Планета
земля - місце проживання людини
Загальні
відомості
У межах Сонячної системи
живі організми, а тим більше що відносяться нами до "розумним", відомі
поки що тільки на Землі. Красиві легенди, фантастичні повісті та романи про життя
на сусідніх планетах, на жаль, не підтвердилися. За яких же умовах існує
життя? Як нам всім разом зберегти ці умови? Як організувати діяльність
все зростаючого населення планети так, щоб умови існування життя не
погіршувалися зараз і стали для наступних поколінь якщо не найкращими, то хоча б
такими ж, якими були в минулому столітті?
Запитань багато. Не на всі з них
можна поки обгрунтовано відповісти. Причин тому також багато. До них відносяться і
правові, і організаційні проблеми, що мають свою специфіку в кожній країні, а
також загальні для різних країн - екологічні та еколого-геохімічні
проблеми. Для їх вирішення потрібно, насамперед, добре знати зовнішні,
природні умови в місці проживання людини - на Землі. Спочатку коротко
розглянемо основні природні умови існування на нашій планеті життя (а
вона розвивається вже не один мільярд років) і, зокрема, людини.
Земля - одна з дев'яти основних
планет Сонячної системи. Вона належить до середніх за масою і стоїть на третьому
місці від Сонця після Меркурія і Венери (мал. 1.1). Її середній радіус - 6371
км. Близька до неї за розмірами Венера (табл. 1.1). У Меркурія, Марса й Плутона
радіус приблизно в 2 рази менше, ніж у Землі, а в інших планет Сонячної
системи - в 3,4 ... 11 разів більше. Середня щільність Землі - 5,52 г/см3
, Венери - 5,0 ... 5,9, Марса - 3,9, Меркурія - 5,4. Щільність інших планет в
4 ... 6 разів менше.
Як видно з даних, наведених у табл. 1.1, тільки в
атмосфері Землі є вільний кисень, необхідний для життя людей і
більшості організмів. Слід також відзначити, що тільки на поверхні Землі
виявлені водні розчини. За сучасними геофізичних і геохімічним даними
нашу планету можна розділити на три великі частини: ядро і дві оболонки (мантію,
безпосередньо оточує ядро, і земну кору). У свою чергу і ядро, і
мантію також поділяють на частини: верхню - зовнішню і нижню - внутрішню
(рис 1.2). Кордон внутрішнього ядра з мантією проходить на глибині близько 5000 км
від поверхні Землі, а границя мантії з земною корою на материках - на глибині
від 30 до 40 км, рідко досягаючи 80 км, на Дні Океану - на глибині від 5 до 15 км.
Поверхня розділу мантії та земної кори носить назву кордону Мохоровичича і
звичайно позначається літерою М. У земну кору входять гірські породи (зазвичай
об'єднані загальним поняттям "літосфера"), що перекривають їх грунту,
гідросфера (моря, океани) і атмосфера. Деякі параметри оболонок і ядра
наведено в табл. 1.2.
За однією з найбільш поширених
гіпотез ядро складається з Fe і Ni з домішкою Si, AI, С, О. Склад мантії більше
достовірний (в окремих точках вона піддавалася безпосередньому випробування).
У ній переважають SiO2, (43 ... 46), MgO (37 ... 42), FeO (6 ... 8), AI2O3
(3 ... 5), Fe203 (0,4 ... 1,5) (в дужках процентне
зміст). Найбільш добре вивчений склад земної кори. Середні вмісту в
ній хімічних елементів отримали назву Кларком (на прізвище американського
вченого, вперше їх визначив). У земній корі найпоширеніші О,
Si, AI, Fe, Ca, Mg, К, Na, в сумі становлять близько 99% її маси. Загальна
площа поверхні Землі - 510 млн км2, з яких 149 або км2
припадає на континенти і 361 млн км2 - на морях і океанах.
Таблиця 1.1
Порівняльна
характеристика планет Сонячної системи.
Планета
Діаметр, км
Середня відстань від Сонця, млн. км
Період обертання по орбіті
Період обертання навколо своєї осі
Нахил осі обертання
Число супутників (лун)
Відносна маса (маса Землі = 1)
Щільність (щільність води = 1)
Атмосфера
Температура поверхні 0С
Меркурій
4880
57,9
88 діб.
59 діб.
280
0
0,055
5,4
Ні
Днем 350, вночі -170
Венера
12258
108,2
224,7 діб.
