2 Біогеохімія займає центральне місце серед цих наук.

Об’єктами вивчення біогеохімії є: жива і нежива природа, її хімічний склад, вплив хімічного складу неживої природи на живі організми, вплив живої речовини на неживу природу. Це і визначає задачі біогеохімії як науки:

1. Виявлення ролі живих організмів в геохімічних процесах зони гіпергенеза і в процесах ґрунтоутворення та вивітрювання.

2. Визначення ролі живих організмів, а також ступені їх участі у біологічному кругообігу як агентів міграції хімічних елементів.

3. Аналіз біогеохімічних циклів міграції елементів.

4. Вивчення хімічного складу живих організмів і роль різних хімічних елементів у розвитку організмів і формуванні їх хімічного складу.

5. Аналіз впливу геохімічного середовища на формування і життєдіяльність живих організмів.

 6. Визначення оптимальних потреб живих організмів у різних хімічних елементах.

Дослідження Вернадського та інших авторів дозволяють у загальному вигляді мати уяву про масу живої речовини в земній корі, про її елементарний склад і про ту роль, яку вона відіграє у біогеохімічних процесах біосфери та земній кори в цілому. Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Велике значення мають організми також для формування літосфери – більшість порід, і не лише осадкових, а й таких, як граніти, так чи інакше пов’язані своїм походженням з біосферою.“Якби на Землі не було життя, - писав Вернадський, - обличчя її було б таким же незмінним і хімічно інертним, як рухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил”. Мінеральна інертна речовина переробляється життям, перетворюється на нову якість. Живі організми не лише пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють. Таким чином, жива та нежива речовина на Землі становлять гармонійне ціле і являють собою рівні компоненти, які не просто існують, а постійно взаємодіють і взаємовпливають один на одного. Головний продукт цієї взаємодії – синтез органічної речовини та накопичення енергії. “Можна без перебільшення твердити. Що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети, біосфери, цілком перебуває під впливом життя, тобто визначається живими організмами. Незаперечно енергія, що надає біосфері її звичайного вигляду, має космічне походження, її випромінює Сонце у формі променистої енергії. Але саме живі організми, тобто сукупність життя, перетворюють цю космічну променисту енергію у земну, хімічну, і формують нескінченну різноманітність нашого світу. Це живі організми. Які своїм диханням, своїм живленням, своїм метаболізмом, своєю смертю і своїм розмноженням, постійним використанням своєї речовини, триваючою сотні мільйонів років безперервною зміною поколінь, породжують одне з найграндіозніших планетарних явищ, що не існує ніде, крім біосфери”.

За вагою жива речовина всієї маси живих організмів, які мешкають на нашій планеті, складає (за Вернадським) 10¹⁷-10¹⁸ т. Основна маса живої речовини припадає на ліси, рослинність луків та фітопланктон. Але в біосфері жива речовина за вагою складає в середньому 1%.

Слід враховувати, що життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між організмами та середовищем, внаслідок чого всі хімічні елементи земної кори, атмосфери й гідросфери багаторазово входять до складу тих чи інших організмів. Найбільша масова частка у складі живої речовини організмів приходиться на кисень (70%), вуглець (18%) та водень (10%). Інша маса представлена великою кількістю елементів.

Роль організмів в геологічних і геохімічних процесах тим більша, чим швидше і в більш масовій кількості вони розмножуються. Вернадський вказує на максимальну швидкість розповсюдження деяких бактерій на поверхні земної кулі – 300-330 м/с. За ідеальних умов (теоретично) вона може сягати швидкості звуку. Одноклітинна водорість діатомея теоретично здатна за вісім днів утворити масу живої матерії, що дорівнює земній, а протягом наступного дня подвоїти її.

Живі організми відіграють величезну роль в акумуляції сонячної енергії. Наприклад, поклади кам’яного вугілля – це не що інше, як сонячна енергія, накопичена зеленими рослинами минулих геологічних епох. Так само можна визначити й природу багатьох мінералів, зокрема вуглекислого кальцію, який утворює величезні маси вапняків і майже на 100% має біогенне походження. Важливу роль живі організми відіграють у накопиченні багатьох металів, таких, як залізо, мідь, марганець. Велике значення для біосфери й господарської діяльності людини має кругообіг азоту, сірки, фосфору та інших елементів. Виключно грандіозна геохімічна роль організмів у виробництві газоподібних продуктів: кисню, вуглецю та азоту. Утворення кисню відбувається завдяки одному джерелу: автотрофним рослинам. Головною областю такого виробництва є поверхня земної кулі, вкрита зеленими рослинами. Звідси кисень надходить до атмосфери та визначає окислювально-відновні реакції, що протікають у біосфері. У всіх інших реакціях відбувається вже тільки зв’язування цього елементу.

На сьогодні біогенне походження визначається не тільки у відношенні нафти, вугілля, торфу, бітумів, гумусу, головної маси фосфору і карбонатів, але й складу річкових, озерних і морських вод, накопичення солей на морі і на суші.

Живі організми є міцним фактором накопичення у корі вивітрювання і грунті різних елементів, вони визначають кругообіг та характер цього накопичення. Організми приймають участь у розсіюванні рідких хімічних елементів. Вони приймають участь в утворенні органічних кислот та інших сполук, що руйнують породи.

Найбільш важливим етапом у житті біосфери є поява у кембрії (500 млн. р. до н. е.) земних рослин, з якими пов’язане утворення на Землі вільного кисню – важливого фактору геохімічних і біогеохімічних процесів біосфери. Відомий біогеохімік В.А. Ковда відмічає, що з появою у кембрії папороті, етало та інших рослин посилюється участь у біологічному кругообігу багатьох важливих для організму хімічних елементів: фосфору, калію, кальцію, заліза, кремнію та інш.

