Газовые

В. И. Вернадский писал, что все газы, образующиеся в биосфере, теснейшим образом связаны своим происхож-дением с живым веществом, всегда биогенны и изменя-ются главным образом биогенным путем. Поэтому «ат-мосфера нашей планеты в ее подавляющей по весу части - есть создание ее жизни, живого вещества, являющегося выражением ее биогеохимической газовой функции, а не астрономическое явление (зависящее в главной своей части от всемирного тяготения) по своему существу».

Среди газовых функций В. И. Вернадский выделил следующие 7, заметив, что этот список далеко не полон, но касается тех функций, которые более или менее хо-рошо изучены.

1. Кислородно-углекислотная - создается подавля-ющая масса свободного кислорода на планете. Носите-лями этой функции являются хлорофилльные зеленые организмы. Выделение кислорода идет только при ос-вещении зеленого вещества солнечными лучами, ночью этот фотохимический процесс прекращается и на смену ему приходит процесс образования угольной кислоты, которую зеленые растения выделяют при дыхании. Именно поэтому эта функция называется кисло- родно-углекислотной.

2. Углекислотная (независимая от кислородной) - создается биогенная угольная кислота в результате дыхания животных, жизнедеятельности грибов, бактерий. В то же время эти две функции являются стадиями единого биогеохимического цикла углерода (рис. 5).

3. Озонная и перекисьводородная — генетически связана с жизнью, так как озон и, возможно, перекись водорода - продукты жизни (через кислород, идущий на образование озона и перекиси). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от пагубного действия ультрафиолетового излучения.

4. Азотная - свободный азот тропосферы создается живым веществом почвы (рис. 6).

Но, может быть, замечает В. И. Вернадский, не мень-шее значение имеет биогенная реакция, идущая на по-верхности океана, главным образом в планктоне и в сар- гасовых областях. Считается, что 90% всего естествен-ным путем связываемого азота фиксируется живыми организмами и лишь 10% - за счет фотоэлектрохими- ческих процессов.

5. Углеводородная - сотни и тысячи биогенных га-зов - углеводородов создаются живым веществом. Все запахи биосферы принадлежат к их числу. В хвойных лесах в солнечные дни количество углеводородов в воздухе достигает нескольких процентов по весу. Роль этих газов в биосфере чрезвычайно велика, но мало изучена. В небольших примесях к тропосфере они уменьшают тепловое лучеиспускание нашей планеты в космическое пространство и охраняют растения от.ночного теплоизлучения.

6. Водная - биогенный круговорот воды. Биогенный характер водной функции не вызывает сомнения. Со-стояние растительного покрова закономерно связано с влажностью воздуха, содержанием воды в почве и под-почве. Растения высасывают воду из почвы и подпочвы, понижают уровень грунтовых вод и играют основную роль в круговороте воды на нашей планете. Например,

1 га пшеницы испаряет за период развития 3 750 т воды, у вечнозеленых растений, транспирирующих круглый год, расход воды на транспирацию составляет 4-6 тыс.т с

1 га. Но транспирация воды растениями - это только одна стадия биогеохимического цикла воды в биосфере. Расходуемая на фотосинтез вода из гидросферы вновь поступает в нее в процессах транспирации, дыхания и аэробного окисления. Водная биогеохимическая функция живого вещества наиболее ярко выражена в лесах суши, особенно тропических, и сведение лесов ве-дет к изменению этой биогеохикической функции жи-вого вещества и к перестройке всего биогеохимического круговорота воды в биосфере.

7. Сероводородная и сульфидная фзпМит. Окис- лительно-восстановительная система сульфаты суль-фиды играет большую роль во всех почвах, особенно в условиях щелочной и нейтральной реакции среды. В присутствии органического вещества и при недостатке

кислорода система сульфаты*-» сульфиды при участии микроорганизмов резко сдвигается в сторону сульфидов, развивается процесс восстановления сульфатов до сернистых металлов. Эта реакция протекает в интервале ОВП от +100 до -100 мВ:

NajSOt +2С -> Na^S+2С02.

Под действием углекислоты сернистые металлы раз-лагаются, образуя бикарбонаты и карбонаты щелочных земель и щелочей:

Na2S+Н2СОг -> Na2CO} + H2S.

Образующийся сероводород уходит в атмосферу, развивается процесс десульфирования или десульфа- ции почвенного раствора, грунтовых или глубинных подземных вод, сопровождающийся постепенным ис-чезновением сернокислых солей и подщелачиванием раствора. Процессы десульфирования наблюдаются в луговых солончаковатых почвах, хлоридно-сульфат- ных солончаках, соляных грязях, торфяных болотах, в донных отложениях застойных водоемов, на полях орошаемого риса при их длительном затоплении сто-ячей водой.

Доступ кислорода и снижение уровня грунтовых вод в период просыхания переувлажненных почв вызывают сдвиг окислительно-восстановительной системы в обратном направлении. Интенсивно развиваются окис-лительные процессы, причем как в результате чисто химических реакций, так и под воздействием микроор-ганизмов. В результате в почвах и грунтах образуются соединения серы, окисляемые в дальнейшем до серной кислоты и сульфатов. Часть серы из системы утрачивается в виде сероводорода, поэтому полной обратимости реакции окисления-восстановления нет.

Таким образом, биогенное образование сероводорода является важнейшим звеном биогеохимического цикла серы в биосфере. Превращение органической серы жи-вотными и бактериями в конечный продукт - сероводо-род - и восстановление минеральной серы бактериями в процессе десульфофикации в сероводород - две стадии сероводородной функции живых организмов. По оценке Робинсона и Робинсона (Robinson, Robinson, 1968), биогенное образование серы в составе сероводорода на континентах и в океанах достигает соответственно 68 х10,2и 30 х1012 г/год.