243 діб. (зворотне)
30
0
0,815
5,2
CO2
Хмари -33, тверда поверхня 480
Земля
12756
149,6
365,26 добу.
23 год
56 хв. 4 с
23027 '
1
1,000
5,52
N, O2, CO2,
Ar, H2O
Поверхня грунту, 22
Марс
6774
227,9
687 добу.
24 год 37 хв. 23 с
23059 '
2
0,108
3,9
CO2, Ar (?)
Тверда поверхня,
-23
Юпітер
142800
778,3
11, 86 років
9 год 30 хв. 30 с
3005 '
13
317,9
1,314
H, He
Хмари,
-150
Сатурн
120000
1427
29,46 років
10 год 14 хв.
26044 '
11
95,2
0,704
H, He
Хмари,
-180
Уран
51800
2870
84,01 років
11 год (зворотне)
82005 '
5
14,6
1,21
H, He, CH4
Хмари,
-210
Нептун
49500
4497
164,8 років
16 год
28048 '
2
17,2
1.67
H, He, CH4
Хмари,
-220
Плутон
5800
5900
247,7 років
6 діб 9 год
?
0
0,1 (?)
2 (?)
Не виявлена
-230 (?)
Води земної кори часто виділяють
в самостійну оболонку - гідросферу, а гази, що оточують тверду і рідку
поверхню Землі, - в атмосферу.
Щільність порід, що складають
планету, нерівномірно зростає з глибиною. На поверхні Землі щільність
дорівнює в середньому 2,5 г/см3, а прискорення вільного падіння - 982 см/с2
.
Назва
Потужність,
км
Об'єм,
1027 см3
Середня щільність,
г/см3
Маса,
1027 р
Маса,
%
Атмосфера
(з стратосферою)
50 ... 80
~ 0,008
1,2 • 10-3
(2 • 10-6)
0, 000005
0,00009
Гідросфера
(у середньому)
3,8
0,00137
1,03
0,00141
0,024
Літосфера
30,0
0,015
2,8
0,043
0,7
Мантія
2870,0
0,892
4,5
4,054
67,8
Ядро
3471,0
0,175
10,7
1,876
31,5
Земля в цілому
6371,0
1,083
5,527
5,974
100
Основні
форми знаходження хімічних елементів в земній корі
Основну частину маси земної кори становить літосфера і
набагато меншу - гідросфера та атмосфера. Крім цих складових частин земної
кори, окремо виділяють жива речовина, під яким мається на увазі вся маса
найрізноманітніших живих організмів, від вірусів до слонів, включаючи і людини.
Порівнюючи їх між собою, видатний норвезький учений В.М. Гольдшмідт приводив
такий приклад: якщо масу літосфери представити у вигляді кам'яної чаші в 13 фунтів
(1 фунт - 0,45 кг), то що міститься у ній вода масою 1 фунт буде
відповідати гідросфері, масі мідної монети буде відповідати
атмосфера, а масі поштової марки - жива речовина. Тим літосферою,
гідросферою і атмосферою йде постійний обмін речовиною, тобто процес міграції
хімічних елементів. Багато в чому він пов'язаний з життєдіяльністю організмів.
Найбільше напруження всіх геохімічних процесів міграції на поверхні
Землі відбувається "на стику" різних сфер - в грунтах. У зоні
найбільшої напруги геохімічних процесів відбувається і вся
життєдіяльність переважної більшості людей. Так було, починаючи з появи
людей. Отже, можна вважати, що перебування людей в зоні максимального
напруги геохімічних процесів є оптимальним умовою їх нормальної
життєдіяльності.
Розглядаючи виділені оболонки
з позиції геологічної історії Землі, можна говорити про постійну міграції
складових їх хімічних елементів як всередині кожної з оболонок, так і між
ними. У той же час в кожен проміжок часу певні, досить великі
групи атомів хімічних елементів перебувають у конкретних щодо
стійких сполученнях між собою. Такі поєднання і розглядаються як форми
знаходження хімічних елементів. Іншими словами, під формою знаходжень
хімічних елементів розуміються системи різних щодо стійких
хімічних рівноваг цих елементів.
Щодо стійкими вони
вважаються тому, що практично всі елементи, що складають земну кору,
залучаються до великий і малий цикли міграції *. При цьому раніше існували
поєднання елементів руйнуються і виникають нові. Однак багато елементів можуть
перебувати у відносному хімічному рівновазі досить довго навіть з
геологічної точки зору.