Пізніше виникають і набувають широкого розвитку листяні породи (клен, дуб, береза, бук, граб тощо. У біосфері відбувається біогенне накопичення органічної речовини і доступних для рослин різних елементів кореневого живлення.

 У сьогоднішню епоху (кайнозойська ера) життя земної кори. Організми завоювали усю гідросферу, верхню частину кори вивітрювання і нижні шари атмосфери.

Цікаво відмітити, що деякі організми спроможні витримувати дуже низьку та високу температури: деякі бактерії (або їх спори) виживають при охолодженні до –250⁰С протягом 20 годин, спори грибів витримують температуру 140⁰С і навіть до 180⁰С. В термальних джерелах біля вулканів Камчатки бактерії живуть при температурі 85⁰С, а при 82⁰С до них приєднуються ще і прості водорості.

Таким чином, в якості найголовніших процесів біогеохімічної діяльності організмів у біосфері і міграції хімічних елементів необхідно виділити:

- накопичення кисню в процесі фотосинтезу;

- розклад гірських порід та мінералів;

- вилучення (з води, повітря, гірської породи) окремих елементів, їх розсіювання та концентрація.

На сьогодні встановлена роль різних мікроорганізмів у вивітрюванні гірських порід: бактерій, грибів, лишайників. Мешкаючи на поверхні гірських порід, бактерії разом із грибами, водоростями і лишайниками руйнують породу своїми кислотами і цим започатковують процеси вивітрювання та етало ферменті.

В органічному середовищі болот і водойм, де накопичуються органічні залишки, бактеріям і грибам належить провідна роль у розкладанні і мінералізації. Тільки завдяки життєдіяльності бактерій і грибів у біосфері відбуваються ті перетворення речовин, без яких життя не було б можливим. До них відноситься процес вивільнення вуглекислого газу з етало ферменті сполук, який знову надходить до атмосфери, утворення з білків рослин аміачно-амонійних солей, які використовуються рослинами для азотного живлення, окислення і відновлення сірки, фосфору та інших сполук.

Встановлено, що під впливом мікроорганізмів відбувається порушення порід і утворення органо-мінеральних, органічних і мінеральних вторинних сполук. Вони складаються з аморфних форм кремнезему, гідроксиду заліза, вторинних глиноподібних мінералів.

Скельні мікроорганізми концентрують з розсіяного стану такі хімічні елементи, як K, P, Ca, S, Mg, Cu. Причому, лишайники, оселившись на поверхні масивно-кристалічних порід, поглинають хімічні елементи селективно (тобто вибірково) – в більшій мірі одні, в меншій мірі – інші.

Якщо врахувати, що жива речовина біосфери постійно оновлюється, то стає очевидним, що значення її як геологічного та геохімічного фактора накопичення, міграції і кругообігу хімічних елементів в природі виключно вагоме. Між організмами і середовищем здійснюється безперервний обмін хімічними речовинами.

Думки Вернадського полягли в основу понять про великий (біосферний) і малі кругообіги різних рівнів (наприклад, кругообіг океану, озера чи певної ділянки степу). Організатором цього грандіозного кругообігу в біосфері є життя. Вернадський пише з цього приводу так: “Життя – жива речовина – воістину є однією з наймогутніших геохімічних сил нашої планети, а та біогенна міграція атомів, що зумовлюється нею, є формою організованості першорядного значення в будові біосфери”.

Переважна частина міграції хімічних елементів на землі відбувається завдяки життю.

Рос. Геохімік А.Перельман запропонував назвати це положення законом Вернадського, який формулюється так: “Міграція хімічних елементів на земній поверхні та біосфері в цілому здійснюється або безпосередньо участю живої речовини (біогенна міграція), або відбувається в середовищі. Геохімічні особливості якого (О₂, СО₂, Н₂О і т. д.) зумовлені живою речовиною, як тією, що в наш час населяє біосферу, так і тією, яка діяла на Землі протягом всієї геологічної історії”.

Жива речовина значно прискорила й змінила кругообіги у біосфері різних речовин – води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо. Обмін повітря між всіма широтами й обома півкулями Землі відбувається в середньому за два роки. Активно переміщується течіями океанічна вода, в океані не має таких зон, де б вона тривалий час знаходилася в застійному стані. Вся прісна вода суші стікає в океан за 14 діб. У льодовиках вода оновлюється за 15 тис. років.

Таким чином, жива речовина виконує наступні функції:

1. Енергетична – поглинання сонячної енергії в процесі фотосинтезу, а хімічної енергії – шляхом розкладання енергонасичених речовин; передача енергії харчовими ланцюгами.

2. Середовищетворна – обумовлює перетворення фізико-хімічних параметрів середовища; поділяється на механічну (будівництво тваринами нір, розрихлювання грунту) хімічну (підвищення чи зниження рН, накопичення кисню в атмосфері) та фізичну (виділення в атмосферу летких іонів, “підігрів грунту перегноєм).

3. Концентраційна – вибіркове накопичення в процесі життєдіяльності окремих речовин (для створення організму чи виділення в процесі метаболізму).

4. Деструктивна – включає процеси мінералізації біогенної речовини, розкладення неживої неорганічної речовини, втягування утворених речовин у біогеохімічний кругообіг.

5. Транспортна – перенесення речовини проти сили тяжіння і в горизонтальному напрямку.

Література для самоосвіти : 1, 2, 9, 10.