочная зональность. Биологический круговорот атомов представляет собой окислительно-восстановительный процесс, и именно поэтому главные черты всех биокосных систем определяются окислительно-восстановительными реакциями. В каждой системе наблюдается зональность, которая характерна и для биосферы в целом: окислительная зона (атмосфера, ландшафт в целом, океаны и моря, частично водоносные горизонты), восстановительная зона (многие илы морей и океанов, глубокие подземные воды).
Наряду с живым веществом другим важнейшим компонентом биокосных систем является вода, которая также участвует в круговоротах различного масштаба и продолжительности.
Существенно, что в различных биокосных системах обнаруживаются одни и те же классы водной миграции, типоморфные элементы. Например, кислые системы характерны и для почв, и для коры выветривания, и для илов, и для водоносных горизонтов, и для ландшафтов. То же относится к сернокислому, кальциевому, кислому глеевому и другим классам. Это также свидетельствует о принадлежности биокосных систем к одной группе явлений, об их единстве.
С круговоротом воды и водной миграцией связано существование в биокосных системах кислотно-щелочной зональности. Кислотную обстановку в биосфере создают углерод (угольная и органические кислоты), сера (H>2S, H>2SO>4), в частных случаях — хлор (HCl) и фтор (HF). Остальные анионогенные элементы не имеют существенного значения из-за их низкого среднего содержания в земной коре (кларков). Но и у названных четырех элементов кларки очень невелики и, во всяком случае, намного меньше, чем у главных катионов, формирующих щелочную среду:
| Кларки элементов, создающих кислотную среду | Кларки элементов, создающих щелочную среду |
|---|---|
| C — 2,3 · 10>-2 | Ca — 2,96 |
| S — 4,7 · 10>-2 | Na — 2,50 |
| Cl — 1,7 · 10>-2 | К — 2,50 |
| F — 6,6 · 10>-2 | Mg — 1,87 |
| Σ 1,53 · 10>-1 | Σ 9,83 |
Таким образом, в литосфере явно наблюдается дефицит кислотообразующих элементов, среди которых ведущую роль в верхней части литосферы играет углерод.
Разложение органических веществ микроорганизмами поставляет в биокосные системы угольную и органические кислоты, которые и являются существенным источником кислой реакции. Важным источником углекислого газа на глубинах являются также процессы разложения карбонатов. В верхней части биосферы локальным источником сернокислой среды служит окисление пирита и других дисульфидов.
Андре-Мари Ампер создал электродинамику — науку, изучающую связи между электричеством и магнетизмом. Его математически строгое описание этих связей привело Дж. П. Максвелла к революционным открытиям в данной области. Ампер, родившийся в предреволюционной Франции, изобрел также электрический телеграф, гальванометр и — наряду с другими исследователями — электромагнит. Он дошел и до теории электрона — «электрического объекта», — но развитие науки в то время не позволило совершить это открытие. Плоды трудов Ампера лежат и в таких областях, как химия, философия, поэзия, а также математика — к этой науке он относился с особым вниманием и часто применял ее в своей работе.
Томас Альва Эдисон — один из тех людей, кто внес наибольший вклад в тот облик мира, каким мы видим его сегодня. Этот американский изобретатель, самый плодовитый в XX веке, запатентовал более тысячи изобретений, которые еще при жизни сделали его легендарным. Он участвовал в создании фонографа, телеграфа, телефона и первых аппаратов, запечатлевающих движение, — предшественников кинематографа. Однако нет никаких сомнений в том, что его главное достижение — это электрическое освещение, пришедшее во все уголки планеты с созданием лампы накаливания, а также разработка первой электростанции.
Любую задачу можно решить разными способами, однако в учебниках чаще всего предлагают только один вариант решения. Настоящее умение заключается не в том, чтобы из раза в раз использовать стандартный метод, а в том, чтобы находить наиболее подходящий, пусть даже и необычный, способ решения.В этой книге рассказывается о десяти различных стратегиях решения задач. Каждая глава начинается с описания конкретной стратегии и того, как ее можно использовать в бытовых ситуациях, а затем приводятся примеры применения такой стратегии в математике.
Эта книга состоит из трех частей и охватывает период истории физики от Древней Греции и до середины XX века. В последней части Азимов подробно освещает основное событие в XX столетии — открытие бесконечно малых частиц и волн, предлагает оригинальный взгляд на взаимодействие технического прогресса и общества в целом. Книга расширяет представления о науке, помогает понять и полюбить физику.
Автор множества бестселлеров палеонтолог Дональд Протеро превратил научное описание двадцати пяти знаменитых прекрасно сохранившихся окаменелостей в увлекательную историю развития жизни на Земле. Двадцать пять окаменелостей, о которых идет речь в этой книге, демонстрируют жизнь во всем эволюционном великолепии, показывая, как один вид превращается в другой. Мы видим все многообразие вымерших растений и животных — от микроскопических до гигантских размеров. Мы расскажем вам о фантастических сухопутных и морских существах, которые не имеют аналогов в современной природе: первые трилобиты, гигантские акулы, огромные морские рептилии и пернатые динозавры, первые птицы, ходячие киты, гигантские безрогие носороги и австралопитек «Люси».
Легендарная книга Лоуренса Краусса переведена на 12 языков мира и написана для людей, мало или совсем не знакомых с физикой, чтобы они смогли победить свой страх перед этой наукой. «Страх физики» — живой, непосредственный, непочтительный и увлекательный рассказ обо всем, от кипения воды до основ существования Вселенной. Книга наполнена забавными историями и наглядными примерами, позволяющими разобраться в самых сложных хитросплетениях современных научных теорий.
Книга посвящена одной из самых интересных и загадочных проблем орнитологии — проблеме верности перелетных птиц родине и дому. Чувство «верности дому» присуще самым разным животным — от насекомых до приматов, включая человека. Это чувство имеет инстинктивную основу и проявляется у особи в стремлении вернуться домой — в знакомое ей место после временного отсутствия. Для перелетных птиц «домой» может означать место рождения, гнездования, зимовки.Для читателей, интересующихся проблемами биологии и орнитологии, а также для любителей природы.
В книге приводятся сведения, знакомящие читателей с эволюцией, экологией и использованием в народном хозяйстве, практике и медицине шляпочных грибов-макромицетов. Рассмотрены вопросы их происхождения, трофической специализации, фенологии, их роль в круговороте веществ и энергии в лесных сообществах, польза и вред.Она предназначена для широкого круга читателей, любителей-грибников, биологов, биогеографов, учителей.
Флюорит — один из удивительных минералов, широко применяющийся в металлургии, химической промышленности, в производстве керамики, в строительной индустрии. Уникальные оптические свойства флюорита легли в основу создания широкого класса исследовательских оптических приборов и технических устройств. В нашей стране была успешно решена проблема создания искусственных кристаллов оптического флюорита, полностью заменившего природные кристаллы.
Любой остров, расположенный в тропиках, представляет собой своего рода лабораторию, в которой сама природа ставит эксперименты по экологии и эволюции животных и растений. Поэтому понятен тот большой интерес, который ученые проявляют к фауне и флоре островов, расположенных в низких широтах. В предлагаемой книге процессы, характерные для тропических островов, анализируются на примере животного мира Кубинского архипелага. Автором рассмотрены история формирования кубинской фауны, пути заселения островов выходцами с континента.