Окремі форми знаходження більше
-менш незалежні один від одного. Поєднання в кожній з них елементів
підпорядковується різним фізико-хімічним закономірностям і можливо тільки при
певних зовнішніх умовах (зовнішні чинники міграції).
Взагалі в природі існує
багато різних форм знаходження хімічних елементів. В залежності від цілей
досліджень або узагальнень, а також від рівня розвитку науки різні вчені
розглядали тільки окремі з них. Існували (і існують) і різні
класифікації основних форм знаходження хімічних елементів в природі. Так,
В.І. Вернадським спочатку були виділені чотири найголовніші форми:
гірські породи та мінерали (до них
були віднесені природні води і гази);
жива речовина, або біогенна
форма знаходження;
магматичні (істотно
силікатні) розплави;
стан розсіювання.
Б, А. Гаврусевич (1968) запропонував
додатково виділяти ізоморфні домішки, водні розчини та газові суміші. За
міру розвитку геохімії, а особливо під впливом проблем, дозволяються в тій її
частини, яка вважається прикладної, треба було розглядати самостійно
ще більше форм знаходження елементів в земній корі.
Крім запропонованих, стали
виділяти колоїдну форму з рідкою дисперсійної середовищем і техногенні
з'єднання, що не мають природних аналогів (В. А. Олексієнко, 1989), Виділення
останньої форми знаходження обумовлено все збільшується, впливом на верхні
оболонки Землі антропогенної діяльності і появою нових техногенних
сполук, що впливають на міграцію та концентрацію хімічних елементів у
біосфері. Подальше збільшення значимість техногенезу в переміщенні елементів на
поверхні Землі і велика кількість вступників при цьому в атмосферу і гідросферу
найдрібніших частинок пояснюють і необхідність виділяти в особливу форму знаходження
елементів колоїди, а також і сорбованих ними речовини.
Ми розглянемо лише найважливіші
форми знаходження: стан розсіяння, самостійні мінеральні види, водні
розчини, газові суміші, колоїдну і сорбованих форми, техногенні
з'єднання, що не мають природних аналогів, біогенну форму.
Стан розсіювання - найбільш
часто зустрічається в земній корі форма знаходження хімічних елементів. Ще в
1909 В.І. Вернадський, виступаючи на XII з'їзді російських природознавців і
лікарів, говорив; "У кожній краплі і порошинці речовини на земній поверхні,
в міру збільшення тонкощі наших досліджень, ми відкриваємо все нові й нові
елементи. Виходить враження Мікрокосмічній характеру їх розсіювання. У
піщинці або краплі, як у мікрокосм, що відображається загальний склад космосу. У ній
можуть бути знайдені всі ті елементи, які спостерігаються на земній кулі ".
Десятиліття, що минули після
цього виступу, підтвердили геніальне пророкування В.І. Вернадського.
Перші зведення про кількісний
поширення хімічних елементів у земній корі були зроблені Ф.У. Кларком. У
пам'ять про ці роботи двох великих учених Н.І. Сафронов, один з основоположників
вчення про пошуки родовища корисних копалин геохімічними методами,
запропонував закон про загальне розсіянні хімічних елементів іменувати законом
Вернадського-Кларка. Стосовно до вчення про біосферу його можна сформулювати
так: 8 будь-якому природному об'єкті Землі містяться всі хімічні елементи,
що знаходяться в її корі.
Мова може йти тільки про
недостатньої чутливості методів аналізів, які використовуються для виявлення
елементів, що знаходяться в дуже малих концентраціях. Ряд дослідників вважає,
що межею розсіювання можна вважати концентрацію, що відповідає одному атому
в 1 см3 речовини. Виходячи із закону Вернадського-Кларка, можна зробити
кілька висновків. По-перше, для нормальної життєдіяльності організмів (в
тому числі і для людини) в середовищі проживання необхідна наявність всіх хімічних
елементів. Це слід пам'ятати при створенні штучних умов
життєдіяльності. Другим важливим для вивчення даного курсу висновком можна
вважати те, що для живих організмів немає шкідливих і корисних хімічних
елементів; питання лише у шкідливих концентраціях (як надлишкових, так і
недостатніх) цих елементів.
Практична необхідність
враховувати закон Вернадського-Кларка з'явилася останнім часом у зв'язку з
розробкою показників, що нормують вміст різних хімічних елементів
в середовищі, що оточує людину.
Самостійні мінеральні види
- Найбільш поширена (по масі) форма знаходження хімічних елементів у
земній корі. Практично з мінералів полягає відсталої (нежива) частину літосфери.
Різні комбінації хімічних елементів утворюють близько 2000 самостійних,
відрізняються один від одного мінеральних видів. Саме вони є
середовище, в якому і за рахунок якої розвивається основна маса живих організмів
материків, у тому числі й людей. При цьому складові мінерали хімічні
елементи стають доступними організмам або в процесі їх руйнування, або в
його результаті. У зв'язку з цим велике значення має не тільки склад
мінералів, але й їх міцність, і особливо - розчинність. До числа найважливіших з
точки зору екології слід відносити і такі властивості, як радіоактивність,
тепло-і електропровідність, а також Колір. Всі вони впливають і на безпеку
життєдіяльності людей.
Слід зазначити, що мінерали
являють собою основне джерело хімічних елементів для створення
різних техногенних сполук. Крім того, великі скупчення певних
мінералів (зазвичай це родовища) створюють аномальну екологічну
обстановку. Така обстановка при відпрацюванні родовищ стає все більш
відмінною від природної, а площі її розповсюдження та вплив на людину,
як правило, збільшуються.
В даний час немає жодної
галузі промисловості, в якій не застосовувалися б природні мінерали або
безпосередньо в природному вигляді, або після відповідної переробки.
Розвиток сучасного сільського господарства тісно пов'язаний з
використанням мінеральних добрив. Без мінеральної сировини неможливо
розвиток паливно-енергетичної бази країни. Ряд мінералів є не тільки
складовою, а й необхідною частиною їжі людей (в першу чергу поварена
сіль). Застосовуються мінерали в медицині (солі йоду, мірабіліт та ін.) Не можна не
згадати про естетичне значення мінералів, які використовуються для виготовлення
прикрас, виробів, для облицювання при будівництві. Багато корисні властивості
мінералів ще не відкрито, а багато забуті, хоча могли б дати мінералам другу
життя.
Різні мінерали
поширені у верхніх частинах літосфери досить нерівномірний. Великі
скупчення певних мінералів в багатьох випадках обумовлюють місце
проживання людей та розвиток конкретних видів життєдіяльності. Цим
пояснюється освіта населених пунктів близько рудників, районів видобутку
нафти, газу, підземних вод і т. д., а також вид основної професійної
діяльності більшості дорослого населення.
Однак великі скупчення
певних мінералів і створюють певну геохімічну обстановку,
захоплюючу іноді досить великі території. Вони можуть характеризуватися
(самез-за великих скупчень певних мінералів) нестачею або
надлишком ряду хімічних елементів, зміною кислотно-лужних умов
підземних і навіть поверхневих вод. Це необхідно враховувати при організації
безпечної життєдіяльності жителів у районах розробок родовищ
різних корисних копалин.
Наведемо кілька прикладів,
що показують, що без проведення певних заходів у багатьох з
описуваних районів неможлива безпечна життєдіяльність населення. Так, у
Каратау (Казахстан), в районі широкого розвитку свинцево-цинкових руд в
карбонатних відкладеннях спостерігається різка нестача фтору. Це призводить до
порушення структури кісток, зубів, провокує розвиток ряду захворювань. Без
районі неможлива. Інший приклад - Саякскій рудного району (теж у Казахстані),
де розвинені сульфіди міді, заліза, миш'яку, молібдену, кобальту. Ці метали,
потрапляючи в підземні води (поверхневих там немає), роблять їх практично
непридатними для пиття. В результаті доводиться шукати воду за межами
родовищ. На Південному Уралі вивітрювання скупчення сульфідів ряду металів
призвело до того, що підземні і навіть поверхневі води (озера) стали
являти собою розчин кислоти, непридатний для вживання. І таких
прикладів досить багато.
Все перераховане дозволяє
вважати, що в доступному для огляду майбутньому розробка родовищ, вилучення з надр
Землі мінералів і їх найрізноманітніше використання буде не зменшуватися, а
збільшуватися. При цьому відбувається підсилюється (як по дальності переміщення,
так і за загальним обсягом) міграція і самих мінералів, та їхніх складових
хімічних елементів, що утворюють підвищені концентрації на певних
ділянках біосфери.
Все зростаюча потреба в
мінеральній сировині призводить до розробки родовищ з більш низьким
змістом певних мінералів, але з великими їх сумарними запасами. Це в
свою чергу викликає необхідність переміщати всі великі маси так званої
пустої породи, також складається з мінералів. У кінцевому ж рахунку на все більших
площах змінюються мінералого-геохімічні умови, до яких за багато років
"звикли" всі живі організми цих районів. При цьому через
катастрофічно швидких змін багато тварин та рослинні організми
гинуть, не встигаючи пристосуватися до нових умов.
Розглядаючи мінерали з точки
зору безпеки життєдіяльності, слід відзначити ще два їх особливості.
По-перше, поєднання найбільш поширених мінералів створюють в кожному
регіоні певний мінералого-геохімічний фон, який не тільки визначає
багато умов життя організмів, але часто і контролює їх видове
різноманітність. По-друге, доступність для живих організмів хімічних елементів,
складових мінерали, залежить від властивостей цих мінералів, від їх стійкості в
умовах верхніх оболонок земної кори.
Оцінюючи в цілому результати
антропогенного впливу на мінерали, необхідно відзначити, що воно
сприяє переходу хімічних елементів з мінеральної форми в колоїдну, в
водні розчини і в біогенну форми знаходження.
Особливо слід відзначити
безпосередній вплив мінералів на людину, що приводить до зменшення
безпеки життєдіяльності. Ще в недавньому минулому людей практично
постійно оточували природні мінерали. Сучасні будівельні технології
помістили людство у світ штучних сполук, істотно відмінний від
того, в якому йшли розвиток і еволюція людей. Усі наслідки цієї зміни
ще не з'ясовані, але можна розглянути деякі форми впливу мінералів на
людини і безпеку його життєдіяльності.
Частина мінералів, особливо
що містять радіоактивні елементи, зменшує безпеку життєдіяльності
навіть на відстані. Крім них, природні скупчення ряду мінералів (наприклад,
магнетиту) викликають сильні магнітні й електричні поля та освіта
геопатогенних зон, що негативно впливають на людину.
Більша частина природних
мінералів зменшує безпеку життєдіяльності при безпосередньому
зіткненні з людьми. Так, пил галогенідів (Галіт, сильвініт, карналіту),
потрапляючи на шкіру, викликає її подразнення. Пил кварцу, азбесту, вугілля, проникаючи
при диханні в легені, викликає тяжкі захворювання - пневмоконіози (силікоз,
азбестоз і т.д.), туберкульоз, рак легенів. (Ось чому необхідно прийняття
спеціальних запобіжних заходів при роботі гірників, особливо в підземних
виробках.) Найбільш небезпечне потрапляння в легені пилу мінералів радіоактивних
елементів, свинцю, цинку, міді, ртуті, кадмію, кобальту, бору, нікелю,
молібдену, селену, ванадію і талію. При роботі з ними для забезпечення
безпеки життєдіяльності потрібно особливо строго дотримувати всіх заходів,
обумовлені технікою безпеки, що перешкоджає попаданню пилу в легені.
Водні розчини - найважливіша для
живих організмів форма знаходження хімічних елементів. Без них практично
неможлива життєдіяльність людей, а склад цих розчинів багато в чому
контролює її безпеку. Як уже зазначалося, основна маса природних
водних розчинів часто відокремлюються в окрему оболонку Землі - гідросферу. Її
більша частина припадає на частку Світового океану, менша - на підземні та
поверхневі води континентів. У сумі на частку морів і океанів доводиться
близько 71% земної поверхні.
За даними В.М. Гольдшмідт, на 1
см2 поверхні Землі припадає 273 л природних водних розчинів,
розподіляються таким чином:
Об'єм, л
Маса, кг
Морська вода
268,45
278,11
Прісна вода
0,10
0,10
Континентальний лід
4,50
4,50
Водяна пара
0,003
0,003
У більшості випадків саме
наявність води контролює розвиток живих організмів. Вода є і основним
природним розчинником мінералів, газів і техногенних сполук, що не мають
аналогів в природі. Вважається, що у воді взаємодія між іонами в 80 разів
слабкіше, ніж в кристалах. Тому для рослин і тварин полегшено вибіркове
надходження необхідних їм іонів з водних розчинів.
Без води неможливе життя
організмів, що існують зараз на Землі. При цьому для більшості з них,
тому числі і для людей, потрібна не просто вода, а прісна, тобто така, в 1 л
якій вміст сухого залишку менше 1 р. А такої води міститься на Землі
всього близько 2% її загальних запасів. Більша частина вод відрізняється досить високою
ступенем мінералізації. Так, середня солоність морів і океанів (а це понад 70%
всієї гідросфери) складає 3,5 г/л, а солоність мінералізованих підземних вод
континентів часто доходить до 200 г/л.
прісну воду люди використовують не
тільки для пиття, але і в самих різноманітних техногенних процесах. Вважається,
що загальне річне споживання становить близько 3500 км3, тобто на
одну людину припадає близько 800 м3 води. Наявністю прісних вод
в ще більшій мірі, ніж великими скупченнями певних мінералів,
обумовлені виникнення і розвиток населених пунктів. Практично всі
крупні міста розташовані на річках. Однак досить часто русла річок приурочені
до ослабленим зон літосфери. У разі землетрусів по цих зонах відбуваються
найбільші зміщення земної кори, які призводять до руйнування будівель і загибель
жителів. Це необхідно враховувати при організації безпеки
життєдіяльності жителів таких населених пунктів.
Газові суміші. Хімічні
елементи, що складають цю форму знаходження, утворюють верхню оболонку Землі --
атмосферу. Крім того, значна кількість газів заповнює порожнечі і
порожнини в грунтах і в гірських породах, знаходиться в сорбованої стані. Для
всіх живих організмів, у тому числі і для людей, найбільш важливі атмосферні і
грунтові гази. Оскільки раніше умови життєдіяльності людей визначалися
приземної атмосферою, то техногенні процеси впливали на атмосферу в основному на
перших кілометрах від земної поверхні; тепер же цей показник змінився і
складає вже десятки кілометрів.
В першу чергу слід
зазначити, що процеси життєдіяльності впливають на так званий
озоновий шар, викликаючи його руйнування. Сам озоновий шар являє собою
особливу оболонку у складі атмосфери з максимальною концентрацією озону на
висоті близько 20 км. Цей шар різко знижує інтенсивність ультрафіолетової радіації
Сонця. У результаті вона мінімальна біля поверхні Землі. Таким чином,
озоновий шар забезпечує збереження живих організмів і життя на поверхні
Землі в цілому.
Колоїдна і сорбованих форми
знаходження отримали максимальний розвиток у грунтах, хоча вони досить широко
поширені в гідросфері та атмосфері. У цих формах переносяться і відкладаються
дуже багато забруднюючі речовини. Отже, без урахування колоїдів
неможливе повно і комплексно охарактеризувати умови безпечної життєдіяльності.
Колоїди зазвичай
неоднорідні, гетерогенні, складаються не менше ніж з двох фаз. При цьому одна з
них складається з частинок розміром 0,1 ... 1,0 ммк і називається дисперсної фазою.
Частинки цієї фази розподілені в іншій - дисперсійному середовищі. Речовини,
складові різні фази, відрізняються рядом властивостей і мають реальну фізичну
поверхню розділу. Сорбція являє собою концентрування на поверхні
частинок лише певних речовин з дисперсійного середовища. Концентрація цих
речовин може бути дуже істотною, а зв'язок їх з сорбентом - сильною і
що зберігається тривалий час.
В результаті антропогенної
діяльності маса колоїдів зростає, особливо в атмосфері. За даними В.В.
Добровольського, в 1 м3 повітря вміст важких металів над
континентами становить n • 10-5 р. Будучи чудові, вони,
потрапивши в легені людини, можуть швидко і в значних кількостях переходити в
кров, що особливо шкідливо, У дуже великих кількостях аерозолі містяться в
атмосфері великих міст. У роботах В.А. Алексєєнко (1993, 1994, 2000)
показано, що основна їх частина досить швидко осідає в межах
населених пунктів. Це суттєво погіршує умови життєдіяльності людей у
місцях їх найбільшої щільності проживання.
Техногенні сполуки, не
мають природних аналогів, вперше було виділено автором у 1989 р. як
самостійна форма знаходження хімічних елементів в земній корі. Кількість
з'єднань, створених людиною і не мають природних аналогів, в останні
десятиліття безперервно і дуже швидко росте як по їх загальній масі, так і за
видовому різноманітності. Посилюється і їх вплив на організми. Не враховувати
геохімічної (біологічної) ролі техногенних сполук стає
неможливим.
Коротко розглянемо основні
групи таких з'єднань. До них у першу чергу слід відносити різні
пластмаси, синтетичні миючі засоби; багато галогеносодержащіе
органічні сполуки, пестициди, поліциклічні ароматичні вуглеводні.
Їх безконтрольне виробництво вже зараз починає загрожувати безпеці
життєдіяльності. Можна впевнено припускати, що в майбутньому ця проблема
може увійти до числа основних, що стоять перед людством. Причин, що дозволяють
висловити таке припущення, досить багато. Коротко розглянемо три з них,
які ми відносимо до основних:
1. Дуже велике число
техногенних сполук, що не мають природних аналогів, відноситься до токсичних
або стає таким, вступаючи в реакції з іншими речовинами. При цьому багато
з цих сполук створюються не спеціально, а є побічними продуктами
різних виробничих процесів.
2. Особливе значення має
проблема утилізації речовин, дуже повільно розкладаються в умовах біосфери.
Це відноситься до різних пластмасам, діоксин, синтетичних волокон, фреону
і т. д. З огляду на досвід інших країн, варто задуматися, чи варто створювати
багато пестициди, красиві і важко розкладаються упаковки для різних
товарів і багато інших з'єднань на шкоду розвитку живих організмів, включаючи,
в кінцевому рахунку, людини.
3. Безпосередній вплив
(а особливо його пізно позначаються наслідки) розглянутих сполук на
людини й інші живі організми вивчено явно недостатньо. Ймовірно пройдуть
ще багато років, перш ніж буде вирішено цю проблему.
До біогенної формі відносяться
хімічні елементи і їх поєднання в земній корі, що утворюють все різноманіття
тваринних і рослинних організмів. Вперше ця форма була розглянута В. І.
Вернадським. Незважаючи на порівняно невеликий зміст живих організмів,
що мешкають в земній корі, без урахування їх діяльності неможливо правильно
представити геохімічні процеси, що протікають на поверхні Землі. Особливо
зазначаючи це, В.І. Вернадський писав: "... жива речовина в біосфері відіграє
активну основну роль і за своєю потужністю ні з чим, ні з якою геологічної
силою не може навіть можна порівняти по своїй інтенсивності та спрямованості у
часу ". До живій речовині біосфери, за визначенням В. І. Вернадського,
відноситься сукупність всіх її живих організмів. Не зупиняючись на різноманітті
процесів, що протікають під впливом живої речовини, зазначимо лише, що в
результаті життєдіяльності і автотрофні бактерій (синтезують з
неорганічних сполук органічні, використовуючи енергію Сонця), і
гетеротрофних (використовують органічні речовини, створені іншими організмами)
утворюється вода. У результаті процесів фотосинтезу виділяється вільний
кисень.
Таким чином, ряд живих
організмів створює умови, що забезпечують життя і безпеку
життєдіяльності людей.
Жива речовина
Поки тільки на одній планеті
Сонячної системи - на Землі - відома життя. Форми існування живих
організмів численні, В даний час ми виділяємо безклітинних живе
речовина (віруси), бактерії (що мають і не мають ядра), рослини, гриби,
тварини. Вивчення їх елементного складу показало, що вони складаються з тих же
хімічних елементів, що і неживі (відсталі) природні тіла. Однак ще В.І.
Вернадським було підкреслено, що "між живими і відсталими природними
тілами біосфери немає переходів - кордон між ними на всьому протязі
геологічної історії різка і ясна ".
Сумарна маса живої речовини
(у перерахунку на суху вагу) дорівнює (2,4 ... 3,6) • 1012 т (Реймерс),
тобто дуже мала в порівнянні з масою земної кори (28,46 • 1018 т).
(Згадаймо порівняння літосфери і живої речовини, зроблена В.М. Гольдшмідт.)
Однак слід врахувати, що
певна частина живих організмів постійно відмирає, а на зміну їй
утворюються нові організми (на думку В. І. Вернадського, загальна маса живої
речовини залишається весь час приблизно однаковою). Щоб охарактеризувати
Протягом цього процесу в часі, використовують такий показник, як щорічна
продукція живої речовини. Для Землі в цілому він дорівнює 2,3 • 1011
т. Видатний геохімік нашого часу А.І. Перельман підрахував, що якщо
останні 500 млн років річна продукція була близька до сучасної, то її
сумарна кількість за цей час перевищила масу земної кори. Правда, цілком
імовірно, що основна частина хімічних елементів, які складають живі організми,
в процесі біологічного кругообігу знову потрапляє в організми і
істотного обміну між організмами і літосферою не відбувається.
Кожен хімічний елемент, входячи
в організм, за В.І. Вернадського, "проходить довгий ряд станів, входить до
ряд сполук, перш ніж вийти з нього ... Атоми, що ввійшли в яку-небудь
форму живої речовини, захоплені життєвим вихором, насилу повертаються
тому в відсталу матерію ". У зв'язку з цим цікаві дані, отримані при
вивченні міграції ізотопів. Вони дозволяють вважати, наприклад, що виділяється
при фотосинтезі кисень утворюється переважно за рахунок води, а кисень з
вуглекислого газу йде на освіту органічних сполук. Всього ж кисень
складає близько 70% маси живої речовини. На частку вуглецю припадає 18%, а
водню-10%. Таким чином, у сумі три ці елементи складають понад 98%
всієї маси живих організмів. Ще п'ять хімічних елементів (Са, К, N, Na, Si)
утримуються (кожний з них) в організмах в десятих частках відсотка. Природно,
що всі інші хімічні елементи зазвичай утворюють у живій вещес?? ве
концентрації від n • 10-2% до n • 10-12%.
Вважається, що в живу речовину
різко переважає фітомаси, а зоомасса не перевищує 2% маси рослин. Ліси ж
становлять близько 82% фітомаси.
При вивченні живої речовини
окремою проблемою стоїть його специфіка - корінні відмінності від відсталого, неживого
речовини. Вперше це питання досить детально розглядалося В.І, Вернадським.
До теперішнього часу можна виділити ряд таких основних відмінностей;
1. Жива речовина біосфери
характеризується величезною вільної енергією. У неорганічний мир з нею
можна порівняти тільки незастившіе лавові потоки. Але останні, дуже швидко
остигаючи, втрачають її.
2. У живу речовину швидкість
протікання хімічних реакцій у тисячі (а іноді - в мільйони) разів вище, ніж у
неживий. При цьому незначні початкові порції мас і енергії можуть викликати
трансформацію набагато більших мас та енергій. Так, певні види гусениць
переробляють на добу в 200 разів більше їжі, ніж їх власна маса.
3. Основні хімічні
з'єднання, що визначають склад живої речовини (білки, ферменти та ін),
стійкі в природних умовах тільки в живих організмах.
4. Для живих організмів
характерні дві форми руху, виділені В.І. Вернадським: пасивна,
визначається їх ростом і розмноженням, і активна, що здійснюється за рахунок
спрямованого переміщення. Перша з них характерна для всіх організмів, другий
- В основному для тварин.
Пасивне рух організмів
відрізняють прагнення заповнити більшість простору. В.І. Вернадський назвав
цей процес тиском життя. Його сила (тобто швидкість розмноження) в цілому
обернено пропорційна розмірам організмів. Дуже великим тиском мають
бактерії, віруси, гриби. В окремих видів бактерій нове покоління утворюється
через 22 ... 23 хв. При відсутності перешкод до розмноження вони майже за добу
зайняли би всю поверхню Землі. У цих же умовах гриб дощовик (кожен
примірник дає близько 7,5 млрд суперечка) вже в другому поколінні мав би об'єм, в
800 разів перевищує розміри нашої планети. Слонам ж для заселення поверхні
Землі буде потрібно більше 1000 років. Розглянуті особливості пасивного
руху пояснюється поширення епідемій, що викликаються бактеріями і
вірусами.
Рух друга форми відбувається
за рахунок власного пересування організмів. У роздільностатеві воно
здійснюється самками, що приносять потомство в нових районах.
5. Для організмів характерна
набагато більше морфологічне та хімічна різноманітність, ніж для неживої
природи. Говорячи про різноманітність розмірів і морфології, достатньо порівняти вірус
зі слоном або китом. Їх розміри відрізняються в мільярди разів. Хімічний ж
склад живої речовини визначають більше 2 млн різних органічних
з'єднань. Згадаймо, що число природних мінералів становить всього близько 2
тис., тобто в тисячу разів менше.
Тіла живих організмів можуть
складатися з речовин, що знаходяться одночасно в трьох фазових станах, і,
незважаючи на це, представляти Єдине ціле.
6. При величезному разнооб
